CH200413A - Procédé de préparation du béryllium. - Google Patents

Description

  Procédé de préparation du     béryllium.       La     présente    invention a pour objet un  procédé pour obtenir directement, en une  seule opération, à     partir    de composés     bérylli-          fères,    du     béryllium.     



  On sait combien de difficultés d'ordre  chimique,     thermique    et technique présente le  problème consistant à réaliser par réaction  directe, à     partir    de composés du     béryllium,     la production de     béryllium    pur.  



  On n'est jamais arrivé jusqu'ici, en dépit  de nombreux essais, à réaliser avec     des    rende  ments industriels la production de béryllium  par     traitement        thermochimique    de composés  du béryllium.  



  Les difficultés d'ordre chimique et ther  mique auxquelles on se heurte pour décom  poser les composés du béryllium proviennent  notamment du fait que les réactions d'é  change qui     interviennent    se trouvent très     vite     limitées ou donnent lieu à la     formation    de  produits qui l'empêchent de se poursuivre  dans les conditions     dans    lesquelles on doit  opérer.

   Du     point    de vue technique,     ces    diffi-         cultés    sont accrues par la légèreté du béryl  lium, qui tend à     flotter    sur le     laitier    et à se       maintenir        séparé,de    tout métal lourd en pré  sence, par le haut point de fusion et par la  grande facilité du     béryllium    à s'oxyder ou à  former des carbures.  



  En présence de l'ensemble de ces diffi  cultés, l'on a eu recours, pour remplacer les  traitements thermochimiques, à     des    procédés       électrolytiques,    mais sans parvenir là non  plus., en raison notamment du prix de     revient     forcément très élevé de la fabrication, à     obte-          nir    des     résultats        industriels    et à pouvoir réa  liser cette fabrication sur     une    échelle indus  trielle.  



  On est revenu alors à la voie     thermo-          chimique    pour la production du béryllium,  par traitement au moyen d'un métal     alcalino-          terreux    ou de     magnésium,    d'un composé     fluo-          ruré    du béryllium, à savoir une     fluorure    dou  ble de béryllium et d'un     métal    alcalin (so  dium),     moins        riche    en     fluorure    de sodium que  le     fluobéryllate        BeF2    .

       2NaF.              On        s'était    rendu     compte    en effet de     l'im-          possibilité    pratique qu'il y avait à opérer  avec le     fluobéryllate    suivant la     réaction:

            BeF2    . 2     NaF        +    2 Mg  = Be     -f-    2 Na     +    2     MgFz     qui est rendue explosive du fait de la mise en       liberté    du     sodium    et     c'est    la     raison    en parti  culier pour laquelle on     traitait,    au lieu du       fluobéryllate        BeF2.2N & F,        le        fluorure        com-          plexe        BeF2    .

       NaF,    suivant la     réaction:     2     BeFz    .     NaF        -+-    Mg  = Be     +        MgF2        -I-        BeFz    .

   2     NaF     Cette réaction     paraît    rendue possible ici  par le fait que le     fluorure    de sodium et le  fluorure de magnésium formés sont en     pré-          sence    dans un     rapport    tel qu'une réaction     se-          condaire    - qui     conduirait    à la mise en li  berté de     sodium    - se trouve. empêchée.

   Tou  tefois,     comme    on le voit, la     réaction    ainsi  réalisée ne     conduit    à la     libération    à     l'état     métallique que de la moitié du béryllium  contenu dans le     composé        traité,    l'autre moi  tié du béryllium     restant    dans le     résidu    à  l'état de composé     complexe    duquel il est     sus-          ceptible    d'être extrait,

   par exemple sous       forme    de     flnobéryllate.    Il en     résulte    une       forte    diminution du rendement de l'opération,  et une     augmentation        correspondante    du     prix     de revient de la     fabrication.     



  Ainsi donc, les     procédés        connus    jusqu'ici  n'ont pas permis de résoudre le problème de  la fabrication industrielle du béryllium.  



  Ce problème se trouve     résolu        néanmoins    de       façon    simple et pratique par la     présente    in  vention, et     cela    dans des     conditions    où se  trouve réalisée de     façon        directe    et     complète,     et avec un rendement élevé,     atteignant    pra  tiquement     100%,    la production du béryllium.  



  Le     procédé    de l'invention     consiste    à faire       agir    sur au     moins    un     composé    du     béryllium,     au moins un élément décomposant qui libère  le béryllium dudit composé.

