CH294067A - Procédé de production d'aluminium à au moins 99% par distillation directe d'aluminium allié à d'autres métaux et four pour la mise en oeuvre de ce procédé. - Google Patents

Description

      Procédé    de production     d'aluminium    à au moins 99     %.    par     distillation        directe    d'aluminium       allié    à d'autres métaux et four     pour    la     mise    en     aeuvre    de ce procédé.    Un fabrique industriellement     l'aluminium     par électrolyse de l'alumine dissoute dans la       ervolithe    fondue.

   La plupart des     métaux    con  tenus comme impuretés dans les matières pre  mières ou dans le solvant et les électrodes  sont séparés à. la cathode avant     l'aluminium     et viennent le souiller; pour obtenir de l'alu  minium de teneur commerciale, i1 est essen  tiel d'utiliser uniquement des produits extrê  mement purs, donc très     eoîtteux.    En particu  lier,

   la purification de la bauxite en vue d'ob  tenir de l'alumine pure ne peut être réalisée  que dans des installations importantes exi  geant des investissements de capitaux     eonsi-          dérables.    Il serait dons très utile de disposer  d'un     procédé    qui éviterait ces sujétions et       perrlettrait    d'obtenir     l'aluminium    commercial  à partir du minerai sans avoir au préalable à       traiter        chimiquement    ce dernier.

   Or, les mi  nerais     (l'aluminium,    en particulier les bauxites       etlekaolin,    contiennent comme     impuretésessen-          tielles    le silicium et le fer, et leur     réduction          thermique    permet. d'obtenir des alliages dont  la teneur en aluminium atteint     rarement    70  le reste étant. pratiquement du fer et du sili  cium avec un peu de titane et diverses impu  retés en faibles quantités.  



  On a déjà proposé de fabriquer de l'alu  minium par distillation directe d'alliages ou  de déchets de ce métal à une température et  sous un vide élevés:     jusqu'à    présent, ce pro-    cédé n'avait pas abouti, car on se heurtait à  plusieurs difficultés.  



  Il était impossible de séparer assez com  plètement le silicium et le fer de l'aluminium  pour pouvoir obtenir un aluminium commer  cial, c'est-à-dire à. titre minimum de 99  /o.  



  En outre, l'aluminium distillé se rassemblait  à. l'état. extrêmement divisé (globules ou cris  taux), le plus souvent mélangés intimement  avec des oxydes.  



  Enfin, les matériaux employés,     graphite     ou oxydes métalliques, étaient rapidement mis  hors d'usage par l'aluminium liquide.  



  La présente invention concerne un. pro  cédé de production d'aluminium à au moins  990/0 par distillation directe d'alliages ou de  déchets en contenant.  



  Ce procédé est caractérisé en ce qu'on  effectue la distillation dans des conditions de  température et de pression telles que, en por  tant sur un système d'axes la pression utilisée  en abscisses et la température correspondante  en ordonnées, on obtienne un point. situé au  dessus de la courbe passant par les points  suivants  
EMI0001.0031     
  
    0,03 <SEP> mm <SEP> de <SEP> mercure <SEP> à. <SEP> 1240  <SEP> C,
<tb>  0,3 <SEP>   <SEP> <B>  <SEP>   <SEP>  </B> <SEP> 1360  <SEP> C,
<tb>  0,5 <SEP>   <SEP>   <SEP>   <SEP> :> <SEP> 14000 <SEP> C,
<tb>  1 <SEP>   <SEP>   <SEP>   <SEP>   <SEP> 1450  <SEP> C.         Dans cet     intervalle    de vide, le silicium pur  ne distille de façon appréciable que 100 à  150 degrés     au-dessus    de la. température de  distillation de l'aluminium pur.

   Pour le fer,  la différence     est    encore plus grande.  



  On obtient de     l'aluminium    d'autant plus  pur que la température de distillation est  plus basse.  



  L'invention concerne également un four  pour la mise en     oeuvre    de ce procédé. Ce four  est caractérisé en ce qu'il est revêtu intérieu  rement de matériaux résistant. à l'action de  l'aluminium.  



