CH180463A

CH180463A - Procédé pour la purification de métaux et alliages métalliques.

Info

Publication number: CH180463A
Authority: CH
Inventors: D Electro-Metallurgie Generale; Societe D Electro-Chimie Ugine
Original assignee: D Electro Metallurg Comp Gen; Electro Chimie Metal
Priority date: 1932-11-28
Filing date: 1933-11-24
Publication date: 1935-10-31

Description


  Procédé pour la purification de métaux et alliages métalliques.    On sait que les gaz qui se dissolvent dans  un bain de métaux ou alliages métalliques en  fusion, ont en général une influence nuisible  sur les propriétés mécaniques du métal obtenu  on de l'alliage formé. L'hydrogène et l'acide       sulfureux    sont particulièrement nuisibles,       l'oxvde    de carbone et éventuellement aussi  l'acide carbonique, l'azote et les cyanures le  sont moins.  



  On a déjà     essayé    d'éliminer du bain fondu  ces gaz dissous ou leurs combinaisons par un  traitement avec un gaz inerte tel que l'azote, et  on a de même proposé de traiter le métal avec  du chlore gazeux. Ces traitements donnent, il  est vrai, une amélioration des propriétés mé  caniques. mais les frais élevés et la compli  cation de ces procédés sont des obstacles à. une  application générale.  



  L'invention, qui est due à. Monsieur Henry       Lepp,    est basée sur l'idée de provoquer la  destruction des impuretés du bain par une         oxydation    qui sera désignée dans ce qui suit  comme sélective étant conduite de façon en ce  qu'en fin d'oxydation, le bain métallique ne  renferme plus d'oxydes des métaux du bain,  contrairement à ce qui se passe dans les pro  cédés d'oxydation actuellement connus.  L'oxydation des impuretés donne lieu à une  libération de gaz qui s'échappent du bain.  



  Dans ce qui suit, on entendra par "métal  principal" un métal dont la proportion en  poids dans le bain est prépondérante et qui  possède à la température du bain une tension  de vapeur nulle ou faible. En outre, un     "cons-          tituant    secondaire" sera soit un élément (mé  tal ou métalloïde) contenu dans le bain en  proportion restreinte. soit un élément (métal)  en proportion relativement élevée, mais ayant  une tension de vapeur notable à la tempéra  ture du bain.  



  D'après l'invention, les impuretés pré  sentes dans le     bain    sont     éliminées    par oxyda-           tion    sélective au moyen de combinaisons oxy  génées telles et en quantités telles que le bain  ne contienne jamais une quantité d'oxyde  d'un métal du bain à purifier en proportion,  par rapport à ce métal, supérieure à celle  dans     l'eutectique    correspondant métal-oxyde  métallique, ladite oxydation ayant lieu en  présence d'une substance réductrice vis-à-vis  des     combinaisons    oxygénées et moins noble  que le ou les métaux principaux du bain, la  dite substance se trouvant en quantité telle  qu'après     l'oxydation    sélective il en reste au  moins des traces.

    



  Avant d'effectuer l'oxydation des impure  tés, il est donc nécessaire qu'il se trouve au  préalable dans le     bain    métallique une sub  stance moins noble que les métaux principaux  du     bain    et qui, à la température du bain pos  sède, de préférence, une tension de vapeur plus  élevée que celle desdits constituants; cette sub  stance doit être en telle quantité qu'après  l'oxydation il en reste au moins des traces  dans le métal ou l'alliage purifié.  



  En ce qui concerne l'hydrogène par exem  ple, un métal fondu (Me) a une action réduc  trice sur la vapeur d'eau de l'atmosphère am  biante suivant l'équation ci-dessous:    Me     -I-        H20        @    M e0     +    2 H (1)    et il en résulte que de l'hydrogène est absorbé  par le métal ou l'alliage pendant la fusion.  Avec le procédé suivant l'invention, l'hydro  gène est éliminé à l'état de vapeur d'eau par  l'adjonction, par exemple, d'oxydes métal  liques des composants de l'alliage par suite  d'oxydation sélective qui donne lieu à des  réactions semblables à la réaction (1), mais  qui se déroulent     quantitativement    dans le       sens    de droite à gauche.

   On doit poser ici  comme condition que pour obtenir une puri  fication \effective et     suffisamment    poussée,  l'oxyde ajouté dont il s'agit ne doit jamais se  trouver en une proportion par rapport au mé  tal     correspondant,    supérieure à     celle    dans  l'eutectique métal-oxyde métallique corres  pondant.