   Il est     caractérisé     en ce que, pour obtenir une réaction     com-          plète    réalisant sensiblement la libération in  tégrale du béryllium, on fait agir     l'élément          décomposant    en une     proportion    qui atteint       sensiblement    la     quantité        correspondant    stoe-         chiométriquement    à la     quantité    de béryllium       contenue    dans ledit     composé    de     départ.     



  Le ou     les        éléments        décomposants    peuvent       être    des métaux ou des     métalloïdes,    par exem  ple des éléments     plus        électropositifs    que le  béryllium.  



  La     réaction        d'échange        complète    s'effectue  en général par une simple opération de fu  sion. On peut, à     cet    effet,     mélanger,    par  exemple à     froid,        les        matières        réagissantes:

            composés    du     béryllium    et métaux ou métal  loïdes     décomposants    et     les        fondre    simplement       ensemble,        cette    seule     opération    de     fusion        as-          surant    la     transformation        chimique    inté  grale, par double échange, que l'on réalise,  si les     proportions        stoeahiométriques    ont été       respectées,

      sans avoir     recours    à     aucun    moyen       opératoire        spécial.     



  L'opération peut     être        réalisée        avantageu-          sement    dans     un    four     électrique    à induction,       tel    qu'un four à     haute        fréquence,

      mais il     est     bien     entendu    que     tous        modes        opératoires    et       appareils        connus        appropriés        pourront    être       aussi    bien     utilisés.     



  Comme     composés    du béryllium à traiter,  l'on peut     utiliser,    ainsi     qu'on    l'a indiqué     ci-          dessus,        tous        composés    - on même des     mine-          rais    en     contenant    -     susceptibles    d'être     dé-          composés    suivant le     procédé        conforme    à l'in  vention.

   On     utilise        toutefois    plus     particuliè-          rement    des     composés        fluorés,        constitués        soit,     par exemple, par du     fluarure    de     béryllium,

       soit par un     fluorure    double de     béryllium    et  d'un     métal        alcalin        dénommé    en général       "fluobéryllate        alcalin"    (par exemple     fluo-          béryllate    de sodium), soit par un     mélange     de     fluorure    de     béryllium    simple et de     fluo-          béryllate        alcalin;

      il     convient    de     préciser    que  le     fluorure    de     béryllium    que l'on peut utili  ser     est    de     préférence        un        fluorure        anhydre     exempt     d'oxyde,        contrairement    aux     produite     usuels qui     comportent    une proportion notable  d'oxyde de béryllium,

       non-fusible    à la     tem-          pérature    de l'opération et     non-réductible,    ne       permettant    pas, par     conséquent,        d'extraire          jusqu'à    .la     totalité    du     béryllium;

      le fluorure  de béryllium     est        intéressant    à employer sous       cette    forme dans bien     dee        cas,    en     raison    no-           tamment    de ce qu'il accroît considérablement  la     fusibilité        des    scories qui se forment, faci  litant ainsi la     séparation    entre le produit mé  tallique et les     scories.     



  On peut     traiter    avantageusement le com  posé     fluoruré    du béryllium en     présence    de,  ou en mélange avec, un     fluorure    d'un autre  métal, de préférence au moins bivalent, tel  que le     fluorure    de magnésium ou d'un mé  tal     alcalino-terreux.     



  L'intérêt qu'il y a à opérer en présence  d'un tel     fluorure    de métal     alcalino-terreux    ou  de     magnésium,    notamment dans le cas où l'on  traite un     fluobéryllate    alcalin, peut s'expli  quer par le fait que ce     fluorure        alcalino-          terreux    ou autre empêche la mise en liberté  du métal     alcalin    du     fluobéryllate    traité;

   et       grâce    au fait que l'on fait agir     juste    la     pro-          portion        stoeehiométrique    nécessaire de métal  ou métalloïde décomposant, on réalise ainsi un       déplacement    intégral du béryllium du com  posé traité, sans risque de mise en liberté  de métal alcalin (par exemple de sodium).  



  C'est ainsi que, par exemple,     .dans    le     cas     où l'on     traite    du     fluobéryllate    de sodium en       présence    de     fluorure    de calcium, on opère sui  vant la     réaction:          BeNa2F4        +    Mg     -f-    n     (CaF2)     = 2     NaF        -I-        MgF2        +    Be     -I-    n     (CaF2);

       grâce au     (CaF2)    ajouté tout le sodium reste  fixé par le     fluor.     



  En     utilisant    ainsi, pour     extraire    tout le  béryllium d'une molécule -de     BeNa@F4,    une  seule molécule de Mg (.au lieu de deux Molé  cules de Mg que nécessiterait la     réaction    cor  respondante libérant du sodium), l'on réalise  au mieux intégralement la réaction quanti  tative       BeNa2F4        -+-        lIg    - Be     +        2NaF    .

