BOIS
Les bois présentent tous un tissu solide, de composition orga> nique, à texture fibreuse ; entre les fibres sont des canaux capillaires, dans lesquels circule la sève pendant la vie des arbres. La sève contient en dissolution des gaz, et des sels très-divers, dont le véritable état chimique n'est pas encore bien connu, mais dont on peut extraire, par des moyens plus ou moins simples, des matières minérales et des composés organiques très-nombreux. La proportion de la sève, et la nature des sels contenus, varient beaucoup avec les espèces, avec la nature du sol, avec les influences climatériques ; elles offrent même de grandes variations dans les diverses parties du même arbre. Certaines parties des bois verts contiennent plus de la moitié de leur poids de sève.
Les bois coupés, abandonnés à l'air, perdent par évaporation une partie de l'eau qu'ils contenaient au moment de la coupe ; ils en retiennent encore environ 22 pour 100 au bout d'un an; ce nombre est lui-même assez variable avec l'état de l'atmosphère ; car, après un certain temps de coupe, le bois absorbe de l'eau hygrométrique par la pluie, il perd de l'eau quand l'air est sec et chaud.
Par dessiccation convenablement graduée, le bois laisse s'éva-
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porer peu à peu l'eau hygrométrique et toute l'eau de la sève, mais il n'est complètement sec qu'à une température notablement supérieure à 100 degrés. Chauffé plus fortement, il abandonne del'eau, qui provient de la décomposition partielle des substances organiques ; à une température plus élevée, on obtient de l'acide acétique, puis des produits inflammables, et si on pousse la température au rouge très-vif, il reste du charbon, qui contient les matières minérales fixes de la sève. La nature des produits de la distillation du bois, et la proportion de charbon obtenue, varient entre des limites â^sez étendues avec la rapidité de la calcination. Quand on chauffe très-rapidement au rouge vif, on n'obtient que la moitié, ou tout au plus les deux tiers, de la proportion de charbon qui serait donnée par une distillation lente ; en même temps, les produits volatilisés sont bien plus riches en carbone, ils sont capa* blés de produire en brûlant une température plus élevée.
La carbonisation industrielle du bois est faite par des procédés très-divers, qui se rapportent à deux types principaux : la carbonisation en meules, la carbonisation en vases clos. Dans la premièrcj on brûle sur place une partie du bois, pour produire dans rintérieur de la meule la température nécessaire à la transformation en charbon. Dans la seconde, le bois est chauffé extèriemement, et les produits de la distillation sont recueillis en partie : on les utilise soit pour entretepir le feu, soit pour en retirer, par des élaborations diverses, des matières susceptibles d'être livrées au commerce.
La carbonisation en vases clos donne toujours, pour les mêmes bois, plus de charbon que la carbonisation en meules ; mais, en général, la température est moins élevée et surtout moins régulière, la décomposition des matières organiques n'est pas aussi complète , le charbon est moins dense et plus inflammable ; il n'est pas aussi propre aux opérations métallurgiques qui exigent une température très-élevée. Du reste, le rendement en charbon est très-variable, avec les espèces do bois carbonisés, avec les soins employés à la conduite de l'opération; il ne peut pas rester constant dans une même localité, puisque l'état hygrométrique du bois dépend des circonstances atmosphériques, qui peuvent faire varier déplus do 10 pour 100 le poids du bois mis en opération.
En meules , le bouleau, le noisetier, la bourdaine, ne donnent pas plus de 13 à 14 pour 100 do charbon, dans des conditions
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assez favorables, le bois étant carbonisé après un an de coupe ; le buis, le chêne, le hêtre, le sapin en donnent de 18 à 20 pour 100 ; le rendement peut même s'élever jusqu'à 2S pour 100.
Quand on opère envases clos, on obtient jusqu'à 2S et 30 pour 100 de charbon.
Le rendement en volume est extrêmement variable, de 30 à 58 pour 100 ; il est toujours bien moindre pour les branchages que pour les gros bois.
