Brevet FR2654745A1 — publié le 19910524

L'invention concerne l'utilisation de fines de métal spon- gieux zirconium et/ou hafnium et de fines semblables d'autres métaux exotiques, comme le titane de l'uranium, dans un but d'avantage éco- nomique. On ajuste habituellement les caractéristiques des métaux zirconium et/ou hafnium dans un état dit "spongieux" lors de la pro- duction de métal zirconium et/ou hafnium pur à partir de sable de zircon On produit un régule impur de métal spongieux zirconium et/ou hafnium contenant du magnésium et du chlorure de magnésium, en rédui- sant de la poudre de tétrachlorure de zirconium et/ou hafnium avec du magnésium et en fondant le mélange résultant de zirconium et/ou hafnium et de magnésium et chlorure de magnésium dans un four à dis- tillation sous vide, pour éliminer par distillation la plus grande partie du magnésium et du chlorure de magnésium avec d'autres impure- tés volatiles On broie le régule d'éponge de zirconium et/ou haf- nium, pour le réduire à une dimension adaptée à l'alimentation d'une étape de fusion dans la production d'un lingot de métal zirconium et/ou hafnium utilisable. Au cours du broyage, on produit environ cinq à dix pour cent en poids de fines (par exemple, moins vingt mesh au tamis stan- dart de Tyler) inutilisables et hautement pyrophoriques Le seul moyen connu pour employer ces fines est de les brûler dans de l'oxyde zirconium et/ou hafnium et d'ajouter l'oxyde au sable de zircon, au cours d'une étape de chloration du processus global Cette opéra- tion fait toutefois perdre d'essentiel de la valeur de l'éponge cons- tituant les fines. Un objectif essentiel dans l'élaboration de la présente invention était de trouver un moyen d'employer efficacement, du point de vue économique, les fines spongieuses qui proviennent de l'étape de broyage d'éponge lors de la production de zirconium et/ou hafnium ou d'autres métaux exotiques. Conformément à l'invention, on met en contact des fines d'éponge métallique de zirconium et/ou hafnium ou d'éponges d'autres métaux exotiques, normalement inutilisables et dangereuses, avec du magnésium en fusion ou un mélange en fusion de magnésium et de chlorure de magnésium, dans le four à distillation sous vide classi- que, sous une atmosphère de gaz hélium, afin de mouiller leurs sur- faces avec le matériau en fusion, après quoi on abaisse la tempéra- ture du four en-dessous du point de fusion de ce matériau, ce qui provoque la solidification de la charge dans le four On réchauffe ensuite cette charge solidifiée à une température à laquelle le ma- gnésium ou le magnésium et le chlorure de magnésium se vaporisent ( 900 OC-10400 C), après quoi le frittage des fines de métal s'effectue pendant une période de l'ordrer de dix heures ou plus Pendant cette étape de frittage, les fines s'agglomèrent par fusion pour donner un produit dréponge métallique semblable à celui produit de la façon classique. Pour mettre en oeuvre l'invention, la meilleure façon ac- tuellement retenue est d'utiliser un four à distillation sous vide classique et de placer les fines d'éponge au sommet d'un mélange de particules solides de magnésium (,env-iron 65 o en poids) et de chlorure de magnésium (environ 35 % en poids) à l'intérieur du four, en employant entre environ 20 %o et environ 75 % 0, de préférence environ 42 % de mélange par rapport au poids des fines On chauffe ensuite le four à une température et pendant une durée qui élimineront toute humidité de la charge, après quoi on augmente la température du four pour fondre le magnésium et chlorure de magnésium et pour permettre ainsi aux fines d'éponge de tomber dans le bain de magnésium et de chlorure de magnésium en fusion On fait ensuite baisser la tempéra- ture du four jusqu'en dessous du point de fusion du magnésium et du chlorure de magnésium, afin de les solidifier autour des fines d'éponge On augmente ensuite la température du four, suffisamment pour vaporiser le magnésium et le chlorure de magnésium, et on le maintient à cette température pendant une durée suffisante pour frit- ter les fines d'éponge en un comprimé spongieux qui, après refroidis- sement, peut être broyé aux dimensions appropriées pour fusion sous vide de la façon classique On a découvert que ce broyage produit moins de cinq pour cent en poids de fines. On a réalisé une mise en oeuvre pilote du procédé de l'in- vention dans un four à distillation sous vide ATM de l'usine de la Western Zirconium Company (Westinghouse Electric Corporation) à Ogden Utah. On a placé deux lots de fines d'éponge de zirconium, de chacun 544, 8 kg ( 1200 livres) à -20 mesh, dans deux bacs d'acier inoxydable A l'un des bacs, on a ajouté une charge de 181,6 kg ( 400 livres) de magnésium sous forme pulvérulente et à l'autre, on a ajouté une charge de 249,7 kg ( 550 livres) de poudre de magnésium ( 65 % O en poids) et de chlorure de magnésium ( 35 %o en poids) mélangé. On a placé le premier lot en position médiane dans le four, et l'au- tre au sommet. On a réalisé le vide dans le four de manière classique et on a installé la masselotte du four On a fait démarrer le cycle de température à une pression de 558,8 mm (vingt deux pouces) de mercure à la masselotte On a maintenu la chauffe dans le four à 3000 C pendant une durée de dix heures, après quoi on a augmenté la température du four jusqu'à 4500 C pendant une durée de vingt deux heures. On a