  On a constaté, en effet, qu'en opérant. à  une température voisine de 1100  C et sous  des vides     inférieurs    à 200 microns, l'alumi  nium liquide attaque les oxydes avec lesquels  il est en contact,     alumine,        glncine,        ete.,    et les  réduit en formant des oxydes et des     sous-          oxydes    volatils d'aluminium qui, passant de  la température de distillation à la tempéra  ture de     condensation,    redonnent des oxydes et  abandonnent de     l'ahuninium    à l'état très di  visé.

   En revanche, d'autres matériaux, par  exemple des carbures tels que le carbure de  silicium,     CSi,        très    pur, le carbure d'alumi  nium et des nitrures     d'aluminium,    résistent  suffisamment en pratique à l'action de l'alu  minium liquide à des températures élevées et  sous des vides     poussés    pour pouvoir être uti  lisés pour revêtir le four.  



  Au contact de     l'aluminitun    liquide, le car  bure de silicium se transforme peu à. peu en  carbure d'aluminium. Le silicium ainsi libéré  risque alors de venir souiller le condensai. Il  est donc préférable d'utiliser dès le début le  carbure     d'aluminium    si on peut le préparer  suffisamment pur. Le carbure     d'alniiiiiiium     convient comme revêtement à condition de le  maintenir à l'abri de l'humidité; le nitrure  d'aluminium résiste parfaitement à l'action  de l'aluminium liquide sous un vide élevé et.  jusqu'à 1500  C.  



  On a constaté également que     l'aluminium     à l'état. de vapeur ne paraît pas attaquer sen  siblement le graphite compact; il est donc pos  sible d'utiliser ce matériau pour l'enceinte du  four et comme résistor chauffant. Tout le    reste de l'appareil     pouvant    se trouver en con  tact, avec l'aluminium liquide est. confectionné  avec les matériaux (carbures, nitrures) indi  qués ci-dessus.  



  Dans une mise en     ceuvre    particulière du  procédé selon l'invention, on sépare de façon  pratiquement complète le silicium et le ter de  l'aluminium par une série de distillations  dont. chacune reprend le     condensat    de l'opéra  tion précédente.

   Pour les alliages contenant       plus        de        20%        de        silicium,        il        faut        générale-          ment    trois distillations, mais on peut éviter  la première de ces distillations par une sim  ple     ségrégation    de l'alliage,

   qui permet     d'ob-          tenir        un        euteetique        à.        environ        13%        de        silicium.     C'est ce dernier     allia-,e    qui est ensuite distillé  une ou     ;généralement    deux fois.  



       L':r@e@raplc   <I>l:</I>       On    part de     silico-aluminium    de la compo  sition     suivante:     
EMI0002.0050     
  
    Si <SEP> 31,5 /0
<tb>  Fe <SEP> <B>6,5(1/o</B>
<tb>  Ti <SEP> ?,? <SEP> 0/0
<tb>  Al <SEP> le <SEP> reste.       On procède à. une.     ségrégation    et on obtient.  un     euteetique    ayant pour analyse:  
EMI0002.0053     
  
    Si <SEP> 11,'D0/0
<tb>  Fe <SEP> 1, <SEP> â <SEP> 0/0
<tb>  Ti <SEP> 0,21/0
<tb>  Al <SEP> le <SEP> reste.       Après une première distillation de cet.

    eutectique, on obtient dans le condense une       teneur        en        Si        inférieure    à     ?,8%        et        une        teneur          en        Fe        de        0,1%.     



  Après une deuxième distillation, on obtient  un     condensat    de la composition     suivante:     
EMI0002.0068     
  
    Si <SEP> 0,21%
<tb>  Fe <SEP> 0,041/o
<tb>  Ti <SEP> 0,050/0
<tb>  Al <SEP> <B>99,67"/o.</B>       Les matériaux et supports en     eontaet    avec       l'aluminiiini    liquide sont en nitrure     d'al.iiiïii-          nium.    Avec une température de 1380     à.1150         (_"     et un vide de 0,200 à 0,020     111111    de mercure, on  obtient un rendement en A1 sur le     silico-aht-          minium    initial de 810/0.

