Brevet FR2224550A1 — publié le 19741031

Depuis la découverte d'un procédé de production économique de métal magnésium par électrolyse d'un bain de sel comprenant MgOl2 et d'autres sels fondus et par écllrlae pratiqué depuis de nombreuses années du métal coalescent rassemblé à la surface du bain à l'aide de cuillers tenues à la main et plus récemment par pompage du métal à la surface du bain, le problème de l'élimination du bain adhérant au métal ainsi récupéré et de sa mise au rebut est un problème difficile à résoudre. On constate également la présence d'une certaine quantité de boue, ce terme désignant ici les solides insolubles, par exemple les oxydes, formés pendant l'électrolyse ou par contact avec l'air après l'électrolyse.Pour empêcher le mélange du bain et de la boue avec le métal dans la coulée, des précautions considérables (bien que non complètement efficaces) ont été prises. La technique antérieure recommande l'emploi d'une plaque perforée ou foraminée pour l'élimination du bain adhérent. Bien qu'une telle plaque soit utile, elle ne répond pas aux besoins de manière satisfaisante.Les essais d'emploi de cette plaque ont été infructueux, en ce sens que les trous se recouvrent d'une pellicule de bain et de boue et ne s' ouvrent pas facilement lorsqu'une nouvelle quantité de mélange métalbain/boue passe sur la plaque en vue de la séparation du bain du mélange.En pratique, le procédé de séparation exige un fonctionnement intermittent plut8t que continu. Meme lorsque des efforts ont été faits pour revêtir le métal de la plaque foraminée avec des oxydes ou des hydroxydes afin de le rendre plus mouillable par le bain, les trous ont continué à se recouvrir fâcheusement d'une pellicule entre chaque contact avec le mélange métal-bain. Divers degrés d'inclinaison du tamis ou diverses hauteurs du niveau du mélange, l'emploi de trous de dimensions variées et de trous disposés en quinconce, ou l'utilisation de divers matériaux n'ont pas réussi à résoudre le problème. Les plaques minces semblent présenter quelque avantage sur les plaques plus épaisses.Cependant, si les pla- ques sont suffisamment minces pour entraener une amélioration, elles sont trop peu solides à l'usage. Par conséquent, les plaques foraminées ont été abandonnées. La demanderesse a découvert que le bain de sel fondu passe facilement à travers un tamis constitué d'une toile métallique déterminée, mais que le magnésium fondu ne passe pas à travers ce tamis sans les difficultés inhérentes aux techniques connues. On a observé de manière inattendue que la capacité thermique du tamis nécessaire à l'invention est tell que, bien qu'on puisse remarquer une certaine quantité de bain solidifié parsemé sur les torons de la toile métallique après une coulée, ce bain solidifié fond rapidement et est évacué à travers le tamis sans aucune difficulté dès qu'il est en contact avec la coulée suivante. La maille de la toile métallique s'échauffe et se débouche tandis qu'une plaque perforée reste obstruée. L'invention est relative à un procédé et à l'appareil nécessaire à la mise en oeuvre de ce procédé de séparation de métal magnésium fondu du bain adhérent, qui consiste à faire passer le mélange fondu de bain et de magnésium sur un tamis fait d'un matériau sensiblement inerte vis-à-vis de ce mélange fondu et ayant un point de fusion supérieur à celui du magnésium fondu, ce -tamis étant constitué d'une toile métallique comportant 3 à 8 torons métalliques par centimètre linéaire ce qui assure des ouvertures d'environ 2,38 mm (bien que des ouvertures allant Jusqu a 2,46 mm soient acceptables) à environ 0,84 mm lorsque les torons métalliques employés ont des diamètres d'environ 0,84 mm pour le plus grand espacement permis à environ 0,42 mm pour le plus petit espacement, à la suite de quoi le bain passe à travers les ouvertures du tamis et est stocké de manière appropriée ou reåeté et le métal fondu continue à s'écouler jusqu'à un récipient de stockage de magnésium fondu pour un emploi ultérieur ou est directement coulé ou employé à d'autres usages. Quelques particules de boue (comprenant des oxydes) sont immanquablement présentes dans le mélange fondu bain-magnésium. Pour tirer le meilleur parti du procédé de la présente invention, on fait passer le magnésium traité, après élimination du bain et avant le stockage, à travers un tamis relativement grossier pour éliminer la boue en particules. Etant donné que la boue constitue