Procédé pour extraire un métal alumineux liquide d'un laitier fraîchement séparé par écumage La présente invention se rapporte à un procédé pour extraire un métal alumineux li quide d'un laitier fraîchement séparé par écu mage provenant d'une coulée de métal alumi- neux, suivant lequel le laitier est transféré de la chambre de fusion à un récipient dans lequel il est agité tout en maintenant sa température au-dessus du point de fusion du métal.
Le laitier et les crasses provenant des cou lées de métaux alumineux contiennent inévita blement une proportion élevée de métal libre par suite de l'agitation habituelle de la coulée. Lorsqu'on laisse reposer une masse de laitier chaud retiré d'une coulée, une certaine quantité de métal libre s'accumule au fond de cette masse, mais la plus grande partie du métal libre reste répartie dans l'ensemble de la masse du laitier sous forme de globules ou autres petites particules. De plus, l'exposition à l'atmosphère provoque la réaction du laitier chaud avec l'air, si même la réaction n'a pas déjà commencé dans le four, et si on ne l'arrête pas, une grande partie du métal disponible est perdue.
La sépa ration du métal libre de la partie non métal lique du laitier constitue un problème ardu ; on mentionne ci-après un certain nombre de pro cédés utilisés ou proposés pour effectuer cette séparation.
Dans l'un de ces procédés, on refroidit le laitier à la température ambiante aussi vite que possible, on le concasse et on le tamise. Les particules grossières sont retenues sur le tamis et .séparées de cette manière, mais une grande partie du métal libre reste dans le laitier tra versant le tamis. Dans un autre procédé, on introduit en agitant le laitier chaud dans un culot d'aluminium ou d'alliage d'aluminium fondu. Ce procédé n'est pas efficace parce que, lorsqu'on agite le laitier avec le métal fondu, il reste dans le laitier une quantité de métal presque égale à celle que l'on en retire. Dans un autre procédé, on a proposé l'utilisation d'un bain de sel en fusion pour remplacer le culot de métal en fusion.
Ce procédé ne se révèle pas efficace et il est évident qu'il est coûteux, puis qu'on consomme une quantité importante de sel et puisque la récupération de celui-ci, si elle est désirable, entraîne une nouvelle dépense. Un autre procédé encore consiste à ajouter une certaine quantité d'un fondant salin au laitier chaud et à l'incorporer en le brassant dans la masse. On obtient de cette manière un certain degré de coalescence des particules métalliques, mais l'efficacité du procédé dépend de l'inten sité du brassage, qu'il est difficile de réaliser, en raison du travail très pénible qu'il impose aux ouvriers.
Suivant un autre procédé connu, on place le laitier chaud ou le laitier froid réchauffé dans un tambour rotatif incliné permettant l'accès de l'air et on fait tourner la masse dans ce tambour pendant un court laps de temps. Si le laitier n'est pas déjà brûlé quand on l'intro duit dans le tambour, on amorce la combustion par l'addition de sels appropriés. La combus tion ainsi réglée sert à rompre la pellicule d'oxyde qui entoure les globules métalliques et à permettre la coalescence de cellçs-ci. Le mé tal qui s'accumule au fond de la charge est soutiré de temps en temps.
Conformément à ce procédé, une partie du métal libre finement divisé est brûlée au cours de sa réaction avec l'air, ce qui engendre la chaleur indispensable pour élever la température de la masse et, de ce fait, la récupération du métal n'est pas aussi élevée qu'on le désire. On a réalisé grâce à ce procédé des récupérations du métal de l'ordre de 65 à 70 % de la quantité disponible, mais on constate qu'en moyenne la récupération est inférieure à 60 0/0.
Dans le procédé suivant l'invention, le lai tier chaud est agité dans un récipient fermé au moyen d'un couvercle et contenant une atmo sphère non oxydante comprenant au moins 50 % de chlorure d'aluminium et on soutire ensuite le métal accumulé.
Un mode d'exécution de ce procédé est dé crit, à titre d'exemple, dans ce qui suit en se référant au dessin annexé, sur lequel La fig. 1 est une vue de face en élévation et partiellement en coupe de l'appareil utilisé.
