CH298574A - Procédé de fabrication d'alliages contenant de l'aluminium et un autre métal des groupes 1 à 3 de la classification périodique. - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication d'alliages contenant de     Paluminium    et un autre métal des groupes<B>1 à 3</B>  de la classification périodique.    La présente invention concerne, la prépa  ration d'alliages contenant de l'aluminium et  au moins un     a-Litre    métal des groupes<B>1 à 3</B>  de la classification périodique, notamment du  calcium.  



  Les alliages     aluminium-calcium,    par exem  ple, sont généralement préparés par fusion  simultanée de l'aluminium et du calcium, ces  deux métaux -étant obtenus par des procédés  électrolytiques.  



  Un procédé a     été    également proposé pour  la fabrication d'alliages     aluminium-calcium.     par réduction de, la chaux     aLi    moyen d'un bain  d'aluminium     fondu.*     Mais tous<B>ces</B> procédés nécessitent la fabri  cation préalable d'au moins un des métaux en  cause, en l'espèce l'aluminium.  



  En ce qui concerne l'aluminium, on sait  qu'en outre sa fabrication nécessite actuelle  ment la production préalable de l'alumine. Un  des procédés de fabrication de l'alumine (le  procédé     Pedersen)    fait appel<B>à</B> l'aluminate  de chaux comme matière de départ. On réalise,  dans une première phase, une fusion réduc  trice de la bauxite en présence de chaux et  d'oxyde de, fer. On obtient un ferro-alliage  présentant un certain intérêt et un laitier  constitué par de l'aluminate de chaux.

   En  agissant sur les conditions de la réduction, on  peut éliminer, sous forme d'alliage, la totalité    des impuretés provenant de la bauxite     (Fe-          Si-Ti)    et obtenir un aluminate de chaux     pur.     Habituellement, on ne cherche pas<B>à</B> obtenir  ce produit qui, en raison de sa dureté, est  difficile<B>à</B> attaquer complètement par des     les-          #sives    de soude, attaque qui constitue le  deuxième stade de la préparation;

   aussi  règle-t-on la première phase de telle façon       qu'une        proportion        de   <B>5 à</B>     10        %        de        SiO2        de-          meure    dans le laitier, afin que la formation  de     disilicate    et de     silicoaluminates    fusants fa  vorise le broyage qui précède la deuxième  phase.  



  Le résultat du lessivage<B>à</B> la soude     earbo-          natée    est l'obtention d'une solution d'alumi  nate de soude et de boues contenant du car  bonate et des silicates de chaux. L'aluminate  de soude est alors soumis, après filtration,<B>à</B>  une troisième phase chimique qui consiste<B>à</B>  précipiter l'alumine hydratée par un courant  de gaz     caxbonique.    Après filtration, l'alumine  hydratée ainsi purifiée est calcinée et peut  alors être utilisée pour la fabrication     électror     lytique de l'aluminium.  



  La présente invention permet d'obtenir des  alliages contenant de l'aluminium et un autre  métal des groupes<B>1</B>     *à   <B>3</B> de la classification  périodique     eii    supprimant les phases chimi  ques 2 et<B>3</B> de la fabrication de l'alumine<B>dé-</B>  crite ci-dessus et les préparations électrolyti  ques distinctes de l'aluminium et du calcium.

        Le procédé de fabrication d'alliages conte  nant de l'aluminium et un     a-Litre    métal des  groupes<B>1 à 3</B> de la classification périodique,  selon la présente invention, est caractérisé en  ce qu'on électrolyse un aluminate     d'-Lui    tel  autre métal, dissous dans un bain fondu cons  titué par au moins un sel     halogéné    d'un métal       desdits    groupes<B>1 à 3.</B>  



  La composition des bains d'électrolyse est  variable, selon la proportion d'alumine et  d'oxyde du métal desdits groupes<B>1 à 3</B> et la  composition de l'alliage, désiré. De préférence,  ces bains sont formés par un flux, qui peut.  être constitué de     cryolithe    ou     d'halogénures     d'aluminium et de     l'a-Litre    métal, seuls ou en  mélanges, et     qui    peut contenir en outre des  fondants tels que des     halogénures    alcalins.  



  Les proportions relatives d'aluminium et  de l'autre métal     dans*    l'alliage déposé<B>à</B> la  cathode sont, bien entendu, fonction<B>de</B> la  composition du bain d'électrolyse, de celle de  l'aluminate de départ et de la concentration  de ce dernier dans, le bain..  



