Brevet FR2225530A1 — publié le 19741108

La présente invention concerne un procédé pour la production ce mtaux, d partir d'un halogénure de ces métaux, avec-utilisation de métaux réducteurs. Dans la présente description, le terme "métaux réducteurs" désigne des métaux et des mélanges de métaux (y compris l'hydrogène), des mélanges de métaux et des composé métalliques, tels que des carbures et des nitrures, qui sont capables de réduire les halogénures métalliques à des soushalogénures. Dans les procédés connus, la réduction des halogénures métalliques au moyen de métaux réducteurs s'effectue t-ujours jusqu'aux métaux élémentaires. Ces procédés connus ont principalement les inconvénients suivants 1. Les métaux réducteurs sont presque dans tous les cas des métaux alcalins ou alcalino-terreux dont les résidus contenus dans le métal extrait peuvent être éliminés de celui-ci par évaporation. La régénération de leurs halogénures est cependant très conteuse. 2. Lorsqu'on utilise des métaux réducteurs peu volatils, tels que Mn, Sn, Pb et ainsi de suite, dont les halogénures sont faciles à régénérer, il se dissout toujours dans le métal extrait un résidu de ce métal réducteur, qui ne peut pas ttre éliminé du métal extrait d'une manière économique. De plus, de tels métaux réducteurs de qualité industrielle contiennent toujours des restes d'agents réducteurs, tels que le carbone, qui se dissolvent également dans le métal extrait. I1 n'est donc pas possible de produire ainsi à l'échelle industrielle des métaux purs, et l'affinage subséquent des métaux ainsi extraits est trop coûteux. L'objet de l'invention est un procédé qui n'a pas les inconvénients mentionnés ci-dessus et qui permet de produire des métaux purs (ou des alliages purs) à partir de leurs halogénures en utilisant des métaux réducteurs peu volatils. Ce procédé est caractérisé en ce que, dans une première phase, l'halogénure saturé du métal à extraire est au moins partiellement réduit en un ou plusieurs sous -ha lpgénures par le métal réducteur sous une pression réactionnelle qui est inférieure à la pression sous laquelle, à la température réactionnelle choisie, le métal à extraire est formé à l'état élémentaire et que, dans une deuxième phase et en I'absence du métal réducteur, ces sous-halogénures sont dismutés en métal élémentaire et son halogénure saturé. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE '1 Dans une réduction selon l'invention de A1C13 par le manganèse (qui peut contenir des impuretés sous forme de fer ou de carbone par exemple sans que cela affecte la pureté de l'aluminium à extraire), il se produit à la température de 13500C les réactions suivantes (qui se déroulent - comme le montre déjà le calcul thermodynamique - sous des pressions qui sont toutes inférieures à 19 atmosphères, sans que la réduction se poursuive jusqu 'à l'obtention d'aluminium élémentaire) AlC13(g) + Mn(fl) = AlCl(g) + MnC12(fl) AlC13(g) + f n(fl) = AlC12(g) + 1M2nC12(fl) (g) désignant l'état gazeux, (f) désignant l'état solide et (fl) désignant l'état liquide. On obtient un mélange gazeux des sous-chlorures de l'aluminium (AlCl et A1C12) avec un reste de chlorure d'aluminium saturé (A1C13) d'une part, et du chlorure de manganèse fondu (MnC12) d'autre part. Lorsqu'on évacue ensuite le mélange des sous-chlorures d'aluminium de l'espace où restent le manganèse et le chlorure de manganèse, et lorsqu'on refroidit ce mélange jusqu'à 7000C en maintenant la pression réactionnelle à plus de 0,6 atmosphère, les souschlorures dismutent de la manière suivante 3 AlCl(g) = 2 Al(fl) + AlC13(g) 3 AlC12(g) = Al(fl) + 2 AlC13(g) L'aluminium produit selon l'invention est pur. Lorsque la pression descend au-dessous de la valeur de 0,6 atmosphère mentionnée, la vapeur de MnC12 entrainée avec les sous-chlorures peut réagir chimiquement avec l'aluminium qui se forme à l'état élémentaire et le rendre impur par l'inclusion de manganèse. Lorsque les deux espaces de réaction : l'espace de réduction et l'espace de dismutation communiquent l'un avec l'autre, tout le système peut fonctionner sous une seule et même pression dans cet exemple, pression qui est comprise entre 0,6 et 19 atmosphères. Cette solution évite les appareils de compression et/ou de détente dont le fonctionnement est problématique à de telles températures. Le chlorure de manganèse peut réagir de façon connue avec de l'air ou de l'oxygène pour former de l'oxyde de manganèse et du chlore libre, et lfoxyde de manganèse peut hêtre réduit à l'aide de carbone en manganèse métallique et Btre réutilisé comme métal réducteur. La teneur résiduelle en carbone du manganèse n'a pas d'importance pour la pureté de l'aluminium. La figure unique du dessin annexé représente schématiquement le processus qui vient d'être décrit relativement à l'exemple 1. EXEMPLE 2 On produit du titane élémentaire pur sous forme de poudre à partir de TiBr4 en utilisant du vanadium comme métal réducteur La réduction en sous-bromures de titane pendant la première phase du processus s'effectue à une température de 17300C et sous une pression qui doigt etre inférieure à 14,6 atmosphères car le