CH349792A - Procédé de fabrication de métaux - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication de métaux    Il est     connu    que le     calcium    peut     réduire    les  oxydes de divers métaux.  



       Il    est également connu de désoxyder     certains    mé  taux, en,     particulier    de purifier le titane     contenant     de l'oxygène, par du     calcium    au-dessus de<B>9000C</B>       dans    un     milieu    fluide constitué par des halogénures       alcalins    ou     alcalino-terreux.     



  On a enfin     proposé    de     fabriquer    le     zirconium     par réduction de la     zircone    en chauffant sous     atmo-          sphère    neutre un mélange de     calcium,    de     chlorure:

       de     calcium    et de     zircone.    A     cet    effet on     mélange,     dans un     récipient        réfractaire    inerte à la charge et       étanche        aux        gaz,

          de        la        zircone        avec        100    à     300%     en     excès    de calcium     métallique    granulé et     environ     le même poids de chlorure de     calcium,    on     admet     dans     ce    récipient un gaz     inerte    à une     pression    légè  rement sous-atmosphérique et l'on chauffe à     11001,    C,

    pour fondre le     calcium    et le chlorure de     calcium    en  réduisant la     zircone    et en produisant     ainsi    du     zirco-          nium    en poudre.  



  Or, la titulaire, ayant     étudié    les     procédés    rappelés       ci-dessus    de désoxydation du titane par le     calcium     dans un     milieu        fluide        constitué    par du     chlorure    de  calcium, a mis en     évidence    le fait que de telles     solu-          tions    n'étaient pas     seulement    à même     d'éliminer    une  partie de l'oxygène     contenu    dans un métal,

   mais en  core possédaient des     propriétés        réductrices        telles     qu'elles pouvaient être     utilisées    dans des     conditions     très favorables pour la     réduction        complète    d'oxydes  ou de     composés    de nombreux métaux.  



  Elle a en     outre        constaté    que les     autres    métaux       alcalino-terreux,    par exemple le     magnésium,    l'alu  minium et même les métaux     alcalins    dissous dans    des flux     alcalins    ou     alcalino-terreux        pouvaient    jouer  en     l'occurrence    le même rôle que le calcium.  



  La présente     invention        concerne    un     procédé    de       fabrication    de métaux par     réduction        consistant    à     faire          agir    sur     des        composés    de     ces    métaux     une    masse fon  due     réductrice        constituée    d'halogénures     alcalins    et/  ou     alcalino-terreux        fondus    dans     lesquelles    

  on a dis  sous un métal alcalin ou alcalino-terreux ou de     l'alu-          minium.     



  La     réduction        ainsi        obtenue,    quia lieu au sein  même du bain et en l'absence du métal réducteur  à l'état     métallique,        donne.    lieu à la     précipitation    du  métal cherché dans le     milieu    réducteur.  



       Comme    halogénures     alcalins    ou     alcalino-terreux,          on.    emploie de     préférence    des     chlorures    ou     fluorures.     La masse     réductrice    fondue     d'halogénures        alca-          lins        et/ou        alcalino-terreux    et le métal     alcalin    ou alca  lino-terreux doivent donc avant tout satisfaire à     cette          condition    de solubilité du métal dans le  <RTI  

   ID="0001.0126">   bain.        Par          ailleurs,    on     utilisera,    de préférence, une     masse    fon  due d'halogénures     susceptible    de     dissoudre        non.        seu-          lement    le métal réducteur, mais     encore    l'oxyde de       ce    métal,     ce    qui aura     pour        effet    de     faciliter    considé  rablement la     réduction.        Enfin,

      on     améliorera        encore     l'efficacité du     procédé    si la masse fondue choisie est       capable    de dissoudre le     composé        métallique    que l'on       désire        réduire.     



       L'intérêt    que     présente    ce     milieu        réducteur    réside  par ailleurs dans le fait qu'étant constitué par une  phase unique     st    homogène, il     permet    un     contact          intime    avec l'oxyde qu'on y     introduit,    généralement  à l'état pulvérulent, soit que cet oxyde se     disperse     dans le milieu, soit qu'il s'y dissolve.

   Dans     ce    der-      nier cas, la réaction se fait en     milieu    homogène  liquide et, par     conséquent,    dans les     conditions        optima     de contact. C'est à ce fait sans doute qu'il faut     attri-          buer,    au moins en partie, l'efficacité du présent  procédé.  



