CH356599A - Procédé de fabrication simultanée de calcium et de silicoaluminium - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication simultanée de calcium et de     silicoaluminium       La présente     invention    concerne la préparation  simultanée de calcium sous forme de métal et de       silicoaluminium.     



  Le calcium métal est généralement obtenu par  voie électrolytique à partir du     chlorure    de     calcium.     ou par voie     aluminothermique    sous vide à par  tir de la chaux. Les     silicoaluminiums        sont    générale  ment préparés par voie     électrothermique.     



  Les procédés d'élaboration du calcium     susindi-          qués    ont tous des rendements     défectueux,    le procédé  électrolytique en raison des     pertes    de métal, en par  ticulier par     dissolution    dans le bain, le procédé     alu-          minothermique    en raison de la formation nécessaire  d'une scorie d'aluminate de chaux.  



  D'autre part il est connu que l'on peut, par dis  tillation sous vide, séparer les constituants des     allia-          ges    métalliques, dans la mesure où     ces    constituants  forment une solution vraie à la température de l'opé  ration et présentent des tensions de vapeur suffisam  ment différentes.  



  Il est connu également que la présence de     fortes     affinités     intermétalliques    des éléments d'alliages     limite     le rendement de telles séparations par distillation.  



  Il est     connu    enfin que, dans le cas où des,     affi-          nités    intermétalliques importantes empêchent la sépa  ration des constituants d'un alliage, on peut déplacer  favorablement l'équilibre de dissociation des compo  sés     définis    en introduisant un troisième élément pré  sentant     pour    l'un des constituants une affinité plus  grande que celle qu'il manifeste, à la     température     considérée, vis-à-vis de l'autre.  



  En ce qui     concerne    les alliages     Al/Ca    et Si/Ca,  les tensions de vapeur de l'aluminium et du     silicium     sont nettement plus basses, à toutes températures, que  celles du calcium, ce qui laisserait prévoir une sépa  ration possible du calcium des autres éléments de     ces     alliages..

   Cependant chacun de ces systèmes:     Al/Ca       et Si/Ca présente, outre des composés.     définis    insta  bles à température supérieure à     1000o    C, des combi  naisons stables à haute température qui sont     respec-          tivement        CaAl.,    et     CaSi.        Les.        enthalpies;

          die    formation  de ces composés définis sont élevées et montrent     l'un-          portance    des affinités entre A1 et Ca d'une part et  Si et Ca d'autre     part.    Cette constatation limite aux  seuls éléments libres dans l'alliage les     possibilités    de  séparation envisagées ci-dessus.  



       Enfin    le système     Al/Si    ne présente pas de combi  naison, mais     seulement,    dans l'état liquide, une zone  continue de solution de 0 à 100'% de chacun des  constituants. On ne peut donc envisager un     déplace-          ment    d'équilibre efficace par l'addition de l'un ou  l'autre des métaux - Al ou Si - employé seul.  



  La présente invention permet d'éviter ces incon  vénients. Elle consiste à soumettre à l'action de la  chaleur; à une température de 13000 à 14000, sous  une pression de 0,1 à 1     #t    de mercure, un mélange de  deux alliages:     aluminium-calcium    et     silicium-cal-          cium,    de façon que la majeure     partie    au     moins        dlù     calcium contenu dans la charge distille, et à     recueillir     le calcium métal qui distille sur un condenseur con  venablement refroidi.

   Dans les conditions qui seront       indiquées    plus loin le résidu fondu non vaporisé est  alors constitué par un     silicoaluminium    ne contenant  que très peu de calcium.  



  On peut prendre comme matière, d'une part les       alliages        aluminium-calcium,    que     fournit    la réduction       aluminothermique    de la chaux à pression normale, et       dont        la        teneur        en        calcium        peut        atteindre        25%        en     poids,

   et d'autre part les     alliages        silicium-calcium          électrothermiques    dont la teneur est voisine de 30 à       33'0/0    de calcium. Ces     derniers    peuvent être obtenus  par exemple par réduction de la     silice    par le carbone  et le carbure de calcium, ou encore par réduction de      la chaux par le     silicoaluminium    suivant le procédé  décrit dans le brevet français N  834528.  



