CH178607A - Procédé pour l'élimination d'impuretés de métaux légers. - Google Patents

Description

  Procédé pour     l'élimination    d'impuretés de métaux légers.    On a     déja    essayé de libérer les métaux  légers, en particulier     l'aluminium,    le magné  sium et leurs alliages, de leurs impuretés, à  l'aide de mélanges purifiants. On a donc  proposé d'incorporer aux substances fondues,  des chlorures, des fluorures, des carbures, à  l'état gazeux ou solide. On a aussi proposé  de les faire traverser par des gaz tels que,  par exemple, l'azote, l'oxyde de carbone, le  chlore, et autres, pour obtenir de cette ma  nière l'élimination des gaz et des métaux  étrangers.  



  Il a été fait mention à plusieurs reprises,  de l'addition de substances oxydantes, à l'al  liage, et l'on a signalé l'influence purifiante  des permanganates, chromates, et aussi du  chlorate de potassium.  



  L'objet de l'invention, qui est due à     111.     Henri     Lepp,    est un nouveau procédé de puri  fication des métaux légers en particulier de  l'aluminium, du magnésium, et de leurs al  liages. Avec ce procédé, on obtient non seu-         lement    une excellente élimination des gaz et  d'autres impuretés,     mais    aussi une améliora  tion des propriétés mécaniques de ces al  liages,     probablement    par un raffinage de la  texture.  



  Ce procédé repose sur l'oxydation sélec  tive des gaz et des impuretés au moyen d'un  oxydant, par exemple sel oxygéné ou oxyde,  choisi d'après la nature du métal ou de l'al  liage à traiter. On obtient ce résultat en  ayant soin que le traitement oxydant de la  masse fondue n'ait lieu qu'en présence d'une  substance agissant comme réducteur par rap  port à l'oxydant employé en donnant un  composé agissant comme oxydant sur les im  puretés à éliminer, et possédant, aux tempé  ratures existant pendant l'opération, une ten  sion de vapeur plus élevée que celle du métal  dont l'oxydation est à éviter. Cette substance  peut, soit se trouver déjà dans le métal  fondu, soit dans l'alliage fondu, par exem  ple comme partie constitutive de l'alliage, ou      bien elle doit être introduite avant l'incorpo  ration de l'oxydant, ou en même temps.

   Elle  doit être en quantité telle qu'en fin de trai  tement il en reste encore des traces dans la  masse fondue. Il va de soi que son choix  doit être fait en tenant compte qu'elle ne  doit pas avoir d'action défavorable sur le  métal fondu.  



  Si, par exemple, la substance introduite  est une combinaison, il ne faut pas que des  composants de cette combinaison forment  avec le métal ou un des composants de l'al  liage fondu, une combinaison insoluble dans  le métal ou l'alliage, ou influent défavora  blement sur les propriétés du produit fini.  



  Grâce à la présence de la substance ré  ductrice, on obtient, à l'aide d'additions de  quantités d'oxydants bien déterminées, une  élimination des gaz dissous, par oxydation  de ceux-ci.  



  Enfin, il est désirable qu'il y ait encore  un fondant couvrant la masse fondue.  Comme impuretés nuisibles et, en parti  culier, comme composants gazeux nuisibles,  ce sont principalement l'hydrogène et les  hydrocarbures qui sont à considérer. Au  cours de la fusion, les impuretés gazeuses ne  sont pas absorbées directement par la masse  fondue, mais en général, pendant l'opération,  par des réactions ou     transformations    chimi  ques, à moins que par exception, on opère  la fusion de façon réductrice par exemple  dans un four à gaz.  



  Les indications suivantes serviront à l'ex  plication du procédé objet de la présente in  vention.  



  L'hydrogène hait, en général, d'après  l'équation    1.     H20        +        lite        1:t#        1M0        -I--    2 H    et en partant de carbures métalliques, le mé  thane par exemple,     nait    .de l'équation type:

      2. 2     H20        +meC        Me02        -E-    CH     \#       Le métal Me représente ici un métal léger,  tel que l'aluminium ou le magnésium,     c'est-          à-dire    un métal formant un oxyde à point  de fusion extraordinairement     élevé    et prati  quement irréductible par l'hydrogène. A la  température où s'effectuent les réactions tel-    les que (1) et (2) elles sont irréversibles, et  se déroulent quantitativement de gauche à  droite.