La fig. 2 est une vue latérale en élévation représentant ledit appareil en position de fonc tionnement.
Le traitement par le procédé selon l'inven tion n'entraîne pas la combustion du laitier qui se produit normalement- lors de son contact avec l'air, et si une certaine combustion a déjà pris naissance dans la masse de laitier avant son traitement, l'exposition à l'atmosphère de chlo rure d'aluminium provoque l'arrêt rapide de cette réaction. Du fait que l'on évite la réac tion avec une atmosphère oxydante, la tempé rature du laitier n'atteint pas un niveau aussi élevé que dans les procédés où l'on provoque intentionnellement une combustion ou une réaction chimiques.
Généralement, la tempéra- ture du laitier ne varie pas fortement pendant la période de traitement, en particulier si le métal libre ne contient pas d'éléments qui for ment facilement des chlorures. Cependant, même si le métal contient des éléments tels que le magnésium, qui réagissent facilement avec le chlorure d'aluminium, la température de la masse n'augmente pas beaucoup et ne dépasse pas habituellement 9270 C. Lorsqu'on traite des laitiers provenant de coulées contenant peu ou pas de magnésium, la température ne dé passe habituellement pas 8160 C.
Le procédé selon l'invention n'exige aucun apport de cha leur extérieure pendant le traitement du laitier ; la température de la masse au moment où l'on met en aeuvre le procédé, ainsi que la chaleur éventuelle qui peut se développer à la suite d'une réaction chimique, suffit pour maintenir le laitier à une température évitant la solidifi cation du métal et dans un état assez fluide pour permettre un traitement efficace.
Le métal récupéré du laitier est remarqua blement exempt d'oxydes et d'autres inclusions non métalliques et on peut par conséquent le renvoyer immédiatement dans la coulée dont on a retiré le laitier sans contaminer cette cou lée. De même, la température du métal retiré du laitier ainsi traité est suffisamment basse pour réduire très fortement l'oxydation pendant les traitements ultérieurs. En outre, du fait que le présent procédé ne demande qu'un temps relativement court, il est possible d'écumer la coulée et de renvoyer le métal récupéré dans le four avant de couler le métal dans des moules ou dans d'autres récipients.
La teneur en métal libre du laitier peut varier considérablement selon les conditions de la fusion, selon les fondants utilisés et aussi selon la composition de l'alliage. En outre, le soin apporté à l'écumage de la coulée exerce un effet important sur la quantité de métal en traînée avec le laitier lors de l'écumage. Habi tuellement, il n'est pas avantageux de traiter du laitier qui ne contient pas au moins 30 0/0 en poids de métal libre. D'un autre côté, il n'existe pas de limite pour la quantité maximum de métal libre qui peut être présente, en ce qui concerne le rendement de la récupération.
Quant à l'efficacité du procédé, on a constaté que l'on obtient effectivement un pourcentage de récupération plus élevé avec des laitiers qui contiennent plus de 80 % de métal libre. Il peut être désirable de recueillir tout le métal qui se rassemble au fond d'une masse de lai tier avant d'agiter celui-ci au sein de l'atmo sphère de chlorure d'aluminium, en vue de réduire la masse de la matière à traiter,
mais une telle séparation préliminaire de tout métal liquide n'est pas indispensable.
La consistance ou l'état physique du laitier est déterminé en grande partie par sa teneur en métal. Un laitier dit humide contient environ 80 0/0 ou plus de métal liquide, tandis qu'un laitier appelé sec contient habituelle- ment 50'% ou moins de métal libre et présente une consistance plastique mais non fluide. Le traitement du laitier humide était parti culièrement difficile dans le passé, non seule ment en raison de son état physique,
mais aussi parce que les oxydes et autres particules non métalliques se trouvent effectivement en sus pension dans le métal liquide.
