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La condensation de chlorures tels que FeCl3, AlCl3, TaCl3 et NbCl5 directement à l'état solide présente; du point de vue technique, quelque difficultés, du fait qu'on doit empêcher les chlorures de se déposer sous forme de croûtes sur les parois de la chambre de condensation.
La condensation des oxychlorures de niobium et de tantale s'avère tout particulièrement difficile. Ces composés
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qui, comme o@ le sait, se forment en quantité notable à coté des pentachlorures correspondants lorsqu'on chlore des mé. langes de minerai et de charbon avec du chlore gazeux à 600-1000 , ne montrent qu'une mauvaise tendance à la cris- tallisation et une tendance marquée à la formation, sur les parois, de revêtements très durs, ces parois étant à une température inférieure à la température de vaporisation des produits de la chloruration. Par cette formation de croûtes, on complique non seulement,l'extraction du produit, mais encore on rend plus difficile également l'évacuation de la chaleur de condensation des chlorures solides.
La formation de croûtes peut même conduire à une obturation de l'appareillage et, par suite, souvent à des interruptions Indésirables dans la préparation continue des produits de chloruration obtenus à partir de minerais renfermant du niobium etdu tantale.
Pour empêcher la formation de croûtes, on a propo- sé divers moyens, par exemple la vibration mécanique des parois de la ohambre de condensation avec des marteaux, des frappeurs, par vibration à l'aide de vibreurs. Pour détacher les croûtes formées, on a en outre monté dans le condenseur dea dispositifs mécaniques de Sahab, Toutes ces mesures ap- portent avec elles des complications constructives, car on doit utiliser des pièces mues mécaniquement.
On a maintenant trouvé qu'on peut résoudre le
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problème d'une manière déterminante lorsqu'on veille à ce que pondant la condensation des produits de chloruration sous forme de vapeur qui sont obtenus à partir de minerais ren- fermant du niobium et du tantale,on maintient la tendance à la formation de croûtes à une valeur minimum par le fait que les vapeurs sont refroidies à l'état solide en venant tout au plus en contact de façon minime avec les parois de .
la chambre de condensation, de sorte qu'au moins la majeure partie des vapeurs de chloruration se trouve solidifiée dans l'espace libre par rayonnement thermique, c'est-à-dire avant qu'elle ne vienne en contact avec les parois de la zone de condensation.
Dans ce bute on peut avantageusement faire passer les vapeurs. de chlorure, qui se trouvent à une température supérieure au point de condensation, à travers une conduite d'amenée chauffable maintenue au-dessus du point de conden- sation des vapeurs, jusqu'à l'intérieur d'une zone de con- densation refroidie dont les dimensions et la tonne sont choisies de manière que les vapeurs de chlorure chauffées . se condensent à l'état solide avant qu'elles,n'aient atteint les parois de la chambre de condensation. Toutefois la cham- bre de condensation sera d'autant plus grande que la vites- se et la température des vapeurs entrantes seront plus éle- vées.
On utilise avantageusement une chambre de condensa- tion verticale, par exemple un condenseur cylindrique dans
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lequel les vapeu@s de chlorure sont introduites par en haut.
Dans ce procédé, on obtient une évacuation supplé- mentaire de chaleur par oonvection lorsque les vapeurs de chlorure sont mélangées avec des gaz inertes comme le mono- oxyde de carbone, le dioxyde de carbone,le phosgène ou l'a- zote. Ici les températures et les dimensions de la conduite d'amenée et de la chambre peuvent être dimensionnées de manière que les gaz inertes viennent en contact avec la paroi froide de la chambre après condensation des chlorures métalliques, se mélangent alors avec les vapeurs de chloru- re non encore refroidies ou non encore suffisamment refroi- dies et provoquent ainsi leur autre refroidissement jusqu'à solidification. Ce cas se produit notamment dans la partie inférieure de la chambre de condensation.
Un tel mélange de gaz inertes a lieu notamment lors de la ohloruration di- recte de minerais de niobium et/ou de tantale, ce qui fait que le présent procédé est particulièrement approprié pour la condensation directe après la ohloruration.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés représentant schématiquement et simple- ment à titre d'exemple un mode de réalisation d'une chambre de condensation conforme à l'invention : La fig. 1 est une vue d'un mode de réalisation d'une chambre de condensation pour la mise en oeuvre du procédé.
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La fig.2 est une vue; d'une variante de la fig. 1.
En tant- qu'exemple de réalisation;, la fige 1 montre en coupa une chambre de condensation utilisable pour la mise en ceuvre du présent procédé. Les vapeurs de chlorure 10 se trouvant à une température supérieure au point de condensa- tion et mélangées,de préférence, avec des gaz Inertes tels que CO, CO2, N2, pénètrent par la conduite d'amenée 17 chauffée à la température T1 Jusqu'à l'embouchure 12 et faisant saillie du couvercle 14 à l'Intérieur de la chambre 16, dans l'espace de condensation formé par, la chambre.