   Si l'on ajoutait à la masse fondue  liquide uniquement un agent d'oxydation, il  n'y aurait nullement oxydation de l'hydro  gène et des hydrocarbures, mais oxydation  des métaux légers, de sorte que l'on ne ferait  que rendre plus impure la masse fondue.  



  Par conséquent, si l'on veut éliminer de  la masse fondue dont il est question, l'hydro  gène ou les hydrocarbures, il faut qu'il existe  ou qu'il soit introduit dans l'alliage un au  tre élément ou une     combinaison    qui, aux  températures     existantes,    c'est-à-dire, en géné  ral; à la température de fusion des métaux  traités, possède une tension de vapeur plus  élevée que celle du métal dont l'oxydation  est à     éviter    et entre très facilement en réac  tion.  



  Cette substance doit toutefois avoir éga  lement un effet réducteur vis-à-vis de l'agent  d'oxydation, car elle doit servir de transpor  teur vers l'hydrogène, de l'oxygène de l'oxy  dant employé. De cette façon, on obtient  l'oxydation sélective dont il est question     ci-          dessus,    qui semble se dérouler suivant les  formules suivantes:

      3.     R+0        _        @    RO  4. 2 H     -[-    RO<B><I>\-></I></B>     H20        -I--    R    dans lesquelles 0 est le contenu en oxygène  d'un     oxydant,    et R une substance ayant des  propriétés réductrices, et étant suffisamment  volatile aux températures des réactions.  



  Dans les conditions où l'on opère, le dé  roulement des réactions ci-dessus est quanti  tatif dans le sens de gauche à droite de sorte  que l'on obtient l'élimination des gaz. Le  choix de la substance agissant comme trans  porteur de l'oxygène, doit donc être fait de  telle façon que l'on obtienne d'un côté des  effets réducteurs à l'égard de l'oxydant  ajouté, et de l'autre côté des effets oxydants  à l'égard des impuretés contenues dans le  bain. Les règles de la physico-chimie et en  particulier les lois de l'équilibre     indiquent     les moyens qui sont nécessaires pour le choix  de la substance, en tenant compte en même      temps de la     température    et de la concen  tration.  



  Il est également nécessaire dans ce     cas,          due    la substance à. ajouter (qui peut être  aussi bien un     élément    qu'une combinaison  suffisamment volatile) n'ait pas une action  nuisible sur le métal fondu et ne donne pas  naissance à des combinaisons nuisibles au  cours des réactions qui se produisent.  



  Il est donc essentiel qu'au moment où  l'oxydant vient à entrer en action, il y ait  une telle substance présente, car autrement  l'oxygène de l'oxydant servirait presque ex  clusivement à la formation d'oxydes d'alu  minium ou de magnésium, à point clé fusion  élevé, et se réduisant difficilement.  



  Enfin, il est désirable que l'opération ait  lieu en présence d'un fondant possédant un  point de fusion bas et qui absorbe, autant  qu'elles ne sont pas elles-mêmes volatiles aux  températures de fusion, les combinaisons pro  duites par les réactions, ou les fixe, et em  pêche le contact de l'humidité de l'air.  



  Avec le procédé     sus-indiqué,    on peut éli  miner non seulement les gaz tels que l'hy  drogène et les hydrocarbures, mais encore  d'autres impuretés telles que les carbures,  sulfures, phosphures, nitrures, hydrures et       î        titres,        en        les        faisant        passer    à     l'aide        de        l'oxy-          dation    sélective. à l'état de produits insolu  bles dans le bain, s'échappant dans l'atmo  sphère ou     scorifiés    par le fondant.

