BE546757A

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Publication number: BE546757A
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Description

On prépare ordinairement le calcium en électrolysant son chlorure CaCI2 Ce sel doit être amené au préalable à un très grand état de pureté et-la consommation d'énergie électrique est importante, ce qui augmente sensiblement le prix du métal.

On sait que le carbure de calcium CaC2 se dissocie en ses éléments à haute température avec combustion du cal- cium à l'air. Le carbure de calcium est fabriqué industriel- lement au four électrique dans des conditions économiques, il paraît donc possible d'obtenir du calcium par dissocia- tion de son carbure à un prix plus favorable que par l'élec- trolyse du chlorure de calcium. Mais dès qu'on essaye de réaliser ce procédé à l'échelle industrielle, on se heurte @ à des difficultés provenant des concrétions qui se déposent en divers points du four, empêchant la circulation des ma- tières premières et obstruent les canalisations de sortie

des vapeu.rs de calcium réduites.

La présente invention, qui résulte des recherches de Monsieur François MATHIEU, concerne un procédé et un ap- pareil' permettant d'obtenir industriellement, de faon semi- continue, du calcium métallique, par décomposition thermi- que sous vide du carbure de calcium.

Le procédé consiste à décomposer le carbure de cal- cium du commerce par chauffage sous vide élevé, à une tem- pérature comprise entre 1400 et 1700 C, de crains de. carbu- re CaC2, de 3 à 15 millimètres, disposés en couche de 3 à 10 centimètres d'épaisseur.

@ Le procédé est réalisé en deux phases :
1/ Dans la première phase, la réaction prépondérante est la réduction de la chaux, toujours présente dans le carbure de calcium du commerce, conformément à la réaction:
CaO + C = CO + Ca
Fendant cette phase, la pression est de l'ordre de
1 à 3 millimètres de mercure. Les condensats obtenus con- sistent en concrétions composées de CaO, CaC2 et '0 résul- tant de l'attaque de la vapeur de calcium par CO; ils se déposent dans une première zone de condensation à environ 1200 c.

2/ Lorsque la chaux contenue dans le carbure est à peu près complètement éliminée, la réaction de décomposi- tion du carbure devient prépondérante, la pression tombe dans le four à quelques centaines de microns et le calcium par exemple .3e condense dans une deuxième zone de condensation/sur une surface refroidie à l'eau.

Pour réduire l'importance de la première phae qui représente un temps mort pour la production, on peut choi- sir, comme matière première, du carbure de calcium ausi pur que possible, par exemple le "Carbure pour soudures" à 90-92% de CaC2
La production horaire est d'autant plus importante

que la température est plus élevée;' on adopte donc la tem- pérature maxima compatible avec le matériel dont on dispose.

Cette température doit.être maintenue aussi uniforme que possible dans toute la zone de décomposition du carbure.

Il y a intérêt à resserrer les dimensions extrêmes des grains de carbure introduits dans le four, les dimen- sions préférées étant de 7 à 10 millimètres. On ménage ainsi, dans la colonne de CaC2,des vides suffisants pour permettre une évacuation rapide des gaz résultant de la réaction.

Le calcium brut, fabriqué par le procédé ci-dessus, est redistillé à 850-900 C sous vide poussé ; on obtient ainsi du calcium pur.

L'invention concerne également un appareil permet- tant de réaliser de façon semi continue la fabrication du calcium par décomposition thermique sous vide de son car- bure CaC2
L'appareil est disposé .verticalement, de façon à permettre la progression vers le bas de la matière premiè- re, des résidus de la réaction ainsi que des vapeurs pro- duites lors de la décomposition.du carbure.

L'appareil est disposé de façon rectiligne pour évi ter toute perte de charge dans la circulation des vapeurs.

On rencontre donc successivement, en descendant : le four Surmonté de sa trémie de chargement, puis la zone de con-
11000 à densation à/1200 C où s'arrêtent les concrétions, enfin la zone de condensation refroidie à l'eau dans laquelle se cor- dense le calcium. La partie condensation est amovible et peut être séparée du four pour permettre l'extraction du calcium produit et l'évacuation du graphite résiduel.

La figure jointe permettra de mieux comprendre l'in- vention. Elle représente une forme d'exécution préférée de l'appareil, niais n'est pas limitative, de. nombreuses va- riantes pouvant être imaginées, sans sortir du cadre de. l'invention.

Dans cette figure : 1 est la tréic de charge lent formant sas, dont la contenance est au Moins égaleà celle du four, Cette trémie comporte des moyens (non représentés) pour foire le vide et introduire un gaz inerte. 2 est l'en- ceinte extérieure du four étanche au vide, en tôle d'acier.

4 est une enceinte en matière réfractaire et 3 le revêtement calorifuge. 5 est une enceinte étanche en graphite compact, évitant tout contact entre les vapeurs de calcium et le réfractaire 4 qu'elles attaqueraient. Dans l'intervalle laissé vide entre 4 et 5, on'peut disposer des résistances de chauffage 6, de préférence en graphite, et branchées , chacune sur une phase différente du réseau par l'intermé- diaire de transformateurs réglables indépendamment pour chaque phase. On peut ainsi uniformiser parfaitement la température dans l'enceinte du four, condition indispensa- ble pour éviter les condensations parasites dans les zones les plus froides.

En variante, on peut utiliser l'enceinte 5 en gra- phite comme résistance de chauffage ou comme secondaire d'un four à induction.

7 est un collecteur à gaz en graphite ferme à sa partie supérieure et percé de trous inclinés vers le haut pour le passage des gaz. Ce collecteur est mobile et peut , être abaissé au moyen du'dispositif 8 pour évacuer le gra- phite résiduel de la décomposition du carbure de calcium.

