Brevet FR2283236A1 — publié le 19760326

L'invention concerne la métallurgie des métaux rares, notamment les procédés d'utilisation des dispositifs pour la fabrication du titane par réduction par le magnésium. L'invention peut être appliquée à la fabrication d'éponge de titane utilisée ensuite en tant que constituant essentiel dans l'élaboration des alliages de titane Actuellement le titane est principalement fabriqué par réduction par le magnésium. La fabrication du titane par réduction par le magnésium consiste à décomposer le tétrachlorure de titane par le magnésium dans une atmosphère de gaz inerte, puis à séparer les produits de la réaction, d'abord par décantation et soutirage du chlorure de magnésium, puis par séparation des produits de la réaction sous vide à haute température. te procédé adopté dans l'industrie est périodique. La réduction et la séparation sous vide sont exécutées périodiquement dans des appareils et des fours spéciaux, avec démontages et remontages intermédiaires des équipements. Les matières premièresmagnésium et tétrachlorure de titane - arrivent déià préparées, ctest-à-dire répondant à des prescriptions déterminées de pureté et propriétés physiques. Actuellement, en tant que réacteurs, on emploie dans l'industrie des récipients cylindriques de 800 à 1500 mm de diamètre et d'une hauteur pouvant aller jusqu'à 3000 mm . Le diamètre du réacteur est principalement limité par les prescriptions relatives au processus suivant, ctest-à-dire la séparation sous vide des produits de la réaction , car, en ce qui concerne ce processus, l'augmentation dudit diamètre entrain l'altération des conditions de réchauffage des produits de la réaction et de distillation des restes de magnésium et de chlorure de magnésium se trouvant dans les couches profondes de l'éponge de titane. Dans l'industrie, on utilise d'ordinaire des réacteurs en acier de deux types : les réacteurs à creuset de reaction placé à l'intérieur et les réacteurs sans creuset de réaction. Le creuset de réaction, réalisé d'ordinaire en acier, permet de protéger le corps du réacteur contre les percées par fusion, ainsi que de faciliter l'extraction des produits de la réaction après achèvement de la réduction. Par contre, quand on emploie-un c-fxuset, il se forme un écartement entre sa paroi et le réacteur, ce qui altère les conditions d'évacuation de la chaleur se dvgageant dans la zone de réaction et diminue le volume utile du réacteur en abaissant sa production. En outre, la construction du dispositif d'évacuation du chlorure de magnésium devient plus compliquée. La surface intérieure d'un tel réacteur doit, après chaque processus, entre soigneusement débarrassée des chlorures de titane et de magnésium, par lavage avec une solution d'acide chlorhydrique. Cette opération est lourde de main-d'oeuvre, nuisible au personnel au point de vue sanitaire et entraîne une usure accrue du réacteur. Dans le cas où la séparation ultérieure du magnésium et du chlorure de magnésium d'avec le titane s'effectue sous vide, il est avantageux d'utiliser des réacteurs sans creuset de réaction. Quand on passe du processus dans un réacteur à creuset emboîté au processus dans un réacteur sans creuset, la production des fours de réduction et de séparation augmente de 30 à 50Zo, la quantité de titane produit par cycle augmente de 50 30fui. Pour assurer l'étanchéité. des brides du couvercle et du corps du réacteur, on emploie des joints en aluminium de haute pureté ou en cuivre recuit. De tels joints sont protégés de l'action des chlorures de titane par de l'amiante. En tant que joint d'étanchéité on emploie aussi du caoutchouc pour étanchéité au vide ; dans ce cas les brides du couvercle et du corps sont refroidies par eau. On emploie largement des réacteurs à couvercle enfoncé dans la zone de réaction. La mise sous vide du réacteur et l'admission au réacteur du tétrachlorure de titane et du gaz inerte s'effectuent à travers des tubulures situées sur la partie supérieure du réacteur. En règle générale, la chaleur est évacuée du réacteur en refroidissant, avec de l'air fourni au four par des ventilateurs, la zone où se déroule principalement la réaction. .Dans la pratique industrielle on utilise des installations de séparation sous vide à disposition inférieure aussi bien qu'à disposition supérieure du condensatéur. Dans le premier cas la durée de séparation est réduite, car une partie du magnésium et du chlorure de magnésium est fondue dans les produits de la réaction et coule dans le condenseur. Toutefois, la conception du four électrique à vide amovible et du condenseur utilisés dans les appareils à disposition inférieure du condenseur est bien plus compliquée que dans les installations à condenseur supérieur. La séparation sous vide présente des avantages notables sur les autres procédés de purification de l'éponge de titane, par exemple le procédé hydrométallurique, en permettant d'obtenir du titane de