<Desc/Clms Page number 1>
Il est connu de raffiner le plomb, auquel le bismuth est combiné en tant qu'impureté, en soumettant le métal fondu à un traitement par le so- dium et la soude caustique. Ce procédé a cependant pour résultat que le plomb débismuthé contient une proportion de sodium qui doit être éliminée par une opération ultérieure. Une méthode connue pour éliminer le sodium résiduel implique la production de soude caustique à partir de celui-ci; or, ceci est indésirable lorsque le sodium est requis comme tel en vue d'opéra- tions de débismuthation ultérieures.
Un autre procédé connu de débismuthation du plomb consiste à trai- ter le métal fondu par le potassium et le magnésium. Le plomb ainsi traité contient du magnésium et du potassium résiduels, le magnésium étant ensuite séparé sous la forme de l'oxyde de magnésium, après quoi le potassium est séparé sous la forme de l'hydroxyde.
Partant de ce qui précède, la présente invention a pour objet d'é- tablir un procédé et un appareil perfectionnés pour récupérer le sodium ou le potassium à partir du plomb, en particulier du plomb qui avait été débis- muthé par le traitement par ces substances.
Un autre objet de l'invention consiste à établir un procédé perfec- tionné pour additionner le plomb de sodium et de potassium, soit en vue de le débarrasser ultérieurement du bismuth, soit en vue de la formation d'al- liages de plomb.
L'invention est relative à un procédé de séparation du sodium et du potassium d'avec le plomb, procédé qui consiste à soumettre l'hydroxyde en fusion du métal alcalin à une électrolyse en utilisant l'alliage de plomb en fusion comme anode et le plomb en fusion comme cathode, de sorte que le métal alcalin passe de l'anode dans l'électrolyte et se dépose simultanément sur la cathode.
Etant donné que le métal alcalin est progressivement déposé sur le plomb cathodique et incorporé à celui-ci au cours de l'opération, ce pro- cédé peut également être considéré comme une méthode pour préparer un allia- ge de plomb contenant une proportion requise de sodium ou de potassium, sui- vant le cas.
Le métal peut être traité par charges successives, ou bien, le mé- tal de l'anode et celui de la cathode peuvent s'écouler d'une manière con- tinue à travers la cellule ou cuve électrolytique, dans lequel cas ils peu- vent traverser celle-ci en des courants parallèles dirigés en sens opposés.
Une caractéristique marquante de la forme de réalisation la plus favorable de la présente invention, telle qu'applicable particulièrement, mais non exclusivement, au traitement du plomb débismuthé contenant du so- dium et du potassium, réside en ce que le plomb en fusion contenant le mé- tal alcalin sert à former à la fois l'anode et la cathode, avec ceci que la proportion du métal alcalin dans le corps ou flux cathodique croît à me- sure que le corps ou flux anodique en est débarrassé, l'alliage enrichi plomb- metal alcalin, ainsi produit, étant, conformément à une application de l'in- vention, mélangé ultérieurement avec une nouvelle quantité de plomb appelé à être débismuthé, bien que cet alliage puisse être utilisé à d'autres fins.
Les quantit és de métal utilisées pour former l'anode et la catho- de ne sont pas nécessairement les mêmes, chacune de ces quantités pouvant être tantôt supérieure et tantôt inférieure à l'autre, suivant le cas. De plus, et pour des raisons qui seront exposées dans la suite, il peut être avantageux de ramener au système une partie du plomb débismuthé, en vue de son mélange avec une nouvelle quantité de plomb, sans la soumettre au trai- tement électrolytique décrit ci-dessus.
<Desc/Clms Page number 2>
Une autre caractéristique de l'invention réside dans l'incorpora- tion d'une quantité supplémentaire de métal alcalin au plomb par l'électro- lyse de l'hydroxyde, soit dans la même cellule, soit dans une cellule sépa- rée.
L'invention se rapporte également à une cellule électrolytique pour le transfert du métal alcalin d'une masse de plomb en fusion à une au- tre, Cette cellule comprenant des auges ou rigoles espacées et sensiblement parallèles ou d'autres réceptacles appropriés ou organes de répartition appropriés, convenablement disposés, pour le métal anodique et le métal cathodique, ces auges, ou éléments équivalents, étant disposées de manière à être submergées par l'électrolyte.
