Brevet FR2135108A1 — publié le 19721215

Les premiers procédés signalés pour l'obtention de l'aluminium métallique étaient basés sur la réduction chimique d'un halogénure. WOHLER en 1827 réduisait le chlorure Al2Cl6 par le potassium et SAINE CLAIRE DEVITT,E réduisait en 1854, le chlorure double d'aluminium et de sodium par le sodium.Ce procédé plus facile et plus économique que le précédent pouvait alors entre pratiqué à l'échelle industrielle0 La réduction par le sodium du fluorure d'aluminium ou de la cryolithe qui fut ensuite essayée, n'apporta pas aux procédés antérieurs d'améliorations substantielles, et lorsqu'en 1886 les brevets de HEROULU et de HALl proposèrent la réduction électrolytique de l'alumine dissoute dans la cryolithe les procédés chimiques de l'époque apparurent condamnés sur le plan économique et effectivement cédèrent progressivement la place au procédé électrolytique. Bien que ce procédé électrolytique demeure actuellement le seul pratiqué industriellement pour obtenir le métal à partir de l'alumine et qu'il ait été l'objet, depuis plus de quatre vingts ans, de perfectionnements ineessants qui en ont considérablement amélioré l'économie, il demeure tributaire des inconvénients de tous les procédés électrolytiques dont les plus importants sont, d'une part,la nécessité de disposer sous forme de courant continu à basse tension de grandes quantités d'énergie électrique et, d'autre part,d'exiger des investissements considérables en raison de la faible production des cellules d'électrolyse. De nombreuses recherches, suivies quelquefois de réalisations à l'échelle semi-industrielle, furent donc entreprises depuis une trentaine d'années pour essayer de substituer au procédé électrolytique actuel une fabrication d'aluminium plus économique. Malgré les efforts et les capitaux engagés, dans certains cas considérables, pour de telles recherches on est obligé de constater qu'elles se sont soldées par des échecs. La présente invention a pour objet un nouveau procédé chimique de fabrication d'aluminium ne comportant qu'un petit nombre d'opérations simples et faciles à mettre en oeuvre, consommant de faibles quantités d'énergie et des produits peu coûteux ou facilement récupérables, Il repose, dans son principe, sur la fabrication, à partir d'un hydrate d'aluminium, de l'hexacyanoaluminate d' aluminium, produit nouveau décrit dans le brevet NO ) 4 h} du 5 mai 1971 des demandeurs, puis dans la réduction par l'hydrogène de ce complexe; le cycle de ces opérations pouvant entre schématisé par les deux réactions suivantes Les conditions dans lesquelles peuvent être effectuées les opérations de ce cycle sont les suivantes; mais il est bien évident qu'on peut y apporter diverses variantes sans modifier l'invention dans son principe. 1 /- Obtention de la solution aqueuse de 1' hexacyanoaluminate d'aluminium La suspension d'un gel d'alumine ou d'une hydrargyllite fine résultant de l'hydrolyse d'une solution d'aluminate de sodium obtenue par attaque alcaline des bauxites (procédé BAYER) est soumise à la filtration habituelle; le gateau d'hydrate est soigneusement lavé puis introduit dans un autoclave avec une solution aqueuse d'acide cyanhydrique dont la concentration pondé rale est comprise entre 10 et 40 % HCN, Pour obtenir une disparition rapide de l'hydrate, on utilisera avantageusement un excès de 10 à 20 % d'acide cyanhydrique par rapport à la quantité théorique nécessitée par la réaction (I). Un agitateur permet de brasser énergiquement le mélange pour favoriser la réaction. L'autoclave est chauffé à une température comprise entre 80 et 1500 C, suivant la réactivité de l'hydrate, l'attaque d'un gel ayant lieu à température plus faible que celle d'un hydrate bien cristallisé. Lorsque tout l'hydrate a été transformé en cyanure complexe soluble, l'acide cyanhydrique en excès est dégazé et récupéré, tandis que la solutioncqueuse est soutirée de l'autoclave pour tre soumise à l'opération suivante,c'est-à-dire à l'isolement du cyanure complexe solide. 