haute qualité. On connaît un procédé de fabrication du titane, comprenant la réduction du tétrachlorure de titane par le magnésium et la séparation sous vide des produits de réaction contenant le titane. La réduction a lieu dans un réacteur étanche. le réacteur est mis sous vide, rempli de gaz inerte, puis on y verse le magnésium et on y admet le tétrachlorure de titane. les produits de réaction obtenus sont soumis à la séparation sous vide par chauffage du récipient contenant les produits de réaction et par refroidissement du condenseur. te refroidissement du condenseur est effectué pendant toute la durée de la séparation sous vide, soit par aspersion directe, soit par soufflage de sa surface extérieure avec de l'air. On connaît aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication de titane décrit plus haut. Ce dispositif comprend un appareil de réduction sous la forme d'un récipient cylindrique avec un couvercle amovible à fermeture étanche, doté de tubulures pour la mise sous vide, la coulée du magnésium et du tétrachlorure de titane. L'appareil de séparation sous vide de ce dispositif comprend l'appareil de réduction et un récipient cylindrique qui lui est assemblé et fait office de condenseur. le condenseur est équipé d'une jaquette avec des découpures circulaires pour le refroidissement par air à convection de la surface extérieure, la jaquette étant montée avec un certain écartelent par rapport à la surface extérieure du condenseur. Le procédé décrit de fabrication du titane par réduction par le magnésium et le dispositif pour sa mise en oeuvre présentent une série d'inconvénient abaissant les performances technico-économiques de la fabrication du titane. La présence de plusieurs tubulures soudées sur le couvercle complique le montage de l'appareil de réduction, nuit aux conditions de la conduite et de l'entretien, augmente les frais de réparations courants. Pendant la période de sublimation intensive du magnésium et du chlorure de magnésium, la jaquette refroidie par eau n'assure pas une évacuation suffisante de la chaleur du condenseur. Afin d'exclure la condensation du magnésium en phase liquide et la fusion des joints en caoutchouc, on freine le chauffage des produits de réaction en coupant périodiquement les éléments chauffants et la communication entre l'appareil de séparation sous vide et le circuit de vide. Il en résulte l'augmentation de la durée du cycle de séparation.Le refroidissement intensif du condenseur par aspersion pendant toute la durée du processus provoque le refroidissement excessif du condenseur au stade terminal, la formation d'un condensat de magnésium finement divisé, s'oxydant facilement, l'obstruction de la conduite de vapeur dans l'écran thermique par le condensat et, en conséquence, la séparation incomplète du titane. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients indiqués. Il s'agissait donc de créer un procédé d'utilisation d'un dispositif pour la fabrication du titane par réduction par le magnésium et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui, tout en étant de conception plus simple, assureraient l'intensification du processus de séparation par régulation de l'intensité de refroidissement du condenseur aux divers stades du processus. La solution consiste en un procédé d'utilisation d'un dispositif pour la fabrication du titane par réduction par le magnésium, consistant à verser, à travers des tubulures du couvercle de l'appareil de réduction, du magnésium et du tétrachlorure de titane, à débarrasser les produits de la réaction du magnésium et du chlorure de magnésium dans un appareil de séparation sous vide dont le condenseur est refroidi par circulation d'un agent de refroidissement dans une jaquette encerclant le condenseur avec un certain écartement, ledit procédé étant caractérisé, a'après l'innention, en ce que, au cours de ladite séparation sous vide, on ne refroidit directement la surface extérieure du condenseur que pendant la pédiode de sublimation intensive du magnésium et du chlorure de magnésium, l'intensité de refroidissement du condenseur étant régulée en fonction de la température de sa surface. te procédé proposé prévoit la régulation de l'intensité de refroidissement du condenseur dans l'appareil de séparation sous vide pendant la période de sublimation intensive du magnésium et du chlorure de magnésium, ce qui permet d'accroStre la vitesse de réchauffage des produits de la réaction et de réduire la durée de la séparation sous vide . En outre, le procédé proposé assure l'obtention d'un condensat de magnésium dense, ininflammablew De la sorte, on obtient un accroissement de la production de l'equipement, un abaissement des dépenses de main-d'oeuvre et la possibilité d'utiliser efficacement le condensat de magnésium dans un nouveau cycle de l'appareil de réduction. De plus, le procédé proposé permet d'assurer la condensation complète du magnésium et du chlorure de