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" Procédé pour la production de corindon fondu pur "
Le corindon fondu est produit, à l'échelle technique,, suivant un procédé connu, dans lequel des matières riches en alumine sont fondues, en présence de carbone, dans un four à arc électrique .Les impuretés se présentant sous la forme de composés métalliques dans la matière brute sont ré- duits en métaux, qui forment un alliage aisément séparable.
Le corindon produit par ce procédé contient de 94 à 99 % de Al2O3. De plus, il est connu d'ajouter certaines substances, telles que des sulfures ou des sélénures métalliques, à la matière de départ avant son traitement ou pendant celui- ci, ces substances formant, lors de la solidification de la masse fondue, une liqueur-mère, dans laquelle les cristaux de corindon peuvent croître, tout en formant des faces cris-
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tallines. Les cristaux formés peuvent alors être séparés de la masse fondue complètement salidifiée, par hydrolyse du sulfure ou sélénure d'aluminium, formant une gangue.
Le corindon fondu est encore obtenu comme sous-produit, lors de la production alumino-thermique d'alliages métalli- ques. Dans ce procédé, un mélange d'oxydes métalliques aisé- ment réductibles et d'aluminium métallique est brûlé et forme, par une réaction violente, de l'alumine et du métal.
Même si on part de matières absolument pures, le corindon formé est fortement souillé par de l'oxyde métallique incom- plètement réduit. Si on part de produits techniques, le corin- don obtenu contient encore davantage d'impuretés, en sorte que le corindon préparé par le procédé défini ci-avant contient narement plus de 80 à 90 % de Al2O3 et doit plu- tôt être caractérisé comme un émeri artificiel. Le corindon obtenu par le procédé alumino-thermique ne peut pas être utilisé pour la confection de meules de première qualité et pour d'autres usages, où l'abrasif doit être de qualité.
La présente invention est relative à un procédé du type alumino-thermique pour la production de corindon fondu et très pur, au départ de matières brutes relative- ment impures- Le corindon produit par le procédé suivant l'invention s'est avéré très satisfaisant comme matière brute ou de départ pour la confection de meules de première qualité et d'autres articles, dans lesquels une grande importance est attachée à la pureté du corindon.
Le procédé suivant l'invention consiste essentielle- ment à faire un mélanged alumino-thermique d'aluminium b métallique et d'un oxyde métallique aisément réductile , à amener ce mélange en réaction de façon à former une masse fondue consistant sensiblement en oxyde d'aluminium et en métal de l'oxyde utilisé dans le mélange alumino-thermique, à amener cette masse en fusion en réaction avec au moins
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un des éléments soufre et sélénium, avant sa solidification, l'oxyde d'aluminium sous forme de corindon étant finale- ment libéré de la masse fondue solidifiée par hydrolyse.
Le soufre avantageusement sous la forme de composés, tels que sulfures, sulfates et sulfites et le sélénium sous formes correspondantes peuvent être ajoutés à la masse fon- due, mais on peut également, sans sortir du cadre de l'in- vention, mélanger ces éléments ou composés au mélange alu- minothermique de départ.
Le soufre ouïe sélénium doit, de préférence, être présent en quantités telles que la masse fondue contienne, lorsque la réaction est terminée, de 2 à 3 % de sulfure ou de sélénure d'aluminium.
Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, les matières de départ, à savoir l'aluminium métallique, un oxyde métallique et éventuellement une matière contenant du soufre ou du sélénium , sont, de préférence, d'abord mélangés intimement l'un avec l'autre . Le mélange se fait, de préférence, en même temps qu'un broyage, en sorte que les matières de départ sont en contact intime l'une avec l'autre. Comme oxyde métallique on emploie, de préférence, de l'oxyde de fer, qui peut consister en minerai de fer à grains fins ou en concentrats de minerai de fer, tels que, de préférence, le jaspe sanguin. On peut également utiliser des produits de rebut contenant un fort pourcentage d'oxyde de fer, notamment les résidus de lixiviation obtenus dans la production de cuivre à partir de pyrites cuivreuses, etc..
Si l'alliage formé pendant la réaction a une tendance plus grande à réagir avec le soufre ou le sélénium qu'avec l'alu- minium, une matière réduisant la tendance mentionnée ci- avant de l'alliage est ajoutée au mélange . Comme exemple d'une telle matière, on peut citer : le silicium, de préférence sous forme d'une matière riche en silice. Comme
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matière riche en silice, on emploie, de préférence, de la chamotte ou de l'argile cuite, parce que ces matières con- tiennent, en plus de la silice, environ 40 % de A1203 et introduisent, dès lors, de l'aluminium dans le procédé. Il n'est pas nécessaire d'employer un sulfure de fer comme sour- ce de soufre, bien que, du point de vue économique surtout, il soit avantageux d'employer de la pyrite (FeS2).
Le mélange des matières de départ mentionnées ci- dessus est alors placé dans un récipient en béton pourvu, par exemple, d'une couche protectrice à l'épreuve du feu, cette couche étant, par exemple, constituée de corindon granulé. Cette cçuche ne doit pas avoir une épaisseur supé- rieure à 2-4 %. de préférence, 3%. du diamètre du récipient.