   C'est ainsi que, pour un alliage con  tenant du cuivre, il sera utilisé une quantité  
EMI0002.0016     
  
    d'oxyde <SEP> cuivrique <SEP> comprise <SEP> entre <SEP> 0 <SEP> et <SEP> <B>3,5%</B>
<tb>  par <SEP> rapport <SEP> au <SEP> poids <SEP> total <SEP> du <SEP> cuivile.
<tb>  En <SEP> ce <SEP> qui <SEP> concei-iic <SEP> liioii <SEP> d'autres
<tb>  impuretés, <SEP> il <SEP> doit <SEP> être <SEP> reiii.1<B>1,</B>111;,"- <SEP> iiii- <SEP> l'acide
<tb>  carbonique <SEP> soluble <SEP> dans <SEP> les <SEP> lu"iii. <SEP> "".i;,lliques
<tb>  peut <SEP> être <SEP> considéré <SEP> comme
<tb>  métal <SEP> ou <SEP> les <SEP> métaux <SEP> du <SEP> bain <SEP> cont'o@u@, <SEP> @ .."t
<tb>  aux <SEP> réactions <SEP> suivantes:

         Me     -I-        C02    .     Me0        +    CO (2)  3 Me     -I-        C02    MEC     -f-        Me0    (3)    L'effet de l'oxydation sélective est de don  ner lieu à des réactions analogues,     mais    di  rigées dans le sens de droite à gauche, de  sorte que l'acide carbonique libéré à l'état ga  zeux est alors insoluble et s'échappe dans l'at  inosphère: la substance moins noble permet,  d'autre part, la réduction de tout excès d'oxy  gène se trouvant dans le bain.  



  On doit considérer que l'oxyde de carbone  est absorbé par le bain conformément à une  réaction telle que la suivante:    2 Me     -f-    CO     -.#-_>        MeC        -f-        Me0    (4)    Par un processus analogue à celui qui se  produit pour l'acide carbonique, l'oxydation  sélective libère l'oxyde de carbone à l'état ga  zeux; maïs l'oxyde de carbone gazeux peut  être ou ne pas être soluble     dans    le bain:  quand il est soluble, on pousse     l'oxydation     de façon à le transformer en acide carbonique.  



  Il doit être considéré que l'azote est pré  sent dans le bain du fait des réactions sui  vantes:    Me     -f-    2 C     -I-        NZ        @        Me(CN)2    (5)  Me     -I-    N\     ::##        @        MeN2    (6)    L'oxydation sélective libère l'azote à l'é  tat gazeux moléculaire insoluble dans ces con  ditions.  



  Toutes ces     réactions    d'oxydation sont exo  thermiques: elles sont en outre facilitées par  la présence de la substance moins     noble    et  particulièrement lorsque cette dernière pos  sède une tension de vapeur appréciable à la  température du     bain.         Dans le cas on l'alliage ne contient pas  de métaux moins nobles que l'élément princi  pal du bain, on ajoute en plus une substance  moins noble (métal ou métalloïde), en quan  tité telle, qu'il en reste au moins encore des  traces dans la pièce coulée obtenue. Cette sub  stance doit présenter, de préférence, à la tem  pérature du bain, une tension de vapeur su  périeure à celle du composant plus noble.

   Une  elle substance entre facilement en réaction  aux hautes températures, de sorte qu'elle sert  de transporteur de l'oxygène des oxydes vers  les impuretés à détruire. Par sa propre ten  sion de vapeur, elle facilite l'élimination des  gaz dissous et l'oxydation sélective indiquée  ci-dessus. C'est ainsi, par exemple, que l'on  ajoutera aux bronzes d'étain avant l'oxyda  tion, du zinc ou du phosphore, et l'oxydation  doit être conduite de telle manière qu'il reste       encore    des traces de zinc ou de phosphore  dans la pièce coulée. La réduction telle qu'on  la fait habituellement est superflue.  



  Lorsque le bain à purifier contient du  soufre, celui-ci peut être éliminé soit avant,  soit pendant l'oxydation sélective. On peut se  servir dans ce but.d'un carbonate double de  baryum et de sodium. Selon la nature chimi  que des composants de l'alliage, on travaille  en milieu réducteur ou neutre avant l'oxyda  tion sélective, ou oxydant conjointement à  l'oxydation sélective des autres impuretés.  Pour travailler en milieu réducteur, on  ajoute du charbon de bois par exemple.  Quand on n'ajoute que le carbonate double,  on travaille en milieu neutre, à moins que,  par augmentation de la température, on passe  à une faible oxydation.

   Pour travailler en  milieu oxydant, on ajoute une combinaison       oxygénée    (voir plus haut), l'élimination du  soufre se faisant simultanément avec celle des  autres impuretés; dans ce cas, une réaction  particulièrement intense est obtenue par la  force des choses, quand on ajoute un  peroxyde, de préférence du peroxyde de ba  ryum.  



       Dans    une atmosphère réductrice, le sou  fre se transforme en sulfure de baryum       (BaS).    Il se forme du     BaS    parce que la cha-    leur de formation et le point de fusion du       BaS    sont plus élevés que ceux de     Na2S.    Par  exemple, quand on a un alliage de 10-70 Ni  et 90-30 Cu, le soufre se présente en     partie     sous forme de sulfure métallique et en partie  sous forme de     SO2.    Ceux-ci sont en équilibre.  Quand on traite cet alliage en milieu réduc  teur, tout le soufre passe à l'état de     BaS    qui  s'élimine.  



