SULFATE DE PROTOXYDE DE FER
si la température a été assez élevée, il ne reste que du sesquioxyde de fer. Elles peuvent servir aussi à la préparation du soufre ; par la distillation, elles se changent en pyrite magnétique en dégageant du soufre; le résidu fixe, exposé à l’air, se transforme en sulfate de fer.
(*) PYRITE MAGNÉTIQUE. Fe7S8.
Équiv. = 4050 ou 324.
La nature présente une variété de sulfure de fer qui est attirable à l’aimant ; on la nomme pyrite magnétique. On peut la considérer comme formée de 6 parties de protosulfure de fer unies à 1 partie de bisulfure. Fe7S8 = FeS2,6FeS=:Fe2S3,5FeS.
La pyrite magnétique est le plus stable de tous les sulfures de fer; elle peut être obtenue artificiellement par les méthodes suivantes :
1° En portant du fer au rouge blanc, et le mettant alors en contact avec du soufre : si l’on applique un canon de soufre sur une barre de fer chauffée au rouge blanc, le sulfure de fer qui se forme entre en fusion et s’écoule, la barre finit par être percée ;
2° En chauffant du fer jusqu’au rouge blanc, et en introduisant le métal dans un creuset où se trouve du soufre en fusion : le sulfure de fer tombe au fond du creuset.
Le sulfure de fer préparé arlificiellement sert souventdans les laboratoires pour faire l’acide sulfhydrique; on le traite alors par l’acide sulfurique étendu ; si le sulfure contient du fer libre, il se dégage un mélange cl’bydrogcne et d’acide sulfhydrique :
Fe7S8 + 2Fe + 9(SQ3,HO) = 9(SO»,FeO) + SSH + H.
SULFATE DE PROTOXYDE DE FER, FeO,S03.
Equiv. = 950 ou 75,20.
L acide sulfurique ne se combine qu’en une seule proportion avec le protoxyde de fer ; ce sulfate est neutre : on l’appelait autrefois couperose verte, vitriol vert.
Le sulfate de feraunesaveur sty p tique ; il n’est pas vénéneux; il est soluble dans deux fois son poids d’eau froide, et dans les trois quarts de son poids d’eau bouillante. Il cristallise en pi ismes rhomboïdaux obliques qui contiennent 45,5 pour 100 d eau, ou 7 équivalents.
Si le sullate de fer cristallise à la température de 80° en préd^eaC ^ Un CXC^S ^ Ü ne retient plus que 3 équivalents
Lorsqu’on chauffe à 100° le sulfate de fer, il perd 6 équivalents deau, mais le septième équivalent résiste a cette tempé-
a â 8 SULFATE DE PROTOXYDE DE FER.
rature, et n’est expulsé que par une chaleur plus forte; le sel devient alors d’un blanc grisâtre, et reprend sa couleur verte en présence de l’eau. On obtient le sulfate de fer sous forme d’une poudre blanche cristalline, quand on verse dans sa dissolution de l’alcool ou de l’acide sulfurique concentré ; ce précipité retient 1 équivalent d’eau.
Le sulfate de fer porté au rouge sombre se décompose et produit du peroxyde de fer, de l’acide sulfureux et de l’acide sulfurique anhydre : 2(S03,Fe0) = Fe203 SO2 -+- SO3. Comme on n’arrive jamais, dans l’industrie, à dessécher complètement le sulfate de fer, l’acide sulfurique qui se dégage dans cette calcination retient toujours une certaine quantité d’eau. (Voir Acide sulfurique de Nordhausen.)
Une dissolution de sulfate de fer exposée à l’air absorbe l'oxygène, devient d’un vert foncé, et laisse bientôt déposer un sulfate de peroxyde basique, qui a pour formule : S03,2Fe*03. La liqueur retient un sel de fer, dont la base est l’oxyde de fer magnétique Fe203,Fe0. Lorsque l’action de l’air est prolongée, le sulfate de fer peut se transformer complètement en un mélange de deux sulfates de sesqui-oxyde, l’un neutre et l’autre basique.
Tous les corps oxydants, tels que le chlore, les acides liypoazotique et azotique, transforment le sulfate de protoxyde de fer en sulfate de peroxyde.
Le sulfate de fer absorbe très-facilement le bi-oxyde d’azote et se colore en brun : celle absorption a lieu'généralement pour tous les sels de fer au minimum, et la quantité de gaz absorbée est telle que le protoxyde du sel de fer pourrait être transformé en sesqui-oxyde par l’oxygène du déutoxyde d’azote, lise forme dans ce cas une combinaison peu stable, qui dégage du deutoxyde d’azote lorsqu'on la soumet à une évaporation dans le vide, et qui produit un dégagement d'ammoniaque par l’action des alcalis.