  Un     milieu    particulièrement efficace est     constitué     par du     chlorure    de     calcium    dans lequel on a dissous  du     calcium.        On    peut aussi avoir recours à d'autres  métaux, par exemple à du magnésium, du     sodium,     de l'aluminium dissous dans du chlorure de magné  sium, du chlorure de calcium, ou des mélanges de  plusieurs chlorures ou     fluorures.     



  Le métal alcalin ou     alcalino-terreux    ou l'alumi  nium se dissout dans l'halogénure sans qu'il puisse       être    précisé s'il s'agit en fait d'une véritable     disso-          lution    physique ou au     contraire    d'une réaction chi  mique. Le fait essentiel est que le     milieu        réducteur     est     constitué    par une phase     unique,    à l'état liquide.

    Lorsqu'on fait agir du calcium, par exemple, sur une       masget    fondue de     chlorure    de calcium, le métal dis  paraît au sein de la     masse    fondue,     comme    s'il s'y       dissolvait,    mais il est possible qu'il y ait     e    n réalité  formation d'un     sous-chlorure.    La chose     importante,     c'est qu'un tel milieu présente des propriétés haute  ment     réductrices,    comparables à     celles    du calcium       métallique.     



  C'est     ainsi,    par exemple, qu'il est à même de  réduire     directement    et     totalement    à l'état de     titane          métallique,    de l'oxyde de titane     TiO2.    Comme il sera  indiqué plus loin, de nombreux     autres    oxydes peu  vent être réduits dans les     mêmes    conditions.  



  L'efficacité d'un tel bain de chlorure de calcium  contenant du calcium dissous est encore augmentée  grâce à la     diffusion    facile de la chaux     formée    par  la     réaction    et soluble dans le chlorure de     calcium.     



  L'emploi dans les opérations de     réduction    d'un  tel     milieu    où le calcium se trouve     dissous    présente  également, par rapport à l'emploi de     calcium    seul,  l'avantage que     ce        milieu    est moins sensible à l'oxy  dation par     l'air    que le calcium     métallique    et ne risque  pas de     s'enflammez.    La tension de vapeur du calcium  y     est    simultanément abaissée,

       ce    qui procure une  économie de     ce        métal        en        diminuant    les     pertes.     



       Comme    il a été indiqué     ci-dessus,    un     milieu        pré-          férentiel    pour la mise en     oeuvre    du     procédé    selon  l'invention est une masse fondue de chlorure de     cal-          cium    dans lequel on a dissous du calcium. Ce     bain     peut être     utilisé    à des     températures    comprises. entre  700 et 1200 C.

   A 1000 Cil est     susceptible        d'ab-          sorber        25        %        de        son        poids        en        calcium.        II        peut        rece-          voir    des additions d'autres chlorures, par exemple  du     chlorure    de sodium ou de potassium,

   qui dimi  nuent son     point    de     fusion    et     permettent    par consé  quent de travailler à plus basse température.  



  Pour la mise en     oeuvre    du     procédé    selon l'in  vention,     par    exemple avec emploi du calcium, plu  sieurs méthodes peuvent     être        employées.     



  La méthode la plus simple     consiste    à préparer le  milieu     réducteur    à     l'avance,    par exemple par disso  lution du calcium dans le     chlorure,    puis à y intro-         duire    sous     forme    pulvérulente ou en     morceaux     l'oxyde à réduire.  



  Suivant une autre méthode, on prépare une pre  mière masse fondue de chlorure de calcium contenant  l'oxyde à réduire en suspension et une deuxième  masse fondue de     chlorure        contenant    le calcium dis  sous, puis on mélange les deux masses     fondues,    par  exemple par versement de l'une dans l'autre.  



  Quelle que soit la manière d'opérer, il faut veil  ler à ce qu'il y ait une quantité suffisante de calcium  présent dans la masse fondue pour réduire l'oxyde.  De préférence, on opérera avec un     excès    important       de        calcium,        par        exemple        50        %        d'excès        par        rapport     à la quantité qui serait     stoéchiométriquement        néces-          saire    pour     réduire    tout l'oxyde introduit.

   En effet,  au fur et à mesure que le milieu     exerce    son action,  son activité     réductrice    s'affaiblit et il se     charge    en  chaux, produite par l'oxydation du     calcium.     



  Quelle que soit également la     méthode    employée  pour     l'opération,    le métal précipite à l'état     solide     au sein du     milieu    si son point de fusion est supé  rieur à la température de l'opération. On le     laissera     avantageusement décanter du milieu et on le séparera  de la masse fondue par tout moyen connu.

