BE495088A - - Google Patents

Description

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  PROCEDE DE FABRICATION DE PRODUITS FORTEMENT   REFRACTA.IRES   A PARTIR   D'ALUMI-   
NATE DE MAGNESIUM, PAR VOIE CHIMIQUE HUMIDE. 



   L'invention concerne l'obtention de produits fortement réfrac- taires pour les industries utilisant de hautes températures, par exemple, les industries thermiques, les industries chimiques, métallurgiques céra- miques   etc..   Les parties de   l'appareil   qui viennent en contact avec les gaz ou les matières présentes à haute température subissent non seulement une forte sollicitation thermique, mais aussi dans la plupart des cas une forte sollicitation mécanique et chimiqueo Les matériaux céramiques uti- lisés principalement dans la technique des hautes températures comme la chamotte et d'autres silicates ne possèdent d'après l'expérience aucune résistance vis-à-vis des substances basiques, par exemple les scories ba- siques et sont cause de perturbations dans l'exploitation.

   On connaît dé- jà un procédé pour la fabrication de produits céramiques résistant aux   alcalis et aux combinaisons alcalines à partir de matières ayant la.composition RO.Al com dans lesquelles le radical RO est formé de deux ou de   plusieurs bases différentes et qu'on calcine en évitant la formation de cristaux de spinelle dont la grandeur dépasse un micron. Comme consti- tuants de spinelle les couples d'éléments magnésium + baryum, magnésium + calcium, et baryum + calcium ont été citéso On produit ces matières réfractaires et alcalines à partir des carbonates, sulfates et chlorures des métaux alcalino-terreux en mélange avec de l'alumine hydratée ou an- hydre par voie pyrotechnique. 



   La littérature apprend en outre comment on fabrique une   brique de haut-fourneau résistant aux scories basiques à partir de spinelle de magnésie MgO.Al 0 ayant un point de fusion de 2135 . On obtient   le matériau de base par voie chimique humide à savoir par précipitation à partir d'une solution aqueuse d'aluminate de soude et de solutions con- tenant du chlorure de magnésium ou du sulfate, mélangées en proportions équimoléculaires et en le débarrassant des sels alcalins adhérents par chauffage à 1300 - 1400 . Un tel spinelle magnésique contient 28% MgO et 

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   72%   Al2O3.

   Son module MgO/Al2O3 est égal à   Oe395-   C'est un fait d'expé- rience qu'un tel spinelle magnésique n'est cependant plus résistant aux alcalis à haute température, parce que   l'oxyde   d'aluminium perd progres- sivement son caractère neutre à température croissante et agit progres-   sivement de façon acide tandis que l'oxyde magnésique perd son caractère basique et devient neutreo Le spinelle pauvre en magnésie MgO.Al 0 pos-   sède par conséquent aux températures supérieures à 1700 C un caractère aci- de et réagit donc avec les scories basiques d'une façon qui perturbe l'ex- ploitation, pour autant qu'il ne soit pas comme d'autres revêtements, maintenu à température plus basse par un coûteux refroidissement à l'eau. 



   La présente invention concerne de même un procédé pour la fabrication de produits fortement réfractaires à partir d'aluminate de magnésium par voie chimique humide et se caractérise en,ce qu'on fait réa- gir chimiquement des combinaisons solubles de magnésium et des aluminates solubles de façon telle qu'il se forme des aluminates de magnésium dans lesquels le constituant MgO se trouve en plus grande quantité que le con- stituant Al2O3. Comme selon la règle générale, l'eutectique d'un sys- tème se déplace suivant la concentration et les propriétés du constituant qui exerce l'influence la plus forte, un aluminate magnésique riche en magnésium possède un point de fusion plus élevé et des propriétés de neu- tralité ou de basicité plus fortes qu'un spinelle magnésique ou ternaire   d'après Mathésius ou Singer.

   Effectivement le point de ramollissement d'une matière constituée de l'aluminate de magnésium 4 MgO - Al 0 se   trouve déjà au-dessus de 2000 , son point de fusion également essentiel- lement plus haut et cette matière conserve son caractère basique ou neutre jusqu'à fusion de sorte qu'elle n'est attaquée ni par des scories acides ni en particulier par des scories basiques.