un pourcentage très faible du mélange bain-magnésium, l'emploi du tamis destiné à éliminer la boue n'est pas déterminant pour le succès du procédé de l'invention. Bien qu'il soit possible d'utiliser un matériau quelconque présentant la résistance mécanique, l'inertie relative vis-à-vis du métal et du bain fondu et le point de fusion désirés, l'acier est le matériau préféré. Etant donné que le nickel possède une certaine réactivité avec le magnésium fondu, les acier alliés à haute teneur en nickel présentent des inconvénents, Une telle objection s'applique également à d'autres aciers contenant des métaux d'alliage réactifs avec le magnésium. Cependant, l'acier inoxydable stabilisé au columbium, par exemple ASI 347, est excellent.Les aciers inoxydables dépourvus de nickel, par exemple ASI 430, sont satisfaisants une fois Qu'ils sont fabriqués et mis en place ; mais en raison de leur fragilité plus grande, ils présentent certains inconvénients de fabrication et de mise en place qui les rendent inaptes à une grande diffusion. Le tamis eSt conçu de telle sorte que le mélange métal-bain doit etre en contact avec lui, mais pendant un temps relativement court. Généralement, une dimension de tamis de plusieurs centimètres carrés donne de bons résultats. La vitesse d'écoulement du mélange métal-bain peut être relativement rapide et le rapport du volume de mélange à la surface du tamis-peut etre ;i*8 grand. Une surface de contact à l'interface mélange-tamis de, 0,1 m2 permet une bonne séparation du bain du magnésium en circulation qui peut avoir une hauteur de 7,5 ou 10 centimètres, si le temps de contact avec le tamis est d'au moins environ 5 secondes. La meilleure description de l'appareil de -l'invention est une auge modifiée dont une partie du fond est constituée de la toile métallique requise. Sur les 30 à 100 premiers centimètres, l'auge a de préférence un fond métallique simple, c'est-à-dire non maillé, de manière que le bain plus lourd ait tendance à former une couche inférieure, c'est-à-dire située sous le métal, avant d'arriver sur le tamis. Généralement, la partie de l'auge contiguë à l'extrémité de sortie est constituée de métal non maillé. Cependant, le fond entier peut titre constitué d1un tamis ou toile métallique si cela est jugé plus simple, le premier contact avec le tamis dans ce cas étant moins efficace que le contact ayant lieu plusieurs centimètres plus loin ou davantage sur le tamis.En aucun cas, au cours des divers stades du procédé de l'invention, le passage du métal à travers le tamis (qui s'il avait lieu à un degré appréciable mettrait bien sflr en échec le procédé) n'est un problème. Ni la formation d'une pellicule, ni tout autre phénomène se produisant au cours de la mise en oeuvre du procédé ne peut empêcher le bain de passer à travers le tamis. Bien qu'une hauteur de mélange métal-bain de 1 cm, mais de préférence de 5 ou 7 cm, assure un mouvement le long d'une auge horizontale, c'est-à-dire inclinée d'un algle de 0 , il est recommandé que l'auge soit munie d,'un support à hauteur réglable permettant d'incliner l'auge d'un angle quelconque désiré par rapport à I'horizontale, ppuvant atteindre 450, plus avantageusement compris entre 10 et 250, pour assurer un gradient avantageux. Un mode de réalisation préféré de llinven- tion comprend les opérations de collecte du bain fondu s'écoulant à travers la toile métallique et de transport ou d'écoulement de ce dernier sur une surface où il se dépose et se solidifie en vue de la mise au rebut ou de la réutilisation subséquentes, ainsi que les didpositifs nécessaires à ces opérations. Ce mode de réalisation de l'invention implique le dépôt du bain sur une surface portable montée par exemple sur des rouleaux, des patins, des roues ou des organes similaires pour un transport périodique commode du bain solidifié ou bien sur un transporteur continu du type sur lequel le bain se solidifie et est ensuite enlevé par grattage, secousses, concassage détachement ou dissolution.Une solution consiste à prévoir sur la pla s Mbrme des arêtes de division faisant saillie qui forment des blocs de bain solidifié de dimensions commodes pour la manipulation. Certains des morceaux d'oxydes et de métal à point de fusion plus élevé, s'il y en a, comme susmentionné, qui sont contenus dans le mélange magnésium-bain-boue, ne se dissolvent pas et ne fondent pas et sont trop gros ou possèdent d'autres propriétés qui les empêchent de