Dans certains cas, on a constaté qu'il est désirable, pour améliorer la qualité du métal en fusion, de fluidifier la masse dans le four avec le chlore gazeux ou le chlorure d'alumi nium, juste avant d'enlever le laitier par écu mage. Une telle pratique permet de sécher une masse non métallique flottant sur la cou lée et de réduire sa teneur en métal. Parfois, en effet, il est plus indiqué de traiter un tel laitier sec et de renoncer à la récupération maximum du métal que l'on pourrait réaliser autrement. Lorsqu'on procède à une telle flui- dification, on doit avoir soin de réduire ou d'empêcher toute combustion du laitier.
Pour obtenir l'efficacité maximum, on ne doit per mettre aucune combustion à n'importe quel moment de l'opération de fusion et de transfert du laitier dans la chambre de traitement.
On retire le laitier de la coulée par raclage par exemple et on le place dans un récipient intermédiaire, ou bien on peut le placer direc tement dans le récipient dans lequel on veut le traiter. Comme on l'a déjà mentionné, la température du laitier doit être suffisamment élevée pour maintenir le métal à l'état liquide, mais on opère de préférence à une température inférieure à 8160 C.
Le récipient dans lequel on traite le laitier n'est ordinairement rempli qu'aux deux tiers de sa capacité et, de préférence à moitié, par la matière écumée. Un tel remplissage partiel est nécessaire si l'on veut réaliser une agitation et une exposition à l'atmosphère de chlorure d'aluminium efficaces. Le récipient contenant la charge de laitier n'est pas fermé d'une manière absolument étan che, ce qui empêcherait tout échappement d'une faible quantité des vapeurs de chlorure d'aluminium. Il peut être désirable de munir le couvercle de valves ou d'orifices de dégagement si le joint entre le récipient et le couvercle est étanche à l'air. On remplace immédiatement l'air du récipient par une atmosphère de chlo rure d'aluminium.
Cette atmosphère peut être engendrée par la vaporisation de chlorures so lides introduits sous forme de capsules dans le laitier ; -on peut encore vaporiser le chlo rure à l'extérieur de la chambre et l'introduire ensuite dans celle-ci à l'aide de tubulures ap propriées. Lorsqu'on utilise du chlorure d'alu minium en capsules, il est nécessaire d'utiliser des moyens pour ajouter progressivement des capsules à mesure que le traitement a lieu, en vue de maintenir l'atmosphère recherchée.
Un moyen particulièrement efficace pour engendrer l'atmosphère de chlorure d'aluminium consiste à introduire du chlore gazeux dans le récipient fermé à une vitesse relativement fai ble et à le faire réagir avec une très faible par tie du métal alumineux. On doit introduire juste la quantité de chlore qui suffit à créer l'atmo- sphèré recherchée, sans qu'elle soit suffisante pour donner lieu à une réaction qui augmente rait sensiblement la température du laitier et du métal.
On peut réaliser de telles conditions en introduisant le chlore à une cadence ne dépassant pas environ 5 g par minute par kilo- gramme de laitier traité. A cette vitesse, on constate qu'on ne consomme pas plus de 0,
5 à 1 % de métal libre approximativement et pas plus de 3 % de chlore. Au lieu d'utiliser du chlore pur, il est pos sible de diluer ce gaz avec l'azote ou l'argon. Cependant cette dilution ne doit pas être assez forte pour que l'atmosphère contienne moins de 50 % de chlorure d'aluminium au total.
La masse du laitier est fortement agitée pen dant qu'elle se trouve au contact de l'atmo sphère de chlorure d'aluminium. On réalise cette agitation ou ce brassage d'une manière très efficace en utilisant un récipient cylindrique tournant que l'on incline, analogue à celui dé crit dans l'un des brevets précités. Pour obte nir les meilleurs résultats, l'axe de ce récipient doit être incliné de 30 à 60 degrés par rapport à l'horizontale. On peut faire tourner le réci pient pendant une période ne dépassant pas 15 minutes et, de préférence, ne dépassant pas 10 minutes.
Au lieu de faire tourner un récipient incliné, on peut utiliser des pales ou des cu bages actionnés mécaniquement pour réaliser l'agitation nécessaire.