Le bois est employé : pour le chauffage des machines à vapeur, ou dans des fours à réverbère, pour diverses opérations métallurgiques ; pour les usages domestiques ; pour la fabrication du charbon de bois.
Dans les réverbères on se sert de bois simplement séché à l'air ou sous des hangars, ou bien desséché à une température un peu élevée dans des fours spéciaux.
Pour ces divers usages, l'examen du combustible au laboratoire peut donner quelques indications utiles; elles >îennent s'ajouter aux connaissances pratiques sur l'emploi des espèces différentes de bois. Ces indications sont :
1** La détermination de l'eau hygrométrique ;
2^ La proportion de charbon, produit par une distillation lente ou rapide ;
3** La valeur approximative du pouvoir calorifique ;
ht* La proportion et la composition des cendres.
On pourrait même évaluer le pouvoir calorifique des produits de la distillation, faite lentement ou rapidement ; mais les opérations nécessaires à cette évaluation sont très-déUcates et difficiles à conduire, et, pour ces motifs, elles ne sont faites que dans des cas extrêmement rares.
Dessiccation du bois. — Une première et très-grande difficulté se présente dans le choix de l'échantillon : les diverses parties d'un même arbre renferment des proportions très-différentes des liquides de la sève; pour des arbres de diverses espèces ces différences sont encore bien plus grandes ; de plus, les bois coupés depuis un certain temps, et rangés en tas en plein air, perdent des quantités très-variables de l'eau hygrométrique primitivement contenue.
Pour les applications industrielles, il s'agirait de déterminer Teau contenue dans un tas comprenant un nombre considérable
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de stères, et reûfermant des arbreà, troncs et branches, d'espèces différentes. Ce simple exposé suffit pour démontrer que le problème industriel est réellement insoluble, et que, pour obtenir rigoureusement la proportion d'eau contenue dans le bois, il faudrait dessécher le tas tout entier. On peut cependant atteindre une certaine approximation en prenant des morceaux de tous les bois de natures diverses qui se trouvent dans le tas proposé, et en cherchant à évaluer à peu près dans quelle proportion se trouvent ces bois. Au laboratoire on détermine la quantité d*eau renfermée dans chacun des échantillons prélevés, et on peut déduire des résultats obtenus une indication approchée de Teau contenue dans le tas entier.
Pom* chaque échantillon la détermination de Teau se fait de la manière suivante : le morceau est coupé en fragments trèspetits; ceux-ci, après avoir été pesés, sont placés dans une capsule de porcelaine, et chauffés à la température de 118 à 120 degrés, soit sur un bain de sable, soit dans une étuve. Après douze heures d'exposition à cette température, on procède à une première pesée, et on chauffe de nouveau pendant plusieurs heures ; la dessiccation ne peut être considérée comme complète que lorsque deux pesées successives doiment des poids identiques. Le bois fortement desséché est très-hygi'ométrique, ce qui exige que pendant le refroidissement et la pesée on prenne , chaque fois, de grandes précautions pour empocher que le bois n'absorbe tine certaine quantité d*eau atmosphérique.
Carbonisation. — Avec les appareils dont on dispose dans \^i laboratoires on ne peut opérer la carbonisation que sur des poids très-faibles de bois, et par conséquent sur des échantillom; les résultats obtenus ne se rapportent qu'aux parties des bois sur lesquelles les échantillons ont été prélevés. Il est d'ailleurs impossible de placer le bois dans des conditions analogues à celles de la carbonisation pratique, principalement quand les bois doivent être carbonisés en meules. On ne doit donc pas s'attendre à une concordance , même seulement approximative , entre le rendement en petit et le rendement industriel. L'essai fait au laboratoire, quand bien même on parviendrait à choisir convenablement les échantillons , ne peut pas servir de contrôle à la carbonisation pratique. C'est en suivant avec attention toutes les phases de l'opération qu'on peut reconnaître sa perfection ou
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éés défauts, et voîr quelles modîflcations il convient d'apporter aux méthodes usitées dans les diverses localités.
