BE508545A - - Google Patents

Description

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  PREPARATION DU MONOXYDE DE TITANE. 



   La présente invention est relative à la préparation thermique du monoxyde de titane. 



   Le monoxyde de titane est susceptible de différentes applica- tions,mais jusqu'ici il n'a pas existé de procédé pratique donnant une ma- tière ayant la pureté voulue, comportant des opérations simples et évitant la présence de sous-produits gênants. Conformément à la présente   inventicn   il est cependant possible de préparer du monoxyde de titane de façon simple et directe, présentant l'avantage particulier que les produits de la réac-. tion se dissipent sous forme gazeuse, en laissant le monoxyde de titane pur sous la forme d'un résidu solide. D'autres avantages et objets de l'inven- tion ressortiront de la description ci-dessous. 



   Pour obtenir les résultats ci-dessus et d'autres, l'invention comporte les caractéristiques qui seront décrites en détail ci-dessous, cet- te description visant certaines formes de réalisation de l'invention données à titre d'exemples, mais qui ne sont données qu'à titre indicatif et ne re- présentent que quelques unes des nombreuses façons suivant lesquelles on peut mettre en pratique le procédé de l'invention. 



   Les procédés antérieurs sont nombreux, mais le monoxyde de titane obtenu a toujours tendance à être dans un mauvais état de pureté. 



  En conséquence, on a propose de chauffer du bioxyde de titane en atmos- phère inerte ou'd'hydrogène, avec du zinc, du magnésium ou du calcium. 



  De façon invariable, ces façons de faire n'ont pas donné un produit ayant la pureté voulue. De plus, on obtenait en même temps un sous-produit qu'il fallait enlever chimiquement. 



   Conformément à l'invention, on a constaté que du carbure de ti- tane, convenablement préparé, peut être décomposé en présence d'oxydes réac- tifs pour donner du monoxyde de titane brun duré pur, ne contenant sensi- blement pas d'oxyde supérieur. Le procédé présente l'avantage que l'on uti- 

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 lise des matières premières relativement peu coûteuses et qu'il est suscep- tible d'être utilisé sur une grande échelle, ce qui présente certains avan- tages économiques évidents. Toutefois, en outre, il présente l'avantage de ne pas donner de sous-produits dont il faut s'occuper, de sorte que le mono- xyde de titane n'a pas à être traité chimiquement, étant donné que tous les sous-produits sont éliminés sous forme de gaz dans les conditions de fonc- tionnement.

   Comme la réaction se produit entre les matières premières à l'état solide avec transformation du carbure de titane en monoxyde et en produits en partie solides et en partie gazeux, ou par transformation de phase comme on peut appeler cette réaction, la fabrication du monoxyde de titane de cette façon est particulièrement avantageuse. En-partant ainsi de réactifs solides,le rendement de l'opération dépend dans une grande me- sure de l'état des particules en contact, de sorte qu'en général, plus les particules sont fines et moins il y a de particules d'impuretés,   c'est-à-di-   re plus la matière est pure, et meilleurs sont les résultats. 



   En général, la réaction s'effectue entre du carbure de titane convenablement'préparé et un ou plusieurs oxydes de formule générale MOn, dans laquelle MOn est TiO2, M pouvant autrement être un métal du deuxième groupe, sauf le radium, associé avec un atome d'oxygène. En conséquence, l'oxyde qui entre en réaction est l'oxyde supérieur du titane lui-même ou un oxyde d'un métal du deuxième groupe de la classification périodique autre que le radium, des considérations pratiques désignant, en particulier, le groupe formé par l'oxyde de zinc et les oxydes des métaux alcalino-ter- reux, autres que le radium et,parmi ceux-ci, les monoxydes de zinc, de mag- nésium et de calcium étant particulièrement intéressants au point de vue industriel. Dans certains cas, on peut utiliser avantageusement des mélan- ges de ces oxydes. 



   La carbure de titane utilisé comme matière première doit être très pur et plus il est finement divisé, plus est rapide et complète la réaction. De ce fait, une dimension pratique de l'ordre d'un micron ou moins est à souhaiter. Ceci s'obtient en broyant le carbure de titane pur du commerce dans un broyeur en fer, par exemple, muni d'un tamis de maniè- re à pouvoir obtenir le degré de finesse désirée. On traite ensuite la bouil- lie résultante avec de l'acide chlorhydrique de manière à enlever le fer qui peut s'être produit, après quoi on lave jusqu'à ce que les ions de chlorure soient enlevés. S'il y a du graphite libre, il peut être enlevé par flotta- tion en préparant une suspension légèrement alcaline de carbure de titane dans de l'eau et en faisant mousser de façon que le graphite passe dans la mousse.