De préférence, la température T1 est maintenue au-dessus de la température de solidification des vapeurs de chlorure.
Le chauffage a lieup par exemple, à l'aide d'une spirale chauffante 19. Les parois 18 de la chambre de condensation 16 sont maintenues à une température constante T2, par exem- ple à l'aide de la double enveloppe 20, par refroidissement avec de l'air ou éventuellement avec un agent liquide de transmission de chaleur, la température T2 étant plus basse que T1.
Par une adaptation convenable du diamètre et de la longueur de la chambre 16, aine! 1 que des températures T1 et T2 à la composition donnée et la vitesse des vapeurs de chlorure, on réussit à faire cristalliser dans l'espace li- bre la quantité totale des chlorures sublimables et par sui- te à empêcher une condensation sur les parois. De façon cor- respondante, on peut, dans un appareillage de dimensions
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données, et par réglage de la vitesse d'entrée des vapeurs de chlorure, empêcher également une condensation sur les parois de la chambre de condensation. Les chlorures solides se déposent dans la partie de fond 22 de la chambre, tandis que le gaz restant sort par la tubulure 24.
Avantageusement, la conduite d'amenée 27 peut être pourvue dans le récipient, sur sa face externe, d'un Isolement thermique 21 pour empê- cher qu'elle n'échauffe par rayonnement les parois de la chambre.
La condensation des produits de chloruration noua forme de vapeurs dans l'espace libre de la zone. de oonden- sation peut, en outre, être assurée par le fait que oonfor- mémant à l'exemple d'exécution de la fig. 2, on interpose un gaz inerte entre les parois 18 de la chambre de conden- sation et les vapeurs venant de l'embouchure 12. Ce gaz est Introduit par les raccords 30. Comme gaz inerte, on peut utiliser par exemple de l'azote, du dioxyde de carbone, ou les gaz réactionnels débarrassés des produits de chlorura- tion. Dans ce dernier cas, on renvoie à l'ouverture 30 (comme indiqué par la flèche 32) les gaz d'échappement sortant de la conduite d'évacuation 24 après séparation des chlorures solides.
Le gaz inerte froid peut, comme représenté, être amené à la chambre de'condensation le long des parois ou au voisinage direct des vapeurs de chlorure, par exemple en utilisant une conduite d'amenée disposée parallèlement et
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aoizoen%rique:aes?, É> 1 awenée de vapeur.. 1 9ar un convenable Ce la température et de la qU!:frA';PH;; 6u gaz inerù<> a,jouté ooiài;lérùentaireae;t, on peut dljxdîner une quantité notable de la chaleur de c adensation, de eorte que les produits de chloruratloii qui ne peuvent at- telndre les parois par suite de l'enveloppe gazeuse froide enironsep ,pzflé:SS.3Jitent à 19ltt solide dans l'espace 11- bre ou dans le gaz de séparation.
Dans le même but, on peut aussi ajouter, entre
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les parois de la ChélXî1bI'@ do condanoation et les gaz de chlo:'urat1on chaux:] qui entrantp au lieu d'un gaz inerte de séparation, Jes ompQ6és l1quidGS ne réag1Sûant pas sur les chlorures mtal1iques par exemple du tétrachlorure de si11c1uMp 'au tétz>aol1Àoz'uzte de titane ou du tétrachlorure do aarbone, de sous formo finement <aivi3ëe et dans des quantités t11s que tous les chlorures ajoutés à l'état liquide se vaporisent et restent: en phase vapeur, tandis que les chlorures solides sont. séparés Dans ce cas, on pourrait par exemple mettra en oeuvre des buses de pul- vérisation à la sortie des raccords 30.
La chambre de condensation peut être réalisée en
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nickel, en acier; on acier n1kelé ou émaïllé. Au cas où les parois de la chambre sont maintenues au-dessous de 100 C environ, on envisage paiement l'aluminium comme matériau de construction pour la chambre de condensation.
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Suivant le présent procédé, on peut condenser dans l'appareillage conforme à l'invention les produits de chlo- ruration les plus divers qui passent directement à l'état solide, en empêchant largement une formation de croûtes.
Comme substances de départ, on envisage notamment les chlo- rures obtenus par ohloruration de minerais renfermant du niobium et du tantale, de préférence de mélanges de chlorures renfermant, à coté des pentachlorures, encore de l'oxychlo- rure de tantale et, de préférence, de l'oxychlorure de nio- bium.
On parvient à de tels mélanges suivant des méthodes connues en elles-Mêmes, par exemple par chloruration d'un mélange des oxydes du niobium et du tantale avec du chlore gazeux et un agent réducteur comme le charbon, à 400-1000 , dans un four à cuve ou dans un four tubulaire; dans ce cas, on peut utiliser les mélanges renfermant des oxydes du niobium et du tantale qui se présentent usuellement dans la technique ou aussi les produits naturels renfermant les deux éléments, la plupart du temps sous la forme de leurs oxydes, comme par exemple les minerais soumis éventuellement à un traite- ment ultérieur en vue d'un enrichissement, par exemple la niobite, la tantalite, le chloropyrite, etc.
