<Desc/Clms Page number 1>
Procédé pour la fabrication d'alliages.
La présente invention est relative à un procédé pour la fabrication d'alliages dont chacun des constituants métalliques possède la capacité de former des amalgames résistant à l'eau,
Dans la fabrication d'alliages on a jusqu'ici presque sans exception fait en sorte que les constituants de l'alliage soient fondus ensemble à l'état métallique dans un récipient de fusion à de hautes températures. Ce mode de travail est si général qu'on a pu le considérer comme entièrement satisfaisant au point de vue technique.
Mais ceci n'est pas le cas; et les inconvé- nients,qui sont certainement anciens ce qui fait qu'on ne s'en rendait pas toujours compte mais dont la suppression entraîne- rait des avantages techniques importants, sont substantiellement les suivants :
Comme chaque métal est récupéré sur la base d'une technique bien déterminée et chaque fois différente, il a été nécessaire jusqu'à présent et même cela a été considéré comme évident, que pour chaque constituant de l'alliage il doit y avoir un lieu
<Desc/Clms Page number 2>
de fabrication séparé ; exemple dans le cas d'un alliage ouivre-zinc-manganèse il doit y avoir une usine à cuivre, et une électrolyse de zinc, et une usine à manganèse ;
iln'a pas été possible d'admettre dans une seule usine les matières pre- mières renfermant les divers constituants de l'alliage, par exemple du minerai pauvre de cuivre, des cendres de zinc et des scories manganifères et de les travailler en l'alliage voulu,
Le mélange à l'état fondu nécessite non seulement une dépense de quantité de chaleur qui dans le cas des métaux à point de fusion élevé peut être très importante, mais entraîne également des pertes par combustion et scorification, une usure rapide de matériaux réfractaires chers et des impuretés dans les alliages, car les bains métalliques attaquent fréquemment la matière dont est fait le récipient de fusion et absorbent les produits de corrosion formés.
Lorsque la masse fondue se fige et se refroidit, il se produit assez souvent des phénomènes de liquation importants, de sorte que les alliages figés possèdent en divers endroits des compositions et des structures métallographiques diverses, et par le fait que les équilibres des phases qui ont lieu à de hautes températures sont rompus on peut avoir des transfor- mations de phases extrêmement lentes se continuant pendant plusieurs mois, entraînant ainsi des changements de propriétés très désagréables qui, par exemple dans le cas de certains alliages de zinc, pourront être les modifications de masse tant redoutées et qui limitent fortement l'emploi de ces alliages.
D'autre part, on sait qu'on peut obtenir des métaux purs même à des températures plus basses, notamment par les procédés électrolytiques, et il est de plus possible en principe de donner des formes à des matières premières métalliques pour autant qu'elles soient sous forme pulvérulente, en évitant tout proces- sus de fusion, notamment avec les moyens fournis par la métal lurgie des poudres.
A de très rares exceptions près notamment
<Desc/Clms Page number 3>
celle de la précipitation de laiton employée en galvanoplastie en partant de bains alcalins cyanhydriques de zinc-cuivre, on obtient par la voie électrolytique des métaux purs et non des alliages, car dans les électrolyses usuelles avec des cathodes fixes on n'obtient la séparation que du moins noble des métaux présents en plus grandes quantités dans les électrolytes et que de plus dans le cas de la séparation simultanée d'autres métaux, il se forme très rapidement des éléments locaux agis- sant d'une manière intensive qui remettent très rapidement en solution le précipité électrolytique et qui peuvent rendre l'électrolyse tout à fait impossible, même pour d'autres raisons.
Comme de plus les précipités métalliques électrolytiques se produisent sous forme de plaques minces, noduleuses, et qu'on n'obtient qu'exceptionnellement une poudre métallique fortement oxydée, ne convenant que pour des applications chimiques, notam- ment pour la fabrication électrolytique de poudre de zino, on trouve dans les fabrications métalliques électrolytiques usuelles une phase de fusion pendant laquelle la plaque électrolytique est fondue en barres métalliques compactes et jusqu'à présent on n'avait rien prévu pour remplacer le procédé par fusion par un procédé d'alliage à froid. C'est l'objet du mode de travail suivant la présente invention décrit ci-après, et cet objet a été atteint dans la pratique.