Préparai ion. — On peut obtenir le sulfate de protoxyde de fer en traitant le fer par l’acide sulfurique étendu :
SO»,HO + Fc = SOV’eO + H.
Mais on prépare ordinairement ce sel en exposant à l’air des pyrites eflloresccnlcs, des pyrites préalablement grillées, ou dès schistes pyrileux, qui absorbent 1 oxygène et se transforment en sulfate de protoxyde de fer.
Comme, dans cette oxydation, il se forme une quantité d'acide sulfurique plus que suffisante pour saturer le protoxyde de fer, l’excès d’acide se combine à l’alumine contenue dans l’argile mélangée à la pyrite, et forme du sulfate d'alumine :
3FeS» + Al*0* + on = 3(S05,Fc0) + 3S0S,Al*0».
Lorsque la sulfatisation est complète, on reprend la masse
CARBONATE DE FER
par l’eau, et l’on évapore la liqueur, qui laisse déposer des cristaux de sulfate de protoxyde de fer. Le sulfate d’alumine reste dans les eaux mères ; il est converti en alun au moyen du sulfate de potasse ou du sulfate d’ammoniaque. (Voyez Alun.)
Le sulfate de fer fabriqué en grand n’est pas pur ; il contient ordinairement des sels de cuivre, de zinc, de manganèse, d’alumine, de magnésie et de chaux. Pour le débarrasser du cuivre, on met dans sa dissolution des lames de fer qui précipitent le cuivre. 11 est fort difficile de séparer les autres sels, qui sont presque tous isomorphes avec le sulfate de protoxyde de fer.
Usages. — Le sulfate de fer est employé pour produire l’acide sulfurique de Nordhausen et le coleothar. 11 sert à monter les cuves d’indigo et à précipiter l’or de ses dissolutions ; il entre dans la préparation des fonds noirs en teinture, dans celle de beaucoup de mordants et de couleurs ferrugineuses ; il est employé dans la fabrication du bleu de Prusse et de l’encre. 11 sert à précipiter la poudre d’or qu’on emploie dans la peinture sur porcelaine, etc.
Le carbonate de protoxyde de fer est insoluble dans l’eau; on peut le préparer par double décomposition en traitant un sel de protoxyde de fer par un carbonate alcalin. 11 est d’un blanc jaunâtre, et se transtorme a 1 air en hydrate de sesqui-oxyde de
On peut obtenir le carbonate de protoxyde de fer en petits ciistaux en chauffant a 150°, dans un tube fermé aux deux bouts, un mélange do carbonate de chaux p.t rie
(*) CARBONATE DE FER. Fe0,C02.
Équiv. = 72a ou 58.
EXTRACTION DU FER
EXTRACTION DU FER
On donne le nom de minerai de fer à toute substance contenant assez de fer pour que son exploitation puisse être faite industriellement. Comme de petites quantités de phosphore, de soufre ou d’arsenic, ôtent au fer toute sa ténacité, on rejette les minerais dans lesquels le fer est uni à l’un ou à l’autre de ces corps. On exploite cependant un minerai formé d’hydrate de peroxyde de fer et de phosphate de fer; il donne des fontes phosphoreuses, applicables à certains usages.
Les seuls minerais exploités généralement sont :
L’oxyde de fer magnétique, Fe304 ;
Le peroxyde de fer anhydre ou fer oligiste, Fe*03;
L’hydrate de peroxyde de fer, Fe203, HO ( limonite , fer oolithique , ou hématite brune).
Le carbonate de protoxyde de fer (fer spathique ou fer carbonaté des houillères), FeO,C02.
Les métallurgistes divisent les minerais de fer en deux espèces principales, les mines terreuses et les tnmes en roches. Les premières sont formées par de l'hydrate de peroxyde de fer; les secondes comprennent toutes les autres espèces.
Les différents minerais de fer contiennent toujours des matières étrangères, appelées gangues , formées principalement de silice et d’alumine en proportions variables.
On réduit toujours les minerais de fer par le charbon, en suivant deux méthodes dont nous donnerons ici le principe.
Supposons d’abord que l’on fasse cette réduction en chauffant le minerai au contact du charbon, sans ajouter aucun fondant; la gangue se combine avec une partie de l'oxyde de fer; il se forme ainsi des silicates basiques très-fusibles, qui s’expriment facilement sous le choc du marteau qu’on emploie pour battre la masse spongieuse du métal réduit. Cette masse s'agrège et donne du fer ductile. C’est le procédé qui est encore en usage dans les forges catalanes; on ne l’applique (ju’il des minerais très-riches, car on perd une quantité de 1er d’autant plus grande que le minerai renferme plus de gangue.
3 Dans le traitement des minerais ordinaires, on ajoute une base qui puisse rendre la gangue fusible; cette base est la chaux.