magnésium sur la surface intérieure du condenseur, de supprimer le dépit du condensat dans le circuit de vide et de garantir l'intégrité des joints aux brides. Il est avantageux, dans le cas où la surface extérieure du condenseur est refroidie par un liquide, de collecter ce liquide dans l'écartement entre la paroi du condenseur et celle de la jaquette et de l'évacuer à travers une tubulure te procédé proposé permet d'assurer l'évacuation continue du liquide de refroidissement chaud. Cela prévient les entrées de liquide de refroidissement dans la partie inférieure réchauffée de l'appareil de séparation sous vide, ce qui exclut l'évantualité de sa mise hors d'usage. Pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'invention, on propose un dispositif comprenant un appareil de réduction sous la forme d'un récipient avec un couveLe à fermeture étanche comportant des tubulures pour la mise du récipient sous vide et son remplissage de magnésium et de tétrachlorure de titane, et un condenseur amovible avec une jaquette, s'accouplant par un assemblage étanche aldit appareil de réduction pour former un appareil de séparation sous vide, ladite jaquette étant montée avec un certainésartement par rapport à la surface extérieure du condenseur, ledit dispositif étant caractérisé, d'après l'invention, en ce que, entre la jaquette et la surface extérieure du condenseur, au-dessus du condenseur, est monté un asperseur de liquide de refroidissement, constitué par un tube percé *e trous orientés vers la surface extérieure du condenseur. Le dispositif proposé assure un refroidissement intense supplémentaire du condenseur dans l'appareil de séparation sous vide. La conception de l'asperseur, situé au-dessus du condenseur, permet de refroidir toute la surface extérieure du condenseur. Il est très avantageux que la jaquette de l'appareil de séparation sous vide ait une bride s'accouplant à la bride du condenseur avec interposition d'un joint d'étanchéité, et qu'audessus de la bride de la jaquette il y ait une tubulure pour l'Svacuation du liquide de refroidissement chaud. la conception proposée pour la jaquette assure sa connexion au condenseur par un assemblage étanche, ce qui permet de collecter le liquide de refroidissement chaud s'accumulant dans la partie inférieure du condenseur et de l'évacuer en continu à travers une tubulure. Il est avantageux aussi que les tubulures pour la mise du récipient sous vide et son remplissage de magnésium et de tétrachlorure de titane aient un collecteur raccordé par assemblage étanche à l'appareil de réduction. La conception proposée pour le couvercle de l'appreil de réduction améliore notablement son étanchéité. En outre, la conception du couvercle permet d'améliorer les conditions d'utilisation et de révision, ainsi que d'abaisser les dépenses de main-d'oeuvre pour la conduite et l'entretien de l'appareil de réduction. Plus bas, est donnée la description d'un exemple concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, avec réfrences auit dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente l'appareil de réduction, en coupe longitudinale : - la figure 2 représente l'appareil de séparation sous vide, en coupe longitudinale. le dispositif proposé comprend un appareil de réduction (figure 1), réalisé sous la forme d'un récipient 1 avec un faux-fond 2, et un organe 3 pour le soutirage du chlorure de magnésium. L'appareil est rendu étanche à l'aide d'un couvercle 4 enfoncé dans le récipient. Sur la tubulure centrale 5 du couvercle est monté un tube 6 servant de collecteur et raccordant à l'enceinte de l'appareil les tubulures pour la mise sous vide de ce dernier et son remplissage de magnésium et de tétrachlorure de titane. L'appareil de séparation sous vide (fi gure 2) est constitué par deux récipients 1 et 7, formant une enceinte close, avec des faux-fonds 2 et 8. le récipient 7 fait office de condenseur. L'appareil comporte un écran thermique 9 avec un conduit de vapeur 10, et une jaquette 11 avec des découpures circulaires et une bride. Au-dessus du condenseur 7 est monté un asperseur 12 de liquide de refroidissement, constitué par un tube percé de trous orientés vers la surface extérieure du condenseur 7. A l'aide de sa bride inférieure, la jaquette 11 est posée sur la bride du condenseur 7, avec interposition d'un joint d'étanchéité. le condenseur est raccordé au circuit de vide par une tubulure 13. b sa partie inférieure', au-dessus de sa bride, la jaquette il comporte une tubulure 14 ppur l'évacuation du liquide de refroidissement chaud. le dispositif proposé fonctionne de la façon suivante. On réunit à la tubulure centrale 5, hermétiquement, le tube 6 à tubulures. On pose le couvercle 4, par l'intermédiaire de sa bride, sur la bride du récipient 1, on serre avec des boulons le joint d'étanchéité interposé entre ces brides, on raccorde par soudage l'organe 3 de soutirage du chlorure de magnésium. On met l'appareil sous