BE517293A - - Google Patents

Description

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  PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DE   METAUX.   



   La présente invention se rapporte à la fabrication de métaux et plus particulièrement à un procédé électrolytique de fabrication du titane métallique. 



   On sait que l'on peut obtenir le titane métallique par électrolyse du bioxyde de titane soit en solution dans un sel fondu tel que le chlorure de calcium anhydre soit à l'état de suspension dans ce sel. Le   ti-'   tane obtenu par ce procédé est habituellement à   létat   de poudre fine disséminée'dans la masse de sel fondu et ne peut en être enlevé d'une manière continue. L'électrolyse est donc effectuée par lots séparés et quand on a produit   une   quantité suffisante de titane dans la masse fondue, le procédé habituel   consiste   à interrompre l'électrolyse et laisser le contenu de la cellule refroidir et se solidifier. On recueille ensuite le titane par lessivage à l'eau, qui extrait le sel soluble et laisse le titane en poudre. 



   La demanderesse a découvert que lorsqu'on fabrique le titane métallique par électrolyse d'un composé du titane au sein d'un sel fondu, le procédé-peut être mis en oeuvre d'une manière continue si on assure le contact de ce sel fondu avec un métal liquide dans lequel le titane est soluble à la température de l'électrolyse. 



   Suivant l'invention, le procédé de fabrication du titane métallique comporte donc l'électrolyse d'un composé du titane en   solu-   tion ou en suspension dans un sel fondu, en présence d'un métal fondu dans lequel le titane est soluble à la température de l'électrolyse, l'enlèvement de l'alliage de titane et dudit métal fondu ainsi formé au cours de l' électrolyse, enfin la récupération du titane à partir de cet alliage. 



   Il est avantageux d'utiliser comme cathode de la cellule électrolytique, le métal fondu introduit pour dissoudre le titane à mesure qu'il se forme.   @   

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La gamme de températures dans laquelle on effectue l'électrolyse dépend d'un certain nombre de facteurs, tels que les points de solidification et d'ébullition du sel fondu, les points de fusion et d'ébullition du métal cathodique et la solubilité du titane dans le métal cathodique. Ainsi, la température doit être telle que le sel fondu, le métal cathodique et l'alliage formé par le titane et le métal cathodique au cours de l'électrolyse soient tous à l'état fondu, tandis qu'en même temps la température doit être-assez basse pour éviter une volatilisation excessive du sel et du métal cathodique.

   La température doit par ailleurs être assez élevée pour assurer une solubilité appréciable du titane dans le métal cathodique. 



   Dans le cas de l'électrolyse du bioxyde de titane au soin du chlorure de calcium avec utilisation de zinc fondu à la cathode il est préférable d'effectuer l'opération à la température de 850 C. environ, mais, si on utilise le plomb à titre de métal cathodique fondu et un électrolyte formé des mêmes matières, il est préférable d'opérer vers   1000 C.   



   Il est généralement bon d'opérer à une température aussi faible que possible comptatible avec une électrolyse satisfaisante. de manière à éviter d'avoir à procéder à des réparations et un entretien excessifs de la cellule, que comporte invariablement l'usage de procédés d'électrolyse à haute température. 



   On peut utiliser un certain nombre de composés du titane tels que les halogénures de titane, les titanates alcalins ou alcalino-terreux ou leurs mélanges, mais il est avantageux de faire appel aux sous-chlorures de titane ou au bioxyde de titane, principalement parce' qu'ils sont bon marché et qu'ils sont solubles dans de nombreux sels fondus. 



   Il est préférable de faire appel au bioxyde de titane chimiquement pur. On peut aussi utiliser du rutile naturel de très bonne qualité, d'une teneur en oxyde de titane supérieure à   98%   et à peu près exempt de silice ou autres impuretés nuisibles. 



  On peut retirer du rutile de cette qualité de certains sables marins naturels. par les procédés de séparation physique connus. 



   Le sel fondu utilisé de préférence dans la cellule peut être un halogénure ou un mélange d'halogénure quelconques alcalino-terreux et spécialement-terreux et spécialement le chlorure de calcium, bien qu'un certain nombre d'autres sels puissent être utilisés comme, par exemple, les fluotitanates alcalins et les mélanges salins en contenant. Le sel fondu préféré doit cependant être anhydre et susceptible de dissoudre le composé du titane, mais il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à ces sels fondus. On peut utiliser les sels fondus qui, par électrolyse,donnent un métal réduisant en titane métallique une suspension d'un composé du titane, par exemple une suspension de bioxyde de titane. 



   La cathode métallique liquide peut consister en un métal tel que le zinc, le cadmium, le plomb ou un mélange de deux de ces métaux ou des trois, mais il est préférable d'utiliser le zinc en raison de son bon marché relatif et de sa séparation facile du titane dissous. 



   Dans les cas où le titane est formé par réduction du bioxyde de titane avec un métal constituant un produit primaire de l'électrolyse et où l'oxyde métallique ainsi formé est lui-même insoluble dans la masse fondue, il est alors nécessaire de faire circuler la masse fondue, d'en soutirer une portion de la cellule, d'enlever l'oxyde par voie physique, par exemple par filtration, ou par voie chimique, par exemple par réaction avec le chlore,puis de renvoyer l'électrolyte ainsi traité dans la cellule. 



  S'il se dégage du chlore dans la cellule, comme c'est le cas quand la masse fondue est un chlorure alcalino-terreux, on peut l'utiliser pour transformer de nouveau l'oxyde métallique en chlorure. Dans les cas   où   l'oxyde métallique est soluble dans la masse fondue il peut se produire un certain degré de   re-chloruration   dans la cellule mais il peut encore être nécessaire de complé- 

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 ter le processus par circulation de la masse fondue pour continuer la réaction avec le chlore.      



   Dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on   pourr   suit l'électrolyse jusqu'à ce que la concentration en titane de la cathode mé-, tallique liquide atteigne un certain degré déterminé à l'avance et l'on prévoit, donc un dispositif permettant de retirer de temps en temps de la cellule des prises d'essais de métal cathodique liquide que l'on analyse pour en   détermi-   ner la concentration en titane, Il est avantageux que la concentration soit limitée de manière qu'il ne se forme pas d'alliages. complexes solides de titane dans la cellule et pour y parvenir il est préférable. quand on utilise le zinc à titre de cathode liquide. de commencer à enlever l'alliage zinc-titane de la cellule quand sa concentration en titane a atteint une valeur de 2 à   3%   en poids du mélange.

   On enlève alors de la cellule l'alliage par un siphon à métal liquide, de manière à éviter la pollution par la masse fondue ou par le bioxyde en suspension, et l'on peut filtrer le liquide pour enlever les impuretés en suspension telles que le bioxyde, le carbure ou le nitrure de titane. 



   L'alliage de titane et le métal cathodique à l'état liquide ou solide peuvent alors être distillés sous vide à une température à laquelle le métal cathodique est volatilisé et où se produit, en même temps, le frittage du résidu de titane., de sorte que celui-ci ne soit plus pyrophorique au contact de l'air. Le métal volatilisé peut être commodément renvoyé dans la cellule pour participer de nouveau à l'électrolyse. Quand on utilise le zinc comme métal cathodique, des températures de l'ordre de   800 C.   sont satisfaisantes. 



   On peut également refroidir l'alliage liquide à une température inférieure à la température de fonctionnement de la cellule mais la température à laquelle l'alliage est refroidi doit être suffisamment supérieure à la température du point de fusion du métal cathodique pour éviter la soli-   dification;   elle doit en même temps être-assez basse pour assurer la précipitation de quantités substantielles du titane dissous, soit à l'état de métal pur, soit à l'état de complexe avec le métal cathodique. La phase solide pré-   cipitée,   riche en titane, peut être séparée du métal cathodique par filtration et le filtrat renvoyé dans la cellule pour s'y enrichir de nouveau par ' électrolyse.

   La matière filtrée peut alors être distillée sous vide à des températures qui volatilisent le métal cathodique et en même temps assurent le frittage du résidu de titane de sorte que celui-ci n'est plus pyrophorique à l'air. 



   L'exemple suivant illustre la présente invention sans toutefois la l'imiter. 



  EXEMPLE.- 
On effectue l'électrolyse dans une cellule formée d'une enveloppe en acier doux à revêtement d'alumine,dans un bain constitué de chlorure de calcium anhydre fondu. La cathode est formée d'une masse de zinc fondu disposée au fond de la cellule; un dispositifpermet de soutirer de temps en temps ce métal. On utilise à titre d'anode, une baguette de graphite réglable disposée directement au-dessus de la masse cathodique. Au cours de l'électroly- 89, qui est effectuée vers 800 C., on ajoute au bain d'une manière lente et continue du bioxyde de titane pur à l'état de poudre fine et il se dépose du titane métallique dans la cathode de zinc fondue que l'on agite de temps en temps.

   Quand la teneur en titane de la cathode atteint environ 2.5% on retire de temps en temps de la cellule l'alliage enrichi et on complète la masse   ca--   thodique par une nouvelle addition de zinc pur. On laisse refroidir l'alliage métallique retiré sous une couche protectrice de chlorure de calcium puis on distille sous pression réduite pour recueillir le zinc et le titane, le zinc récupéré étant renvoyé dans la cellule suivant les besoins. 



   Le titane métallique obtenu après élimination du zinc de 1' alliage par distillation est sous une forme spongieuse frittée que l'on fond à l'arc électrique; il possède un indice pyramidal Vickers de dureté de 250 et 

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 contient moins de   0,01%   de zinc. Sa teneur en titane dépasse 99,5.

Claims (1)

1. RESUME.

   1.- Procédé de fabrication de titane, procédé caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons: 1 ) on électrolyse un composé du titane en solution ou en suspension au sein d'un sel fondu en présence d'un métal fondu-pouvant dissoudre le titane à la température de l'électrolyse, on rétire l'alliage de titane et dudit métal fondu ainsi formé au cours de 1'électrolyse, puis on récupère le titane à partir de cet alliage; 2 ) le composé de titane est: a) un halogénure; b) un titanate d'un métal alcalin ou d'un métal alcalinoterreux ; c) du bioxyde de titane;

   d) du bioxyde de titane sous forme de rutile naturel; 3 ) le métal solvant fondu est du zinc, du cadmium ou du plomb, ou des mélanges de deux de ces métaux ou des trois métaux; 4 ) l'électrolyse est effectuée à une température supérieure au point de fusion de la solution de titane dans le métal solvant fondu; 5 ) l'électrolyse est poursuivie jusqu'à ce que la concentration du titane dans le métal fondu atteigne une valeur déterminée à l' avance telle qu'il ne se forme pas d'alliages complexes solides de titane; 6 ) le métal solvant fondu est le zinc et l'électoelyse est poursuivie jusqu'à ce que la concentration en titane du zinc fondu ait atteint une valeur de 2 à 3% en poids de l'alliage titane-zinc ;

   7 ) l'alliage enlevé de la cellule électrolytique est filtré à l'état fondu de manière à enlever les impuretés et le filtrat est chauffé sous vide de manière à distiller le métal solvant et permettre l'isolement du titane ; 8 ) le métal volatilisé estrenvoyé dans la cellule d'électrolyse pour participer à une nouvelle électrolyse.

   II.- Titane métallique obtenu au moyen du procédé tel que dessus.