CH300935A - Procédé de préparation du monoxyde de titane. - Google Patents

Description

  Procédé de préparation du monoxyde de titane.    La présente invention est relative à un  procédé de préparation du monoxyde de  titane.  



  Le monoxyde de titane est susceptible de  différentes applications, mais jusqu'ici il  n'existait pas de procédé pratique donnant  une matière ayant la pureté voulue, compor  tant des opérations simples et évitant la pré  sence de sous-produits gênants.  



  Par exemple, on a proposé de     chauffer    du  bioxyde de titane en atmosphère inerte ou  d'hydrogène, avec du zinc, du magnésium ou  du calcium. De façon invariable, on n'a pas  obtenu ainsi un produit ayant la pureté vou  lue. De plus, on obtenait en même temps un  sous-produit qu'il fallait enlever chimique  ment.  



  Le procédé selon l'invention permet, par  contre, d'obtenir du monoxyde de titane brun  doré pur, ne contenant sensiblement pas  d'oxyde supérieur. Il est caractérisé en ce  qu'on chauffe dans une atmosphère non oxy  dante à 1300  C au moins un mélange intime  de carbure de titane de grande pureté et  d'un oxyde     métallique    et en ce qu'on élimine  les produit gazeux formés par la réaction au  fur et à mesure qu'ils se dégagent.  



  Ce procédé met en     #uvre    des matières pre  mières relativement peu     coûteuses    et il est sus  ceptible d'être utilisé sur une grande échelle,  ce qui présente certains avantages économi  ques évidents.    En outre, en choisissant convenablement  les conditions, il présente l'avantage de ne pas  donner de sous-produits nécessitant des trai  tements particuliers en vue de les éliminer,  tous les corps formés à côté du monoxyde de  titane étant éliminés sous forme de gaz ou  de vapeurs au cours de la réaction.  



  Le carbure de titane utilisé comme ma  tière première doit être très pur et plus il  est finement divisé, plus     est    rapide et com  plète la réaction. De ce fait, une     dimension     de l'ordre d'un micron ou moins est à sou  haiter. Ceci s'obtient en broyant le carbure de  titane pur du commerce dans un broyeur en  fer, par exemple, muni d'un tamis, de ma  nière à pouvoir obtenir le degré de finesse  désirée. On traite ensuite la     bouillie    résul  tante avec de l'acide chlorhydrique, 'de ma  nière à enlever le fer qui peut. être présent,  après quoi on lave jusqu'à ce que les ions  chlorure aient disparu.

   S'il y a du graphite  libre, il peut être enlevé par     flottation    en pré  parant une suspension légèrement alcaline de;  carbure de titane dans de l'eau et en faisant  mousser de façon que le graphite passe dans  la mousse. On enlève la mousse et l'alcali et  on filtre le carbure de     tiane,    on le décante et  le lave. On le sèche sur le filtre,     puis    finale-  <   ment à     une    température ne dépassant pas 80  à 100  C.

   On utilise également l'oxyde réac  tif à un degré élevé de pureté et à l'état fine  ment divisé,     une    dimension de     particules    de  l'ordre de 1 micron ou moins étant. à     souhai-        e         ter. On peut obtenir ces matières pures et  finement divisées dans le commerce.  



  On mélange intimement le carbure de ti  tane et l'oxyde réactif et, de faon     avants-          geuse,    on comprime le mélange sous une pres  sion d'au moins 1550 kg/cmê en boulettes ou  pastilles denses, avec 5 à 10% d'eau, par  exemple, formant liant temporaire. Ensuite,  on sèche à fond les boulettes comprimées. La  réaction s'effectue à une température d'au  moins 1300  C, à laquelle l'oxyde réactif atta  que le carbure, d'ordinaire entre 1300 et  1750  C, par exemple 1500  C. La réaction est  terminée en une ou deux heures. On opère de  préférence sous vide, par exemple à une va  leur de 1 à 10 mm de mercure.