Les auges ou rigoles précitées sont de préférence relativement longues et sont disposées côte à côte dans le même plan horizontal, des moyens étant prévus pour amener continuellement du plomb en fusion à une ex- trémité de chaque auge ou rigole et pour évacuer le plomb d'une manière continue à partir de l'extrémité opposé de celle-ci. Selon une variante, des charges successives de métal peuvent être traitées dans ces auges.
Selon une variante de l'invention, chacune des électrodes appelées à être utilisées dans un procédé continu peut être constituée par une série d'auges horizontales placées verticalement les unes au-dessus des autres, établies et disposées de telle façon que le plomb en fusion s'écoule vers le bas en passant successivement par les différentes auges, pour être recueil- li dans un réservoir collecteur prévu à la base de la cellule.
Selon une autre variante, le métal en fusion s'écoule vers le bas, sous la forme d'une mince pellicule, le long d'une électrode-plaque verti- cale, pour aboutir dans un réservoir collecteur
Dans les dessins annexés :
La figure 1 est un schéma de marche montrant l'invention telle qu'appliquée à l'élimination de sodium d'une masse de plomb d'oeuvre, ain- si que le remploi du sodium récupéré pour le raffinage d'une nouvelle quan- tité de plomb.
La figure 2 est une vue en coupe et d'élévation en bout d'une cel- lule ou cuve électrolytique.
La figure 3 est une vue en plan de la cellule.
La figure 4 est un schéma de marche d'un procédé de variante.
La figure 5 est une vue perspective d'une variante d'une électro- de.
La figure 6 est une vue schématique en élévation et en coupe d'une cellule électrolytique comprenant les électrodes du genre de celle représentée dans la figure 5 et montrant une unité de débismuthation annexe.
La figure 7 est une vue d'élévation en coupe prise suivant la ligne 7-7 de la figure 6.
La figure 8 est une vue perspective d'un autre type d'électrode.
Le souéma de marche selon la Fig. 1 montre une application de l'in- vention au traitement de plomb d'oeuvre contenant du bismuth, et qui avait été soumis initialement à un traitement approprié où du sodium a été utili- sé pour éliminer le bismuth. Ce traitement de débismuthation ne fait pas partie de la présente invention, étant donné que l'on connaît déjà des pro- cédés appropriés, tels que ceux exposés dans les mémoires des brevets-amé- ricains ? 203650177, 2.402.316 et 2.507.096.
<Desc/Clms Page number 3>
Le plomb d'oeuvre contenant du bismuth et arrivant en 1 est intro- duit, après débismuthation au sodium en 2, - le bismuth étant évacué en 3, - dans un vase 4 et est dirigé de ce dernier vers deux électrodes en forme d'auges, respectivement 10 et 11, prévues dans une cellule électrolytique
12 contenant de la soude caustique fondue en guise d'électrolyte, ce dernier étant maintenu à une température appropriée, quelque peu supérieure au point de fusion du plomb, par exemple une température d'environ 330 - 340 C.
La cellule peut fonctionner d'une façon intermittente ou continue, suivant qu'il s'agit de traiter le plomb par charges successives ou en mar- che continue.
Pour une marche intermittente, on maintient entre les électrodes un potentiel approprié qui, pour du plomb contenant environ 2% de sodium, varie généralement de 0,8 volt environ, au début de l'opération, à 1,2 volt environ, à la fin de celle-ci, à la suite de quoi, du sodium est déposé sur la cathode de plomb en fusion et incorporé à celle-ci, tandis que du sodium passe simultanément dans l'électrolyte à partir de l'anode de plomb en fu- sion.
Par conséquent, la proportion de sodium dans le métal de l'anode di- minue progressivement à mesure que l'opération avance, cependant que la pro- portion de sodium dans la cathode augmente progressivement, cette opération étant de préférence poursuivie jusqu'à ce que le métal de l'anode soit pres- que complètement exempt de son sodium, la cathode de plomb s'étant enrichie d'une quantité équivalente de sodium.
Ainsi, si le plomb convient initialement 2% de sodium par exemple et que des quantités égales de ce plomb ont été utilisées pour former l'ano- de et la cathode, le plomb cathodique contient environ 4% de sodium à la fin du traitement électrolytique, tandis que le plomb anodique est sensible- ment exempt de sodium.
Lorsque le plomb anodique est presque complètement débarrassée de sodium, la tension requise s'élève brusquement d'environ 1,2 volt à environ 2,5 volts, ce qui constitue une indication utile de la fin du processus.
Le rendement du courant est élevé avec une différence de potentiel moyenne de 1 volt environ et une densité de courant d'environ 500 à 1000 ampères par pied carré (0,092903 m2) de surface cathodique.