Il se forme ainsi un silicate double d’alumine et de chaux qui est beaucoup moins fusible que le silicate d’alumine et de fer; aussi est-on obligé d’employer une température très-élevée. Le fer se combine avec une petite quantité de carbone; il passe ainsi à l’état de fonte et devient complètement liquide. Cette méthode, dans laquelle on opère un fondage général de la gangue et du métal réduit, porte le nom de procédé des hauts fourneaux.
Avant de traiter un minerai par la méthode catalane ou par celle des hauts fourneaux, on doit le soumettre à une série d’operations qui constitue la préparation des minerais.
MÉTHODE CATALANE
Préparation des minerais. — Les mines terreuses ne sont pas soumises au grillage; on se contente de les laver dans un courant d’eau, en les remuant à la pelle, ou au moyen d’une machine appelée patouillet.
Le patouillet se compose d’une caisse demi- cylindrique, dans laquelle tourne l’arbre d’une roue hydraulique; cet arbre porte des bras de fer qui agitent le minerai placé dans la caisse et soumis à l’action d’un courant d’eau continu. L’eau bourbeuse s’écoule constamment par un déversoir.
Lorsque les minerais sont en roche, on commence par les concasser au moyen de pilons mécaniques qu’on nomme des bocards, de là le nom de bocardage donné à l’opération. Dans quelques pays on soumet le minerai à une calcination qui le désagrégé. Cette opération a pour but de rendre le minerai moins dur, plus poreux, plus facile à réduire, et d’expulser l’eau et l’acide carbonique qu’il renferme.
On peut exécuter le grillage en tas à l’air libre, ou dans des enceintes de maçonnerie, ou bien dans des fours à cuisson continue semblables aux fours à chaux.
MÉTHODE CATALANE
La méthode catalane a pour résultat de donner immédiatement du fer malléable, sans passer par la fonte.
Quand on ajoute des minerais très-manganésifères dans le foyer, les scories deviennent riches en manganèse, pauvres en fer, et il se produit de l’acier naturel en proportion très-notable.
Le minerai n’est soumis à la réduction qu’après avoir été grillé.
Dans la méthode catalane, la silice contenue dans la gangue produit avec l’oxyde de "fer un silicate de fer fusible, qui constitue les scories. Ou perd ainsi une grande quantité d’oxyde de 1er, et 100 parties de minerai donnent en moyenne 33 pour 100 de fer métallique.
Les fourneaux dans lesquels s’opère la réduction sont des creusets rectangulaires ; les parois sont revêtues de plaques de tonte épaisses, et le fond est formé d’une pierre de °rès réfractaire {fig. 108).
Le combustible employé généralement dans les forges catalanes est le charbon de bois. b
Pour rendre la combustion énergique, on fait arriver, au
moyen d une tuyère de cuivre creuset.
un courant d’air dans le
„S( “uhine soufflante, appelée trompe, se compose d’un tuyau e tical A perce de trous à sa partie supérieure, dans lequel on lait arriver un courant d eau en B qui entraîne de l’air dans sa chute; 1 eau abandonne cet air dans une vaste caisse C, et s’écoute par un ori lice inférieur, pendant que l’air sort par la tuyère
!!!(t?1II1ui1Ii(I^ avec ^ partie supérieure de la caisse. Le combustible employé est ordinairement le charbon de bois.
MÉTHODE CATALANE
On commence par introduire dans le creuset du charbon incandescent jusqu’au-dessus de la tuyère, et l’on divise le creuset en deux parties au moyen d’une pelle. D’un côté on place le mi-
Fig. 103.
norai et de l'autre le charbon. Le combustible est toujours Su côté de1 la tuyère. 1 ors. que le creuset est charge on retire la pelle qu’on avait placée pour empêcher le mélange a minerai et du charbon.
FABRICATION DE LA FONTE
Lorsque le chargement est fait, on donne le vent d’abord avec précaution, et ensuite aussi fort que possible.
L’ouvrier doit alors remuer la masse avec un crochet : à un certain moment de l’opération il laisse écouler les scories, et lorsqu’il juge que la réduction est complète, il ramasse les grumeaux de fer disséminés dans la masse agglutinée, et en forme une masse appelée loupe , qu’il enlève et qu'il porte sous un lourd marteaumûpar une roue hydraulique; les scories s’écoulent sous l’action du marteau, le métal s’agrège ; on le divise au moyen de fortscouteaux en lopins, qui sont forgés et étirés enbarre.
Dans les foyers catalans, une opération dure ordinairement six heures. On traite en une seule fois environ 470 kilogrammes de minerai qui consomment 500 kilogrammes de charbon et produisent 150 kilogrammes de fer marchand.
