Brevet FR2670802A1 — publié le 19920626

PROCEDE POUR PURIFIER UNE EPONGE DE ZIRCONIUM La présente invention concerne un procédé pour purifier une éponge de zirconium produite par un procédé de réduction Kroll. Dans le procédé Kroll, du chlorure de zirconium ou un sel similaire réagit avec du magnésium pour produire du zirconium métallique et du chlorure de magnésium Le zirconium est produit dans une cornue de réduction sous la forme d'une éponge contenue dans un culot contenant également le chlorure de magnésium et le magnésium n'ayant pas réagi. Le culot est transféré à un dispositif de distillation pour purifier l'éponge de zirconium Le dispositif est tout d'abord mis sous vide et le culot est dégazé avant d'être chauffé jusqu'à des températures supérieures à environ 8000 C et cela tout en étant maintenu à des pressions absolues de 1333 Pa ( 10 mm Hg) ou à des pressions inférieures Par exemple, on peut maintenir le culot pendant 24 heures ou pendant une période plus longue à une température comprise entre 8000 C et 10000 C et à une pression absolue d'environ 1333 Pa ( 10 mm Hg) ou une pression inférieure pour distiller la majeure partie du magnésium On peut ensuite maintenir le culot pendant une autre période de 24 heures ou une période plus longue à une température comprise entre 900 C et 11000 C et à une pression absolue d'environ 13, 33 10 03 Pa ( 100 gm de Hg) ou à une pression inférieure pour éliminer par distillation la majeure partie du chlorure de magnésium. Dans les procédés industriels, on peut purifier plusieurs éponges de zirconium à la fois On peut placer plusieurs éponges dans une cuve de distillation On peut disposer ensuite un four à moufle amovible sur la cuve de distillation pour chauffer cette cuve jusqu'à la température du procédé puis maintenir ensuite la température pendant la durée de l'opération Après que le magnésium et le chlorure de magnésium ont été extraits de l'éponge par distillation, on peut enlever le four puis placer une cuve de refroidissement sur la cuve de distillation On peut souffler de l'air à travers l'espace annulaire compris entre la cuve de distillation et la cuve de refroidissement pour refroidir cette cuve de distillation essentiellement par convexion et par rayonnement L'éponge de zirconium purifiée se refroidit essentiellement par rayonnement seul car elle est maintenue sous un vide poussé presque jusqu'à la fin de l'opération de refroidissement et ne réagit pas avec les gaz atmosphériques. La purification d'une éponge de zirconium demande donc une période de temps très longue, ce qui se traduit par un faible rendement du dispositif de distillation. La présente invention a pour objet de purifier une éponge de zirconium à une vitesse sensiblement plus élevée que celle qu'il est possible d'obtenir habituellement. Compte tenu de cet objet, la présente invention réside dans un procédé perfectionné pour purifier une éponge de zirconium contaminée par du magnésium n'ayant pas réagi et par du chlorure de magnésium Selon la présente invention, le magnésium et le chlorure de magnésium sont éliminés de l'éponge de zirconium par distillation à une température supérieure à environ 800 OC et à une pression absolue inférieure à environ 13,33 10 03 Pa ( 100 Mm de Hg) dans une cuve de distillation Les vapeurs distillées sont condensées dans un condenseur disposé dans un moyen d'écoulement de gaz qui communique avec la cuve de distillation La cuve de distillation et les condenseurs sont ensuite remplis avec un gaz inerte tel que l'hélium. Le gaz est ensuite remis en circulation entre la cuve de distillation et le condenseur afin de refroidir l'éponge d'une température supérieure à environ 8000 C jusqu'à une température inférieure à environ 3000 C, et de préférence inférieure à environ 1000 C, par refroidissement du gaz de recirculation dans le condenseur De préférence, le système est rechargé jusqu'à une pression absolue d'environ 506,5 102 Pa, ce qui est suffisant pour transférer de façon efficace une quantité importante de chaleur depuis l'éponge jusqu'au condenseur et jusqu'aux parois refroidies du condenseur tout en supprimant notablement la revaporisation du magnésium et du chlorure de magnésium condensés. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le système est rempli avec un gaz vers la fin du cycle de distillation lorsque le chlorure de magnésium à faible tension de vapeur est en cours de distillation de telle sorte que le gaz inerte agisse comme un gaz porteur. La distillation du chlorure de magnésium peut donc continuer à des pressions absolues plus élevées et/ou à des vitesses plus grandes que ce qu'il est possible d'obtenir habituellement Les gaz froids refroidissent également l'éponge à une vitesse plus grande, ce qui élimine la possibilité d'une revaporisation d'une partie du magnésium ou du chlorure de magnésium par la chaleur irradiée par l'éponge Les vapeurs revaporisées peuvent être rétrodiffusées jusqu'aux éponges pures Cette pratique réduit également le temps du cycle global, ce qui diminue le prix de revient. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description donnée ci-après de sa mise en oeuvre dans un dispositif de distillation représenté schématiquement sur le dessin annexé. Le dessin annexé montre, d'une façon générale, un dispositif de distillation 10 comprenant une cuve de distillation inversée 12 fixée à l'aide de brides à un condenseur 14 Une canalisation de vide 16 de grand diamètre est également représentée et cette canalisation comporte un filtre intégré 18 ainsi qu'une vanne d'isolement 20 qui raccordent le dispositif de distillation à une source de vide (qui n'a pas été représentée) Le dispositif de distillation 10 comprend également une soufflante 26 de gaz inerte comportant une canalisation d'entrée 28 raccordée à la canalisation 16 de vide et une canalisation de sortie 30 raccordée à un tube de distribution 32 disposé dans la cuve de distillation 12 pour une recirculation d'un gaz inerte, tel que l'argon. L'argon peut être fourni au dispositif de distillation 10 à partir d'un réservoir d'emmagasinage 34 par l'intermédiaire d'une canalisation 36 ou à partir de tout autre source appropriée d'alimentation. La cuve de distillation 12 contient une ou plusieurs (trois ont été représentées) éponges de zirconnium 40 dans des cadres 42 empilés sur une base 44 comportant un tube de descente 46 qui s'étend jusque dans le condenseur 14 Le schéma montre, sous une forme générale, les éponges de zirconium 40 après que le magnésium et le chlorure de magnésium ont été éliminés par distillation. Le condenseur 14, tel que représenté, comporte un creuset 52 en forme de sablier contenant du magnésium et du chlorure de magnésium condensés 54 Le condenseur peut comporter une chemise refroidie par eau comportant une entrée 56 et une sortie 58 ou avoir toute autre conception appropriée. Dans la mise en oeuvre de la présente invention, la cuve de distillation 12 est recouverte par un four à moufle (non représenté) et est préchauffée jusqu'à une température d'environ 400 WC tout en étant mise sous vide afin de dégazer le système La cuve de distillation 12 et son contenu sont ensuite chauffés jusqu'à une température supérieure à environ 8000 C et évacués jusqu'à une pression absolue d'environ 13,33 103 Pa ( 100 mm de Hg) ou une pression inférieure pour éliminer par distillation le magnésium La cuve de distillation 12 est ensuite chauffée jusqu'à une température supérieure à environ 9000 C pour distiller le chlorure de magnésium qui possède une tension de vapeur égale à environ un dizième de la tension de vapeur du magnésium Le magnésium et le chlorure de magnésium s'écoulent dans le tube de descente 46 et se condensent dans le creuset 52 en forme de sablier que comporte le condenseur 14. Dans une mise en oeuvre préférée de la présente invention, un gaz inerte, tel que l'argon, est chargé dans le système à partir d'un réservoir d'emmagasinage 34 vers la fin de l'opération de distillation pour transporter le chlorure de magnésium en cours de distillation à partir de l'éponge de zirconium De préférence, la pression absolue dans la cuve de distillation et dans le condenseur est maintenue à une pression d'environ 1333 Pa ( 10 mm de Hg) ou à une pression inférieure de manière que des quantités exagérées de chaleur ne soient pas transférées hors de la cuve de distillation 12 par le gaz porteur La circulation du gaz et des vapeurs dans la cuve de distillation 12 et dans le condenseur 14 peut être provoquée par la condensation du chlorure de magnésium dans le condenseur 14 ou bien on peut utiliser une soufflante 26. Après que le magnésium et le chlorure de magnésium ont été distillés de l'éponge de zirconium, on enlève le four du dispositif de distillation 10 et on le remplace, de préférence, par la cuve de refroidissement (non représentée) La cuve de distillation 12 est alors refroidie par l'air soufflé à travers la partie annulaire définie par la cuve de