   On enlève la mousse et l'alcali et on filtre le carbure de ti- tane, on le décante et le lave. On le sèche sur le filtre, puis finalement à une température ne dépassant pas 80 à 1000. On utilise également l'oxyde réactif à un degré élevé de pureté et à l'état finement divisé, une dimen- sion de particules de l'ordre de 1 micron ou moins étant à souhaiter. On peut obtenir ces matières pures et finement divisées dans le commerce. 



   On mélange intimement le carbure de titane et l'oxyde réactif et, de façon avantageuse, on comprime le mélange sous une pression d'au moins 1550 kg/om2 en boulettes ou pastilles denses, avec 5 à 10 % d'eau, par exemple, formant liant temporaire. Ensuite, on sèche   à   fond les boulet- tes comprimées. La réaction s'effectue à une gamme de température peur la- quelle l'oxyde réactif attaque le carbure. En général, ceci implique une température d'environ 1300 à   1750 .   par exemple   1500 .   La réaction est terminée en une à deux heures. On fait le vide dans la zone de réaction, par exemple à une valeur de 1 à 10 mm de mercure. Dans des gammes de tem- pérature plus élevées, la réaction s'effectue beaucoup plus rapidement.

   En utilisant du bioxyde de titane comme réactif avec du carbure de titane, il se forme du monoxyde de titane et de l'oxyde de carbone qui est évacué sous l'action du vide aussi rapidement qu'il se forme. Lorsqu'on utilise des oxy- des tels que ceux du zinc, de magnésium ou de calcium, il se forme de même du monoxyde de titane et de l'oxyde de carbone, et, en outre, il y a subli- mation ou volatilisation de zinc, magnésium ou calcium métalliques. Ces mé- taux volatilisés sont condensés dans un dispositif d'arrêt froid contenu dans le tuyau d'évacuation, où ils y sont en général retenus à l'état extrê- mement finement divisé.

   Après refroidissement de la réaction, on fait pas- 

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 ser dans l'appareil un courant d'hydrogène comme précaution empêchant l'allumage spontané du magnésium ou du calcium à l'état de poudre fine, en présence d'air. Si on le désire, on peut recueillir le zinc, le cal- cium ou le. magnésium à l'état fondu, en les faisant précipiter à l'état fondu en présence d'argon à partir du dispositif d'arrêt froid, à des températures légèrement supérieures à leur   point 'de   fusion. Lorsqu'on utilise des mélanges d'oxydes comme réactifs, par exemple du bioxyde de titane avec de faibles quantités de magnésie ou de chaux, on obtient l'a-. vantage d'une réduction complète du carbure en monoxyde de titane avec un certain degré de stabilité.

   On n'utilise normalement ce mélange.que lors- que les mélanges de réaction sont extrêmement massifs. Son premier effet semble être d'empêcher l'inversion de la réaction dans le cas où l'oxyde de carbone n'es't pas évacué assez vite de la zone de réaction. 



   Bien que le mode de réaction préféré comporte une mise sous vide obtenue par pompage, on peut effectuer la réaction dans de l'argon purifié si on le désire. Toutefois, au point de vue   industriel,   le vide est moins coûteux. 



   Les exemples ci-dessous expliquent le procédé de l'invention:   Exemple 1   On mélange intimement 60 gr. de carbure de titane pur,fine- ment divisé, avec 160 gr. de bioxyde de titane en particules de l'ordre d'un pigment, soit 1 mol TiC avec 2 mols de TiO2, ce qui donne la réaction TiC + 2TiO2 = 3 TiO + CO. On ajoute au mélange environ 25 cc d'eau et on granule la masse avant de la comprimer. On fait des boulettes ou pastilles ayant en gros 12 mm de diamètre et 6 mm d'épaisseur et on les comprime dans une matrice sous une pression de conformation de 1550   kg/cm2.   On sè- che alors soigneusement ces boulettes dans un four, à 110 .

   On les met dans un creuset en zircon pur ou en alumine pure dense et on chauffe dans un four d'induction sous vide en utilisant une résistance en graphite ou en molyb- dène pour produire la chaleur nécessaire et, pendant l'opération, le système est mis sous vide au moyen d'un appareillage habituel en utilisant un   dispo-   sitif d'arrêt ou chicane froide. A environ 1500 , la réaction commence de façon manifeste car la pression'commence à augmenter rapidement. On main- tient la température dans la gamme de   1450   à 1550  jusqu'à ce qu'on ait ré- tabli complètement les conditions de video Pour un lot de l'ordre de 100 à 300 gr., ceci nécessite en général environ 1 heure à partir du moment où l'appareillage atteint cette gamme de température. On obtient un rende- ment de 190 gr. de régule brun doré pur.