vide, on le remplit de gaz inerte et on le réchauffe dans un four jusqu'à 750-8000C. Puis, à travers les tubulures du tube 6, on verse le magnésium, on admet le tétrachlorure de titane, et la réduction s'effectue. Quand elle s'achève, on refroidit l'appareil jusqu'à la température normale. On dépose le tube 6 du couvercle 4 de l'appareil refroidi et on enlève le couvercle 4. On transfère le récipient 1 avec les produits de la réaction jusqu'au lieu de montage de l'appareil de séparation sous vide. On monte sur le récipient 1 l'écran thermique 9 et l'on assemble hermétiquement le condenseur 7 au récipient 1. On détache l'organe 3 et on soude à sa place un tampon. On monte la jaquette 71 sur la bride du condenseur 7, avec interposition d'un joint d'étanchéité. On met l'appareil sous vide, on vérifie son étanchéité, on le place dans un four et on le relie au circuit de vide à l'aide de la tubulure 13. On admet le liquide de refroidissement (eau) à la jaquette 11. Ceci fait, on branche les éléments chauffants du four.Quand la températture dans le four atteint 900 à 9800G, c'est-à-dire au moment où commence la sublimation du magnésium et du chlorure de magnésium, on coupe l'admission de l'eau à la jaquette il et l'on admet liteau à l'asperseur 12. On peut aussi ne pas couper l'admission d'eau à ce moment et utiliser la jaquette en tant que refroidisseur supplémentaire pour le refroidissement plus intense du condenseur 7. L'eau d'aspersion s'accumule à la partie inférieure de la jaquette 11, grâce au joint d'étanchéité interposé entre la bride de la jaquette 11 et celle du condenseur 7. On évacue cette eau à travers la tubulufe 14.On règle l'intensité de refroidissement du condenseur 7 en fonction de la température de sa surface. lorsque la sublimation intensive du magnésium et du chlorure de magnésium s'achève, on n'admet l'eau que dans la jaquette 11. On détermine l'achèvement de la séparation sous vide par des méthodes connues. Ensuite, on refroidit l'appareil contenant l'éponge de titane et on le démonte. Le condensat de magnésium obtenu de pair avec l'éponge de titane peut etre réutilisé dans un nouveau cycle de travail de l'appareil de réduction. Avant l'exécution d'un nouveau cycle, on soumet les deux appareil du dispositif à un nettoyage, un lavage et un séchage. L'invention permet de réduire la durée de la séparation sous vide de 10 à 15 heures, selon la taille de l'appareil. Rien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'utilisation d'un dispositif pour la fabrication du titane par réduction par le magnésium, consistant à verser du magnésium et du tétrachlorure de titane dans un appareil de réduction à travers des tubulures du couvercle de celui-ci, et à éliminer le magnésium et le chlorure de magnésium des produits de réaction dans un appareil de séparation sous vide dont le condenseur est refroidi par circulation d'un agent de refroidissement dans une jaquette encerclant le condenseur avec un certain écartement, caractérisé en ce qu'au cours de ladite séparation sous vide on ne refroidit directement la surface extérieure du condenseur que pendant la période de sublimation intensive du magnésium et du chlorure de magnésium, en réglant l'in ensité de refroidissement du condenseur en fonction de la température de sa surface. 2. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où la surface extérieure du condenseur est refroidie par un liquide, on collecte ce liquide dans l'écartement entre la paroi du condenseur et celle de la jaquette et on l'évacue à travers une tubulure. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2, comprenant un appareil de réduction sous la forme d'un récipient avec un couvèrcle à fermeture étanche comportant des tubulures pour la mise dudit appareil sous vide et pour son remplissage de magnésium et de tétrachlorure de titane, et un condenseur amovible pourvu d'une jaquette et destiné à être réuni, par assemblage étanche, audit appareil de réduction pour former un appareil de séparation sous vide, ladite jaquette étant montée avec un certain écartement par rapport à la surface extérieure dudit condenseur, caractérisé en ce que, entre la jaquette et la surface extérieure du condenseur, au-dessus du condenseur, est monté un asperseur de liquide de refroidissement, constitué par un tube percé de trous orientés vers la surface extérieur du condenseur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la jaquette de l'appareil de séparation sous vide comporte une bride s'accouplant à une bride du condenseur avec interposition d'un joint d'étanchéité, et qu'au-dessus de la bride de la jaquette est montée une tubulure pour l'évacuation du liquide de refroidissement chaud. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tubulures pour la mise sous vide dudit appareil et pour son remplissage de magnésium et de tétrachlorure de titane comportent un collecteur raccordé par assemblage étanche à l'appareil de réduction.