   Par exem  ple, on pourra recueillir la boue formée par le mé  lange de la poudre     métallique    de la masse fondue,       puis    attaquer     cette    boue par un     acide    dilué, de ma  nière à dissoudre le chlorure de     calcium    et la chaux  et à     libérer    ainsi la poudre métallique.  



  L'opération peut se faire aussi en plusieurs étapes  en utilisant le principe du contre-courant. Par exem  ple, on peut faire agir d'abord sur l'oxyde du métal  à réduire une masse fondue déjà partiellement épuisée  en métal réducteur, mais encore actif, recueillir le  métal incomplètement réduit et le traiter par une  masse fondue,     fraiche,    riche en métal réducteur qui  sera à son tour réemployé pour le premier stade  opératoire. On pourra obtenir ainsi des réductions       particulièrement    poussées.  



  Le présent procédé peut être appliqué à la  réduction de nombreux oxydes métalliques tels que  les oxydes d'aluminium     A1202    , de titane     Ti02,    de  silicium     SiO2,    de vanadium     V203,    de manganèse       MnO,    de chrome     Cr202,    de molybdène     Mo03,    de  tungstène     WO3,    de fer     Fe:0;3    et des éléments rares  tels que le germanium, l'hafnium, le gallium, le tho  rium, l'uranium, etc.  



  Il est recommandable, particulièrement quand on  cherche à produire des métaux très oxydables comme  le titane ou le zirconium, d'opérer en atmosphère  non oxydante vis-à-vis de ces métaux, par exemple  en atmosphère d'argon.  



  Si l'on met en     ceuvre    comme métal réducteur un  métal volatil à la température d'emploi, par exemple  le magnésium, il faut enfin prendre les dispositions  voulues pour que le métal ne soit pas soustrait au       milieu    réactionnel, et opérer par exemple en enceinte  close ou avec une     contrepression    qui peut être pro  duite par le magnésium lui-même.      <I>Exemple 1</I>  Dans un bain de sel fondu constitué par 250  grammes de chlorure de calcium et 20 grammes de  chlorure de potassium     porté    à une température com  prise entre 950 et     10001,    C, on a introduit 50 gram  mes de calcium métallique qu'on a laissé se dissoudre  dans le milieu fondu.

   Puis on a introduit dans le bain  30 grammes     d'ilménite.    La quantité de calcium né  cessaire pour réduire la totalité de cette     ilménite     étant de 24     grammes,    le milieu réducteur contenait  donc initialement un excès de calcium d'environ  100 0/0. La réaction entre le     milieu    réducteur et       l'ilménite    a été presque instantanée.

   On a retiré du  creuset, après refroidissement complet et     lixiviation          20        grammes        de        ferro-titane    à     55%        de        titane        et        43%     de fer.  



  <I>Exemple 2</I>  Dans le même bain de sel que     précédemment,     on a dissous 80 grammes de calcium. Puis on a  introduit dans le milieu réducteur ainsi formé 50  grammes d'oxyde de titane     Ti02.    L'excès de calcium  était de l'ordre de 50% par     rapport    à la quantité       stoéchiométriquement    nécessaire pour réduire la  totalité du     Ti02    introduit.

   On a obtenu 24 grammes       de        titane        en        poudre        titrant        98        %        de        titane,        le        reste     étant constitué principalement par des impuretés pro  venant du creuset.

   Le rendement en titane était donc       voisin        de        100'%.       <I>Exemple 3</I>  Dans le même bain de sel que précédemment, on  a dissous 60 grammes, de calcium, puis on y a intro  duit 50 grammes d'oxyde de germanium     Ge02    ; la  réaction a été presque instantanée, et après refroidis  sement et     lixiviation    on, a     recueilli    36 grammes de  germanium sous forme de globules fondus.  



  <I>Exemple 4</I>  On a dissous du     magnésium    dans un bain de chlo  rure de magnésium, puis. on y a introduit de l'oxyde  de titane. On a obtenu un métal riche en titane,     con-          tenant        environ        10        %        de        fer        provenant        de        l'attaque        du     creuset par le     chlorure    de magnésium.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de fabrication de métaux par réduction, caractérisé en ce qu'on fait agir sur des composés de ces métaux une masse fondue réductrice constituée d'halogénures alcalins et/ou alcalino-terreux fondus dans lesquelles on a dissous un métal alcalin ou alca lino-terreux ou de l'aluminium.