   Cette stabilité qui existe aussi aux températures les plus élevées fait convenir par conséquent la matière nouvelle et fortement réfractaire comme matériau de construction pour des parties de la construction soumises à des sollicitations mécani- ques, comme les appareils à circulation de gaz, les becs ou les brûleurs, tandis que le coûteux refroidissement par eau qui est   autrement   nécessai- re, peut être suppriméo 1er exemple d' application Lorsqu'on mélange entre elles des solutions aqueuses de chlorure de magnésium et d'aluminate de soude, il se forme à température ordinaire en réaction lente conformément à l'équation, 
3 Mg Cl2 + 2 Al(O Na)3 = Al2O3.3MgO + Na Cl un préci- pité à l'état de gel, difficilement lavable, dont on peut éliminer le con- tenu initial en   NaCl,

     en le lavant à nouveau après chauffage à 300  et dont l'analyse donne les valeurs correspondant à un aluminate de magnésium 3MgO . Al2O3 dont le module est   1,1870   En diluant la solution jusqu'à la moitié de sa concentration et en élevant la température de précipitation jusqu'à 60 - 70 C, il se forme encore il est vrai des précipités à l'état de gel ou visqueux qui se déposent cependant et se laissent filtrer sans perte. 



  2e exemple   d'application    Lorsqu'on fait réagir du chlorure de magnésium et de l'aluminate de soude en présence d'un excès de lessive de soude, selon la réaction, 
2 Mg Cl2 + Al (ONa)3 + NaOH = AlO3MgMgOH + 4 NaCl, il se sépare lentement un précipité à l'état de gel, entraînant un peu de Na   Cl,   qui après chauffage et un nouveau lavage, donne une substance blanche dont l'analyse fournit la composition 4 Mg 0 - Al2O3. Une plus ou moins grande teneur en Cl semble être causée par la formation d'oxychlorure de magnésium à l'état de traces. La formation de cet aluminate résulte mani- festement d'une séparation d'eau selon, 

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   2 Al 03 Mg Mg 0 H = 4 Mg 0 - o Al2O3 + H2O.   



  Des expériences au moyen d'excès plus grands encore de magnésium n'ont pas donné de corps, plus riche en magnésium. 



  3e exemple d'application. Sur la base des expériences décrites dans les exemples d'application 1 et 2, on a utilisé comme matière de départ., d'une part les solutions basiques finales encombrantes contenant du magnésium provenant de la préparation du sel potassique et d'autre part les solutions basiques d'aluminate provenant du délayage de la bauxite ou de l'argile humide. On les a fait réagir l'un avec l'autre à température élevée   (60-700C)   de façon correspondant à leur composition déterminée par l'ana- lyse chimique en vue de la formation de 3 Mg O. Al2O3, conformément à l'exemple d'application 1. 



    4e   exemple d'application. On a effectué la transformation des mêmes solu- tions basiques conformément à l'exemple d'application 2, en aluminate 4 Mg 0 - Al2O3 riche en magnésium. On l'a fait suivre d'un chauffage in-   termédiaire   à   400 C.   On a broyé et comprimé la substance lavée, exempte de chlore, en bâtonnets qu'on a chauffé à 1950  dans un four de Rossignol traversé par un courant d'hydrogène. Jusqu'à 800  environ se sont échap- pées de légères fumées blanchâtres d'oxychlorure, ou de chlorure de so- dium dans le cas d'omission du chauffage intermédiaire. Alors se sont formées aussitôt au dessus de 1900  et vraiment manifestement sous l'in- fluence réductrice de   l'hydrogène   chaud des vapeurs plus épaisses le long des bâtonnets.

   C'est pourquoi le chauffage qu'on a poussé jusqu'à 2100  dans quelques essais, a été interrompu ensuite à 1950 o Il ne s'est jamais manifesté de ramollissement des éprouvettes à aucune des températures les plus élevées Comme un chauffage en atmosphère neutre ou oxydant était impossible dans le four utilisé, la température de fu- sion n'a pu être atteinteo Les bâtonnets d'essai refroidis lentement formaient une masse restée dure,conservant ses arêtes vives, d'une tein- te gris-blanchâtre dont l'analyse a donné la composition de 4 Mg O. Al2O3 pur.