  Par le     je-Li    des concentrations et le choix  des constituants de ces bains, il est pratique  ment possible d'obtenir des alliages dont la  teneur en aluminium varie entre un peu plus  de<B>0</B> "/o et un peu moins de<B>100</B> %. La règle  qui préside<B>à</B> ce choix est la suivante: si l'on  veut obtenir un alliage<B>à</B> haute teneur en alu  minium, on s'efforcera de choisir un bain dans  lequel le rapport entre l'aluminium et l'autre  métal est relativement élevé; on peut augmen  ter la teneur en aluminium en augmentant  dans le bain la teneur en sels d'aluminium,  par exemple     cryolithe,    chlorure ou     fluorure     d'aluminium.

   Inversement, si l'on veut obtenir  un alliage plus riche en calcium par exemple,  on augmentera la teneur en calcium en intro  duisant un excès de chlorure ou fluorure de  calcium. On pourra agir aussi sur la composi  tion et la concentration de l'aluminate de<B>dé-</B>  part qui sont également de nature<B>à</B> modifier  les proportions respectives, dans le bain, de  l'aluminium et de l'autre métal; en partant  d'un aluminate riche en alumine, on augmente  la teneur en aluminium provenant de l'alumi-         nate    et, toutes autres choses étant égales, la  teneur totale en aluminium dans le bain.

   En  diminuant ou en augmentant la concentration  de l'aluminate, on     diminae    ou on augmente<B>à</B>  la fois les teneurs en aluminium et en  deuxième métal, et l'on modifie en même  temps,' dans un sens ou dans l'autre, et sui  vant la nature des autres constituants, la pro  portion respective des deux métaux dans l'en  semble     du    bain.

      Dans le cas de l'obtention d'alliage     AI-Ca     par exemple, trois types principaux de flux  sont utilisés:  <B>11></B> pour l'obtention d'alliages contenant  moins de<B>5</B> Vo de calcium, un mélange fondu  constitué par de l'aluminate de calcium et de  la     cryolithe    ou par de l'aluminate dissous dans  un flux ternaire<B>à</B> base de fluorure d'alumi  nium, chlorure de sodium et     fluorure    de cal  cium en proportions variables;       21,    pour l'obtention d'alliages contenant de  <B>5 à</B> 82 Vo de calcium, une solution saturée  d'aluminate dans un flux ternaire<B>à</B> base de  chlorure de calcium, fluorure de calcium.,  fluorure d'aluminium, en proportions varia  bles suivant la composition de l'alliage<B>à</B>  fabriquer;

    <B>30</B> pour l'obtention d'alliages contenant  82 "/o et plus de calcium, une solution saturée       d'âluminate    dans un mélange binaire de chlo  rure de calcium et de, fluorure de calcium en  proportions variables.  



  Pour qu'une production économique des  alliages soit possible, il est souhaitable que  l'opération électrolytique réalise une décom  position complète des constituants de l'alumi  nate, en alliage, d'une part, et en oxygène,  d'autre part,<B>à</B> l'exclusion de celle des autres  éléments présents dans le bain d'électrolyse.  Le choix des bains permet, en général, pour  chaque aluminate, de réaliser cette opération.

    Non seulement, en effet, il est possible de ré  gler la composition de l'alliage déposé par un  réglage judicieux de la composition du bain,  comme on l'a indiqué plus haut, mais dans  la plupart des cas, comme le, montreront les  exemples de réalisation donnés plus loin, l'opé-      ration électrolytique se<B>f</B>ait bien au détriment  du seul aluminate, de sorte qu'il est possible  <B>à</B> la fois d'obtenir un alliage dont le rapport  
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   est identique<B>à</B> celui de l'aluminate et  d'effectuer cette opération sans consommer  d'autres éléments que ceux contenus dans  l'aluminate.    On peut d'ailleurs effectuer également des  opérations au cours desquelles un des éléments  <B>de</B> l'aluminate S'épuiserait plus rapidement  que l'autre.

   Ainsi, dans le cas de l'électrolyse  d'un     aluminate'de    chaux, on peut chercher<B>à</B>  déposer -un alliage dans lequel le rapport
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    soit plus faible     que    dans l'aluminate et com  penser au fur et<B>à</B> mesure de l'opération  l'excès de calcium déposé par des additions  convenables de chaux au bain d'électrolyse.  Une telle opération est industriellement inté  ressante parce, que la chaux est une matière  première peu coûteuse.  