A la fin de l'agitation, on diminue ou on cesse l'introduction de chlorure d'aluminium ou de chlore et on peut retirer le métal liquide qui s'est accumulé sous le laitier. Dans la plupart des cas, il reste suffisamment de métal libre dans le laitier pour justifier la répétition de l'opération d'agitation. On peut répéter celle-ci deux ou trois fois suivant la quantité de métal présente dans le laitier. Ce traitement répété permet d'obtenir des récupérations aussi poussées que 90 /o de la totalité du métal dis ponible. Cependant, on a obtenu en moyenne une récupération d'environ 70<B>%</B> du métal li bre lors du traitement d'un grand nombre de charges de laitier provenant d'une grande va riété d'alliages et d'aluminium de pureté va riable. .
Après avoir retiré ainsi le dernier métal, on peut décharger le résidu obtenu du récipient dans une autre cuve pour le mettre au rebut.
Le procédé selon l'invention s'applique au traitement de laitiers provenant de l'aluminium et de tous les alliages à base d'aluminium. Lors qu'il s'agit cependant d'alliages contenant des éléments qui réagissent facilement avec le chlore, tel que le magnésium, on constate une perte de ces éléments. Ces pertes sont de faible importance par rapport à la valeur du métal récupéré.
Sui le dessin, on a représenté un récipient 2 pourvu d'un couvercle 4 garni intérieurement de matière réfractaire 6, pour contenir une charge de laitier 50, ainsi qu'une masse de métal fondu située en dessous du laitier. Une ouverture 14, pratiquée dans le fond du réci pient, permet d'en soutirer le métal liquide. Un bouchon 16 en matière plastique appropriée telle qu'une boule de pâte qui durcit à la chaleur obture ce trou de coulée. Le réci pient 2 est placé sur un bâti tournant 18 monté sur un support 20, lui-même monté sur la base 34 d'un berceau basculant. Deux chemins de glissement ' 22, fixés à l'extérieur du réci pient, sont en contact avec trois jeux de galets 24 fixés sur le châssis du berceau. Chaque jeu de galets est monté sur une tige 26 supportée par des coussinets 28.
L'un des jeux de galets est actionné par un moteur et par un dispositif réducteur de vitesse 30 et ces galets menés ser vent à faire tourner le récipient quand il se trouve en position inclinée. Les deux jeux de galets représentés sur la fig. 1 ne sont pas dis posés à 1800 l'un de l'autre, mais forment un angle plus faible, de 160 à 1700, ce qui permet de placer le récipient sur le berceau et de l'en retirer. Le troisième jeu de galets est prévu à l'arrière du berceau, comme représenté sur la fig. 2 et il sert à supporter le récipient lorsque celui-ci bascule au cours de l'opération.
On diminue le glissement entre les galets et le che min de glissement si les galets arrière sont en traînés de préférence à ceux des côtés.
Le berceau basculant est composé par les pièces 32 du châssis vertical comportant des entretoises 33 et la base 34. Les pièces verti cales présentent des prolongements 66 qui ser vent de guide pour une traverse supérieure 58. Le. berceau qui est supporté par des tourillons 36 est basculé au moyen d'une manivelle 42 qui tourne dans le support 48 et fait tourner le pignon 40 et la roue dentée 38. On peut évidemment remplacer la manivelle par un mo teur. L'ensemble du berceau est supporté par le bâti principal ancré dans le sol qui se com- pose de supports verticaux 44 et de tra verses 46.
Le couvercle 4 comporte un certain nombre d'ensembles de roulements à billes, placés à intervalles, près du bord, et qui s'appliquent contre la plaque de pression circulaire 56, lors que le récipient est fermé. La plaque de pres sion, qui est fixée à la traverse supérieure 58, comporte quatre pattes 60 à rebord qui vien nent en contact avec le couvercle lorsqu'on veut le lever ou l'abaisser. La traverse est reliée à une tige de piston 64 grâce à un étrier 62 et cet ensemble est soulevé ou abaissé à l'aide d'un cylindre à air non représenté. Le cou vercle est scellé sur le récipient à l'aide d'un produit approprié 8 formant joint, tel qu'un cordon d'amiante.