  On travaille en milieu oxydant avec les  alliages contenant, par exemple, de l'étain ou  du zinc (voir plus haut). Dans ce cas, le sou  fre passe à l'état du sulfite     (BaSOs).    Ce der  nier est transformé, par     l'adjonction    du  peroxyde susnommé, en sulfate qui est très  stable.  



  Quand on travaille en milieu neutre, les  quantités de sulfure et de sulfite formées dé  pendent de la température du four. Ils sont  en équilibre.  



  Avec les alliages cuivre-nickel, on traite  d'abord le bain par adjonction de carbonate  de baryum-sodium et de carbone. Par là on  peut réduire la teneur en soufre, par exemple  de 0,5 % à. 0. Si on ne travaille pas dans un mi  lieu réducteur, on ne pourra pas éliminer tout  le soufre. Ensuite, pour éliminer les gaz dis  sous, on travaille en milieu oxydant à l'aide  d'une adjonction d'oxyde de cuivre ou  d'oxyde de     niçkel.    Dans ce cas, on peut,  comme composants moins nobles, ajouter  avant l'oxydation du manganèse, du fer, du  zinc, du cadmium, du magnésium et tout ce  qui, suivant le système périodique, peut en  core entrer en considération.  



  <I>Exemples:</I>  1. On fond un bronze composé de 90  Cu et de 10 % Sn sous un     laitier    de       (C03)2BaNa2;    lorsque la température atteint  1250 à<B>1300'</B> C, on ajoute 0,2% de zinc ou  de phosphore, puis 0,5 % de     CuO.    En fin de  traitement, on a coulé des bâtons horizontale  ment au sable. Les caractéristiques méca  niques de ces bâtons d'essais non recuits sont:    Résistance à la rupture: 30 à 3 7     kg/min'     Allongement: 30 à. 70% .

      
EMI0004.0001     
  
    ?. <SEP> En <SEP> traitant <SEP> il <SEP> une <SEP> lempérature <SEP> se@nhla  ble <SEP> du <SEP> bronze <SEP> (le <SEP> composition <SEP> suivante:
<tb>  $-9 <SEP> %; <SEP> Sn, <SEP> 4-5 <SEP> % <SEP> Zu, <SEP> <B>2.5</B> <SEP> <I>ir,'</I> <SEP> Pli, <SEP> reste <SEP> CiT
<tb>  par <SEP> <B>0,5</B> <SEP> j <SEP> CuO. <SEP> les <SEP> caraetéristillues <SEP> des <SEP> bàton
<tb>  d'essais <SEP> coules <SEP> dans <SEP> les <SEP> mêmes <SEP> conditions
<tb>  sont       Résistance à la rupture: 38 à 34 kg/mm'  Allongement: 25<I>à 479o.</I>  



  Dans les deux cas, la charge peut être en  tièrement composée de déchets.

Claims

REVENDICATION Procédé pour la purification de bains mé talliques en fusion, caractérisé par une élimi nation d'impuretés par oxydation sélective au moyen de combinaisons oxygénées telles et en quantités telles que le bain ne contienne ja mais une quantité d'oxyde d'un métal du bain à purifier en proportion, par rapport à ce mé tal, supérieure à. celle dans l'eutectique corres pondant métal-oxyde métallique, ladite oxy dation ayant lieu en présence d'une substance réductrice vis-à-vis des combinaisons oxygé nées et moins noble que le ou les métaux principaux du bain, ladite substance se trou vant en quantité telle qu'après l'oxydation sé lective il en reste au moins des traces.

SOUS-REVENDICATIONS 1 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce que les combinaisons oxygénées employées sont des oxydes des métaux du bain. EMI0004.0005 '? <SEP> l'rooé1lé <SEP> sllivalit <SEP> la <SEP> ri#vl#nllieation. <SEP> caracté risé <SEP> eli <SEP> vu <SEP> 111w <SEP> la <SEP> est <tb> l1ii <SEP> colisiiti1,1.111 <SEP> d- <SEP> - <SEP> l,iillll@' <SEP> ITlé tallique <SEP> traite. <tb> :3 <SEP> Procédé <SEP> suivant <SEP> la <SEP> revenlliciitioll. <SEP> 1*;1@;1( <tb> risé <SEP> en <SEP> ce <SEP> que <SEP> la <SEP> substance <SEP> réilue@ri@, <SEP> ,#.i ajoutée au bain métallique après fusion et avant l'oxydation sélective.

4 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce que la substance rédactrice pos sède, à la température du bain, une tension de vapeur plus élevée que celle des métaux principaux du bain. .5 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce que l'on ajoute au bain métal lique un carbonate double de baryum et de sodium en vue de la désulfuration. 6 Procédé suivant la sous-revendication 5, ca ractérisé en ce que la désulfuration par le carbonate double de baryum et de sodium est réalisée pendant l'oxydation sélective. 7 Procédé suivant la sous-revendication 5, caractérisé en ce que la désulfuration par le carbonate double de baryum et de sodium se fait en milieu non oxydant et avant l'oxydation sélective.