  Enfin, dans certains cas, et spécialement  pour l'obtention d'alliages très riches en l'un  des deux métaux, le flux peut lui-même par  ticiper<B>à</B> la production du métal et fournir  un apport de l'un des métaux constituant  l'alliage. On devra alors ajouter constamment  au bain l'élément     du    flux ainsi consommé de  manière<B>à</B> compenser sa perte.  



  Dans tous les cas d'ailleurs, soit que     l'élee-          trolyse    porte sur l'aluminate seul, soit qu'elle  porte sur l'aluminate et un élément du flux,  il<B>y</B> a intérêt, si l'on veut obtenir un alliage  de composition constante,<B>à</B> maintenir la com  position du bain sensiblement constante au  cours de l'opération, par des additions appro  priées.  



  Dans tout ce qui vient d'être dit ci-dessus,  il a été fait allusion surtout<B>à</B> la fabrication  des alliages     AI-Ca,    mais l'invention s'applique  également<B>à</B> l'obtention de tous autres alliages  <B>à</B> base d'aluminium et d'un autre métal des  groupes<B>1 à 3</B> de la classification périodique  (lithium, baryum, glucinium, magnésium,       etc.),    les principes et les méthodes exposés  ci-dessus restant les mêmes.    Le type de cuve employé dépend de  l'alliage désiré, car la densité moyenne des  bains étant sensiblement la même pour les  divers types, et voisine, aux températures ha  bituelles de travail, de<B>2,25,</B> on récolte l'alliage  tantôt en surface, en utilisant -une cathode de  contact en fer, tantôt sur la sole de la cuve  d'électrolyse, reliée -au pôle négatif.

   Les  alliages contenant jusqu'à<B>70</B> ou<B>75</B>     1/o    d'alu  minium sont facilement obtenus en surface et,  de plus, l'addition, dans l'électrolyte, de sels  denses inactifs, tels que     BaC12,    permet de re  culer cette limite.  



  Voici quelques exemples de réalisation du  procédé selon l'invention. Dans chacun d'eux,  la préparation de l'alliage est effectuée dans  un creuset de graphite pouvant contenir envi  ron<B>3 kg</B> de bain et placé dans un four<B>à</B>  température constante.    <I>Exemple<B>1:</B></I>  La composition du produit<B>à</B> traiter est la  suivante:

           A1203   <B>= 58,30</B>     11/o          Cao   <B>=</B> 41,55     1/o          SiO2   <B>=</B>     0,15   <B>0/0</B>    Il répond approximativement<B>à</B> la formule  <B>3</B>     A1903,    4     Cao;

      c'est en réalité un mélange  d'aluminates de formules     A1203   <B>'</B>     Cao    et  <B>3</B>     A1203,   <B>5</B>     Cao.    Son point de fusion est voisin  de<B>15801>.</B> On choisit comme flux -un mélange  ternaire contenant<B>69,7</B>     1/o#    de     CaCI9,    11,4     1/o     de     CaF2    et 14,1     'I/o    de     AlF3,    que l'on sature  en aluminate. L'alliage correspondant<B>à</B>  l'épuisement complet de l'aluminate doit con  tenir 49,0     1/o,    de calcium et<B>51,0</B>     11/o    d'alumi  nium.

   Par conséquent, il doit être récolté en  surface et, de ce fait, l'excès. d'aluminate qui  peut se déposer au fond de, la cuve ne gêne  pas l'opération.  



  Après une électrolyse d'une heure, avec  une intensité de<B>100 A</B> sous une tension de<B>9</B>  <B>à 10</B> volts,<B>à</B> une température voisine de<B>9000,</B>  on récolte,<B>à</B> la cathode de contact, une quan  tité importante d'alliage titrant<B>51J</B> %     d'AI,     48,3     11/o    de     Ca    et des traces     néglig        eables    de  silicium.      <I>Exemple 2:</I>  Préparation d'un alliage     AI-Ca   <B>à 13</B> %  d'aluminium<B>à</B> partir de l'aluminate indiqué  dans l'exemple<B>1.</B>  



  On choisit comme flux le mélange binaire       contenant        74%        de        CaCl-'        et        26        1/o        de        CaF2     que l'on sature en aluminate. Après une élec  trolyse d'une heure, avec une intensité de  <B>100 A,</B> sous une tension de<B>10</B> volts environ,  <B>à</B> une température de<B>780 à 7850 C,</B> on re  cueille<B>à</B> la cathode -une quantité importante  d'alliage titrant<B>12,96</B> % d'aluminium.    Exemple<B><I>3:</I></B>  -Préparation d'un alliage     AI-Mg   <B>à 65</B>     1/o     de magnésium.