        Le silicium et, l'aluminium ne forment pas       entre    eux de composé défini et la distillation  d'un alliage     aluminiiim-silicium    a lieu prati  quement dans les     mêmes    conditions que la dis  tillation (le l'aluminium pur.  



  Par contre, le fer forme avec l'aluminium  ou avec l'aluminium et le silicium des com  posés définis et on pouvait. craindre que ces       combinaisons    ne soient pas dissociées dans les       conditions    de température et de vide utilisées,  ce qui n'aurait pas permis de séparer l'alumi-         niunl    avec un bon rendement des alliages     con-          tenant        plus        de    6     %        de        fer.        Or,

          i1        n'en        est        rien,     comme le montre l'exemple 2 ci-après.  



       Exemple   <I>II:</I>  Distillation de     ferro-silico-aluminium,    com  posé cristallisé de formule approximative       A15Fesi.     



  Composition de l'alliage en poids:       8i:        12,3%,        Fe:        20%,        Al:        67,7%.     
EMI0003.0028     
  
    N. <SEP> Température <SEP> Vide <SEP> Analyse <SEP> Métal <SEP> condensé
<tb>  (le <SEP> en <SEP> en <SEP> millimètres <SEP> du <SEP> métal <SEP> condensé <SEP> pour <SEP> 100
<tb>  l'essai <SEP> degrés <SEP> C <SEP> de <SEP> mercure <SEP> Fe <SEP>  /o <SEP> Si <SEP>  /o <SEP> de <SEP> métal <SEP> initial
<tb>  1 <SEP> 1470  <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 0,65 <SEP> 0,62 <SEP> 47,5%
<tb>  2 <SEP> 1470  <SEP> 0,5 <SEP> mm <SEP> 1,07 <SEP> 0,82 <SEP> 65%
<tb>  3 <SEP> 14700 <SEP> 0,1 <SEP> mm <SEP> 1,5.1 <SEP> 0,53 <SEP> 70%       On voit qu'à la.

   température choisie, les  combinaisons de fer avec l'aluminium sont  pratiquement entièrement dissociées et le mé  tal liquide se comporte à la distillation comme  un simple mélange.  



  En pratique, lorsqu'on veut distiller des  alliages contenant des combinaisons Fe Al ou  Fe Si Al, il est préférable d'opérer à une  température supérieure à     1400     C; au-dessous   < le cette     température,    la distillation de l'alu  minium est trop lente.  



  En comparant avec l'exemple I, on cons  tate que pour une teneur en silicium presque  identique dans le métal de départ, on obtient  en une seule distillation dans l'exemple II du  métal condensé plus pauvre en :silicium: 0,52  à     0,82        contre        2,8%.        Il        semble        que        le        fer        re-          tient.        en    partie le silicium à l'état. de combi  naison de fer et de silicium et l'empêche de.  distiller.  



  Une seconde distillation permet. d'obtenir       de        l'aluminium    à     99,5%.     



  Au lieu de procéder de     faqon    discontinue  par distillations     successives,    on peut aussi  effectuer la séparation de l'aluminium du sili  cium, du fer et du titane, par distillation  continue à reflux.         Exemple   <I>III: '</I>       Sur    les dessins ci-joints, les     fig.    1 et<B>9 -</B>  représentent, à titre d'exemple, un four de  distillation à. reflux qui permet. d'obtenir     im     métal plus pur et avec un     meilleur    rende  ment:

   la     fig.    1 en est une vue en coupe lon  gitudinale axiale, et la     fig.    2 une vue en coupe  suie     alït    la ligne     2-2    de la     fig.    1.  



  Le creuset allongé c, contenant le métal  liquide, est en carborundum ou en nitruré  d'aluminium, il est. incliné sur l'horizontale.  