       MgF2.     En somme, l'utilisation d'un     fluorure    de  métal bivalent, métal     alcalino-terreux    ou ma  gnésium, en     présence    duquel on peut opérer,  empêche la     mise    en liberté du sodium (ou  autre métal alcalin que peut     comporter    le  composé de béryllium     traité)    grâce au fait  qu'il tend     @à    se     décomposer    de     préférence    au       fluorure    de sodium et que, par sa     tendance    à    libérer du fluor,

   il favorise la réaction qui  assure la     fixation    du fluor par le sodium sous  forme de     NaF    en     particulier.     



  Les     proportions    de     matières        réagissantes     à     mettre    en     #uvre    peuvent se     déterminer    à  l'avance par le calcul, pour     réaliser    les réac  tions     quantitatives    voulues.

   Soient:  A, la quantité du composé du     béryllium     traité;  B, la quantité du béryllium à     obtenir;     a, la teneur. en béryllium du     composé    de  béryllium     traité;     C, la quantité de métal ou métalloïde dé  composant à faire agir;  E,     l'équivalent    chimique du béryllium;  e, l'équivalent chimique du métal ou     mé-          ta1loïd-e    décomposant mis en     oeuvre.     



  Les     proportions        nécessaires    des     matières          réagissantes,    dont il faudra pratiquement se  rapprocher autant que possible, sont les sui  vantes:  La quantité A du composé de béryllium à       décomposer    est     .déterminée    par     l'expression:     
EMI0003.0093     
    La quantité<B>C 'du</B> métal ou métalloïde dé  composant     nécessaire    à mettre en     ceuvre    est       déterminée    par l'équation:

    
EMI0003.0097     
    On peut donc     dire    que l'on fait agir sur  le composé de     béryllium    (qui est en     quantité     égale à la     quantité    de     béryllium    à obtenir  divisée par la     teneur    en béryllium de ce com  posé)     une    quantité de métal ou métalloïde  décomposant qui est     pratiquement    égale à la  quantité de béryllium à libérer multipliée par  le     rapport    des équivalents     ohimiques    du bé  ryllium et du métal ou métalloïde décompo  sant.  



  Comme métaux ou métalloïdes     décompo-          sants    à faire agir sur les composés du béryl  lium,     notamment    les     composés        fluorurés,    à  décomposer, quels qu'ils soient, l'on peut uti  liser avantageusement, soit isolément, soit à  l'état de     mélanges,    à volonté, un ou plusieurs      métaux plus     éleetro-positifs    que le béryllium  pour     déplacer        ce    dernier de     ses    composés;

    l'on obtient les meilleurs     résultats    en met  tant en jeu un ou     plusieurs        métaux        alcalins     (par exemple Na, K, Li),     alcalino-terreux     (par exemple Ca,     Ba.,    Rb, Sr.

   Ce), ou .le     ma-          gnésium;        ce    sont les     métaux        nettement    plus       électropositifs    que le     béryllium    qui sont les  plus     intéressants.    Cependant, l'on a     obtenu     également des     résultats        très        satisfaisants    avec       des    métaux qui, à la     température    ordinaire,  sont moins     électropositifs    que le béryllium,       tels    que l'aluminium,

   ou même avec des mé  talloïdes jouant le rôle     d'éléments        électro-          positifs,    tels que le     silicium,    le bore, le     car-          bone.     



  On pourra, dans     certains        cas,    avoir inté  rêt à introduire     les    métaux ou     métalloides          décomposants    à     l'état    de     composés    métal  liques, tels, par exemple, que le     carbure    de  calcium pour le     calcium,    ou le     siliciure    de  magnésium pour le silicium et le     magnésium.     de manière à pouvoir amener au     cours    de       l'opération    l'élément     décomposant    à l'état de  métal ou métalloïde.  



  Dans le     cas,    en     particulier,    où l'on veut       utiliser    le sodium,     comme    élément décompo  <I>sant,</I> pour     éviter    la     tendance    à.

   provoquer une       ébullition,    que présente le sodium     seul,        il    y  a     intérêt    à faire réagir ce métal en     présence     d'un ou     plusieurs        éléments        tels,    par exemple,  que le     magnésium,    le zinc, le plomb,     ete.,     avec lesquels le sodium     présente    une affinité  chimique suffisante pour     assurer    la     forma-          tion    d'un alliage qui     empêche    la dissolution  du sodium,

   afin de     permettre    de réaliser sans       difficultés    une réaction     pratiquement    quan  titative.  