      On choisit la composition de bain suivante:       Aluminate        A1203,        MgO        1-6,5%     Mélange eutectique     LiF-MgF2   <B>83,5</B>     1/o       Après une électrolyse, de deux heures avec  une densité de courant cathodique de 1,2<B>A,</B>  on obtient des globules abondants d'alliage  titrant<B>65,0</B> % de<B>Mg</B> et<B>35,0</B>     1/o        d'Al    et ne pré  sentant que des traces de     Li.     



  Il faut noter que, dans les conditions opé  ratoires indiquées ci-dessus, l'effet Joule<B>dû</B>  au courant d'électrolyse suffit<B>à</B> maintenir le  bain en fusion; en conséquence, dès que la  fusion préalable du bain est effectuée, le  chauffage extérieur peut être supprimé.  



  Le procédé selon l'invention dont on vient  de montrer l'application<B>à</B> l'électrolyse des  aluminates obtenus par réduction des bauxites  en présence de chaux s'applique<B>à</B> la plupart  des aluminates, et en particulier aux laitiers  industriels contenant de tels aluminates, dont  il permet. une intéressante récupération. Bien  entendu, dans le cas de l'utilisation de tels  laitiers, l'alliage obtenu peut comprendre des  éléments     a-Litres    que l'aluminium et le cal  cium, en particulier du fer et du silicium pro  venant de ces laitiers.  



  Comme le montre l'exemple<B>3,</B> il s'applique  aussi<B>à</B> l'obtention d'autres alliages d'alumi  nium que les alliages     AI-Ca,    notamment<B>à</B> ceux       d'aluminium-magnésium   <B>à</B> partir de l'alumi-         nate    de magnésium. Dans ce cas, les bains  d'électrolyse sont constitués par des mélanges  de chlorures et fluorures d'aluminium ou de  magnésium, éventuellement additionnés de  fluorure de lithium, dans lesquels on dissout  l'aluminate de     magmésium   <B>à</B> électrolyser. On  opère, suivant la composition du bain,<B>à</B> une  température comprise entre<B>800</B> et     1200"   <B>C,</B>

Claims (1)

1. REVENDICATION: Procédé de fabrication d'alliages conte nant de l'aluminium et un autre métal des groupes<B>1 à 3</B> de la classification périodique, caractérisé en ce qu'on électrolyse un alumi nate d'un tel autre métal, dissous dans un bain fondu constitué par a-Li moins un sel halogéné d'un métal desdits groupes<B>1 à 3.</B> SOUS-REVEA NDICATIONS -. <B>1.</B> Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce qu'on -utilise un aluminate de com position telle que l'alliage obtenu soit riche en aluminium. 2.

   Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce qu'on utilise un bain renfermant un halogénure d'un métal de l'alliage<B>à</B> obte nir en proportion telle que l'alliage obtenu soit riche en ce métal. <B>3.</B> Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce qu'on opère dans des conditions telles que l'électrolyse s'effectue uniquement aux dépens de l'aluminate. 4. Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce que le sel halogéné est de la. cryo lithe.

   <B>5.</B> Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce que le sel halogéné est un halo génure d'aluminium et d'un métal desdits groupes<B>1 à 3.</B> <B>6.</B> Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce que le bain est constitué par un mélange de cryolithe, d'un halogénure d'alu minium et d'un halogénure d'un métal desdits groupes<B>1 à 3.</B> <B>7.</B> Procédé suivant la revendication, ca.rac- térisé en ce, qu'on ajoute au bain d'électrolyse au moins un halogénure alcalin comme #on- dant. <B>8.</B> Procédé suivant la revendication,

   carac térisé en ce que l'on électrolyse un aluminate de calcium pour obtpir un alliage dalumi- nium et de calcium. #. Procédé suivant la revendication, eai#Ac,- térisé en ce que l'on utilise comme matière première un laitier métallurgique'Mustriel contenant un aluminate.