  Dans la partie d'extrémité la plus basse  du creuset. est. ménagé un récipient cl, con  tenant l'alliage liquide, par exemple un     eutec-          tique    à     13%        de        silicium        obtenu        par        ségréga-          tion    de     silico-aluminium,    comme indiqué     ci-          dessus.    A la partie d'extrémité la     phis    haute  du creuset est ménagé un récipient,     c'2,    destiné  à recueillir l'aluminium condensé.  



  Le creuset est fermé à sa     partie    supérieure  par un couvercle     b1,    en nitrure d'aluminium,  entouré d'une enveloppe chauffante a, consti  tuée, par exemple, par une résistance conique  en. graphite; un second couvercle     b2,        calori-          fue,    interposé entre cette surface chauffante  et \le premier couvercle     b1,    permet d'obtenir  une température moins élevée, allant en di-           niinuant        régulièrement    entre le récipient cl,  où règne une température de     1470 C,    et le  récipient     c'',

      où règne une température de  1210 à     123011C.     



  La position de ce couvercle calorifuge     b-'     est. réglable.  



  Un refroidisseur d est. placé en dehors du  creuset c et à     proximité    de ce récipient c<B>l</B>, à  l'intérieur de l'enveloppe a.     ri    la partie la  plus haute du creuset, une petite ouverture     e          est.    ménagée contre le couvercle     b1    pour per  mettre d'extraire par le vide les gaz inertes.  



  Le récipient c2, collecteur de l'aluminium  condensé, est fermé à sa partie supérieure par  une dalle     c3,    en carborundum ou nitrure       d'aluminium,    comportant un orifice     c4.     



  Le creuset c est chauffé par l'enveloppe  conique, en graphite,     cc,    formant résistance  électrique de chauffage, avec     amenées    de cou  rant à ses     extrémités,    en     al.     



  Le fonctionnement du four est. le suivant  Après mise sous vide, l'alliage à distiller  avant atteint la température d'ébullition       1.-170    <B>C</B>, les vapeurs métalliques remplissent  l'espace libre sous le couvercle     b1    et viennent.  se condenser sur la paroi interne du creuset  en face du refroidisseur d.

   Le métal condensé  ruisselle sur la dalle     c3,    qui recouvre<B>le</B> réci  pient collecteur c2, une partie seulement pé  nètre dans ce récipient c2 par l'orifice cl; le  reste revient en arrière en coulant sur la face  supérieure inclinée c5 du creuset, formant  rampe à reflux, dont on a allongé le parcours  autant que possible par des nervures ou sail  lies en chicanes     c6.    Pendant ce reflux, le mé  tal liquide est. en contact. avec les vapeurs mé  talliques, qui se dirigent en sens inverse, et il  se produit une véritable distillation frac  tionnée, la phase vapeur s'enrichissant en mé  tal plus volatil (aluminium), tandis que le  liquide qui reflue s'enrichit en métaux moins  volatils (silicium, fer, titane).  



  En réglant les températures comme indi  qué ci-dessus et sous un vide de 0,03 mm, on  obtient en une seule distillation de l'alumi  nium     commerical    dans le récipient collecteur  du métal condensé en c2.    Dans les intervalles de température dans  lesquels on réalise     habituellement    le procédé,       1200-1500     C, la tension clé vapeur du sili  cium     pur    est très inférieure à. celle de l'alumi  nium pur;

   il en résulte que sous un vicie  donné, le silicium se condense à une tempéra  ture clé 100     ;i   <B>1500</B> C plus     tlevée        que    celle à  laquelle se     ennderise        l'aliiniiniuni.    Pour le ter  et le titane, la     différence    est encore plus       grande.    Cela est mis     ii    profit dans une forme       d-'exécution    du procédé suivant l'invention, en       séparant    le     silicium"    le fer et. le titane clé l'alu  minium, par condensation fractionnée.

   A cet  effet, on peut utiliser un     condenseur    composé  de deux parties, dont l'une est plus refroidie  que l'antre, le silicium, le fer et le titane se,     con-          dençent    alors sur la partie la plus chaude du  condenseur et     l'aluminium    sur la partie la  plus froide.  