       Parmi    les métaux     bivalents,        outre    les mé  taux     alcalino-terreux,    le     magnésium        est     d'une     application        particulièrement        avanta-          geuse    comme métal     décomposant.    Lorsqu'on  fait agir le magnésium, par exemple, sur du       fluobéryllite    de sodium, la     décomposition    de       ce    dernier s'effectue, d'abord vers<B>900'</B> C,

         suivant    une réaction     intermédiaire    donnant  un     fluorure    double de béryllium et de     magné-          sium,    par exemple:    2     BeF2.    n     NaF    + 2 Mg  -     MgBeF4        +    Be + Mg + 2 n     NaF     puis, suivant une     deuxième    réaction de double  échange (vers<B>1100'</B> C), qui     est        beaucoup     plus     active    que la première et s'opère suivant       l'équation:

            MgBeF4        +    Mg - 2     MgF2    + Be  En introduisant dans le mélange un excès  de sel sodique avec le     fluorure    de magnésium  qui se forme, on     constitue    un mélange à bas       point    de     fusion    qui     facilite        grandement          l'agglomération    du béryllium à     l'état    com  pact.  



  Ainsi qu'on l'a indiqué     ci-dessus,    on     peut     faire agir également un     métal    moins     électro-          positif    que le béryllium,     tel    que l'aluminium.

    Ce dernier en effet réagit d'une     façon        totale     sur le     béryllium        contenu    dans es     composés          fluorurés        comportant    du     fluorure    de bé  ryllium, lorsqu'on utilise, par exemple, un       mélange    de     fluorure    de magnésium et de       fluorure    de béryllium, le     fluorure    de magné  sium étant en     quantité    chimiquement.

   au       moins        équivalente    à     celle    du     fluorure    de bé  ryllium. La     réaction    s'opère     alors        suivant          l'équation:

         3     BeNgF4    + 2 AI  = 3 Be + 3     MgFz    .     A12Fg.            Cette    réaction se produit même lorsque  le mélange de     fluorures    comporte un autre  élément, par exemple l'oxygène,     pourvu    que  les     rapports        d'équivalence        susmentionnés     soient     respectés.     



       Dans    le     cas    où l'on utilise un métalloïde       tel    que le silicium     comme    élément décompo  sant, ce silicium peut réagir sur     des    compo  sés     fluorurés    du béryllium - dans des     con-          ditions    bien déterminées - de la même fa  çon     qu'un    métal plus     électropositif    que le  béryllium.

   L'une des     conditions        nécessaires     pour obtenir     ce        résultat    est     d'opérer    à     une     température qui dépasse     légèrement    la tem  pérature de     fusion    du     silicium        métallique.     Une     seconde    condition est     d'assurer    la     fixa-          tion    ou     l'élimination        rapide    du     SiF4        qui   

   se  forme,     car    la     présence        rie        SiF4        rendrait    pos  sible la     réversibilité    de la     réaction        d'échange;         par contre, cette réversibilité est empêchée  par la     scorification    du silicium     .sous    forme  de     fluosilicates    indécomposables à la tempé  rature de la réaction.

   La réaction suivant la  quelle s'effectue l'opération peut être repré  sentée par l'équation:  3     BeF2        -f-    M     -i-    Si = 3 Be     -f-        MSiFs     où M représente un métal bivalent. Les  moyens pour assurer la     stabilité    du     flusili-          cate    qui se forme par la réaction sont d'une       réalisation    pratique très simple; on     utilisera     par     exemple,    à     cet    effet, le     silicium    à l'état  d'alliage avec le métal bivalent.  



  Pour     recueillir    le     béryllium    aussi facile  ment que possible     sans    pertes et à l'état de  pureté maximum, on s'est rendu compte qu'il  y a intérêt â opérer de préférence dans des  conditions telles - grâce notamment au  choix judicieux des     matières        réagissantes    que       l'on,    met en jeu - que     l'on,        obtienne    le bé  ryllium métallique     sous    la forme d'une masse  bien     compacte    qui se sépare par elle-même  des autres produits de la, réaction,     formant     notamment le laitier.  



  Voici un exemple de mise en     aeuvre    du  procédé:  Dans un creuset de graphite revêtu  d'oxyde de béryllium et muni d'un couvercle,  on introduit au fond 25 kg de Mg pur en  gros morceaux cylindriques et, au-dessus,  50 kg de     fluorure    de béryllium anhydre  exempt d'oxyde, bien mélangé avec 5     11,1'        de          fluorure    de sodium, fondu. On élève rapide  ment la température jusqu'à<B>900'</B>     C    et<B>l'y</B>  maintient pendant 20 minutes, puis l'on élève  encore la     température        jusqu'à    1290-1300   C  et l'y maintient jusqu'au     calme    de la fu  sion.