franchissement de cette pression provoquerait une réduction jusqu'au titane élémentaire. La dismutation dans la deuxième phase du processus s'effectue à une température de 12300 C. Pendant cette deuxieme phase, la pression de service nue doit pas dépasser 2,5 atmosphères sinon la vapeur de VBr2 entraînée par les sous-bromures de la phase de réduction provoquerait - pour des raisons thermodynamiques - l'inclusion de vanadium comme impureté dans le titane produit. La phase de réduction aussi bien que la phase de dismutation peuvent donc titre mises en oeuvre à l'échelle industrielle sous la pression normale (1 atmosphère). Pour la mise en oeuvre à l'échelle industrielle du procédé de l'invention, il est avantageux de réaliser la réduction et la dismutation l'une après l'autre de façon continue et-de recycler l'halogénure saturé formé lors de la dismutation - du métal à extraire de façon continue à la phase de réduction, où il est à nouveau réduit avec de l'halogénure frais introduit en sous-halogénures. Lorsqu'on désire extraire directement un alliage de plusieurs métaux de leurs halogénures, on part, conformément à l'invention, dtun mélange de plusieurs halogénures. Par exemple, on part d'un mélange de vapeurs de AlBr3 et de SiBr4, on réduit ce mélange par du manganèse aux sous-bromures gazeux A1B, ÂlBr2, SiBr2 et SiBr3 et on dismute ce mélange de sous-bromures, de manière qu'il se forme un alliage de Al-Si et un mélange gazeux de AlBr3 et SiBr4. Suivant la température à laquelle se déroule la réduction, le mélange de sous-halogénures produit (par exemple le mélange de SiC12 et de SiC13) contient une fraction plus ou moins grande d'halogénure du métal réducteur (par exemple du MnC12) et d'halogénure saturé non réduit du métal à extraire (par exemple SiC14). Plus la fraction de sous-halogénures obtenue lors de la réduction est grande, c'est-à-dire plus la fraction d'halogénure saturé du métal à extraire est petite, plus le rendement de métal rapporté à la quantité d'halogénure métallique saturé utilisée pour la réduction sera grand dans la phase de dismutation. Quant à la présence de l'halogénure du métal réducteur dans le mélange de sous-halogénures, il est possible, lors de la dismutation, que le métal formé (par exemple Si) réagit avec l'halogénure du métal réducteur (par exemple MnC12) et est rendu impur dans une faible mesure par le métal réducteur (par exemple Mn). La fraction d'halogénure saturé du métal à extraire aussi bien que la fraction d'halogénure du métal réducteur dans le mélange des sous-halo génures peuvent être ajustées par le maintien de conditions de pression et de température déterminées lors de la réduction. La réaction possible entre le métal à extraire et l'halogénure du métal réducteur pendant la dismutation dépend également de la pression et/ou de la température. Par conséquent, pour obtenir des rendements maxima et des métaux purs par le procédé selon l'invention, il importe de maintenir des conditions de pression et de température optimales. Ces conditions de pression et de température peuvent etre déterminées de façon connue pour chaque cas par des calculs thermodynamiques qui tiennent compte des propriétés des partenaires réactionnels utilisés. A ce sujet, l'homme de l'art sait que la formation de sous-halogénures est favorisée par l'augmentation de la température et l'abaissement de la pression, et que la dismutation de sous-halogénures est favorisée par l'abaissement de la température et l'augmentation de la pression. REV E N D E C A T I O N S 1. Procédé pour la production de métaux, à partir d'un halogénure de ces métaux, avec utilisation de métaux réducteurs, caractérisé en ce que, dans une première phase, l'halogénure saturé du métal à extraire est au moins partiellement réduit en un ou plusieurs sous-halogénures par le métal réducteur sous une pression réactionnelle qui est inférieure à la pression sous laquelle, à la température réactionnelle choisie, le métal à extraire est formé à l'étatetémentaire et que, dans une deuxième phase et en l'absence du métal réducteur, ces sous-halogénures sont dismutés en métal élémentaire et son halogénure saturé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction et la dismutation s'effectuent l'une apres l'autre de façon continue, et en ce que l'halogénure saturé - formé lors de la dismutation du métal à extraire est recyclé de façon continue vers la phase de réduction. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par la production d'un alliage à partir d'un mélange de plusieurs blogénures. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le maintien de conditions de pression et de température optimales en vue de la production de métaux purs avec un rendement maximal. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'halogénure du metal à extraire est ajouté au mélange de sous-halogénures sur le trajet entre la phase de réduction et la phase de dismutation 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par l'utilisation d'un systeme échangeur de chialeur comme réacteur pour la mise en oeuvre de la phase de réduction et de la phase de dismutation.