Le mélange est mis à feu, de préférence en présence d'un mélange à grains finsde poudre d'aluminium et d'oxyde de fer dans le rapport de 1 : 3 en poids, ce mélange étant placé au-dessus de la charge contenue dans le récipient précité.
Il se développe alors une réaction exothermique, correspon- dant aux deux schémas de réaction suivants :
EMI4.1
La chaleur dégagée par la réaction augmente la tempéra- ture de la charge, en sorte que cette dernière fond. Les mé- taux formés Fe et Si se dissolvent l'un dans l'autre, de manière à former un alliage qui, en raison de sa densité élevée, se rassemble principalement à la base du récipient de réaction, la couche d'alliage de fer et de siliciumais- sant au-dessus d'elle: une couche consistant essentiellement en corindon fondu . Le sulfure présent dans la charge est soumis, dans une grande mesure, à une décomposition thermique donnant lieu à la libération de soufre .
Ce soufre se dégage en même temps que de petites quantités de substances aisément
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volatiles présentes dans les matières de départ, tels que l'eau, le carbone et les constituants organiques* Toute- fois, une certaine quantité de sulfure reste dans le réci- pient et réagit avec l'alumine fondue, suivant le schéma de réaction ci-après, dans lequel le sulfure est supposé être de la pyrite :
EMI5.1
Après quoi l'oxygène libéré réagit avec l'aluminium non oxydé, de manière à former de l'alumine . Ainsi le corin- don fondu contiendra une certaine quantité de Al2S3 en solu- tion. Lorsque la solution est refroidie, l'alumine pure est d'abord précipitée sous forme de cristaux, à moins que la liqueur-mère consiste presque explusivement en Al2S3 et en impuretés.
Comme le point de fusion du sulfure d'aluminium est considérablement inférieur à celui du corindon , ce sulfure d'aluminium est précipité en dernier lieu, en même temps que toutes les impuretés contenues dans la couche de corindon. La masse solidifiée consistera, dès lors, essentiellement en cristaux de corindon pur noyés dans une gangue solidifiée de sulfure d'aluminium et de diverses impuretés . Lorsque la masse fondue est soumise à l'action de vapeur d'eau, d'un acide ou d'une autre substance hydroly- sante, le sulfure d'aluminium réagit selon le schéma sui- vant :
EMI5.2
Le sulfure d'hydrogène libéré contribue à scinder la masse fondue en portions de plus faibles dimensions- Après rinçage à l'aide d'un acide dilué, on obtient du corindon pur relativement cristallin.
Si le mélange initial employé contient un ou quelques métaux ayant une plus-grande affinité pour le soufre ou
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pour le sélénium que pour l'aluminium, il faut veiller,comme mentionné ci-dessus, à ce qu'une substance contrecarrant cette affinité soit présente dans le milieu réactionnel, faute de quoi la formation désirée de sulfure d'aluminium est réduite, de même que la possibilité de l'alumine de former librement des faces cristallines.
La composition de la charge peut varier dans certaines limites, notamment selon la composition chimique et la grosseur de grains des matières y contenues .Ainsi, on a obtenu de bons résultats avec une charge de composition sui- vante :
Chamotte cuite 20 à 30 % de préférence 25 %
Rognures d'aluminium 20 à 30 % de préférence 25 % Mineraide fer (70% Fe) 30 à 40 % de préférence 35 %
Pyrite 10 à 20 % de préférence 15 %
La quantité de matière siliceuse doit, de préférence, être réglée de façon que le ferro-silicium formé contienne de 10 à 15 % de Si et de 85 à 90 % de Fe, parce que les propriétés magnétiques du ferro-silicium sont optima pour cette composition .
Si le pourcentage de silicium dans le ferro-silicium est plus élevé, la séparation magnéti- que appliquée pour son élimination est rendue difficile.
Au lieu des matières de départ mentionnées ci-dessus, on peut employer d'autres substances, à condition que la composition chimique totale de la charge corresponde sensi- blement à celle indiquée ci-dessus. Ainsi, il s'est avéré très avantageux d'employer, à la place de rognures d'alumi- nium , un produit de rebut contenant environ 50 % de
Al et pour le restant de l'alu mine avec des quantités mineure.- d'autres impuretés.
Si la température de la masse fondue s'élève à des valeur. inutilement élevées pendant la réaction, il est avantageux
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d'ajouter une plus grande quantité de matières de départ ou brutes, riches en alumine, parce que , par cette addi- tion, la température de réaction est abaissée à un niveau approprié, la chaleur de la réaction étant, en même temps, utilisée plus efficacement pour la production d'alumine, ce qui permet d'obtenir une production plus importante et de diminuer les frais de fabrication. A cet effet, on peut utiliser de la bauxite, qui, en fondant, forme du corin don pur, sans participer, à d'autres points de vue, à la réaction.
Après refroidissement de la masse fondue, celle-ci est soumise directement à l'action de vapeur d'eau dans un récipient fermé muni d'un tuyau d'échappement. Il est avantageux-de ne pas couper tout d'abord la masse fondue en morceaux, parce que l'opération de découpage s'accompa- gne de grandes difficultés, en raison du dégagement d'acide sulfhydrique, sous l'influence de l'humidité de l'air.