   L'oxyde réac  tif peut être du bioxyde de titane; il se forme  alors uniquement du monoxyde de titane et  de l'oxyde de carbone, qui est évacué soins  l'action du vide à mesure qu'il se forme. On  peut utiliser     aussi    des oxydes tels que ceux  de zinc, de magnésium ou de calcium; il se  forme dans ce cas également du monoxyde de  titane et de     l'oxyde    de carbone et, en outre,  il y a formation et sublimation ou     volatilisa-          tion    de zinc, magnésium ou calcium métalli  ques. Ces métaux volatilisés sont condensés  dans un dispositif d'arrêt froid contenu     dans     le tuyau d'évacuation, où ils y sont en géné  ral retenus à l'état extrêmement finement di  visé.

   Après achèvement de la réaction et re  froidissement, on fait passer dans l'appareil  un courant d'hydrogène pour empêcher     l'allu-          mage        spontané    du magnésium ou du calcium  à l'état de poudre fine, en présence d'air. Si  on le désire, on peut recueillir le zinc, le cal  cium ou le magnésium à l'état fondu, en les  faisant précipiter à l'état fondu en présence  d'argon à partir du dispositif d'arrêt froid,  à des températures légèrement supérieures à  leur point de fusion.

   Lorsqu'on utilise des mé  langes d'oxydes     comme    réactifs, par exemple  du     bioxyde    de titane avec de faibles quantités  de magnésie ou de chaux, on obtient l'avan  tage d'une réduction complète du carbure en  monoxyde de titane avec un certain degré de  stabilité. On n'utilise     normalement    ce mé  lange que lors du traitement de grosses quan-    tités de matières. Son premier effet semble  être d'empêcher l'inversion de la réaction  dans le cas où l'oxyde de carbone n'est pas  évacué assez vite de la zone de réaction.  



  Bien que le mode de réaction préféré com  porte une mise sous vide obtenue par pom  page, on peut effectuer la réaction dans de  l'argon purifié si on le désire. Toutefois, au  point de vue industriel, le vide est moins coû  teux.  



  Le exemples ci-dessous se réfèrent à des  formes d'exécution du procédé selon l'inven-,  tion.  



  Exemple 1:  On mélange intimement 60 g de carbure  de titane pur, finement divisé, avec 160 g de  bioxyde de titane en particules de l'ordre de  celles d'un pigment, soit 1 mole TiC avec 2  moles de TiOê, ce qui donne la réaction  TiC + 2 TiO2 = 3 TiO + CO. On ajoute au  mélange     environ    25     ems    d'eau et on granule  la masse avant de la comprimer.

   On fait     des,          boulettes    ou pastilles ayant en gros 12 min  de diamètre et 6 mm     d'épaisseur    et on les com  prime     dans    une matrice sous une pression de  1550     kg/em2.    On sèche     alors        soigneusement     ces     boulettes    dans un     four,    à 110  C.

   On les,  met dans un     creuset    en zircon     pur    ou en alu  mine pure     dense    et on chauffe dans un four  d'induction     sous        vide    en utilisant une résis  tance en graphite ou en molybdène pour pro  duire la chaleur     nécessaire    et, pendant l'opé-     i     ration, le système est mis sous vide au moyen  d'un     appareillage    habituel en utilisant un dis  positif d'arrêt ou chicane froide. A     environ     1500  C, la réaction commence de façon mani  feste, car la pression commence à augmenter ,  rapidement.

   On maintient la     température     dans la gamme de 1450 à 1550  C     jusqu'à    ce  qu'on ait     rétabli    complètement les conditions  de vide. Pour un lot de l'ordre de 100 à 300 g,  ceci nécessite en général     environ    1 heure à  partir du moment où l'appareillage atteint  cette gamme de     température.    On obtient un  rendement de 190 g d'oxyde brun doré pur.  On a constaté que si l'on porte la température  à     environ    1600  C pendant la réaction ou au     i     cours de celle-ci, cet oxyde est bien vitrifié.      L'examen aux rayons X montre que cette ma  tière est du monoxyde de titane sensiblement  pur.  



  Exemple 2:  Dans les mêmes conditions que dans  l'exemple 1, on mélange 60 g de carbure de  titane avec 163 g d'oxyde de zinc. Dans ce  cas particulier, il se forme de l'oxyde de car  bone et du zinc métallique, lequel est arrêté  sous forme de poussière     dans    le dispositif  d'arrêt froid. La réaction est  T iC + 2 ZnO = TiO + CO + 2 Zn.  