Les grains de carbure de calcium se trouvent en 10, dans l'intervalle entre l'enceinte 5 et le collecteur 7; l'épaisseur de la couche de carbure ainsi formée est au maximum de 10 centimètres. La colonne de carbure de -calcium en grains est surmontée en 9 d'une charge de quelques cen- timètres de graphite fin (1 à 4 mm) qui crée une perte de charge suffisante pour éviter le passage des vapeurs vers le haut.

La partie. inférieure 11 du collecteur à gaz 7 a une forme évasée, de façon à Maintenir en place la colonne de carbure de calcium.

Au-dessous du four,proprement dit, mais toujours à l'intérieur de l'enveloppe réfractaire 4, se trouve la zone
12 de condensation des concrétions. La te pérature de cette zone est d'environ 1200 C. A sa purtie inférieure, se trouve un écran .13, en tôle de fer remplie de réfractaire, dont le rôle est de diminuer les pert.;s de calories vers le bas, tout en canalisant les vapeurs de calcium vers la partie centrale et les résidus de graphite vers la zone périphéri- que.

14 est la zone de condensation du calcium refroidie à l'eau par un' serpentin 15. Une double enveloppe forme une partie annulaire 17 dans laquelle viennent tomber les grains de graphite 19, résidus de la décomposition'thermique du car' bure de calcium. L'extrémité inférieure du condenseur est reliée à la pompe à vide (non.représentée) par le tube 18.

L'ensemble du condenseur est fixé par des brides à l'enveloppe en tôle 2 du four, et peut être démonté pour extraire le calcium 16 qui. y est déposé.

Le fonctionnement est le suivant : Le four est en. régime de.température à 1500 C dans la zone de dissociation sous 2 millimètres de mercure. Il contient en 10, 50 kg @ de grains de.7 à 10 millimètres de carbure à 75% CaC2 La première phase du procédé : réduction de la chaux et dépôt des concrétions dans la zone 12, dure environ 2 heures 30, le vide tombe alors à 200 mus dans le four et à 30 mus dans la'zone de condensation 14, à cause de l'effet de getter de la .vapeur de calcium. On peut arrêter la pompe à vide qui ne débite plus.

Lorsque, le carbure est entière- ment décomposé, ce qui demande environ douze heures, on abaisse le collecteur 7, de façon à libérer le graphite résiduel qui tombe en 19..On refonte le collecteur 7, on introduit de nouveau dans l'espace annulaire 50 kg de

carbure de calcium et on recommence l'opération. On peut ainsi décomposer successivement autant de charges que le permet la contenance du condenseur 14 et de la zone à ré- sidus 17. Lorsqu'ils sont pleins, on casse le vide en introduisant de l'argon dans le four et on démonte le condenseur. L'ouverture du four étant située à la partie inférieure, l'argon empêche la pénétration de l'air pendant qu'on extrait le calcium condensé et le graphite résiduaire.

On remonte ensuite le condenseur.

Après trois chargements successifs, on recueille
60 kg de calcium brut qui permet d'obtenir, après distil- . lation sous vide, 45 kg de calcium pur, ne contenant que 0,1% de CaC2.

REVENDICATIONS
1/ Procédé de fabrication du calcium, consistant à décomposer le carbure de calcium du commerce en le chauf- fant sous vide, à une température comprise entre 1400 et 1700 C avec condensation fractionnée des concrétions de
1100 à chaux et carbure de calcium à/1200 C, puis du calcium métal- lique, par refroidissement.

Claims

2/ Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le carbure de calcium est chargé en grains de 3 à 15 millimètres et de préférence de 7 à 10 millimètres.

3/ Procédé suivant les revendications 1 et 2?, carac- térisé en ce que les grains de carbure de calcium sont dis- posés en couche de3à 10 centimètres d'épaisseur.

4/ Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la décomposition du carbure a lieu en deux pha- ses consistant d'abord en une réduction de la chaux présen- te dans le carbure du commerce, sous un vide de 1 à 3 mil- limètres de mercure, avec condensation, dans une première 11000 à zone à.1200 C, des concrétions résultant de l'attaque par l'oxyde de carbone de la vapeur de calcium, et ensuite en une décomposition du carbure de calcium avec condensation <Desc/Clms Page number 7> par exemple du calcium métallique, dans une seconde zone refroidie/par circulation d'eau.

5/ Appareil pour la réalisation du procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est disposé verticalement et de façon rectiligne, la circulation des ma- tières et des vapeurs se faisant du haut vers le bas.

6/ Appareil suivant la revendication 5, caractérise en ce que la partie centrale du four comprend un collecteur de gaz mobile, en graphite, percé de trous, la. charge de car- bure étant disposée autour de ce collecteur à l'intérieur d'une gaine de graphite étanche.

7/ Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le four est chauffé par des résistances munies d'un système de régulation permettant de maintenir la totali- té des grains de carbure de calcium à la température choisie.

8/ Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la partie inférieure du collecteur de gaz a une forme évasée qui maintient en place les grains de carbure, et en ce que l'évacuation du graphite résiduel est assurée, par abaissement du collecteur.

9/ Appareil suivant les revendications 5 à 8, carac- térisé en ce que, en-dessous du four est aménagée une zone 1100 à de condensation à/1200 C dont la partie inférieure est mu- nie d'un écran en forme de cône évasé vers le bas.

10/ Appareil suivant les revendications 5 à 9, carac- térisé en ce qu'à la partie inférieure, se trouve un pot condenseur démontable, dont la zone centrale refroidie à l'eau condense les vapeurs de calcium, alors que la zone pé- riphérique annulaire reçoit le graphite résiduel guidé par le c8ne de l'écran déflecteur.