  Mais on     pourrait    aussi, pour améliorer la produc  tion de calcium métal,     partir        d'alliages    plus riches,  tels que     ceux    que permet     d'obtenir    la     méthode    élec  trolytique à     partir    des aluminates et     silicates    de  chaux.  



  De toute façon, on peut ainsi extraire avec un       excellent    rendement le calcium contenu dans les  alliages de ce métal avec l'aluminium et le     silicium.     Le mode opératoire peut être le suivant  La charge convenablement broyée au module    grain de blé   est     intimement    mélangée et placée  dans un     creuset    réfractaire lui-même introduit dans  un four de distillation. Le vide     étant    assuré jusqu'à  une pression de 0,1 à 1     u    de mercure, on     remplit    le  four d'argon soigneusement débarrassé d'azote et l'on  vide à nouveau l'enceinte.

   On procède ensuite au  chauffage tout en maintenant l'aspiration pour assu  rer le dégazage de la masse métallique - principa  lement de     l'alliage        Al/Ca.    Lorsqu'on a atteint une  température de 1320/1350  C, pour une pression in  térieure de 0,3 à 0,1     u,    on maintient     cet    état pendant  un temps déterminé, fonction de     l'importance    de la  masse à traiter et des dimensions     superficielles    du  bain métallique liquide. Par exemple, lorsqu'on uti  lise un creuset réfractaire contenant une masse de  50 g de mélange, il suffit d'une heure pour réaliser  l'opération.

   Le chauffage est ensuite supprimé et,  lorsque le four est     suffisamment    refroidi, on introduit  l'argon jusqu'à ce que l'on obtienne une pression  intérieure égale à la pression extérieure. Le four  peut     alors        être    ouvert et     le    condenseur     retiré.    Ce der  nier retient le calcium déposé selon la structure basal  tique propre au calcium distillé.  



  Le poids de métal recueilli et le dosage du cal  cium restant dans le résidu fondu du creuset permet  tent de calculer le rendement - matière de l'extrac  tion. Dans les     conditions    indiquées il est compris       entre        95        et        100%,        le        plus        souvent        d'environ        97        0/0.     



  Le métal recueilli sur le condenseur contient tou  jours un peu d'aluminium dans des     proportions    com  parables à celles que présente le calcium     alumino-          thermique    obtenu sous vide. La teneur en silicium  par contre est très faible, comme l'indiquent les  exemples donnés plus loin. La contamination du cal  cium par l'aluminium croît avec la température et  pourrait être minimisée par une diminution de cette  dernière, mais alors au     détriment    du rendement  matière de l'extraction.  



  Selon les conditions économiques, on peut faire  varier dans de grandes limites les     proportions    rela  tives des alliages AI/Ca et Si/Ca afin d'extraire le  plus possible de calcium métal de la matière première  la moins coûteuse.  



  Les avantages présentés par le procédé selon  l'invention sont les suivants  1) Une     grande        partie    de calcium extrait provient de       silicocalcium        électrothermique    facile à obtenir et    généralement moins coûteux que     l'aluminium-          calcium.     



  2) La réduction     aluminothermique    de la chaux à la  pression ordinaire et la distillation ultérieure sous  vide de l'alliage obtenu sont plus     économiques     que l'opération de réduction     aluminothermique     sous pression réduite,

   car le rendement matière  de l'opération     effectuée    dans le four à vide est       voisin        de        100        %        et        non        limité        par        la        formation          de        scorie        qui        retient        près        de        60        %        du     <RTI  

   ID="0002.0073">   calcium        et     de l'aluminium     introduits.        L'opération        aIumino-          thermique    à bas rendement matière est effectuée  dans un appareillage rudimentaire aussi grand  qu'on le désire. Il est, par contre, très coûteux et  souvent impossible de construire de grands fours  à pression très réduite.  