  11 est possible     également.    de créer     sz-stéma-          tiquement    dans le four de distillation des  zones à.     températures    différentes, comme le  montre l'exemple IV.  



  Les     fig.    3 et 4     représentent,    à. titre  d'exemple, un four utilisant ce principe; la       fig.    3 en est une vue en coupe     longitudinale     axiale et la     fig.    4 une vue en coupe transver  sale suivant la ligne     -1---4    de la     fig.    3.  



  La     chambre    .du four de     ni@@nie    que l'enve  loppe g de celui-ci présentent une forme tron  conique, la     section    transversale allant. en aug  mentant de la droite vers la     -auehe        (fif@.    3).

    Dans le fond du four sont     ménai2@és    trois bas  sins<I>h, i,</I> j; le premier,     h,    en partant de la  droite,     reçoit,    par le     conduit.        g1,    L'alliage à  épurer, par exemple un alliage d'aluminium à       13%        de        silicium.        La        paroi        transvemle        oppo-          sée,        g2,    voisine du     troisièiiie    bassin     j,    est re  froidie par une circulation d'eau,

   en     g3.        1-n     canal     g4,    ménagé à.     travers    cette paroi froide,  raccorde la chambre du four à l'appareil clé  production de vide (non représenté); une cloi  son     cg5        formant    chicane protège     l'orifice    de ce  canal .du côté de la chambre du four. On     ri-)-le     le refroidissement de cette paroi     g2    du four  de manière que cette dernière soit à une tem  pérature inférieure à celle du point triple du  métal<B>(</B>600  C par exemple.). Des résistors h      sont disposés à la partie supérieure de cette  chambre du four.

   Une cloison 1 sépare des       bassins   <I>h, i,</I>     j,    cette zone supérieure chauf  fante du four, en protégeant les résistors con  tre des projections de métal. Ces résistors     k     et les niveaux des bassins     h.,    i,     j        s'écar¯tent     graduellement et régulièrement. de l'axe     lon-          =itudinal    du four, ce qui permet de régler  avec précision la     température    dans chacun  des     bassins;    les températures de ces bassins,       décroissant    de la droite vers la gauche, sont.

    déterminées par la     preasion    régnant dans la  chambre     chi    four.  



  Le premier bassin     h.,    contenant     l'alliage        :ï.     épurer, est, pour une pression de la chambre  du tour, de l'ordre de 0,1     niai    de mercure,       p.-)rté        i    une température de     1.1i0         C¯    environ.

    lie métal,     ;lui    a     eomniencé    à s'évaporer un peu       a,;azit    cette     tenipéïatnre,    est entraîné vers la  paroi froide     g'    du four sous l'effet de la dif  férence de pression entre l'enceinte de ce bas  sin     ix.    et le     voisinage    de la paroi froide g'. On  constate qu'il se dépose du métal à l'état li  quide sur le seuil hl, séparant ce     bassin    h et  le bassin suivant     i;    ce seuil hl est à     tune    tem  pérature de 1380 <B>C</B> par exemple.

   Le métal  liquide ainsi déposé  grimpe  sur ce seuil hl  et se déverse (comme indiqué par la flèche)  dans le bassin i. La teneur de ce métal en Si       est        inférieure    à     3%,        tant        que        la        distillation          est        restée        inférieure    à     90        %        du        contenu        dut          bassin    h.  



  Le métal recueilli dans le bassin i est par  tiellement stabilisé; sa température étant  établie à 1350" C, il distille néanmoins, mais  moins vite que dans le bassin h, bien que le       bassin    i soit. plus rapproché de la paroi froide       g2,    qui exerce un effet accélérateur sur la dis  tillation. Le métal  grimpe  sur le seuil il sé  parant les bassins i et.     ,j,    selon le même phéno  mène que dans le bassin h; il se déverse dans  le     bassin        j,    où sa teneur en Si descend     au-          dessous    de l0/0.  