   (les réac  tions sont chaque fois absolument analogues  à celles indiquées dans les équations 3 et 4  pour l'élimination de l'hydrogène). Les équa  tions se présenteraient à peu près comme       suit,    en prenant comme exemple, l'élimina  tion du carbone, en partant d'un carbure  métallique:    5. Mec     -I-    RO > Me     +    R     -f--    CO       G.        1leC        +    2 RO >     MeO        +    2 R     +    C0, etc.    Dans ces formules:  Me = un métal comme l'aluminium, le  magnésium, etc.  



       1M0    --- oxydes tels     A1=0?    à point de fu  sion élevé, le métal     141e    ayant une grande  affinité pour l'oxygène.    R = une substance agissant comme trans  porteur d'oxygène possédant elle-même aux  températures de fusion une tension de va  peur et s'oxydant après addition d'oxydant.  



  Nous allons expliquer     maintenant    à. l'aide  de quelques exemples, l'application des prin  cipes théoriques exposés ci-dessus.  



  Par exemple, le traitement d'un alliage  d'aluminium et de silicium contenant 5 à       20%    de silicium., se faisait généralement par  le traitement connu, à l'aide de métaux alca  lins, en particulier le sodium; on ajoutait  pour     cela    le sodium à l'alliage en fusion, soit  sous forme métallique, soit sous forme de  combinaison. Toutefois, on devait constater  souvent que les pièces coulées ainsi obtenues  présentaient jusqu'à un certain point de fines  cavités provenant de la présence dans la  masse fondue d'une trop grande quantité de  gaz, ce qui avait un effet nuisible dans la  fabrication des pièces fondues de grande va  leur.

   En opérant conformément au procédé  sus-décrit, on peut réaliser une élimination  de ces gaz en utilisant le sodium comme subs  tance douée d'un fort pouvoir réducteur et  possédant aux températures de fusion une  tension de vapeur importante.  



  On envisage surtout comme oxydants, les  chlorates alcalins, les perchlorates et les     oxy-          chlorures,    ainsi que les chromates, bromates,  iodates,     perborates,    permanganates,     cyanates,     nitrates et     nitrites,    le bioxyde de manganèse  et autres corps analogues.  



  Le sodium peut être employé pour réali  ser dans cette opération le transport de  l'oxygène et la modification de la texture, et  joue ainsi deux rôles.  



  En dehors du sodium, les autres métaux  alcalins tels que le potassium, le lithium, le  rubidium, le césium, et également le zinc et  le cadmium, peuvent, en quantités appro  priées, servir de transporteur à l'oxygène.  



  En suivant les directives développées     ci-          dessus,    on a fondu un alliage d'aluminium  et de silicium avec une teneur en silicium  de 13 %, qu'on a ensuite additionné de 0,1 à  <B>0,2%'</B> de sodium métallique. Ensuite, on a  ajouté des mélanges de chlorures et de fluo-           rures    alcalins ainsi que du chlorate de potas  sium ou du     chlorate    de sodium.

   La     quantité     optima d'oxydants ajoutés se montait à     2%     du poids de la. masse fondue,     pour    le mé  lange fondu dans un four à gaz, alors que  la quantité de chlorures et de fluorures alca  lins ajoutés     comme    fondants se montait à  environ 1 à 5 % du poids de la masse fondue.  



  Ces quantités ont pu être considérable  ment réduites par des mélanges appropriés et  par l'abaissement du point de fusion.  



  il faut observer en général, que dans le       choix    d'un oxydant et surtout pour la,quan  tité que l'on ajoute, on doit tenir compte du  traitement préalable de la masse fondue et  des règles de la     chimie    qui régissent les réac  tions aux hautes températures. On sait     évi-          demment    que toute réaction chimique dépend  de la     concentration,    de la température et de  la durée.

   Par exemple, une différence sen  s     ib        î        le        ré        -sulte        de        ce        que        la        masse        est        fondue     dans un four à creuset ou un four à huile  ouvert. Moins il y a de gaz contenu dès le  commencement dans la masse fondue, ce qui  dépend principalement du mode de chauf  fage et de la catégorie du four employé, plus  minimes sont les quantités d'oxydant néces  saire.  



  Comme résultat du traitement décrit, on  a pu dans tous les cas observer que dans les  alliages d'aluminium et silicium, toute for  mation de soufflure dans les pièces fondues  ou moulages terminés. était évitée.  