La caleination dans un creuset fermé donne des proportions très-différentes de charbon, suivant qu'on chauffe rapidement au rouge vif, ou qu'on élëve progressivement la température ; il en résulte que les nombres obtenus par différents chimistes pour les mêmes bois peuvent s'écarter beaucoup les uns dos autres, suivant la manière d'opérer la caleination, et même suivant la forme et les dimensions des fours dont disposent les opérateurs. Les nombres obtenus, pour le rendement en charbon de plusieurs espèces de bois, ne sont comparables que si les calcinations sont faites par la môme personne, dans le même four, et dans des conditions identiques.
On comprend facilement, d'après ces observations, qu'il ne faut pas attacher une signification trop absolue aux nombres qui sont portés dans plusieurs traités de chimie pour le rendement du bois en charbon , déterminé au laboratoire ; ce sont simplement des termes de comparaison, quand les expériences ont été convenablement dirigées.
La caleination en eUe-même est, du reste, une opération trèssimple : le bois, réduit en copeaux et pesé, est placé dans un creuset de platine muni de son couvercle ; le creuset de platine est mis dans un creuset de terre, et l'intervalle entre les deux couvercles est rempli avec des petits fragments de charbon , destinés à empêcher les gaz oxydants de pénétrer jusqu'au bois. Le creuset de terre est chauffé dans uù four de caleination jusqu'au rouge très-vif, température qui doit être maintenue pendant au moins une demi-heure, quand on opère sur 8 à 10 grammes de bois. On laisse refroidir complètement le creuset de platine avant de le sortir du creuset de terre, et on pèse rapidement le charbon obtenu, en se tenant en garde contre ses propriétés hygrométriques.
Dans le tableau des résultats de l'essai il est essentiel de noter si la caleination d été conduite lentement ou rapidement ; dans la plupart des cas il est utile de faire deux fois l'opération dans les conditions les plus opposées, c'est-à-dire en chauffant très-progressivement, et aussi rapidement que possible, afin dé poser les Hmites extrêmes du rendement en charbon, mt laboratoire, de l'espèce de bois sur laquelle on a opéré.
Pouvoir calorifique. — La chaleur pratiquement utilisable, que le bois peut produire en brûlant, varie avec un grand nombre de circonstances : d'abord avec la nature du bois et avec son état hygrométrique ; ensuite avec la forme des foyers et des fours ; avec la proportion d'air introduite dans l'appareil.
Pour déterminer le pouvoir calorifique du bois, destiné à un usage déterminé, il faudrait faire au laboratoire des séries d'expériences dans lesquelles fussent reproduites toutes les circonstances principales de l'emploi industriel. Cela est généralement impossible, et pour ce motif les essais de pouvoir calorifique, qui peuvent être faits par les chimistes, n'ont qu'un intérêt scientifique : ils servent seulement à faire la comparaison des diverses espèces de bois sous le rapport de la chaleur produite par la combustion complète. Les résultats ne peuvent être comparables que si toutes les expériences sont conduites rigoureusement de la mémo manière.
Plusieurs procédés ont été proposés pour cette détermination du pouvoir calorifique des bois ; quelques chimistes ont cherché à évaluer le poids de glace fondue par la combustion complète d'une certaine quantité de bois ; d'autres ont évalué l'élévation de température d'un poids d'eau connu. Ces procédés sont d'une application délicate et donnent à peine des résultats comparables, en raison de causes d'erreur trop multipliées, dont il n'est pas possible de se garantir.
On obtient des nombres qui ne sont pas notablement plus inexacts en suivant la méthode suivante, proposée par M. Berthier pour les combustibles en général ; elle consiste à déterminer le poids de la litharge dont la réduction est produite par 1 gramme de bois. Comme l'application en est très-rapide, elle parait devoir être préférée à toutes celles qui ont été proposées jusqu'à présent.
