<Desc/Clms Page number 1>
NATIONAL LEAD COMPANY, résidant à NEW YORK.
PROCEDE DE TRAITEMENT D'UNE MASSE SPONGIEUSE DE TITANE METALLIQUE.
La présente invention est relative au traitement d'une éponge de métal réfractaire. Elle concerne plus particulièrement un procédé pour traiter du titane métallique.. Plus particulièrement encore, elle se rappor- te à un procédé pour éliminer du titane métallique les impuretés qui peuvent être présentes ou se former pendant sa fabrication, par exemple le magné- sium métallique et/ou divers composés solubles dans l'eau ou les acides, com- me le chlorure de magnésium et composés analogues.
Lorsqu'on obtient du titane métallique suivant un procédé dans lequel on fait réagir à température élevée du tétrachlorure de titane et un métal réducteur actif comme le magnésium pour former du titane métallique et un chlorure du métal réducteur, le titane métallique formé est générale- ment contaminé par la présence du chlorure du métal réducteur et souvent par celle du métal réducteur lui-même. Avant que le titane métallique puis- se être utilisé dans les différents domaines d'application industriels, il est nécessaire d'en séparer les impuretés.
On peut les séparer du titane métallique par une opération d'entraînement, en se servant d'eau ou d'une so- lution acide diluée comme agent d'entraînement., Il est possible par des pro- cédés d'entraînement par l'eau choisis de façon appropriée d'éliminer prati- quement toutes les impuretés solubles dans l'eau comme le chlorure de magné- sium par exemple, et en utilisant un acide dilué pour l'opération d'entraîne- ment, il est également possible d'éliminer les impuretés métalliques comme le magnésium métallique, ainsi que les composés solubles du type sel. Pour des raisons économiques, on a généralement utilisé une solution acide, d'aci- de chlorhydrique ou sulfurique par exemple, dans les opérations d'entraînement.
Cependant, dans les phases suivantes de la fabrication et, en particulier, lors de la fusion à l'arc par exemple du titane métallique traité par entrai- nement,pour le couler dans les formes appropriées à son utilisation commer- ciale, on rencontre souvent de grandes difficultés et, pour une certaine rai- IMPRIME et EDITE le 27 AVRIL 1956. PRIX : 20 1
<Desc/Clms Page number 2>
son, le titane métallique ne se prête pas au procédé de fusion à l'arco Les raisons du phénomène ne sont pas claires ; est, toutefois, possible qu'après l'opération d'entraînement par l'acide dilué, le titane métallique contienne une certaine quantité de gaz absorbé, de l'hydrogène par exemple et que ce gaz se dégage au cours de la fusion à l'arc.
Ce serait la cause de la perte de stabilité de l'arc et des projections de métal observées qui ne permet- tent pas d'exécuter une fusion à l'arc satisfaisante.
En conséquence, un but de la présente invention est de fournir un procédé satisfaisant pour éliminer les impuretés contaminant le titane métallique impur. Un autre but est de procurer un procédé pour rendre le titane métallique susceptible d'être fondu à l'arc. Un autre but est de fournir un procédé de séparation des impuretés du titane métallique par une opération d'entraînement. Un autre but encore est de fournir un procédé pour éliminer les impuretés et rendre le titane métallique susceptible d'être fondu à l'arc, ce procédé étant d'application simple et économique. Ces buts et d'autres ressortiront de la description plus complète de l'invention faite ci-après.
Au sens large, la présente invention concerne un procédé de traitement de titane métallique impur dans le but d'éliminer les impuretés et de rendre le métal susceptible d'être fondu à l'arc, suivant lequel on met en contact le titane métallique et une solution acide contenant un agent oxydant soluble dont le potentiel d'oxydo-réduction est supérieur à celui de l'électrode standard à hydrogène. On a établi qu'en pratique n'importe quel agent oxydant capable d'oxyder l'hydrogène gazeux à l'état d'ion hydro- gène en solution acide peut être employé avec succès.
Parmi ceux qu'on a utilisés avec de bons résultants, on notera les composés de nitrates, l'a-
EMI2.1
cide chromique,. des solutions acides de sels ferriques, Ncr04' K2CrZ07' MnO 4$H2025 IlaCIO3, NaCIO, NaClO4, KBrCL, KICK, TiC14' Mn02, PbOZ, SnCl4, CuSO4, et les gaz oxydants comme le chlore, l'oxygène, l'ozone et le brome.
Pour la mise en oeuvre de la présente invention, le gaz oxy- dant est généralement dissous dans une solution acide. Mais certains de ces agents ne sont que très faiblement solubles, en particulier des gaz comme l'oxygène et l'ozone. Dans ces cas, il est désirable d'ajouter ces gaz en les faisant barboter dans la solution pendant l'opération d'entraî- nement. Il va de soi que les quantités spécifiques d'agents à employer dans une opération déterminée quelconque dépendent d'un certain nombre de facteurs, par exemple du type d'agent oxydant choisi, de l'importance de la contamina- tion, de la forme physique du titane métallique et d'autres variables du traitement. Dans certains cas, celui du CuS04 par exemple, du cuivre se dépose sur l'éponge pendant l'opération d'entraînement.