Il a été trouvé de plus, pour le travail de solutions dif- ficilement électrolysables, un procédé dit "électrolyse indirecte qui consiste en ce que l'on emploie un électrolyte auxiliaire facilement électrolysable, conduit séparément pour l'électrolyse, renfermant un métal moins noble que celui de la solution métal- lique qui doit être travaillée, ainsi que du mercure en circuit fermé comme cathode dans cet électrolyte, de telle manière que
EMI3.1
' l'amalgame moins noble formé par l'électrolyse soit remplacé dès én en écoulant par electrol Wl sa formation, et/d'une manière continue par la solution à travailler, une fraction en métal noble correspondant au métal moins noble séparée par l'électrolyse étant retirée continuelle- ment du circuit à mercure,
et le mercure étant ajouté de nouveau
<Desc/Clms Page number 4>
en circuit continu non interrompu pendant la phase d'électrolyse.
Ce procédé est caractérisé plus particulièrement en ce que grâce à lui la solution saline d'un métal donné, par exemple chlorure de sodium et de plomb ou de sulfure de manganèse qui par les procédés d'électrolyse directs usuels ne pouvaient pas être travaillés ou ne pouvaient l'être que difficilement, peut être transformée en métal pur, par exemple en plomb ou manganèse ou autre métal. La fabrication d'alliages cependant n'était jusqu'ici ni le but ni le résultat de l'électrolyse indirecte et on ne pouvait pas prévoir que ce nouveau mode de travail pouvait s'appliquer à la fabrication d'alliages.
Il a été trouvé d'une manière surprenante que par opposi- tion aux électrolyses connues il ne se forme pas dans les conditions de travail de l'électrolyse indirecte avec des solu- tions salines multiples des éléments locaux, et que la précipi- tation métallique n'est pas limitée au métal le plus noble des métaux présents en quantités plus grandes dans la solution, mais que les divers métaux passent dans la phase mercure sans considé- ration de leur caractère électrochimique en réaction nette et stoïchométrique, d'après les proportions dans lesquelles ils se trouvent dans la solution, et dans cette phase ils forment des alliages malgré la température de travail plus basse;
qu'il est par conséquent possible à l'échelle industrielle et en sup- primant les procédés de fusion usuels, de fabriquer des alliages de telle manière que les constituants de l'alliage soient soumis à l'électrolyse indirecte dans les proportions voulues sous forme de solution de sels métalliques avec l'aide d'un circuit à mercure et d'un éleotrolyte auxiliaire moins noble, l'amalgame à plusieurs métaux ainsi obtenu étant ensuite séparé du circuit
EMI4.1
,N"i.'a"1 et vs* libéré d'une manière connue en soi par chauffage du mercure.
Les solutions correspondantes de sels métalliques sont fabriquées en partant des matières premières au moyen d'opéra- tions appropriées, par exemple par désagrégation au moyen de
<Desc/Clms Page number 5>
chlore et d'une lixiviation subséquente, par solution au moyen d'acides, lessives ou solutions salines, soumises à la purifi- cation de la manière requise et ensuite soumises à l'opération suivant la présente invention, et il est indifférent pour la réussite de cette opération si les solutions des sels métalli- ques correspondant aux composantes de l'alliage sont chargées individuellement ou bien sont mélangées en une seule solution.
En tous cas, cette charge doit être dosée de telle manière que la quantité totale de métaux ajoutée dans les cellules dans l'uni té de temps soit la quantité stotchométriquement égale à la quantité du métal auxiliaire qui arrive dans le circuit à mercure du processus d'électrolyse proprement dit ; on doit fabriquer un alliage dans lequel le métal auxiliaire du circuit à mercure doit prendre part lui-même, on doit employer un excès corres- pondant de la solution de sel métallique.
L'introduction du procédé de fabrication d'alliage à froid dans la phase mercure est remarquable non seulement par une atténuation de chaleur souvent très forte, mais également par le fait que l'alliage dans la phase mercure est entièrement insoluble et se précipite avec tous les constituants qui sont autrement olubles dans le mercure, pour autant que cet alliage renferme au moins un constituant qui en tant que métal indivi- duel est seul insoluble dans le mercure.
C'est le cas pour tous les types d'alliage qui,dans la pratique,interviennent; dans le cas du laiton c'est le zinc et non le cuivre qui est soluble dans le mercure, et malgré cela dans l'électrolyse indirecte il se précipite une solution cuivre-zinc dans l'amalgame laiton- mercure mis en circuit, qui est enlevé du circuit par décanta- tion, filtration, centrifugation ou par toute autre opération appropriée servant à séparer le précipité de la solution, et ensuite peut être obtenu sous forme pure en chassant le mercure.