Cette méthode est fondée sur im principe dont l'exactitude n'est pas nett^nent démontrée ; il faut admettre que les divers corps combustibles, en se combinant avec l'oxygène et en passant à leur degré d'oxydation le plus élevé, produisent des quantités de chaleur proportionnelles à l'oxygène absorbé. Ce fait parait avoir été constaté, au moins approximativement, pour l'hydrogène et pour le carbone, et ensuite généralisé pour tous les corps combustibles, principalement composés de carbone et d'hydro-<
gène. Si Ton admet le fait comme démontré, il est facile de comparer les pouvoirs calorifiques des divers combustibles en déterminant les quantités de plomb obtenues, en faisant agir le même poids de chacun d'eux sur un grand excès de litharge.
Si les expériences sont faites dans des conditions telles que la totalité des matières combustibles puisse agir facilement sur l'oxyde de plomb, le carbone et l'hydrogène passent à l'état d'eau et d'acide carbonique, les poids de plomb produits sont proportionnels à l'oxygène absorbé, et, par conséquent, aussi aux pouvoirs calorifiques qu'il s'agit de comparer. On peut ensuite calculer avec une certaine approximation la chaleur dégagée, rapportée à l'unité admise, la calorie (quantité de chaleur nécessaire pour élever d'une unité la température de 1 kilogramme d'eau), en observant que 1 gramme de carbone pur dégage 7,815 calories, et produit 34 grammes de plomb avec la litharge.
En désignant par P le poids de plomb que donne avec la li-
p tharge 1 gramme du combustible proposé, le rapport ^ représente le poids de carbone pur qui dégagerait la même quantité de chaleur, ou, sous le point de vue du pouvoir calorifique, la quantité de carbone équivalente à 1 gramme du combustible ;
le nombre de calories que produirait 1 granune de ce combus-
tible est représenté par ^. 7,815.
Pour les bois, l'application du procédé par la Utharge présente des difficultés assez grandes, qu'on ne rencontre pas quand il s'agit de combustibles déjà carbonisés : la matière organique commence par se décomposer, et perd par distillation une partie de son hydrogène, et même de son carbone, à une température à laquelle ces produits ne peuvent pas encore agir comme réductifs énergiques sur l'oxyde de plomb. H en résulte que si on chauffe un peu lentement le mélange de bois avec la litharge en excès, on ne fait pas agir sur l'oxyde métallique la totalité du carbone et de l'hydrogène qui brûleraient, et, par conséquent, produiraient de la chaleur, dans la combustion par l'air atmosphérique. Le poids de plomb produit est trop faible; en le comparant avec celui que produit le charbon pur on en déduit, pour le bois proposé, un pouvoir calorifique inférieur à celui qu'il possède réellement.
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On ne peut éviter la perte d'une partie des produits de la dis- |.illation du bois qu'en faisant un mélange intime du bois avec la litharge, et en chauffant assez rapidement pour que Toxyde de plomb soit réduit dès que la distillation du bois commence. On opère de la manière suivante :
Le bois est obtenu très-divisé à l'aide d'une scie très-fine ; on pèse l gramme de la sciure, et on la mélange avec 40 grammes de litharge bien pure, récemment fondue, pulvérisée et passée au tamis de soie. Le mélange est placé dans un creuset de terre assez grand pour être rempli seulement à moitié, puis recouvert par environ IS grammes de litharge. Le creuset, fprmé par un couvercle en terre, est placé sur un fromage, dans un four de calcinatîon préalablement chauffé jusqu'au rouge. On emplit le four avec du charbon bien allumé ; le creuset est ainsi porté le plus rapidement possible jusqu'au rouge, et on peut espérer de faire agir sur la litharge la totalité des matières combustibles du bois. Mais la décomposition de la substance organique se faisant assez brusquement, le dégagement des gaz produit un vif bouillonnement, qu'il faut apaiser en soulevant de temps en temps le couvercle du creuset, quand les matières menacent de passer par-dessus les bords. Le bouillonnement ne dure que cinq à six minutes : dès qu'il est apaisé, on chauffe au rouge vif pendant quelques instants, dans le but de rassembler le plomb produit. On peut retirer le creuset du four quand la litharge est en fusion bien tranquille, à la température du rouge vif. Après refroidissement complet, on casse le creuset, et on trouve le plomb formant sous la Utharge un culot très-net.