   On a constaté que si l'on porte la température à environ 1600  pendant la réaction ou au cours de celle-ci: ce régule est bien vitrifié. L'examen aux rayons X montre que cette matiè- re est du monoxyde de titane sensiblement pur. 



  Exemple 2 Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, on mélange 60 gr. de carbure de titane avec 163 gr. d'oxyde de zinc. Dans ce cas parti- culier, il se forme de l'oxyde de carbone et du zinc métallique, lequel est arrêté sous forme de poussière dans le dispositif d'arrêt froid. Cette réaction est TiC + 2ZnO = TiO + CO + 2Zn. Le rendement est d'environ   64   gr. de monoxyde de titane. La réaction se fait sous vide ou dans un gaz inerte. 



  Exemple 3 On traite 60 gr. de carbure de titane et 80 gr. de magnésie comme dans l'exemple 1, et ces matières réagissent comme suit : TiC + 2MgO = TiO + CO + 2Mg. Il se forme du magnésium gazeux et de l'oxyde de carbone et le magnésium est arrêté dans le dispositif d'arrêt froid.   ,On   obtient un rendement d'environ   6,3     gr .   de monoxyde de titane. Dans le cas de la réaction avec le zinc et la magnésie, il est en général bon de porter la température à environ 1600  pendant le' dernier quart de la décomposition thermique,de manière à concrétionner la masse intimement et à assurer l'élimination com- plète de tous les sous-produits. La réaction se fait sous vide ou dans un gaz inerte. 



   Dans chacun des exemples ci-dessus, les rendements sont sensi- blement quantitatifs et on obtient un produit très pur. 



  Exemple 4 On mélange 60 gr. de carbure de titane, 80   gr.ode   TiO2 et   40   gr. de MgO et on traite comme dans l'exemple 1, sous vide ou dans un gaz inerte. 

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  La réaction est ici TiC + TiO2 + MgO = 2TiO + CO + Mg. Le magnésium métal- lique et l'oxyde de carbone sont les produits gazeux que l'on obtient dans la gamme de température de 1300 à 1600 , et il reste dans le creuset 129 gr.de résidu. 



   En général, il est important d'empêcher l'air d'entrer. On place les réactifs dans un récipient que l'on met sous vide ou dans lequel on fait circuler continuellement un gaz inerte, par exemple de l'argon, et on porte ensuite la température à la valeur voulue. Les conditions de vide ou le libre passage du gaz inerte sont maintenus pendant toute la durée de la réaction. 



   Dans la mise en oeuvre des réactions ci-dessus comportant l'uti- lisation de creusets en zircon il se produit parfois des difficultés dans la partie supérieure de la gamme de températures et, c'est pourquoi l'on donne la préférence à l'alumine, bien que cette matière ne soit pas non plus complètement satisfaisante. La difficulté provient de ce qu'il y a réaction entre le monoxyde de titane et la matière de base. On peut remédier prati- quement à cette difficulté en utilisant une plaque de base en zirconate de baryum ou en oxyde de zircon, cuit à haute température. 



   Le monoxyde de titane obtenu grâce au procédé de l'invention présente l'avantage d'être très pur et de convenir directement pour diffé- rentes applications., en particulier, il convient pour la préparation de ti- tane métallique.

Claims (1)

1. RESUME Procédé de fabrication du monoxyde de titane, caractérisé par les points suivants séparément ou en combinaisons : 1 ) On chauffe, dans une atmosphère non oxydante, du carbure de titane sensiblement pur au contact d'un oxyde de formule générale MOn, dans laquelle MOn est TiO2 ou M est un métal du second groupe de la clas- sification périodique autre que le radium, le chauffage se faisant à une température suffisante pour provoquer un dégagement d'oxyde de carbone et l'on récupère sensiblement le monoxyde de titane résultant.

   2 ) L'oxyde MOn est un monoxyde du groupe consistant en oxyde de zinc et en oxydes alcalino-terreux autres que le radium.

   3 ) La réaction est effectuée sous vide en vue d'évacuer les produits gazeux de cette réaction.

   4 ) Dans le cas où la réaction donne un dégagement de métal à l'état gazeux, celui-ci est entraîné sous l'action du vide, puis condensé.

   5 ) L'opération se fait en utilisant un mélange d'oxydes tel que TiO2 avec un monoxyde choisi parmi le groupe formé par ZnO, MgO et GaO.

   6 ) On met les réactifs sous forme de boulettes ou de pastilles avant de les soumettre à la réaction.

   7 ) La réaction s'effectue par chauffage à une température com- prise entre 1300 et 1750 .