Brevet FR2552779A1 — publié le 19850405

-1 Procédé d'obtention de zirconium en grande quantité par réduction de tétrachlorure de zirconium" La présente invention concerne un procédé 5 d'obtention de zirconium en grande quantité par réduction de tétrachlorure de zirconium De façon générale, l'invention concerne la production de zirconium métallique, purifié à partir de minerais de zirconium et notamment la partie du procédé au cours de laquelle le tétrachlorure de zirco10 nium réagit avec le magnésium métallique pour réduire le tétrachlorure de zirconium métallique. Antérieurement, le tétrachlorure de zirconium a été réduit par un procédé de bain dans un réacteur en deux parties, le tétrachlorure de zirconium à réduire étant chargé dans la partie supérieure et le magnésium métallique étant mis dans le fond Une ouverture entre la partie supérieure et la partie inférieure du récipient-réducteur étant prévue au-dessus du niveau de tétrachlorure de zirconium à l'état solide de façon que lors 20 de la vaporisation du tétrachlor ure de zirconium, la vapeur puisse s'écouler dans la partie inférieure du récipient et réagir avec le magnésium liquéfié. On a constaté que le procédé selon l'art antérieur présentait des inconvénients graves La quantité 25 de zirconium qui peut être produite dans un seul bain est très limitée par la quantité de tétrachlorure de zirconium qui peut être chargée dans des fours de dimensions conve- nables pour la pratique et la qualité du zirconium produit est considérablement influencée par la vitesse de réaction. En outre, l'alimentation en tétrachlorure de zirconium dans la partie inférieure du four peut seulement se régler de façon grossière dans de tels systèmes. La présente invention concerne un procédé de réduction d'une grande quantité de zirconium, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on introduit du tétrachlorure de zirconium à l'état solide dans un récipient 10 de sublimation, au moins périodiquement, on chauffe le récipient de sublimation pour vaporiser le tétrachlorure de zirconium, on fait passer le tétrachlorure de zirconium vaporisé du récipient de sublimation dans un récipient de réduction, on prend des mesures indiquant le passage du 15 récipient de sublimation au récipient de réduction et on règle la température d'un condenseur combiné au récipient- sublimeur, de façon à pouvoir réduire économiquement de grandes quantités de tétrachlorure de zirconium pour obtenir du zirconium métallique de grande qualité. La présente invention permet une alimentation contr 8 ôlée d'une quantité de tétrachlorure de zirconium nécessaire pour obtenir une quantité optimale de zirconium En particulier, le procédé commande l'alimentation d'un sublimeur dans le récipient de réduction en utilisant 25 les mesures correspondant à l'alimentation pour commander la température d'un condenseur situé de façon à coopérer avec le sublimeur Le condenseur assure une commande beaucoup plus rapide que les tentatives de commande de la vitesse de chauffage du tétrachlorure de zirconium solide et se traduit par un produit de plus grande qualité en permettant de réaliser une commande du procédé même lorsque du tétrachlorure de zirconium, supplémentaire est introduit dans le récipient de sublimation. La présente invention sera décrite de 35 façon plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une coupe transversale en élévation d'un four de réduction selon l'art antérieur. la figure 2 est un schéma d'un appareil de réduction de zirconium pour la mise en oeuvre d'un mode de réalisation d'un procédé de commande. la figure 3 est un schéma d'un appareil de réduction de zirconium pour la mise en oeuvre d'une variante de réalisation d'un procédé de commande selon 10 l'invention. Selon la figure 1, le procédé de fabrication selon l'art antérieur permet de n'introduire qu'une quantité limitée de tétrachlorure de zirconium dans le four de réduction 10 Le tétrachlorure de zirconium à l'état solide est chargé dans la partie supérieure 12 et est normalement vaporisé par la chaleur remontant de la partie inférieure 14 Normalement, on n'a utilisé qu'un seul moyen de chauffage 16 à la fois pour faire fondre le magnésium métallique 18 et pour vaporiser le tétra20 chlorure de zirconium 20 Même si l'on utilisait un moyen de chauffage auxiliaire pour chauffer le