  La température de ce bassin     j,    formant  récipient collecteur de     l'aluminium    purifié,  est portée à     1?00     C environ, température à  laquelle la tension de vapeur de ]'aluminium  est très faible. Le métal     i-    est stabilisé à l'état         liquide    pour la.     pression    régnant dans la     chani.-          bre    du four. La paroi     froide.g2    du tour se  couvre (en     g6)    de métal solide, qui se liqué  fie et ruisselle dès que la température atteint  en surface celle du point. triple.  



  Le procédé de     distillation    continue     avec          reflux    peut être appliqué également à la sépa  ration de l'aluminium     d'avec    le silicium et le  ter en utilisant une     colonne    de distillation à  plateaux du     t#-pe    connu dans laquelle toutes  les parties en contact avec.     l'aluminium    liquide       .,ont    en nitrure d'aluminium.  



  On peut utiliser un simple cylindre rem  pli d'anneaux de     Raschig    ou     mpme    simple  ment de     morceaux    bruts de nitrure     d'alumi-          iiium.     



  Le procédé :selon l'invention est applica  ble à l'obtention d'aluminium raffiné à plus  de     99,91/o    à. partir de l'aluminium du com  merce ou de déchets d'alliages d'aluminium  assez purs, et ceci en une seule distillation.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Procédé de production d'aluminium à. au moins 99% par distillation directe d'allia- ges de ce métal. ou de déchets en contenant, caractérisé en ce qu'on effectue la distillation dans des conditions de température et de pression telles que, en portant sur un système d'axes la pression utilisée en abscisses et la température correspondante en ordonnées, on obtienne Lin point situé au-dessus de la courbe passant par les points suivants:

   EMI0005.0089 0,03 <SEP> mm <SEP> de <SEP> mercure <SEP> à <SEP> 1210 <SEP> C, <tb> 0,3 <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 1360<B>0</B> <SEP> C, <tb> 0,5 <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 1400 <SEP> C, <tb> 1 <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 14500 <SEP> C. II. Four pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il est. revêtu intérieurement de matériaux résistant à l'action de l'aluminium. SOrS-REVENDICATIONS: 1.

   Procédé selon la revendication I, dans lequel l'alliage traité contient du silicium, ca ractérisé en ce qu'on sépare le silicium de l'aluminium en procédant à plusieurs distil- lations successives, en reprenant dans cha cune le condensai de la précédente. 2. Procédé selon la revendication I, dans lequel l'alliage traité contient du silicium, du fer et du titane, caractérisé en ce qu'on sépare le silicium, le fer et le titane de l'aluminium par distillation continue à reflux. 3.

   Procédé selon la revendication I, dans lequel l'alliage traité contient du silicium, du fer et du titane, caractérisé en ce qu'on sépare le silicium, le fer et le titane de l'aluminium par condensation fractionnée en disposant sur le passage des vapeurs métalliques des sur faces à des températures différentes, l'alumi nium se condensant sur la surface la plus froide et les impuretés sur la surface à. tem pérature plus élevée. 4. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on condense l'aluminium dis tillé à l'état liquide. 5.

   Procédé selon la revendication I, dans lequel l'alliage traité contient plus de 6 % de fer; caractérisé en ce qu'on effectue la distil lation à une température supérieure à 1400 C. 6. Four selon la revendication II, caracté risé en ce que ses parties destinées à venir en contact avec l'aluminium à l'état liquide sont construites en carbure de silicium. I. Four selon la revendication<B>11,</B> caracté risé en ce que ses parties destinées à venir en contact avec l'aluminium à l'état liquide sont construites en carbure .d'aluminium. 8.

   Four selon la revendication II, caracté risé en ce que ses parties destinées à @ enir en contact avec l'aluminium à. l'état liquide sont construites en nitrure d'aluminium. 9. Four selon la revendication<B>11,</B> earacté- risé en ce que ses parties destinées à venir en contact seulement avec la vapeur d'alumi- nium sont en graphite compact.