passer à travers la toile métallique utilisée dans l'invention. Un mode de réalisation préféré de l'invention, comprend un second tamis ou treillis plus grossier, disposé de manière que le magnésium fondu dont on a éliminé le bain, passe sur ce dernier, qui possède des ouvertures d'au moins environ 2,60 mm mais in férieures à environ 5,60 mm à travers lesquelles le magnésium fondu passe facilement, mais sur lesquelles sont retenues les particules de boue de MgO et d'autres oxydes. L'invention est mieux illustrée à l'aide du dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue schématique de l'un des modes de. réalisation de l'invention la figure 2 est une vue en plan de l'appareil de l'invention comprenant le dispositif préféré de séparation de boue de particules non dissoutes ou non fondues ; et la figure 3 est une vue en élévation d'un mode de réalisation simplifié de l'invention. En se référant d'abord à la figure 1, un tuyau d'admission 2 amène le métal magnésium fondu mélangé avec le bain et une certaine quantité de boue, qui provient d'une cellule électrolytique. Le mélange passe de 2 sur une surface 4 relativement lisse de préférence inclinée, le long de laquelle le mélange se déplace, le bain plus lourd ayant tendance à former une couche sous le métal. Le métal et le bain formant alors en quelque sorte un stratifié se déplacent ensuite sur une toile métallique 6. Le bain passe à travers les espacements de la toile métallique et s'écoule vers le bas, mais la tension superficielle, ou tendance à la cohésion, du métal magnésium l'empêche de passer à travers les espaces, de sorte qu'il passe sur le tamis, puis se déplace le long d'une surface inclinée 8. Le bain fondu tombe dans un conduit 10 dont la partie supérieure est ouverte, qui est de préférence légèrement incliné. L'inclinaison, associée à la hauteur du bain, provoque l'écoulement de ce dernier dans la direction de l'inclinaison vers l'extrémité ouverte, comme indiqué-per la flè- che. Le magnésium fondu s'écoule de 8 dans un entonnoir collecteur 12 qui le dirige dans un conduit 14 , après quoi il arrive dans un four de maintien en vue d'une coulée ultérieure ou dans tout autre récipient de stockage de métal fondu (non représenté). Un panier dont le fond est constitué par un tamis de dimension appropriée pour recueillir les particules de boue, disposé entre 12 et 14, peut entre utilisé si on le désire. Sur la figure 2 sur laquelle les éléments comparables ont des numéros identiques à ceux utilisés sur la figure 1, un creuset à magnésium 20 est monté sur un chariot 22 qui se déplace, lorsqu'il est propulsé, le long d'un rail 24. On peut faire basculer le chariot pour la charge et la décharge du mélange fondu Mg-bain, par manipulation d'un mécanisme d'inclinaison 23. Le mélange magnésium-bain sort du creuset par le tuyau 2 qui l'amène sur la surface plane 4, à partir de laquelle le mélange se déplace sur la toile métallique 6. Le bain fondu traverse les espaces del-6 pour tomber dans le conduit 10 dont la partie supérieure est ouverte, le long duquel il s'-écoule pour se déposer dans un bac de solidification 26. Dans ce bac, le bain se solidifie en une couche qui peut assurer la formation de blocs pour une mise au rebut plus facile. Le bac 26 est monté sur des rouleaux 28 qui se déplacent sur un rail 30 qui peut être un rail indépendant ou peut titre le prolongement du rail 24. Dans les deux cas, le creuset 20 est généralement amené en position dans la meme direction que celle dans laquelle le bac de solidification est retiré pour la mise au rebut du bain solidifié. le magnésium fondu purifié passe sur le tamis 6 et s'écoule le long de la surface 8 directement dans un réservoir 32 ou éventuellement dans un tamis 21 amovible en forme de panier, le métal magnésium passant à travers les trous de ce tamis et tombant dans le réservoir de four 32. Les particules de boue solide, principalement de MgO, qui ont été transportées dans le magnésium fondu, sont retenues dans le tamis 31 en forme de panier. Etant donné que ces particules occupent un volume relativement faible, il est nécessaire d'enlever et de nettoyer le tamis 31 seulement après un emploi prolongé. L'utilisation du tamis 31 est évidemment facultative et n'est pas nécessaire à la mise en oeuvre de l'invention. Le métal fondu se trouvant dans 32 peut titre soutiré dans le four de maintien par une ouverture convenable à débit contré (non représentée) pour