Le cuivre peut être éliminé par une autre opération d'entraînement à l'acide avant la fusion à l'arc.
Dans le cas du chlore et d'autres gaz, le gaz peut barboter dans la solution ou être formé in situ d'une façon quelconque dans la solu- tion même. Comme certains des sels utilisés comme agents oxydants ne sont que légèrement solubles dans la solution acide., il est désirable, bien que non essentiel, de régler la vitesse d'addition de l'agent oxydant ou de la partie acide de la solution. Dans la plupart des cas, on obtient de bons résultats en utilisant au moins 0,5 % d'un agent oxydant sur la base du poids de la solution d'entraînement. De 0,5% à 20% environ constitue une gamme désirable. L'emploi d'un agent oxydant dans la solution d'entraîne- ment permet d'obtenir du titane métallique de meilleure qualité.
De pré- férence, l'agent oxydant sera présent dans la solution d'entraînement en quantité suffisante pour réagir avec au moins une grande partie de l'hydro- gène qui se dégagerait théoriquement si l'agent oxydant n'était pas utili- sé. Pour obtenir des résultats supérieurs, il y a lieu d'employer un excès
<Desc/Clms Page number 3>
relativement à cette quantité théorique.
N'importe quelle solution assez acide pour attaquer le magné- sium métallique, par exemple, peut être avantageusement utilisée. On em- ploiera de préférence des solutions d'acides minéraux comme l'acide ehlôrhy- drique et l'acide sulfurique comme moyen d'entraînement, mais des-acides organiques comme l'acide acétique par exemple peuvent être également employés.
De même, on peut utiliser des solutions contenant d'autres matières comme le chlorure de magnésium et analogues qui sont suffisamment acides pour at- taquer les impuretés métalliques.
La concentration de la solution acide peut varier entre de lar- ges limites, mais pour des raisons d'économie et de facilité on a trouvé dé- sirable d'employer des solutions très diluées-relativement à la présence de constituants acides. On a, par exemple, employé avec succès des solutions' d'entraînement contenant de 2 à 10% environ de HC1 ou H2SO Pour certains agents oxydants toutefois, on a trouve qu' d'autres concentrations sont plus efficaces. Des concentrations très élevées en acide doivent être évitées pour des raisons d'économie et parce qu'elles présentent d'autres inconvé- nietsn, par exemple l'attaque du titane métallique lui-même par H2SO4et HCI concentrés.
La raison pour laquelle la présence d'un agent oxydant dans la solution d'entraînement améliore le comportement du titane métallique dans les opérations suivantes n'est pas encore établie. On suppose que l'agent oxydant réagit avec l'hydrogène gazeux qui peut se dégager pendant l'en- traînement et empêche ainsi que cet hydrogène soit absorbé par le titane, ou bien il se peut que l'agent oxydant lui-même soit réduit plutôt que l'hy- drogène et que les produits de cette réduction ne soient ni absorbés par le titane métallique, ni occlus dans sa masse.
L'opération d'entraînement peut être exécutée dans une gamme de température assez large. Pour obtenir une élimination efficace des im- puretés, on a trouvé convenable dans la plupart des conditions de commen- cer l'opération d'entraînement à la température ordinaire. Un dégagement de chaleur accompagne normalement l'opération, mais l'élévation de tempéra- ture qui en résulte ne semble pas produites d'effets indésirables.
Les exemples suivants illustrent l'invention : EXEMPLE 1.-
On soumet à une opération d'entraînement 70 parties d'un échan- tillon de titane métallique préparé par réaction entre du tétrachlorure de titane et du magnésium métallique fondu et contaminé par une certaine quan- tité de magnésium métallique et de chlorure de magnésium. On utilise comme milieu d'entraînement 1460 parties d'une solution acide contenant 44 parties de H2SO4 et 292 parties de NaClO. Ces quantités correspondent à une concen- tration H2SO4 de 3% et NaCIO3 de 20%. L'acide est ajouté lentement pendant la première demi-heure de l'opération d'entraînement. Cette opération est poursuivie pendant 4 heures à des températures comprises entre 24 et 47 C.
A l'issue de cette période, le titane métallique est extrait de la solution acide d'entraînement contenant NaCIO3 lavé à l'eau et séché pendant 3 heures environ à 150 C environ. Le magnésium et le chlorure de magnésium sont pra- tiquement éliminés par cette opération. Après élimination des impuretés et séchage du produit, le titane métallique est porté dans un appareil de fusion à l'arc et fondu puis coulé en lingots. Le lingot de titane métallique a une dureté Brinell de 220. Pendant l'opération de fusion à l'arc, on main- tient un arc stable sans difficulté et on ne constate pratiquement pas de projections de titane métallique.