tétrachlorure de zirconium, le débit de vapeur de tétrachlorure de zirconium à travers la jonction 22 reste toujours fondamentalement incontrôlé quant au temps de réaction entre un chan25 gement de vitesse de chauffage et un changement de débit de sapeur de tétrachlorure de zirconium à travers la jonction 22 puisque le débit est extrêmement lent (de l'ordre de quelques minutes). A la figure 2, le récipient de réduction 30 24 et la partie de sublimation 26 sont des récipients distincts Un condenseur 28 est prévu en combinaison avec le sublimeur 26, le fluide de refroidissement du conden seur (et ainsi la température) étant contrôlé par un dispositif de mesure de pression 30 dans le récipient de réduction 24 Le récipient de réduction 24 est chauffé par 2 jj ' 79 le moyen de chauffage 16 et le sublimeur 26 est chauffé par un dispositif de chauffage distinct de sublimation 32 Le tétrachlorure de zirconium est fourni de préférence au sublimeur à partir de multiples trémies d'alimenta5 tion La figure 2 montre une telle trémie d'alimentation de tétrachlorure de zirconium 34 au-dessus du sublimeur 26 En fermant les vannes d'isolation 36, on peut enlever une trémie d'alimentation vide et la remplacer par une trémie d'alimentation pleine de tétrachlorure de zirconium 10 sans interrompre le fonctionnement du procédé de réduction. De façon générale, ce procédé commandé pour la réduction de grandes quantités de zirconium consiste à introduire du tétrachlorure de zirconium à l'état solide dans un sublimeur, au moins de façon périodique, 15 à chauffer le sublimeur pour vaporiser le tétrachlorure de zirconium et envoyer le tétrachlorure de zirconium vaporisé du sublimeur dans le récipient de réduction De façon très importante, des mesures ont été prises pour indiquer le passage du sublimeur vers le récipient de réduc20 tion et la température d'un condenseur coopérant avec le sublimeur est commandée de façon à régler le débit de tétrachlorure de zirconium vaporisé dans le récipient de réduction Cette commande de débit assure un zirconium métallique de très grande qualité et permet également de 25 remplacer les trémies d'alimentation sans modification importante dans les conditions de réduction; cela permet ainsi de traiter des quantités très importantes (qui ne sont plus limitées par la quantité de tétrachlorure de zirconium que l'on charge en pratique dans un seul réci30 pient) de matière de grande qualité. Le moyen de chauffage du sublimeur peut être commandé de diverses manières et ce chauffage n'est pas critique On peut maintenir le sublimeur à une température essentiellement constante; sa température peut 35 également être autorisée à varier entre une température maximale et une température minimale; le sublimeur peut egalement recevoir une quantité essentiellement constante de chaleur Ainsi, lorsque les conditions de réaction sont commandées par le refroidissement assuré par le con5 denseur, on voit que la réaction devient relativement insensible aux conditions relatives à la partie principale du sublimeur. De façon préférentielle, on utilise un débit limité entre le sublimeur et le condenseur, la liai10 son étant du côté du condenseur pour la limitation de débit Cela donne une réponse de commande relativement rapide et rend le système plus insensible aux variations des conditions relatives au sublimeur, et qui se produisent par exemple au cours du remplacement des trémies 15 d'alimentation. La figure 3 montre une variante de réalisation dans laquelle le moyen de limitation de débit 38 est prévu entre la partie principale du sublimeur et le condenseur La figure 3 montre également l'utilisation 20 d'un dispositif de mesure de débit à l'interconnexion, comme capteur servant à régler la température du condenseur 28 De plus, un dispositif d'alimentation 40 en forme de vis d'Archimède est utilisé pour faire passer le tétrachlorure de zirconium à l'état solide de la trémie d'ali25 mentation 34 dans le sublimeur 26 I 1 est à remarquer que le tétrachlorure de zirconium est à l'état solide par opposition à l'état gazeux (à des pressions voisines de la pression atmosphérique auxquelles travaille les récipients, le tétrachlorure de zirconium se sublime directe30 ment en passant de la phase solide à la phase gazeuse sans passer par une phase liquide) et que la poudre en forme de flocons de