Il faut nettoyer ce culot en le frappant à petits coups sur les bords, avec un marteau et sur une enclume : cela suffît ordinairement pour détacher les lamelles de litharge et les parcelles du creuset, adhérentes au culot. On examine la litharge fondue, et si elle ne contient pas de grenailles, on peut espérer que l'expérience a réussi, et prendre le poids du culot de plomb.
Les causes d'eiTcm* étant difficiles à éviter complètement, il est nécessaire de faire au moins une seconde expérience, et de ne considérer les poids des deux culots comme propres à servir au calcul du pouvoir calorifique que dans le cas où ils offrent une différence moindre que 1 décigramme. Quand la différence entre les deux culots est plus grande, il faut recommencer la fusion
CARBONE. 9g
avec de la litharge jusqu'à ce qu'on arrive pour deux essais à des poids concordants. Co résultat étant obtenu, il est à peu près in-
diiférent de prendre pour le calcul du rapport kj la moyenne
entre les poids des deux culots, ou le poids de l'un d'eux, attendu que l'expérience ne comporte pas une exactitude très-grande.
La plupart des bois dcssécbés donnent avec la litharge de 13 à 15 grammes de plomb ; le liège en produit 19*',70 (voir le Tr4Ùié des essais par la voie sèche, de M. P. Berthier, t. I, p. 274). La proportion de carbone équivalente à 1 gramme de bois varie ordinairement entre 0^,3o et 0*,44.
Le poids do plomb obtenu par fusion avec la litharge peut donner une indication utile du pouvoir calorifique que possèdent les produits de la distillation, lente ou rapide, ^u bois. En effet, il est permis de supposer «que, si on évaluait séparément la chaleur dégagée par la combustion complète des gaz produits par la distillation, et celle qui proviendrait de la combustion du charbon, résidu iixe de cette m Ame distillation, la somme des deux nombres obtenus différerait très-peu de la chaleur dégagée par la combustion faite sur place du bois lui-même.
Par conséquent aussi, le poids de plomb, donné par la fusion avec la litharge de 1 gramme de bois, doit être à peu près égal à la somme des poids de plomb qui seraient produits, si on faisait agir sur la litharge, d'un côté le résidu, et de l'autre côté les produits de la distillation. Il est facile de calculer, ou de déterminer directement, la quantité de plomb que donnerait le charbon produit par la distillation de 1 gramme de bois ; en retranchant ce nombre de celui qui est obtenu par l'action du bois lui-même, on a le poids de plomb que donneraient les produits volatils de la distillation. En divisant ce nombre par 34, on a la proportion de carbone pur équivalant aux matières volatiles au point de vue du pouvoir calorifique.
Par ces expériences très-simples, on peut, jusqu'à un certain point , se rendre compte des variations que présentent la combustibilité et l'énergie calorifique des produits volatils de la distillation, quand on opère lentement ou rapidement, ou quand on se sert de bois plus ou moins desséchés. Elles peuvent également servir h comparer les bois de natures différentes, souç le rapport du pouvoir calorifique des matières volatiles, et fournir
96 Métalloïdes.
à la pratique des données précieuses sur la convenance de distiller lentement ou rapidement telle ou telle espèce de bois, dans les appareils où l'effet utile principal est produit par les flammes.
Observations, — Dans le traitement du bois par la litharge, on est exposé à commettre des erreurs qui peuvent être très--fortes ; il est important d'en signaler les deux causes principales : la première est la distillation partielle du bois à une température trop . basse pour qu'il y ait action réductrice sur la litharge ; la seconde est la réduction d'une certaine quantité de l'oxyde de plomb par les gaz en mouvement dans le foyer, réduction qui a lieu quand le fou n'est pas convenablement- réglé.