Dans les exemples non limitatifs qui suivent, et saut indication contraire; les parties et pourcentages s'en- tendent en poids, et les températures sont indiquées en de- grés centigrades.
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Àà'<La.i>ipl# µ E utiliat un.tour préchauffé à 7000 et prdson. tant. un c.@s.3tre interne Ce 60 mm, on chlore dans un courant continue de chloreb d'un débit de 1 litre par minuta, des briquettes obtenues à partir de 80 parties de minerai de
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eoloNbite et de 20 parties de suie. La temi?ér0aturt dans le four de chloruration a maintenue pendant la réaction à
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750 0 environ et les produits de chloruratlon chauds ont été itrc'Sults à une vitesse de 40 cm par seconde, à travers une conduite 6'amen&e clijun diamètre de 15 nwa maintenue éleotri- qUGl'1ent à 4500, par en haut dans une chambre de uardansatlon cyl:t.l'1driqu43 veI.t1,t:;al d'un diamètre interne (la 120 ce et d'une hauteur de 250 rmi.
L'embouchure de la conduite dam0née main- tenue à 4500 par ultio résistance chauffantè (désignée par E sur le dessin) De trouvait 50 mm au-dessous du couvercle ob- turant la chambre de condensation. Les parais de la chambre
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de condensation ont été maintenues de Jo textérieur à la tU1pé-' rature ambiante à l'aide d'un courant d'air.
1.e produit cr1.tal11aé fojnüd 0ia1t Ce oon#11#;..>ioe .finement pUlvérulente.. meuble et soûlant bien. Il ne 1> ' ùElt pas produit de formation de croûtes sur les parois. De petits dépôts de poussière glissaient des parois dès qu'ils avaient atteint une masse notable.
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Exemple 2 -----------
Dans un autre exemple, on a produit un courant de produits de chloruration renfermant 30 à 40% en volume de vapeurs de chlorure métallique et l'a introduit dans la @ chambre de condensation à une vitesse de 30 litres par minu- te et à une température de 300 .
La conduite d'amenée se terminait à 70 mm au-dessous du couvercle à l'intérieur du condenseur et possédait un diamètre de 30 mm. Le conden- seur cylindrique possédait lui-même un diamètre de 20 cm et une longeur de 350 cm. La vitesse du courant des va- peurs de chlorure atteignait à la sortie de la conduite d'amende dans le condenseur, 0,7 m/sec. Les parois du con- denseur étaient refroidies à la température ambiante par un courant d'air.
Le produit formé était meuble et coulait librement.
Si lors d'un essai de contrôle, on augmentait la température d'entrée, il se formait alors des dépota sur le couvercle du condenseur. Par contre, si pour la même valeur de la vitesse d'entrée, on raccourcissait la partie cylindrique du conden- seur, il se formait alors dans les conduites des gaz d'échap- pement des dépôts durs de chlorure, par suite de la conden- sation incomplète dans le condenseur.
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Exemple 3
Dans le dispositif de chloruration, on a produit un mélange de chloruration qui était composé à peu près dans la proportion de 2:3 par des vapeurs de chlorure et par des gaz réactionnels, Ce mélange a été introduit dans le condenseur à une température de 300 et suivant une quantité d'environ 200 litres par minute. Le condenseur possédait une forme cylindriue avec une partie de fond rétrécie conique- ment (comme sur les dessins) et possédait un diamètre de 800 mm, la partie cylindrique ayant une longueur de 1300 mm.
La conduite d'amende faisait saillie du couvercle de 200 mm à 1'intérieur de la chambre du condenseur et possédait à l'embouchure un diamètre de 20 mm. Elle a été maintenue par chauffage à la température des vapeurs introduites (en- viron 300 ). La vitesse à l'entrée atteignait 0,1 m par se- conde. Pour son refroidissement, le condenseur possédait une enveloppe double dans laquelle on a maintenu un courant d'air ininterrompu.
Le produit obtenu s'avérait former des cristaux fins à grossiers suivant que la température à l'embouchure variait à l'intérieur de 250-350 .
Il est évident que l'appareillage décrit ci-dessus peut convenir à des ordres de grandeur quelconques. Pour l'effet rechercher il est simplement déterminant que la
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vitesse des vapeurs, l'intervalle entre l'embouchure des va- peurs de chlorure chaudes et la paroi immédiatement voisine., la température des vapeurs et celles des parois de la chambre de condensation soient mutuellement ajustées de manière que les vapeurs de chlorure se solidifient dans ltespace libre avant de rencontrer les parois.