La cellule électrolytique 12 sert donc d'échangeur de sodium en ce sens que dans celle-ci, le sodium est effectivement transféré de l'ano- de à la cathode.
A la fin du traitement électrolytique, l'anode de plomb exempte de sodium est évacuée du système en 6, tandis que le plomb cathodique enri- chi de sodium est ramené dans le système en 5, pour être mélangé avec une nouvelle quantité de plomb d'oeuvre;, en amont du stade de débismuthation 2, de manière à fournir le sodium nécessaire pour cette dernière. Ainsi, lors- que le plomb à 4% de sodium, ramené dans le système, est mélangé avec une quantité égale de plomb d'oeuvre, le mélange contient 2% de sodium.
Toutefois, il n'est pas indispensable, pour former l'anneau de la cathode, d'employer des quantités égales de plomb au sodium exempt de bismuth, étant donné que chacune de ces quantités peut être tantôt sup érieu- re, tantôt inférieure à l'autre, suivant le cas.
Ainsi, si le traitement vise en premier lieu à produire un plomb au sodium ayant une teneur déterminée en sodium, les quantités employées pour former l'anode et la cathode sont prévues de façon à fournir l'alliage requis. Par exemple, lorsqu'il s'agit de produire un alliage contenant 6% de sodium à partir d'un plomb qui en contient initialement 2%, la quan- tité de plomb utilisée pour la cathode sera la moitié de celle employée pour
<Desc/Clms Page number 4>
former l'anode, et ainsi de suite. On peut aisément produire de cette fa- çon un plomb au sodium contenant jusque 10% de sodium environ.
Même dans le cas, représenté dans la Fig. le où le sodium récupé- ré à partir du plomb anodique est destiné uniquement au traitement de débis- muthation d'une nouvelle quantité deplomb, il peut arriver qu'il ne soit pas nécessaire de faire passer par la cellule électrolytique la totalité du plomb ramené dans le système. Ainsi, et comme indiqué par la ligne en traits mixtes "IR" dans cette figure, une partie du plomb débismuthé peut être ra- menée directement à l'étage de débismuthation 2.
Par exemple, l'appareil de débismuthation peut fonctionner avec un rendement maximum lorsque le plomb d'alimentation contient par exemple 0,005 % de bismuth et 2% de sodium, dans lequel cas, lorsque le plomb frais contient 0,01% de bismuth, le résultat voulu peut être atteint si l'on uti- lise des quantités égales de plomb débismuthé pour former l'anode et la cathode. Dans ces conditions, le plomb cathodique final contient 4% de so- dium, de sorte qu'en le mélangeant avec une quantité égale de plomb frais contenant 0,01% de bismuth, on obtient l'alliage requis, contenant 0,005 % de bismuth et 2% de sodium.
Si toutefois le plomb frais contient 0,02% de bismuth, il sera nécessaire deele mélanger avec trois fois sa quantité de plomb débismuthé, en vue de réduire la teneur de bismuth dans le mélange jusqu'à la valeur re- quise de 0,05 %. Comme, dans ce cas, il n'est pas nécessaire que la totali- té du plomb ramené dans le système soit utilisée pour véhiculer le sodium récupéré dans la cellule électrolytique, une proportion convenable de ce plomb pourra être ramenée directement au système, comme indiqué par le trait mixte DR.
Plus particulièrement, dans les conditions décrites plus haut, un quart du plomb débismuthé sera utilisé pour former l'anode et, si une quan- tité égale était utilisée pour former la cathode, la moitié restante du plomb débismuthé, contenant 2% de sodium, serait ramenée directement à l'étage de débismuthation 2, sans passer par la cellule électrolytique.
Dans ce cas, le plomb cathodique contient 4% de sodium, et le mélange de ce plomb avec une quantité égale de plomb frais présente la teneur requise de 2% de sodium*
Il est bien entendu que lorsque l'opération électrolytique est exécutée d'une façon discontinue, la quantité de plomb frais entrant dans le système doit être égale, en moyenne, au plomb anodique exempt de sodium, qui est évacué du système, tandis que si l'on considère que la fig. 1 re- présente un traitement continu, la vitesse d'alimentation en plomb frais doit être égale à la vitesse d'évacuation de plomb anodique exempt de bis- muth et de sodium.