Le procédé des torges catalanes donne du fer nerveux de bonne qualité; mais il ne peut s’appliquer qu’aux minerais très-riches. Le fer que l’on obtient ainsi est souvent mélangé de petits grains d’acier qui l’empêchent d’étre [laminé facilement; mais ce fer aciéreux est très-recherché pour certains usages.
Nous décrirons maintenant le procédé des hauts fourneaux dans lequel le fer est réduit en fonte, et qui permet l’exploitation des minerais même très-pauvres.
FABRICATION DE I.A FONTE
Le traitement des minerais de fer dans les hauts fourneaux exige un fondage complot : le fer réduit s’unit avec une petite <luanUté de carbone, et produit de la fonte qui est fusible; les differentes substances qui forment la gangue doivent elles-mêmes entrer en fusion a 1 aide de fondants convenables ; elles forment ainsi le laitier.
Lorsque la gangue d’un minerai est argileuse, on y ajoute, pour la faire entrer en fusion, une certaine quantité de carbonate de chaux que les ouvriers appellent castine, et qui forme avec la silice un silicate d’alumine et de chaux fusible à la température elevée du haut fourneau.
,..^a ëanëue est calcaire, on mélange le minerai avec une matièie siliceuse que 1 on nomme erbue. Mais le plus souvent on mélangé en proportion convenable le minerai calcaire avec un minerai siliceux.
Er , n c r me.n • intél'icu1' d un haut fourneau est construit en ïnA?»ml?ia|C airfS'e '?n pierres siliceuses pouvant supporter une tempeiature tres-elevée sans entrer en fusion.
eui loi me est celle de deux troncs de cône opposés hase à iase, reunis au moyen d une courbure douce, pour éviter dans antérieur du fourneau les angles rentrants qui nuiraient il la mai clie de la flamme ou a celle des minerais; souvent aussi les eux cônes sont opposés base à base, sans courbure douce au raccordement (fig. 1 09).
FABRICATION DE LA FONTE
Le tirage d’un fourneau ordinaire serait (out à fait insuffisant pour produire dans le haut foürneau la température qui doit déterminer la fusion du laitier et de la fonte; on y fait arriver
Fig. 109.
le vent d’une, deux ou trois tuyères à la fois, qui sont alimentées par une machine soufflante mue par une machine à vapeur.
Un haut fourneau se compose de différentes parties qui ont chacune un nom particulier.
On appelle gueulard l’ouverture supérieure du haut fourneau AB, qui est circulaire; c’est par le gueulard que se charge le fourneau, et que l’on introduit des couches alternatives de minerai, de combustible et de fondant.
La partie BC, appelée cuve, fait suite au gueulard.
La partie CD représente le ventre du fourneau.
L’espace DE est appelé l’étalage ou les étalages. C’est dans cette
FABRICATION DE LA FONTE
partie que commencent la carburation du fer et la réduction par le charbon.
C’est dans la partie EF, qui est presque cylindrique et que l’on nomme ouvrage, que la température est le plus élevée.
Le charbon contenu dans l’ouvrage, se combinant à l’oxygène de l’air, se transforme en acide carbonique dans le voisinage des tuyères. Cet acide carbonique, en s’élevant, rencontre du charbon incandescent qui le ramène à l’état d’oxyde de carbone. Celui-ci arrive dans la cuve, où il trouve le minerai chauffé au rouge sombre ; il le réduit en repassant à l’état d’acide carbonique ( t ).
Le recouvrement du creuset est soutenu par deux pièces de fonte qui portent les noms de tympe et de tacret.
La paroi antérieure du creuset est formée par une forte pierre M, qui porte le nom de dame.
Au-dessus de la dame est une ouverture par laquelle s’écoule constamment le laitier sur un plan incliné MN.
A côté de la dame se trouve un canal qui va du fourneau au sol de l’atelier, et qui sert à conduire la fonte lorsqu’on fait la coulée. Pendant la réduction, le trou de coulée est fermé par un tampon d’argile mélangée de poussier de charbon.
La fonte vient s’écouler dans des moules de sable, et forme une masse qui porte le nom de gueuse ; dès que la gueuse est coulée, l’ouvrier a soin de la recouvrir de sable pour rendre le refroidissement plus lent.
La tuyère est l’ouverture par laquelle l’air pénètre dans le fourneau ; elle se trouve au-dessus du creuset.
r iJl*1011 pulsc du Saz a différentes hauteurs dans le haut fourneau, comme l’a tait bbelmcn, on trouve que la colonne gazeuse qui s’élève peu à peu de la tuyère au gueulard contient de l’acide carbonique, de l’oxyde de carbone, de l’azote et de 1 hydrogéné provenant de ta vapeur d’eau amenée par l’air des tuvères. Les nroportions de ces gaz sont indiquées dans le tableau suivant :