la coulée dans des moules. Afin de recevoir le magnésium fondu pour le mouler, les moules sont généralement disposés sur un transporteur, par exemple un monorail auquel les moules individuels sont suspendus (non représenté) . La figure 3 est une vue en élévation d'un mode de réalisation de l'invention similaire à celui représenté isométriquement et schématiquement sur la figure l, sauf que le dispositif collecteur de bain 36 et le dispositif collecteur de magnésium 38 sont encore simplifiés par rapport à ceux correspondant respectivement aux références 10 et 14 de la figure 1. Comme susmentionné, le métal magnésium est prélevé dans une cellule électrolytique à la main à l'aide d'une uiller, par aspiration mécanique ou d'une autre manière, une quantité pouvant aller jusqu'à 20 yo en poids de bain de sel, comprenant du chlorure de magnésium et d'autres halogénures métalliques et contenant aussi de la boue en particules, principalement MgO, adhérant au métal et étant mélangée avec lui. Le bain de sel doit entre éliminé ; il est hautement souhaitable que la boue soit éliminée aussi.L'invention permet d'atteindre ces objectifs d'une manière ayant une efficacité inattendue, commode et non onéreuse en employant l'appareil de l'invention et en appliquant le procédé de l'invention qui consiste à faire passer le bain sur un tanins constitué d'une toile métallique dont les trous ont la dimension prescrite, pendant un temps suffisant pour permettre au bain fondu plus lourd de passer sous le métal fondu et à travers les espaces du tamis et de tomber dans un dispositif collecteur de bain, tandis que le métal, dans lequel l'attraction moléculaire est plus grande que la force de gravité plus toute force d'adhérence entre lui mEme et le métal du tamis, passe sur le tamis pour s'écouler dans un récipient de stockage de magnésium fondu, entassant de préférence avant le stockage à travers une toile métallique ayant des trous assez petits pour retenir les particules de boue. La réalisation des exemples qui suivent est effectuée conformément à l'invention. On utilise un appareil sensiblement similaire à celui représenté sur le dessin. Une auge, ayant approximativement 15 cm de large et environ 55 cm de long, est munie d'un tamis de 15 cm de large (ce qui correspond à la largeur de l'auge) et de 13 cm de long qui constitue une partie du fond de l'auge et qui correspond à la référence 6 de la figure 1 du dessin On fait écouler un poids connu de mélanges de métal Mg fondu produit par électrolyse et de bain de sel fondu adhérant au métal, dont 1 à 20 % sont constitués par le bain de sel, dans des essais successifs, le long de l'auge sur le tamis 6, puis dans un four collecteur de maintien chauffé. La pente du tamis varie de 10 à 20 cm pour 55 cl. On détermine la teneur du ma gnésium fondu traité en bain de sel adhérent.On ajoute en suite la quantité de bain présent trouvée dans cette analyse au poids du bain solidifié éliminé pour trouver le poids total de bain initialement présent. Le pourcentage de bain éliminé est calculé à partir de cette valeur. Le débit sur la toile mé tallique 6 est d'environ 68 kg/mn. le tableau ci-dessous indique dans quelles conditions ont été effectués les essais des exemples. Spécification des tamis Ex Nombre detrzs Diamètre Espacement Surface ouverte, de fils d'acier des entre les en % de la surface N par cm torons torons totale 1 3 0,710 mm 2,46 mm 60,2 % 2 4 0,640 mm 1,91 mm 56,3 % 3 5 0,584 mm 1,52 mm 51,8 % Le magnésium fondu récupéré à partir de mé langes de bain et de magnésium montre que 97 % en moyenne du bain adhérent ont été éliminés de mélanges contenant entre 1 et 20 % en poids de bain. Comme on pouvait s'y attendre, le pourcentage de bain résiduel, sur la base du bain initialement présent, est moindre. Par exemple, on constate que dans du ma gnésium fondu contenant seulement une fraction de pourcent de bain et traité à nouveau , environ la moitié de ce pourcentage seulement est éliminée conformément à l'invention. Une quantité de bain fondu adhérant au ma gnésium inférieure à 3 % est tout à fait satisfaisante pour la plupart des emploie et représente une amélioration importante par rapport au métal magnésium produit ordinairement. Si on le désire, on peut évidemment faire passer à nouveau le métal une fois traité sur la toile métallique conformément à l'invention. I1 n'y a pratiquement pas de perte de métal dans la mise en oeuvre de l'invention. Contrairement