Par conséquent, lorsque l'invention est appliquée au traitement de débismuthation du plomb, le sodium contenu dans le système est remis en circulation dans l'étage de débismuthation 2 et au moins partiellement dans la cellule d'échange de sodium 12, comme montré dans le schéma.
Toutefois, certaines pertes de sodium se produisent inévitable- ment pendant la phase de débismuthation, pertes qui doivent être compensées.
Lorsque ladite cellule électrolytique est employée pour le traitement de charges successives de plomb, ce sodium de complimentât peut être fourni en élevant la tension de la cellule jusque 3-4 volts environ après que la to- talité du sodium aura été éliminée du plomb anodique, à la suite de quoi une nouvelle quantité de sodium est déposée sur le plomb cathodique par la réduction électrolytique de la soude caustique fondue. Cette opération sert également à éliminer toute quantité de sodium résiduelle du plomb ano-
<Desc/Clms Page number 5>
dique'.. A titre de variante, et comme il sera exposé dans la suite, notam- ment à propos d'une marche continue, le supplément de sodium requis peut être fourni par un traitement électrolytique spécial.
Les figures 2 et 3 montrent d'une façon quelque peu schématique un mode de réalisation approprié d'une cellule électrolytique pour le trai- tement du métal en marche discontinue. Cette cellule comprend un bac en fonte 12 ouvert à sa partie supérieure et enclavé dans une maçonnerie 13 de façon à pouvoir être chauffé par des brûleurs à gaz ou à huile (non re- présentés).
L'anode 10 et la cathode 11 sont constituées chacune par une au- ge oblongue en acier ou en fonte de section transversale semi-circulaire, ces auges étant disposées dans le même plan horizontal à l'intérieur du bac.
Ces auges peuvent être supportées par une couche de matière isolante ré- fractaire 14 disposée sur le fond du bac, ou bien, elles peuvent être sus- pendues à partir de supports prévus au-dessus (non représentés).
Les auges d'électrodes sont complètement submergées par l'élec- trolyte 15, leurs bords en regard étant distants d'environ 2 pouces par exem- ple.
La Fig. 4 est un schéma de marche montrant un procédé de variante dans lequel le plomb en fusion afflue d'une manière continue dans la cellu- le 12, qu'il traverse sous la forme d'un flux anodique et d'un flux catho- dique qui sont évacués de la cellule d'une façon continue. Dans cette fi- gure, le plomb d'oeuvre contenant du bismuth arrive en 1', la débismuthation s'opère en 2' et le bismuth est évacué en 3'o Ainsi, le plomb anodique est progressivement débarrassé de sodium, au fur et à mesure de son passage par la cellule, tandis que le flux cathodique est progressivement enrichi en sodium.
Les flux anodique et cathodique peuvent parcourir les auges ou rigoles opposées, 10 et 11 respectivement, placées de façon à s'opposer par leurs côtés, comme montré dans les figures 2 et 3, dans lequel cas les flux se dirigent de préférence à contre-courant, comme indiqué dans la fige 4.
Le sodium de complément ou de compensation est ajouté au flux ca- thodique par l'électrolyse de la soude caustique dans une cellule séparée 17, munie d'une auge ou rigole d'anode 18 et d'une auge ou rigole de catho- de 19, et l'on remarquera que le flux cathodique exempt de sodium, en pro- venance de la cellule d'échange de sodium 12 se dirige vers la cellule de compensation 17 pour y servir d'anode.
Il est évident que les flux anodique et cathodique doivent être isolés électriquement et qu'il est nécessaire de prévoir une coupure entre les flux anodiques des cellules 12 et 17, afin de pouvoir maintenir des tensions différentes dans ceux-ci. Ce résultat peut être obtenu par exem- ple en faisant en sorte que le flux anodique se divise en gouttes distinc- tes en passant sur des déversoirs ou en s'échappant d'ajutages de refoule- ment situés aux endroits désignés par 20, 21 et 22, le flux cathodique pou- vant être interrompu d'une manière analogue. A titre de variante, des va- ses isolés (non représentés) pour le plomb anodique peuvent être disposés de chaque côté de chaque cellule électrolytique.
Au lieu d'amener le métal en fusion à s'écouler horizontalement à travers les cellules 12 et 17, et conformément à une variante, il est a- vantageux de faire passer le métal verticalement à travers celles-ci, ce qui permet d'augmenter la surface d'électrode pour une superficie donnée du fond du bassin.