<Desc/Clms Page number 4>
EXEMPLE 2.-
On soumet la même quantité d'une autre partie de titane mé- tallique impur de l'exemple 1 à une autre opération d'entraînement acide, afin d'éliminer le magnésium métallique et le chlorure de magnésium. Dans cet exemple, la solution d'entraînement acide comprend 1500 parties d'une solution contenant 150 parties de H2SO4 et 150 parties de KMnO4. L'opéra- tion d'entraînement est poursuivie pendant 4 heures à des températures comprises entre 34 et 44 C. environ. Elle s'effectue, ainsi que la fusion à l'arc et la coulée, de la fagon décrite dans l'exemple précédent. On n'éprouve aucune difficulté pendant l'opération de fusion à l'arc et le lingot coulé a une dureté Brinell de 140.
EXEMPLE 3.-
On soumet une autre partie du titane métallique impur em- ployé dans les exemples précédents à une opération d'entraînement pour éli- miner le magnésium métallique et le chlorure de magnésium. Cette fois, la solution d'entraînement comprend 1450 parties d'une solution contenant 70 parties de H2 SO4 et 140 parties de H2O2 Le titane métallique séparé est ensuite lavé et séché puis traité par fusion à l'arc. Le lingot formé a une dureté Brinell de 210.
EXEMPLE 4.-
On reprend le procédé décrit dans l'exemple 1, en utilisant 1500 parties de solution contenant 45 parties de HG1 et 45 parties de K2Cr2O7. Le titane métallique est fondu à l'arc sans difficulté.
EXEMPLE 5o-
On traite une autre partie de titane métallique impur comme dans l'exemple 1 mais par 1600 parties d'une solution contenant180 parties de TiCI4. Les impuretés sont éliminées et la fusion à l'arc effectuée sans difficulté. Le lingot a une dureté Brinell de 140.
EXEMPLE 6.-
On reprend le procédé décrit dans l'exemple 1 avec 1400 par- ties d'une solution contenant 140 parties de H2SO4et 84 parties de KIO3.
Les résultats obtenus sont analogues aux résultats décrits plus haut et la dureté Brinell du lingot est 137.
EXEMPLE 7.-
Une autre partie de méral impur est traitée comme dans l'exem- ple 1 par 1200 parties d'une solution contenant 36 parties de HCI et 180 parties de SnClo La surface du titane métallique est recouverte d'un dé- pôt qu'on élimine facilement dans la suite par entraînement à l'acide di- luée Le titane métallique est ensuite soumis avec succès par l'opération de fusion à l'arc.
EXEMPLE 8.-
On place une autre partie de métal impur dans 900 parties d'eau et on fait barboter du chlore gazeux dans la solution. Le titane mé- tallique traité est ensuite fondu à l'are sans difficultéo EXEMPLE 9.-
On utilise le même procédé que dans l'exemple 8 mais en fai- sant passer de l'oxygène au lieu de chlore dans la solution et en ajoutant 28 parties de HCI à la solution pendant la première heure de traitement.
Des résultats analogues à ceux des exemples cités sont égale- ment obtenus avec de l'ozone, du brome et Na2CrO4. de l'acide chromique,
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
Mno2 , Pb02' NaCIO,, NaClO, KBrO3 et OUSO 4.
A titre de comparaison, et pour illustrer l'efficacité de la présente invention, une autre portion du titane métallique impur de l'exem- ple 1 est soumise à une opération d'entraînement dans laquelle on utilise la même quantité de solution d'entraînement d'acide sulfurique que dans l'exemple 1. On n'utilise pas d'agent oxydant. Bien que les impuretés, y compris le magnésium métallique et le chlorure de magnésium, soient ap- paremment éliminées, le titane métallique ne peut convenir pour la fusion à l'arc car il se produit des projections excessives de titane métallique et il se révèle impossible de maintenir un arc stable pendant l'opération de fusion.
Les exemples cités et la description qui précède ont claire- ment montré qu'il est possible, en suivant le procédé de l'invention, d'é- liminer efficacement les impuretés telles que le magnésium métallique et le chlorure de magnésium par exemple9 du titane métallique par une opéra- tion d'entraînement dans laquelle la solution acide d'entraînement contient un agent oxydant. Les produits résultant de cet entraînement conviennent particulièrement pour la fusion à l'arc. En outre, on a montré qu'il est possible d'effectuer cette élimination par une opération d'entraînement simple et économique qui n'exige ni installations compliquées, ni quanti- tés importantes d'agents d'épuration supplémentaires.
L'invention décrite et illustrée par les exemples cités n'y est pas strictement limitée et des modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de traitement de titane métallique impur pour éli- miner les impuretés et rendre le métal susceptible d'être fondu*à l'arc, caractérisé en ce qu'on met en contact le titane métallique et une solution acide contenant un agent oxydant soluble dont le potentiel d'oxydo-réduc- tion est supérieur à celui de l'électrode standard à hydrogène.
2. - Procédé de traitement de titane métallique impur pour éli- miner les impuretés et rendre le métal susceptible d'être fondu à l'arc, caractérisé en ce qu'on met en contact le titane métallique et une solution acide contenant un composé choisi dans le groupe formé par les nitrates,
EMI5.2
l'acide chromique, une solution acide d'un sel ferrique, NaCr04, K2Cr20,, KMnO,, Ho0o, NaC103, NaCIO, NaCIO,, KBr03, KI03, TiCl4, Mn02' Pb02, Snel,, CuS04, le chlore, l'oxygène, l'ozone et le brome.