aux exemples ci-dessus, le mode opératoire usuel consiste à verser le mélange fondu de bain et de magnésium dans le four de maintien dans lequel on doit prévoir un temps de maintien considérable. Pendant cè temps, une portion importante du bain s'écoule petit à petit vers le fond du four pour former une couche. Après cette décantation, la couche est prélevée par pompage. EVNI)ICATI0NS 1. Appareil pour la séparation du magné sit::1 fondu d'un .mélange de magnésium fondu ct de bain fondu, comprenant en combinaison, un dispositif d'alimentation en mélange, un conduit pour recevoir le mélange provenant du dispositif d'alimentation et pour séparer le magnésium fondu du bain fondu, un dispositif de rejet du bain ainsi séparé et un dispositif de réception du magnésium ainsi traité, l'appareil étant caractérisé par le fait qu'au moins une partie du fond du conduit est constituée d'une toile métallique formée d'un matériau qui a un point de fusion supérieur à celui du magnésium et qui est sensiblement inerte vis-à-vis du magnésium et du bain fondus, cette toile métallique ayant des ouvertures comprises entre 2,46 mm et 0,84 mE. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif récepteur de magnésium est muni d'un dispositif de chauffage conçu pour maintenir le magnésium à l'état fondu. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la toile métallique est en acier et comporte environ 3 à 8 torons métalliques par centimètre linéaire, chaque toron ayant un diamètre compris entre environ 0,84 et 0,42 mm et lesdits torons étant espacés entre eux de manière à assurer des ouvertures d'environ 2,46 mm pour les plus gros torons à environ 0,84 mm pour les torons les plus fins. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le dispositif de rejet du bain séparé comprend une auge dont l'extrémité avant est disposée en dessous de la toile métallique et ltex- trémité de sortie aboutit au-dessus d'une surface refroidie comportant des éléments de division faisant saillie , sur laquelle le bain se solidifie en plaques ou en blocs de dimensions convenant à la manipulation. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient amovible ayant la forme d'un panier, dont le fond est constitué d'un tamis relativement grossier dont les ouvertures ont des dimensions comprises entre environ 2,60 et 5,60 millimètres, ce récipient étant disposé au-delà de la toile métallique séparant le bain de manière que le magnésium fondu passe à travers ce tamis grossier pour s'écouler ensuite dans un dispositif de stockage et que la boue en particules soit retenue sur ce tamis en vue d'une mise au rebut ultérieure. 6e Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit comprenant la toile métallique est incliné depuis l'extrémité d'entrée d'un angle pouvant atteindre environ450 par rapport à l'horizontale. 7. Procédé de séparation de magnésium fondu d'un mélange de magnésium fondu et de bain de sel fondu contenant Mec12, caractérisé par le fait qu'il consiste à faire passer le mélange sur une toile métallique faite d'un matériau ayant un point de fusion supérieur à celui du magnésium et sensiblement inerte vis-à-vis du magnésium fondu et du bain de sel fondu, cette toile métallique ayant des ouvertures de 2,46 mm à 0,84 mm , à la suite de quoi le tain fondu passe à travers les espacements de la toile métallique et est rejeté, et le magnésium fondu passe sur la toile métallique et s'écoule dans un réservoir récepteur. - 8. Procédé selon la revendication 7, ea- ractérisé par le fait que le bain fondu passant à travers ladite toile métallique est récupéré par un dispositif collecteur constitué essentiellement d'une auge dont l'extrémité avant est disposée en dessous de la toile métallique et l'extrémité de sortie aboutit au-dessus d'une plate-forme refroidie où le bain ainsi séparé se solidifie en blocs. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que le magnésium fondu passant sur la toile métallique et continuant à s'écouler jusqu'au récipient de stockage passe, avant de pénétrer dans ce réservoir-de stockage, dans et à travers un panier amovible dont le fond est muni d'un tamis relativement grossier ayant des ouvertures comprises entre 2,60 et 5,60 mm, à la suite de quoi la matière solide en particules se trouvant dans le magnésium fondu est recueillie sur ce tamis 10. Métal magnésium, caractérisé par le 'fait qu'il est obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.