ensuite rempli le four et la masselotte de la façon habituelle, en utilisant de l'hélium à basse pression pour maintenir la pression On a ensuite débranché le flexible de raccordement sous vide de la masselotte et on a mis en place un clapet anti-retour de 2333 Pa (un tiers de livre par pouce carré) sur la conduite d'air ambiant à l'intérieur du tableau de commande, pour pouvoir évacuer la pression du four On a ouvert la vanne d'air ambiant pour évacuer lentement la pression à travers le clapet anti-retour, puis on l'a refermée suffisamment pour que l'hélium à basse pression se maintien- ne de façon stable à une pression d'environ 10500 Pa (une livre et demie par pouce carré) La pression ne devait pas dépasser 14000 Pa (deux p s i). On a augmenté la chauffe du four jusqu'à 7500 C et on l'a maintenu à cette température pendant une durée de dix heures, après quoi on a diminué la chauffe pour que la température du four tombe à 3500 C, température qu'on a maintenue pendant une durée de quatre heures Après cela, on a rebranché la conduite à vide de la masselot- te, on a enlevé le clapet anti-retour et on a réalisé le vide dans le four et la masselotte de manière classique pour préparer la dis- tillation, la chauffe du four restant à 3500 C. On a ensuite augmenté la chauffe du four jusqu'à 750 WC et on l'a maintenu à cette température pendant dix heures, après quoi on a augmenté la chauffe du four pour maintenir la température du four à 9000 C pendant trente heures, puis pour maintenir la tempéra- ture du four à 9600 C pendant dix heures On a ensuite coupé l'alimen- tation de chauffe du four et on a rempli et refroidi le four. On a trouvé que le bac qui comprenait à la fois du magnésium et du chlorure de magnésium, et qu'on avait placé au sommet du four, contenait de l'éponge métallique de zirconium normale, alors que l'autre bac, qui comprenait du magnésium seul et avait été placé en position médiane dans le four, contenait de l'éponge métallique de zirconium d'apparence granuleuse, mais à ceci près, normale Dans chacun des cas, au concassage de ces deux éponges métalliques dif- férentes, les fines représentaient moins de cinq pour cent en poids. Puisque l'éponge métallique du bac contenant à la fois du magnésium et du chlorure de magnésium était parfaitement normale, on y a prélevé deux échantillons pour analyse chimique L'analyse a donné les résultats suivants Elément 1 er échantillon (ppm) 2 ème échantillon (ppm) Al 170 451 Si 26 59 Cr 84 41 Fe 1338 892 Ni 20 20 Nb 10 12 Ti 25 50 Ta 100 100 Hf, 11072 22732 0 4617 4372 Cl 100 96 Dureté Bernell 252 253 Ces analyses sont caractéristiques de l'éponge brute de zirconium/hafnium, à part la haute teneur en oxygène et la durété Bernell Le taux d'oxygène est en relation directe avec la surface développée des particules, alors que la valeur de dureté Bernell est significative d'une haute teneur en oxygène. Bien que cette invention soit illustrée et décrite ici par référence spécifique à une réalisation de celle-ci, que l'on consi- dère actuellement comme la meilleure façon de réaliser cette inven- tion dans la pratique courante, on doit comprendre qu'il est possible d'apporter différents changements, en adaptant l'invention à diverses réalisations, sans s'éloigner des concepts d'invention plus généraux exposés ici et qu'englobent les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1 Procédé de production de métal spongieux à partir de fines d'un métal d'un type que l'on peut produire sous la forme d'éponge, carac- térisé par les étapes de: mise en contact desdites fines avec du magnésium en fusion, dans des conditions de température au-dessus du point de fusion du magnésium, pour mouiller les surfaces desdites fines de métal avec ledit magnésium; abaissement de la température jusque ou en- dessous du point de fusion du magnésium, pour solidifier ledit magnésium en fusion; et frittage et agglomération par fusion des fines de métal, par élévation de la température jusque ou au-des- sus du point de vaporisation du magnésium, en éliminant de cette façon ledit magnésium par distillation. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fines de métal comprennent du zirconium. 3 Procédé selon la revendication de métal comprennent du hafnium. 4 Procédé selon la revendication de métal comprennent du titane. 5 Procédé selon la revendication de métal comprennent de l'uranium. 6 Procédé selon la revendication sont amenées en contact avec un de chlorure de magnésium, dans dessus du point de fusion dudit jusque ou endessous du point de fier ledit mélange en fusion; et 1, caractérisé en ce que les fines 1, caractérisé en ce que les fines 1, caractérisé en ce que les fines 1, caractérisé en ce que les fines mélange en fusion de magnésium et des conditions de température au- mélange; on abaisse la température fusion dudit mélange, pour solidi- on élève la température jusque ou au-dessus du point de vaporisation dudit mélange, en éliminant de cette façon le magnésium et le chlorure de magnésium par distil- lation. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mélange contient environ 65 %o en poids de magnésium et environ 35 %o en poids de chlorure de magnésium, et le poids dudit mélange représente entre environ 20 %o et environ 75 %D du poids des fines. 8 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le poids du mélange représente environ 42 %o du poids des fines.