20/- Isolement de l'hexacyanoaluminate d'aluminium La solution aqueuse du cyanure complexe peut etre concentrée par évaporation sous vide entre 40 et 600 C; les cristaux déposés sont ensuite séchés sous vide. Il est plus rapide de faire un entrainement azéotropique de l'eau par un liquide non miscible à faible point d'ébullition, de l'essence ordinaire par exemple. Cette distillation azéotropique effectuée sous pression réduite permet d'obtenir rapidement les cristaux du cyanure complexe sans avoir besoin d'élever la température au delà de 20-400 C. 30/- Réduction de l'hexacyanoaluminate d'aluminium Les cristaux bien secs du cyanure complexe sont soumis à une montée progressive de température dans un courant d'hydrogène pur et sec (débit de 2 à 10 1/heurte) jusqu'à température finale comprise entre 700 et 9000 C. La réduction du complexe commence vers 4000 C, mais ne devient rapide qu'entre 600 et 8000 C. En fixant la température finale du traitement réducteur au-dessus de 7000 C on recueille l'aluminium à l'état fondu, ce qui est plus avantageux pour son extraction de l'appareil.La poudre métallique obtenue en effet lorsqu'on effectue la réduction en dessous du point de fusion de l'aluminium est très divisée et très oxydable0 L'hydrogène excédentaire par rapport à la quantité de solide à réduire entrain 1' acide cyanhydrique formé. On extrait ce dernier par lavage à l'eau, obtenant ainsi une solution d'acide cyanhydrique qui sera utilisée pour l'attaque de l'alumIne hydratée; l'hydrogène, après sèchage est recyclé vers l'appareil ot s'effectue la réduction du complexe après appoint de la quantité correspondant à la consommation selon la réaction (II)o Un schéma de principe d'une fabrication d'aluminium par le procédé de l'invention est représenté sur la figure unique du dessin annexé.Les différents postes de l'installation comprennert - un bac I de stockage de l'alumine hydratée. - un autoolave 2 où s'effectue la formation du complexe li2(CN)6 en solution-par action de la solution d'acide cyanhydrique sur l'hydrate d'aluminium. les organes de l'agitation et de chauffage qui sont des appareils très courants ne sont pas représentés. - un appareil 3 de cristallisation du complexe par évaporation sous vide de la solution ou par entraînement azéotropique de l'eau par un liquide non miscible (essence par exemple). - un appareil 4 dans lequel s'effectue la réduction du complexe solide par-l'hydrogène avec soutirage d'aluminium liquide à la base et évacuation du mélange H2 + HCN au sommet. Le chauffage d'un tel appareil est obtenu par combustion de gaz dans une double paroi extérieure ou tout dispositif équivalent. - - une tour 5 d'absorption par l'eau de l'acide cyanhydrique provenant de la réduction du cyanure complexe et de l'acide en excès dégazé de l'autoclave après ladissolution complète de 1 'hydrate d'aluminium. - et une tour 6 de sèchage de l'hydrogène. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'aluminium par voie chimique, caractérisé en ce qu'il consiste à réduire l'hexacyanoaluminate d'aluminium par l'hydrogène, selon la réaction Al [Al(CN)6] + 3 H2 v 2 AI + 6 HCN 2.- Procédé de fabrication d'aluminium par voie chimique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hexacyanoalu- minate d'aluminium est obtenu par réaction de l'acide cyanhydrique sur 1' hydrate d' aluminium. 3.- Procédé de fabrication d'aluminium par voie chimique, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'acide cyanhydrique provenant de la réduction de l'hexacyanoaluminate d'aluminium par l'hydrogène est récupéré pour transformer l'hydrate d'aluminium en hexacycloaluminate d'aluminium.