  Le rendement est d'environ 64 g de monoxyde  de titane. La réaction se fait sous vide ou       s    dans un gaz inerte.  



  Exemple 3:  On traite 60 g de carbure de titane et  80 g de magnésie comme dans l'exemple 1, et  ces matières réagissent comme suit  TiC + 2 MgO = TiO + CO + 2Mg.  Il se forme du magnésium gazeux et de l'oxyde  de carbone et le     magnésium    est arrêté dans le  dispositif d'arrêt froid. On obtient un ren  dement d'environ 63 g de monoxyde de titane  s Dans le cas de la réaction avec le zinc et la  magnésie, il est en général bon de porter la  température à environ 1600  C pendant le  dernier quart de la décomposition thermique,  de manière à concrétionner la masse     intime-          o    ment et à assurer l'élimination complète de  tous les sous-produits. La réaction se fait  sous vide ou dans un gaz inerte.  



  Dans chacun des exemples ci-dessus, les       rendements    sont sensiblement quantitatifs et  on obtient un produit très pur.  



  Exemple 4:  On mélange 60 g de carbure de titane,  80 g de Ti02 et 40 g de MgO et on traite  comme dans l'exemple 1, sous vide ou dans  un gaz inerte. La réaction est ici  TiO + TiO2 + MgO = 2 TiO + CO + Mg.  Le magnésium métallique et l'oxyde de car  bone sont les produits gazeux que l'on obtient  dans la gammne de température de 1300 à    1660  C, et il reste dans le creuset 129 g de  résidu.  



  Il est important d'empêcher l'air d'entrer.  On place les réactifs dans un récipient que  l'on met sous vide ou dans lequel on fait cir  culer continuellement un gaz inerte, par  exemple de l'argon, et on porte ensuite la  température à la valeur voulue. Les condi  tions de vide ou le libre     passage    du gaz inerte  sont maintenus pendant la durée de la réac  tion.  



  Dans les mises en     #uvre    ci-dessus com  portant l'utilisation de creusets en zircon, il  se produit parfois des difficultés dans la par  tie supérieure de la gamme de     températures     et c'est pourquoi l'on donne la préférence à  l'alumine, bien que cette matière ne soit pas  non plus complètement satisfaisante. La dif  ficulté provient de ce qu'il y a réaction entre  le monoxyde .de titane et la matière du creuset.  On peut remédier pratiquement à cette diffi  culté en     utilisant    une plaque de base en     zir-          conate    de baryum ou en     zircone,    cuit à haute  température.  



  Le monoxyde de titane obtenu par le pro  cédé selon l'invention présente l'avantage  d'être très pur et     utilisable    directement pour  différentes applications; en particulier, il  convient pour la préparation de titane mé  tallique.

Claims (1)

1. REVENDICATION: Procédé de fabrication du monoxyde de titane, caractérisé en ce qu'on chauffe dans une atmosphère non oxydante -à 1300 C au moins un mélange intime de carbure -de titane de grande pureté et d'un oxyde métallique et en ce qu'on élimine les produits gazeux for més par la réaction au fur et à mesure qu'ils se dégagent. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, caracté risé en ce que l'oxyde métallique est le bi- dxyde de titane. 2. Procédé selon la revendication, caracté risé en ce que l'oxyde métallique est l'oxyde de zinc. 3.

   P rocd e e selon la revendication, caracté risé en ce que l'oxyde métallique est l'oxyde de magnésium. 4. Procédé selon la revendication, caracté risé en ce que l'oxyde métallique est l'oxyde de calcium. 5. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce qu'on chauffe le mélange à une température comprise entre 1300 et 1750 C. 6. Procédé selon la revendication, caracté risé en ce que la réaction est effectuée sous vide en vue d'évacuer les produits gazeux de la réaction. 7.

   Procédé selon la revendication, dans le-lans te- quel ledit oxyde est tel que la réaction donne lieu à un dégagement de métal à l'état gazeu:@, caractérisé en ce que l'on opère sous vide, le métal entraîné par l'aspiration créatrice du vide étant condensé. 3. Procédé selon la revendication, caracté risé en: ce qu'on met les réactifs sous forme de boulettes avant de les soumettre à la réac tion.