   Le     béryllium    libre se condense sous la  forme d'un noyau     flottant    sur le     laitier     fondu. Dès que la température est tombée au  dessous de son point de fusion, il peut être  retiré au moyen     d'une    fourche en fer par  exemple, et on le laisse refroidir à l'abri de  l'air.

   On     obtient    ainsi 9 kg :de Be à 99 % de  pureté si le Mg employé avait une pureté de       99,85%.       Dans tout ce qui précède, on a     précisé,des     conditions optima     -d'opération    qui conduisent  à une     extraction        pratiquement    totale du bé  ryllium hors du composé     béryllifère;

          toute-          fois,    il va .de soi que l'on ne     sortirait    pas du  cadre de l'invention en ne remplissant pas       strictement    ces     conditions,    mais en en appli  quant les moyens avec une certaine marge  d'approximation.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de préparation du béryllium, se lon lequel on fait agir sur au moins un com posé .du béryllium, "au moins un élément dé composant qui libère le béryllium dudit com posé, caractérisé en :ce que, pour obtenir une réaction complète réalisant sensiblement la libération intégrale du béryllium, on fait agir l'élément décomposant en une propor tion qui atteint sensiblement la quantité cor respondant stoechiométriquement à la, quan tité de béryllium contenue -dans ledit composé de départ.

   SOUS-REVENDICATIONS 1 Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le composé du béryllium sur lequel on fait agir l'élément décomposant est un fluorure complexe de béryllium et d'un métal alcalin. 2 Procédé selon la, revendication et la sous revendication I,

   caractérisé en ce que le fluorure complexe que l'on -décompose est un fluobéryllate alcalin. 3 Procédé selon la revendication, caracté risé en ce que le composé de béryllium sur lequel on fait agir l'élément décomposant est du fluorure de béryllium pratique ment anhydre et exempt d'oxyde.

   4 Procédé selon la, revendication, caractérisé en ce que l'on fait agir l'élément décompo sant sur un mélange de fluorure de bé ryllium et d'un fluorure double de bé ryllium et d'un métal alcalin. 5 Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le composé du béryllium duquel on libère le béryllium -est un composé fluoré de béryllium et d'un métal alcalin,

   et en ce qu'on opère la décomposition de ce composé en présence d'un fluorure d'un métal empêchant la décomposition du fluorure alcalin résultant de la décompo sition du composé fluoré de béryllium. 6 Procédé selon la revendication et la sous- revendication 5,

   caractérisé en ce que le fluorure en présence duquel on décompose le composé fluoré du béryllium à décom poser est un fluorure de métal au moins bivalent.

   7 Procédé selon la revendication et les sous-revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le fluorure en présence duquel on décompose le composé fluoré du béryllium est un fluorure alcalino-terreux. 8 Procédé selon la revendication et les sous- revendications 5 et 6,

   caractérisé en ce que le fluorure en présence duquel on décom pose le composé fluoré du béryllium est du fluorure de magnésium. 9 Procédé selon la revendication, caracté- risé en ce qu'on fait fondre ensemble et on mélange les matières réagissantes, ces dernières étant, au moins en partie, ame nées en contact à froid,

   puis fondues et mélangées. 10 Procédé selon la revendication et la sous- revendication 9, caractérisé en ce que l'on opère dans un four électrique à induction.

   11 Procédé selon la revendication et les sous- revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le four est à haute fréquence. 12 Procédé selon 1a revendication,

   caracté risé en ce que l'on utilise comme élément décomposant au moins un métal alcalin. 13 Procédé selon la revendication, caracté risé en ce que l'on utilise comme élément décomposant au moins un métal alcalino- terreux. 14 Procédé selon la, revendication,

   caracté- risé en ce que l'on utilise comme élément décomposant du magnésium. 15 Procédé selon la revendication, caracté- risé en<B>ce</B> que l'on utilise comme élément décomposant de l'aluminium.

   16 Procédé selon le, revendication, caracté risé en ce que l'élément décomposant est un métallaide. 17 Procédé' selon la revendication et la sous- revendication 16, caractérisé en ce que l'élément décomposant est le silicium. 18 Procédé selon la revendication,

   caracté- risé en ce que l'élément décomposant est introduit à ,l'état de composé, dont il est libéré au cours de l'opération même.

   19 Procédé selon la revendication, caracté- risé en ce que l'on fait agir comme élé ments décomposante des éléments plus électro-positife que le béryllium.