  3) Le résidu de l'opération est un     silicoaluminium     de haute valeur commerciale,     utilisable    pour la  préparation des     alliages    légers de fonderie tels  que ceux de la marque   Alpax   alors que la  scorie     aluminocalcique    recueillie dans le     procédé     de réduction     directe    sous vide de la chaux par       l'aluminium    est, d'une part un résidu sans valeur,  d'autre     part    une gêne pour la pratique du pro  cédé, en particulier en raison de la     destruction     des creusets     d'aeuvre.     



  On donne ci-dessous, à titre indicatif, deux exem  ples de réalisation du procédé selon l'invention.    <I>Exemple 1</I>    La     composition    et l'origine des matières premiè  res de base étaient les suivantes  1 - Alliage     aluminium-calcium        aluminothermique    à  teneur en Ca métal de 17,0   0,3 0/0 ;  2 - Alliage     silicium-calcium        électrothermique    à teneur  en Ca métal de 30,5   0,5 0/0 ;  -     Composition    de la charge : AI/Ca : 64 0/0 ;  Si/Ca : 36 0/0 ;  - Poids de la charge: 50 g ;  - Température de distillation<B>:</B>     1320,,    C ;  - Pression de distillation<B>:</B> 0,20     u    de mercure ;

    - Temps de distillation: une heure.  



  Les poids et les compositions des produits obte  nus ont été les suivants  1 -     Condensat    de calcium<B>:</B> 10,5 g.  



  Teneurs en éléments autres que le calcium  Si     o/o    = 0,17       Al'a/o    = 1,60  2 - Résidu de     silicoaluminium    :38,5 g.       Teneur        en        calcium        retenu:        1,12%.     



  Le taux d'extraction du calcium était de 96,5 0/0.  Les teneurs encore assez élevées en     aluminium     du calcium ainsi obtenu peuvent être abaissées en  augmentant la proportion de     silicocalcium    dans la  charge comme dans l'exemple suivant  <I>Exemple 2</I>  - Composition de la charge<B>:</B>     Al/Ca    : 40     %    ;       Si/Ca    :     60,%     - Poids de la charge<B>:</B> 50 g ;      Poids et composition des produits obtenus  1-     Condensat    de calcium<B>:</B> 10 g.  



  Teneurs en éléments autres que le Ca  Si     o/o    = 0,53  A10/0 =     1,l     2 -Résidu de     silicoaluminium    : 38 g.  



  Teneur en Ca de cet alliage<B>:</B>     Ca'o/o    = 5,20.  Taux d'extraction du calcium: 84%.  



  En augmentant davantage la proportion de     silico-          calcium    dans la charge, la teneur en     aluminium    du  calcium     distillé    diminue encore, mais sa teneur en  silicium augmente et le taux d'extraction     diminue.          Par        exemple,        si        la        charge        est        composée        de        13,

  %        de          Al/Ca        et        87        %        de        Si/Ca,        le        calcium        obtenu        contient          1,75        %        de        Si        et        0,

  93        %        d'Al        et        le        taux        d'extraction     est abaissé à 69 0/0.  



  La composition de     l'alliage    silicium-aluminium  obtenu comme résidu de la distillation dépend évi  demment des proportions des     alliages        Al/Ca    et Si/Ca  dans la charge.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de fabrication simultanée de calcium et de silicoaluminium, caractérisé en ce qu'an, soumet à l'action de la chaleur, à une température de 13000 à 1400,), sous une pression de 0,1 à 1 1, de mercure, un mélange de deux alliages:

   aluminium-calcium et silicium-calcium, de façon que la majeure partie au moins du calcium contenu dans la charge distille, et on recueille le calcium métal qui distille sur un con- denseur convenablement refroidi. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication, caractérisé en ce que l'alliage Al/Ca employé provient de la réduction aluminothermique de la chaux à pression normale. 2.

   Procédé suivant la revendication, caractérisé en ce que l'alliage Si/Ca employé provient de la réduction de la silice par le carbone et le carbure de calcium.