   Cet aluminate de magnésium   4   Mg 0 Al2O3 répond à toutes les   exi-   gences relatives à un matériau fortement réfractaire pour des sollicita- tions chimiques en particuliero Son point de ramollissement se trouve à plus de 2000 , son point de fusion est également encore essentiellement plus élevé. Il conserve jusqu'à la fusion son caractère basique ou neu- tre et n'est par conséquent pas attaqué ni par des scories acides ni par des scories basiques. Les vapeurs d'alcali qui peuvent être expulsées des matières basiques par la chaux également restent-sans influence né- faste.

   Comme le fer en est absent, les perturbations d'exploitation redoutées qui dépendent de la décomposition catalytique de l'oxyde de carbone par le fer provoquant la relâchement et la désagrégation structu- rale du revêtement du four ne se produisent pas. Sa structure serrée, ré- sistante à la chaleur fait convenir également l'aluminate 4 MgO .

   Al2O3 comme matériau de construction pour les parties de la construction soumi- ses à des sollicitations superficielles comme les appareils à circulation de gaz, les becs et les brûleurs qui doivent être exploités sans refroi- dissement par eauo Le nouveau matériau fortement réfractaire permet éga- lement d'alimenter le four avec des gaz de chauffage fortement préchauf- fés, avec   de' l'air   de combustion plus riche en oxygène ou même de l'oxygè- ne pur fortement chauffé, pour élever ainsi la capacité calorifique. Les revêtements céramiques de four utilisés jusqu'à présent ne supportent ces sollicitations que lorsque les surfaces libres sont refroidies en dessous de la température critique de réaction par un refroidissement intensif à l'eau.

   Abstraction faite des difficultés et perturbations d'exploitation qui sont impliquées, interviennent de grandes pertes de chaleur et par 

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 conséquent une plus forte consommation de combustible. Un avantage essen- tiellement économique consiste en ce que l'on peut préparer le nouveau matériau de construction par voie chimique humide à partir de matières premières présentes en quantités abondantes dans le pays, à savoir solu- tions basiques de sel potassique ou de bauxite.

   On évite ainsi la pré- paration de matières de départ solides, comme il en faut dans les pro- cédés mentionnés plus haut relatifs aux spinelles à plusieurs constituants et que l'on ne peut obtenir à partir de solutions basiques citées que par une dépense coûteuse de   chaleuro   D'autre part, les eaux-mères et les eaux de lavage contiennent après   séparation'de   l'aluminate de magné- sie des quantités considérables de sels alcalins récupérables. 



   Le nouveau matériau entre en ligne de compte dans toutes les industries utilisant des matières fortement réfractaires et est utili- sable, par exemple pour le garnissage de fours de toute espèce,. creusets de fusion, cornues, moufles, équipements de   haut-fourneau,   becs, brûleurs, appareils de laboratoire de toute espèce et pour des objets relatifs à la technique électrique, par exemple des appareils de chauffage et en outre comme émeri ou comme produit d'affutageo   REVENDICATIONS   la- Procédé de fabrication de produits fortement réfractai- res à partir d'aluminate de magnésium par voie chimique humide,

   caractéri- sé en ce qu'on fait réagir chimiquement des composés solubles   dans .l'eau   de magnésium et des aluminates solubles dans l'eau de façon telle qu'il   se forme des aluminates de magnésium dans lesquels le constituant MgO est en proportions plus importantes que le constituant Al 0 .  

Claims (1)

1. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme produit de départ d'une part des solutions basiques contenant du magnésium de l'industrie des sels potassiques et d'autre part des solutions basiques de traitement de bauxite ou d'argile contenant un aluminateo 3.- Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on conduit la réaction en particulier par l'introduction de quan- tités appropriées de façon qu'il se forme un aluminate de magnésium ayant la composition Al O3Mg Mg 0 Ho 4.- Procédé suivarit les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on soumet les produits provenant de la réaction chimique par voie humide à un chauffage intermédiaire à 300 - 4000 avant la forte cuisson.

   50- Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on effectue la forte cuisson à une température voisine de 1950 .

   6.- Matière fortement réfractaire constituée d'aluminate de magnésium fabriqué par voie chimique humide, caractérisée en ce qu'elle contient de l'aluminate de magnésium dont le constituant MgO est en propor- tions plus importantes que le constituant Al2O3.

   7.- Matière fortement réfractaire suivant la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle contient de l'aluminate de magnésium ayant la composition 4 Mg O.Al2O3.