tétrachlorure de zirconium "solide" peut avantageusement être fournie par une vis d'Archimède Lorsque le moteur 42 entraîne la vis d'Archimède 40, le tétra35 chlorure de zirconium est fourni à un débit relativement uniforme, ce qui donne un procédé bien commandé L'utilisation d'une garniture en "y" 44 permet de brancher deux trémies d'alimentation de tétrachlorure de zirconium 34 en même temps ou encore de les couper séparément l'une de 5 l'autre, ce-qui assure l'alimentation en continu de tétrachlorure de zirconium Le niveau de tétrachlorure de zirconium dans le sublimeur se mesure par un système de détection de niveau 46 Un tube de détecteur 48 descend jusqu'au niveau auquel il est maintenu Une pompe 50 fait cir10 culer le gaz et le capteur de pression de retour 52 capte la montée en pression lorsque le fond du tube-capteur est couvert de tétrachlorure de zirconium à l'état solide La vitesse du moteur 42 peut se commander par exemple à une valeur inférieure au débit d'équilibre lorsque le niveau 15 est au-dessus du fond du tube 48 du capteur; cette vitesse peut être commandée à une vitesse supérieure au débit d'équilibre lorsque le niveau est inférieur au fond du tube 48 du capteur. Le niveau dans le récipient de réduction 20 24 peut également être contrôlé et le chlorure de magnésium s'enlève à travers le robinet 54 pour le chlorure de magnésium de façon à éviter que le volume de la quantité traitée ne soit limité par le chlorure de magnésium constituant un sousproduit. A la fin dg la réduction, la plus grande partie du chlorure de magnésium est évacuée et le robinet 56 de magnésium est ouvert pour permettre au magnésium métallique n'ayant pas réagi de s'écouler dans le récipient de récupération de magnésium 58 (Une certaine quan30 tité de chlorure de magnésium passe également dans le récipient de récupération mais cela n'entraîne aucune difficulté) Le récipient de réduction 24 peut alors s'utiliser pour la distillation en chauffant le récipient de réduction 24 à une température vaporisant tout le magnésium 35 résiduel. 529779 R E V E N D I CA T I O N S 1 ) Procédé pour l'obtention de zirconium en grande quantité par réduction, procédé caractérisé en ce qu'on introduit du tétrachlorure de zirconium à l'état so5 lide dans un sublimeur ( 26), au moins de façon périodique, on fait chauffer le sublimeur pour vaporiser le tétrachlorure de zirconuim, on fait passer le tétrachlorure de zirconium vaporisé du sublimeur dans un récipient ( 24) de réduction, on prend des mesures correspondant au passage du 10 sublimeur vers le récipient de réduction et on règle la température d'un condenseur ( 28) situé en combinaison avec le sublimeur, de façon à pouvoir réduire économiquement de grandes quantités de tétrachiorure de zirconium et obtenir du zirconium métallique de grande qualité. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sublimeur est chauffé de façon réglable à une température essentiellement constante. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tétrachlo20 rure de zirconium vaporisé est fourni en continu du sublimeur vers le récipient de réduction-( 24). 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on mesure le débit entre le sublimeur et le récipient de réduction et 25 on commande la température du condenseur pour maintenir ce débit à un niveau essentiellement constant. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on mesure la pression du récipient de réduction pour commander la température du condenseur ( 28). 30 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'on utilise un moyen de limitation de débit entre le sublimeur et le condenseur. 7 ) Procédé selon l'une quelconque des 35 revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on mesure le niveau du tétrachlorure de zirconium dans le sublimeur à au moins un point pour maintenir à un niveau minimum de tétrachlorure de zirconium dans le sublimeur. 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on mesure le niveau de tétrachlorure de zirconium solide en mesurant la pression de retour dans une boucle de remise en circulation. 9 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on mesure le 10 niveau du récipient de réduction et on enlève au moins périodiquement le chlorure de magnésium pour maintenir le niveau de chlorure de magnésium dans le récipient de réduction.