Il a été trouvé qu'on peut fabriquer un alliage d'une manière particulièrement uniforme et complète, mais surtout se produisant dans la pratique pour ainsi dire instantanément
<Desc/Clms Page number 6>
lorsque dans la phase mercure les constituants de l'alliage difficilement solubles dans le mercure sont introduits plus tard que ceux qui sont plus facilement solubles ; donc dans le cas du laiton par exemple, d'abord le zinc et ensuite le cuivre. Si cela n'est pas le cas, le processus de l'alliage à froid peut néces- siter un temps plus long ce qui au point de vue technique présen- te des inconvénients car l'évolution continue sans entraves et instantanée de chaque conversion individuelle fait partie de l'électrolyse indirecte.
Il est surtout avantageux de convertir les alliages obtenus suivant l'invention sous forme de poudres, qui conviennent pour le traitement subséquent suivant la métallurgie des poudres, et qui présentent par conséquent la valeur d'un mi-produit métalli- que. Il a été trouvé que cela est obtenu quand l'enlèvement du mercure se fait à des températures qui se trouvent en-dessous de la température d'agglomération de l'alliage correspondant, ce qui éventuellement doit se faire avec l'aide du vide ; tempé- ratures d'agglomération, ainsi qu'il est connu, se trouvent à 2/3 jusque 4/5 de la température de fusion absolue.
Le procédé suivant l'invention est limité à la fabrication d'alliages dont les constituants métalliques possèdent chacun en soi la capacité de former des amalgames résistant à l'eau.
Cela n'a pas lieu pour l'aluminium et le magnésium, ni pour le titane, tantale etc, et par conséquent il n'est pas possible de fabriquer des alliages de ces métaux par la méthode suivant l'invention.
Exemple 1. Dans une cellule d'électrolyse d'amalgame de zino on produit par heure avec une intensité de courant de 17.500 ampères 20 kilos de zinc sous forme d'un amalgame à 1,5% Zn.
Dans une pile de cette cellule on alimente d'une manière régu- lière une solution de sulfate de cuivre de 20 gr. de CuSO4.5H2O par litre dans une quantité de 30 litres à la minute, qui se transforme en une solution de sulfate de zinc ayant une teneur de 23 gr. de ZnSO4.7H2O par litre. Dans le circuit de mercure
<Desc/Clms Page number 7>
l'amalgame de laiton se sépare et il est retenu par un petit filtre transversal, décanté de manière continue, pressé et enfin transformé par grillage à 300-400 C sous un vide de 100-150 mm. en une masse poreuse de laiton qui broyée et moulue donne par heure 20 kilos de poudre de laiton blanc ayant une teneur de 46% Cu et 54% Zn.
Exemple 2. Dans l'élément d'une cellule d'électrolyse à chlorure alcalin travaillant d'après le principe à mercure on alimente une solution qui renferme par litre 98 gr. de fer sous forme de FeCl2 60 gr. de nickel sous forme de NiCl2 et 8,5 gr. de manganèse sous forme de MnCl2 L'intensité du courant est de 10. 000 ampères, la teneur en sodium correspondant au mercure est de 0,08 1%, le dosage de la solution est de 1020 c.c. par minute. L'amalgame d'alliages qui se précipite est séparé comme dans l'exemple précédent et est calciné sans emploi de vide, à 450 C, ce qui produit un acier sans carbone convenant pour la fabrication d'outils contenant 59% Fe, 36% Ni et 5% Mn sous forme d'une poudre convenant pour la métallurgie des poudres et en quantité de 10 kg. par heure.
Exemple 3. Dans la pile divisée en deux d'une cellule à chlorure alcalin travaillant d'après le principe à mercure avec une intensité de courant de 10. 000 ampères on a alimenté les solutions suivantes : dans la division de pile située le plus près de la cellule d'électrolyse on a introduit une solution de sulfate de manganèse à 8 gr. par litre de Mn et un dosage de 18,7 litres par minute ; la deuxième division on a introduit une solution de sulfate de cuivre à 40 gr. par litre de cuivre et un dosage de 4200 c.c. par minute. Après séparation de l'amalgame d'alliages du circuit de mercure et calcination du mercure vers 5000 C on a obtenu 9,8 kilos d'un alliage en forme de poudre ayant 90% Mn et 10% Cu, qui se distingue par un pouvoir amortisseur de vibrations particulièrement élevé.