Un tube 12 servant à l'in troduction du chlore pénètre dans le récipient à travers un trou ménagé dans le centre du cou vercle. Au moyen du dispositif précité, on peut presser le couvercle contre le bord supérieur du récipient et ce couvercle peut encore tour ner avec celui-ci. Le joint 8 ne doit pas être trop hermétique, ni trop comprimé, pour ne pas empêcher les échappements de la valeur de chlorure d'aluminium.
Pour mettre l'appareil en marche, on chauffe tout d'abord le récipient, à moins qu'il ne soit déjà chaud par suite du traitement d'ùne charge antérieure de laitier, et on le place à proximité de la porte d'écumage du four de coulée pour y introduire le laitier écumé à la surface du métal. On n'introduit dans le réci pient que la quantité de laitier suffisante pour le remplir aux deux tiers de sa capacité et, de préférence, à la moitié seulement, afin d'assu rer un traitement efficace. A cet effet, le réci pient a 'de préférence des dimensions qui per mettent le traitement de 135 à 408 kg de laitier.
Le récipient chargé de laitier est trans porté immédiatement au poste de traitement sur n'importe quel véhicule approprié, tel qu'un wagonnet à chape, le temps de transfert étant aussi court que possible pour éviter l'amorce de toute combustion du laitier ou le refroidis sement du métal. Au poste de traitement, on hisse le récipient jusqu'au niveau de la table tournante du berceau et on -le place dans celui-ci en position verticale, comme représenté sur la fig. 1 et en pointillé sur la fig. 2.
Après avoir placé le récipient dans le ber ceau, on fixe la bride de serrage 54 pour em pêcher le déplacement du récipient pendant le basculement du berceau. On abaisse le cou vercle 4 qui repose alors sur le joint 8 en cordon d'amiante et on commence à introduire le courant de chlore. Le courant doit être réglé de manière qu'un peu de fumée de chlorure d'aluminium s'échappe, ce qui maintient dans le récipient une pression positive. Pour éviter la contamination de l'atmosphère, il est dési rable d'effectuer le traitement du laitier dans un atelier ventilé ou sous une hotte.
La venti lation existant normalement dans un atelier de coulée est généralement suffisante pour per mettre d'évacuer la faible quantité de fumée de chlorure d'aluminium. Après avoir commencé à introduire le cou rant de chlore, on incline le berceau et le réci pient à un angle d'environ 45 degrés par rap port à l'horizontale, puis on les fait tourner. La_ vitesse de rotation peut varier d'environ 1 à 20 tours<B>/</B> minute et on ne la prolonge pas au-delà de 15 minutes. En présence de l'atmo sphère de chlorure d'aluminium et en l'absence d'air, il ne se produit aucune combustion dans le laitier et si jamais elle prend naissance elle est rapidement étouffée.
A la fin de la période de rotation, on réduit ou on fait cesser l'entrée des gaz et on soutire le métal liquide par le trou de coulée 14 pour l'amener dans un moule ou dans un autre ré ceptacle placé sous le récipient. Cependant, on peut habituellement récupérer une nouvelle quantité de métal à partir du laitier en répé tant le traitement précité. Dans ce cas, on ob ture à nouveau le trou de coulée et on fait tourner le récipient pendant le temps voulu.
Après avoir retiré le dernier métal du réci pient, on soulève le couvercle jusqu'à sa posi tion la plus élevée et on incline le berceau et le récipient vers le bas encore davantage de manière que le résidu de laitier s'écoule en dehors ou puisse être aisément enlevé du réci pient par grattage. On doit prévoir une cuve garnie de matière réfractaire ou .autre réci pient pour recevoir le résidu de laitier chaud ; le récipient de traitement est ramené en position verticale et on peut alors le retirer du berceau pour un nouvel emploi.
Il est bien évident que l'utilisation d'un ré cipient transportable est facultative pour le trai tement du laitier. Il est parfaitement possible de transporter le laitier du four jusqu'au poste de traitement dans un autre récipient et de transvaser la charge dans le récipient tournant se trouvant à demeure au poste de traitement.