Ainsi, un mode de construction approprié d'une électrode, repré- senté dans la figo 5, comprend une série d'auges horizontales 24 disposées
<Desc/Clms Page number 6>
les unes au-dessus des autres et écartées les unes des autres d'une distan- ce convenable, les extrémités de ces auges étant fixées à des éléments ex- trêmes verticaux 25. Chaque auge 24 peut être constituée avantageusement par un tronçon d'un profilé d'acier en L, comme montré dans cette figure et être munie d'une série d'orifices ou d'encoches d'écoulement 27, dispo- sées au-dessous dlubord supérieur de cette auge et par lesquelles le métal en fusion s'écoule continuellement vers l'auge située au-dessous.
Une construction de cellule comprenant les électrodes multiples du genre de celle représentée dans la fig. 5 est montrée dans les figures 6 et 7 conjointement avec une tour de débismuthation 30.
Une série d'anodes 10 et de cathodes 11, alternant les unes avec les autres, sont disposées dans la cellule, le plomb au sodium en fusion affluant dans l'auge supérieure 24 de chaque électrode à partir d'une auge d'alimentation commune 31 qui s'élève au-dessus des électrodes et qui est munie d'une série de soupapes d'écoulement réglables 32, soit une pour cha- que électrode.
L'ajutage de sortie de chaque soupape est disposé à 7 pouces ou plus au-dessus de la première auge d'en haut 24 de l'électrode considérée, afin que chaque flux de métal puisse se diviser en gouttes, ce qui permet d'éviter tout court-circuit grave.
Le métal en fusion qui est ainsi continuellement envoyé à la première auge d'en haut 24 de chaque électrode s'écoule de cette auge à la même vitesse, à travers les orifices 27, et est recueilli dans l'auge suivante de la série, jusqu'à son -évacuation finale à partir de la première auge doen-bas, d'où le métal tombe, sous la forme de gouttes distinctes, dans un compartiment collecteur correspondant 33 ou 34, prévu dans le fond de la cellule. Ainsi, le métal en fusion contenu dans les compartiments 33 et 34 est isolé des électrodes.
Le métal cathodique recueilli dans les compartiments 34 est éva- cué de ceux-ci d'une manière continue vers un bassin collecteur commun 35 par l'intermédiaire de siphons correspondants 36 en U; de même, le métal anodique recueilli dans les compartiments 33 est évacué de ceux-ci, par des siphons 37 en U, vers une auge 38.
Le métal évacué de la tour de débismuthation 30 est également conduit par une canalisation 39 dans le bassin 35, d'où le métal en fusion est aspiré d'une façon continue par une pompe centrifuge 40 commandée par un moteur électrique 41 et est refoulé dans la rigole d'alimentation 31 d' dont l'extrémité d'écoulement s'avance au-dessus de l'extrémité supérieure de la tour 30.
Ainsi, toute fraction de métal remis en circulation, qui n'est pas fournie aux électrodes par les soupapes 32, est ramenée directement à l'éta- ge de débismuthation, comme décrit plus haut. Le plomb frais à traiter se dirige continuellement vers la tour 30 par une canalisation 42.
La Fig. 8 montre une autre forme de réalisation d'une électrode verticale constituée par une plaque d'acier 43 munie d'un tube de distribu- tion 44 pour l'alliage de plomb-sodium en fusion, ce tube étant soudé au bord supérieur de la plaque. Le tube 44 est muni d'une série d'orifices ou de fentes d'écoulement 45, disposés à proximité de la surface de la plaque, de telle façon que le métal en fusion arrive sur celle-ci d'une façon con- tinue. Après avoir mouillé la surface de la plaque d'acier, l'alliage plomb- sodium en fusion s'écoule continuellement vers le bas sur cette surface sous la forme d'une mince pellicule et arrive finalement dans un compartiment collecteur correspondant, disposé de la manière représentée dans les figures
<Desc/Clms Page number 7>
6 et 7.
Alors que la description détaillée ci-dessus se rapporte unique- ment au traitement d'alliages de plomb-sodium,il est bien entendu que la même méthode et le même appareillage peuvent être utilisés pour le traite- ment d'alliages de plomb-potassium, dans lequel cas l'hydroxyde de potas- sium sera utilisé comme électrolyte. Ainsi, dans l'application de l'inven- tion au traitement du plomb débismuthé contenant du potassium, le plomb cathodique, enrichi en potassium, peut être ramené dans le système poux ê- tre mélangé à une nouvelle quantité de plomb contenant du bismuth, comme décrit et représenté à propos du traitement du plomb-sodium.