distillation 12 et la cuve de refroidissement (non représentée) Pendant que la cuve de distillation 12 est refroidie dans la cuve de refroidissement (non représentée), l'éponge de zirconium 40 est refroidie, par convexion et rayonnement, par un gaz de recirculation, tel que de l'argon ou de l'hélium, que l'on fait recirculer entre la cuve de distillation 12 et le condenseur 14 De préférence, le gaz est remis en circulation par la soufflante, mais cette circulation est engendrée par convexion thermique Le gaz est refroidi par les parois latérales du creuset 52 se trouvant au-dessus du magnésium et du chlorure de magnésium condensés 54 et par les produits condensés eux-mêmes De préférence, le système est rempli jusqu'à une pression absolue d'environ 506,5 102 Pa (un demi atmosphère) Aux pressions absolues sensiblement inférieures, les temps de refroidissement ont tendance à augmenter et les produits condensés peuvent se vaporiser de nouveau puis condenser de nouveau dans les canalisations 28 et 30 ou dans la soufflante 26 A des pressions notablement plus élevées, les temps de refroidissement augmentent uniquement par incréments ou paliers. Après que l'éponge de zirconium 40 a été refroidie jusqu'à une température inférieure à environ 3000 C et, de préférence, inférieure à 1000 C, on peut évacuer le système en renvoyant par soufflage l'argon dans le réservoir d'emmagasinage 34 par l'intermédiaire d'une canalisation de retour 62 afin de récupérer cet argon et on peut remplir le système avec de l'air On peut ensuite continuer de traiter l'éponge 40 de zirconium et les produits condensés 54 Dans une variante, on peut récupérer l'argon dans un dispositif de récupération. En plus de réduire notablement le temps nécessaire pour purifier l'éponge 40 de zirconium, la présente façon de procéder se traduit par l'absorption de l'argon dans les surfaces des éponges de sorte que les éponges absorbent moins d'impuretés de l'air lorsque les dispositifs de distillation sont remplis avec de l'air, c'est-à-dire mis en communication avec l'atmosphère. Le schéma montre d'une façon générale un dispositif de distillation 10 dans lequel les gaz chauds se trouvant dans la cuve de distillation 12 s'écoulent vers le bas jusque dans le condenseur 14 et jusque sur la surface du magnésium et du chlorure de magnésium Dans une variante de comception, l'écoulement est inversé de sorte que le gaz s'écoule du condenseur vers la cuve de distillation (non représentée) Dans cette variante de conception, les gaz sont de préférence refroidis dans un échangeur de chaleur jusqu'à une température intermédiaire suffisamment élevée pour qu'une condensation ne se produise pas dans la canalisation, mais suffisamment basse pour empêcher pratiquement toute vaporisation du magnésium et du chlorure de magnésium dans le condenseur 14. REVENDICATIONS 1 Procédé pour purifier une éponge de zirconium par un procédé de réduction Kroll dans lequel est produit sous forme d'un culot une éponge de zirconium contaminée par du magnésium n'ayant pas réagi et par du chlorure de magnésium en tant que sous-produit, le procédé susvisé comprenant les étapes consistant: à distiller le magnésium et le chlorure de magnésium d'un culot contenant une éponge de zirconium à une température supérieure à environ 8000 C et à une pression absolue inférieure à environ 1333 Pa ( 10 mm de Hg) dans une cuve de distillation pour purifier l'éponge de zirconium; et à condenser dans un condenseur le magnésium et le chlorure de magnésium extraits de l'éponge de zirconium par distillation, caractérisé par les étapes consistant: à remplir avec un gaz la cuve contenant l'éponge de zirconium et le condenseur contenant le magnésium et le chlorure de magnésium; à faire recirculer le gaz entre la cuve et le condenseur pour refroidir l'éponge de zirconium d'une température supérieure à environ 8000 C jusqu'à une température inférieure à environ 3000 C; et à refroidir le gaz de recirculation dans le condenseur contenant le magnésium condensé et le chlorure il de magnésium condensé au fur et à mesure que le gaz refroidit l'éponge de zirconium jusqu'à une température inférieure à environ 3000 C. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée dans la cuve et le condenseur un vide d'environ 506,5 102 Pa ( 1/2 atmosphère). 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on remplit avec un gaz inerte la cuve et le condenseur. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz inerte est de l'argon.