Après un certain temps, ordinairement de 30 heures, le traitement à la vapeur est terminé et la substance décomposée est lavée à l'eau courante, qui entraîne une pâte ou boue contenant, entre autres, l'hydroxyde d'alu- minium,qui s'est formé lors de l'hydrolyse du sulfure d'aluminium, et les impuretés y noyées Après rinçage, il est avantageux de laver le corindon avec de l'acide dilué, de manière à éliminer complètement les petites quantités d'impuretés adhérant encore aux grains cristal- lins. Après séchage, le produit est prêt à l'emploi, éven- tuellement après un traitement thermique préalable . A un moment approprié du mode opératoire, une séparation magnétique peut être effectuée pour éliminer les grains d'alliage .
Le corindon formé a environ la composition suivante :
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EMI8.1
<tb> Al2O3 <SEP> 99,2 <SEP> %
<tb> SiO2 <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Fe2O3 <SEP> 0,4 <SEP> %
<tb> CaO <SEP> 0,1%
<tb>
<tb> S <SEP> 0,01%
<tb>
La grosseur des grains du produit est fonction de plusieurs facteurs, parmi lesquels la vitesse de refroi- dissement de la charge peut être de la plus grande impor- tance . Cette vitesse est intimement liée en poids de la charge . C'est ainsi qu'une petite charge de l'ordre de 100 kgs donne des grains cristallins plus petits (d'en- viron 0,05 mm), tandis qu'une charge de 1000 kgs donne des grains cristallins de 0,50 mm environ.
Comme les grains dont les dimensions sont comprises entre 0,15 et 0,35 mm sont les plus demandés, par exemple dans l'indus- trie du meulage, il est aisé de comprendre l'importance qu'il y a à être à même de conduire le procédé de manière à obtenir des grains d'une certaine grosseur, par un ajustement approprié du poids de la charge. Avant la présente invention, il n'était pas possible d'utiliser cette propriété en pratique , parce que dans les anciennes mé- thodes de production de corindon fondu, on était obligé d'utiliser la capacité des fours de fusion existants et on ne pouvait, pour certaines raisons, modifier ceux-ci en fonction des besoins. En fait, ces besoins changent suivant le domaine auquel on destine le corindon.
Dans certains cas, on désire un corindon plus grossier, tandis que dans d'autres cas un corindon à grains plus fins donne les meilleurs résultats. En adaptant le procédé suivant les dimensions de grains à obtenir, on produit, sans broya- ge, des grains de corindon essentiellement limités par des faces cristallines et nonjpar des faces formées par broyage, en sorte que le corindon obtenu présente des propriétés
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abrasives améliorées. De plus, malgré les diverses mesures de précaution prises, il se trouve, lors du broyage, de grandes quantités de grains trop petits, qui ne peuvent être utilisés pour des applications de qualité supérieure ne et qui/présentent, dès lors, que peu de valeur.
Si, toute- fois, on procède selon la méthode faisant l'objet de la présente invention, une partie considérablement plus grande de corindon produit peut être utilisée pour des applications de qualité, ce qui augmente dans une grande mesure la valeur da produit obtenu .
Lors du traitement à la vapeur mentionné ci-dessus, l'alliage, constitué essentiellement de ferro-silicium, qui s'est accumulé à la base de la masse fondue n'est évidemment pas décomposé. De plus, il ne se produit pas davantage de décomposition du corindon granulaire, qui est utilisé comme isolant entre le récipient en béton + et la charge.
Pour les charges d'importance usuelle , la couche isolante a une épaisseur d'environ 2 cm. Après le traitement à la vapeur, il apparaît que la masse fondue a été décomposée de la manière désirée au voisinage immédiat de la couche isolante et, dans certains cas, près de la moitié de cette couche a également été décomposée, tandis que le restant peut être très aisément broyé séparément dans un broyeur et peut, dès lors, à nouveau être employé comme iso- lant pour une fusion subséquente.
Dans les procédés antérieurs de production de corindon de première qualité, il se forme une couche épaisse de charge seulement partiellement fondue. Cette couche doit absolument, lors du traitement subséquent de la masse fon- due , être séparée et refondue, afin que le corindon finale- ment obtenu ne soit pas souillé par des impuretés. Ceci implique évidemment une augmentation des frais de fabrica- tion et une diminution du rendement de celle-ci. Ces incon- vénients sont inexistants dans le procédé suivant l'inven-
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tion, ce qui constitue évidemment un avantage essentiel.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour la production de corindon fondu pur, consistant à faire un mélange alumino-thermique d'aluminium métallique et d'un oxyde métallique aisément réductible, à amener ce mélange en réaction de façon à former une masse fondue consistant sensiblement en oxyde d'aluminium et en métal de l'oxyde utilisé dans le mélange alumino- thermique, à amener cette masse en fusion en réaction avec au moins un des éléments soufre et sélénium, aant sa solidification, l'oxyde d'aluminium sous forme de corindon étant finalement libéré de la masse fondue solidi- fiée par hydrolyse.