  Le traitement suivant le procédé s'est  avéré particulièrement efficace pour des al  liages d'aluminium et de silicium fabriqués  par métallo-thermie qui, ainsi que l'a mon  tré l'expérience,     contiennent    comme impure  tés, outre la quantité de gaz normalement  contenue, certaines quantités de matières fi  nement divisées de la classe des carbures,  siliciures et oxydes. En tenant compte de la  nature de ces impuretés, il y aurait lieu dans  ce cas, de travailler à des températures plus  élevées, et il faudrait choisir comme oxy  dant, parmi les substances indiquées, celles  qui ne commencent à libérer leur oxygène  qu'aux températures élevées.

   Comme fon-         dant,    on envisage en premier lieu les com  binaisons de bases alcalines et de bases alca  lino-terreuses qu'on     utilise    aussi bien seules,  qu'en les mélangeant avec avantage, avec  des sels halogènes des mêmes métaux ou  aussi des     alcalis.    Le résultat du traitement  consiste dans l'élimination simultanée des gaz  et des impuretés en forme de scories, dont il  a été question; de ce fait, la qualité des piè  ces fondues ou moulées tant en ce qui con  cerne la texture que l'homogénéité, est con  sidérablement améliorée.  



  La possibilité de purification et d'élimi  nation efficace des gaz qu'offre le procédé  ci-dessus, présente certains avantages parti  culiers dans la fabrication des pièces coulées  ou moulages d'alliages à haute teneur en si  licium, c'est-à-dire ceux     qui    précipitent nor  malement des cristaux "primaires" de sili  cium au moment de la     solidification.    Les  cristaux "primaires" de silicium sont nor  malement grands et constitués en forme de  lames;

   ils influent, en raison de la grande  facilité avec laquelle ils se cassent, très for  tement sur les qualités mécaniques de l'al  liage en     question.    En utilisant le procédé  décrit ci-dessus avec ou sans renforcement  simultané des additions destinées à rendre le  grain plus fin, on obtient une diminution de  la grandeur des cristaux primaires de sili  cium, ce qui influe favorablement sur les  qualités mécaniques, en particulier sur la  dureté de ces alliages, et rend alors seule  ment possible, dans la plupart des cas, l'em  ploi de pièces fondues d'alliages à haute  teneur en silicium.  



  La description ci-dessus pour le traite  ment d'alliages d'aluminium et de silicium  est valable également pour le traitement  d'autres alliages d'aluminium, d'aluminium  pur et aussi pour le traitement du magné  sium et de ses alliages. II faut naturelle  ment apporter dans chaque cas une attention  particulière au choix du transporteur d'oxy  gène. C'est ainsi que pour le traitement du  magnésium, on peut employer aussi du sou  fre ou du     SOZ,    ces corps n'exerçant aucune  influence nuisible sur ce métal (l'anhydride      sulfureux est bien une substance très réduc  trice qui possède une     tension    de vapeur éle  vée aux températures de     fusion.    du magné  sium).

   Pour les alliages d'aluminium qui  contiennent du zinc, on peut aussi employer,  avec avantage, du zinc ou du cadmium  comme transporteur d'oxygène. Pour les al  liages d'aluminium contenant du cuivre, on       peut    également. employer comme oxydants  des oxydes de cuivre ou de manganèse.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé pour le traitement de métaux lé gers notamment de l'aluminium, du magné sium et de leurs alliages, par des oxydants, en vue de l'élimination d'impuretés par oxy dation sélective de celles-ci, caractérisé en ce que le -traitement oxydant de la masse fon due n'a lieu qu'en présence d'une certaine quantité d'au moins une substance propre à agir comme réductrice par rapport à l'oxy dant employé, sans cependant avoir d'action défavorable sur le métal fondu, en donnant un composé agissant comme oxydant sur les impuretés à éliminer, ladite substance ayant dans les conditions d'emploi, une tension de vapeur plus grande que celle du métal dont l'oxydation doit être évitée,

   et étant employée en quantité telle qu'après le traitement oxy dant il reste encore des traces de cette subs tance dans la masse fondue.