Le seul moyen d'éviter, ou du moins de rendre très-faible, la première de ces deux causes d'erreur, est de chauffer le creuset aussi rapidement que le permet le bouillonnement qui se*produit au commencement de la fusion. Ce moyen n'est pas parfaitement certain, et on n'est jamais sûr d'avoir fait agir toutes les matières combustibles sur la litharge : on doit donc toujours craindre d'obtenir moins de plomb métallique que ne devrait en donner le bois sur lequel on opère .
La seconde cause d'erreur peut être écartée beaucoup plus facilement : en ne mettant dans le four que des fragments de charbon un peu gros, en ayant soin de les espacer les uns des autres, on assure à l'air arrivant par la grille un passage facile ; l'air est en excès dans le four pendant toute la durée de l'expérience, et les gaz ne sont pas réductifs. Cette précaution dans la conduite du feu est rendue nécessaire par la facilité avec laquelle l'oxyde de plomb est réduit par les gaz. Dans im four contenant des charbons un peu tassés, il se produit toujours de l'oxyde de carbone, dont la présence dans le four suffit pour opérer dans le creuset la réduction d'une quantité notable de litharge.
A ces deux causes d'erreur qui tendent à agir en sens contraire, il faut ajouter encore celles qui peuvent provenir d'un mélange insuffisant du bois avec l'agent d'oxydation, et de la volatilité du plomb. Ces deux causes sont relativement secondaires, c'est-àdire qu'un chimiste habile peut les éviter à peu près complètement, en prenant les soins convenables pour faire le mélange, en ne chauffant que juste assez fort, et assez longtemps, pour déterminer la combustion du bois et pour réunir le plomb produit.
De ces observations il résulte que si la fusion du bois avec la
litharge est bien conduite, on est exposé à trouver moins de plomb que ne devrait en donner l'échantillon proposé, et, en même temps, qu'on doit répéter rexpérienoe au moins deux fois, afin d'avoir une espèce de vérification du résultat obtenu. La concordance entre les poids dies deux cujots de plomb, réunie à la certitude que toutes les précautions nécessaires ont été prises, indiqme prinôpAlement qu'on a réussi à se mettre à l'abri de quelquesunes des causes d'erreur, de celles qui proviennent : des (caz du foyer ; d'un mélange imparfait du bois avec la litharge ; d'une volatilisation notable du plomb métallique . Mais elle ne suffit pas pour convaincre le chimiste qu'aucune perte n'a été faite par suite de la distillation trop rapide du bois ; elle n'est donc pas une vérification absolue de l'exactitude des résultats. Les poids des deux culots peuvent encore être trop faibles, et leur concordance peut résulter de ce que, dans deux expériences, le feu aura été conduit de la même manière.
La détermination du pouvoir calorifique du bois par la méthode précédente laisse donc toujours une incertitude ; dans le phis grand nombre des cas, le poids de plomb obtenu étant trop faible, on est porté à estimer trop bas le pouvoir calorifique du bois, et, par conséquent, celui des produits volatils de la distillation ^ car, pour le charbon luiHoaéme, il ne peut y avoir aucune erreur appréciable • Incinération. — Les diverses parties des arbres contiennent des proportions trè(»-variables des matières minérales, qui forment, après la combustion, les cendres du bois. Les combinaisons dans lesquelles entrent ces matières minérales sont détruites, ou profondément modifiées, pendant la combustion; en sorte que l'examen analytique des cendres ne peut fournir aucune indication sur la composition des sels que renferme le bois lui-même. Mie sert seulement à évaluer approximativement la répartition de ces sels dans les diverses parties du même arbre, et à montrer quelles sont les substances minérales que les plantes de nature différente puisent de préférence dans les terrains.
Au point de vue des recherches scientifiques, il peut être utile de déterminer la proportion et la composition des cendres, et, dans ce cas, on opère sur des échantillons choisis avec les soins convenables. Pour les usages industriels du bois, la détermination des cendres n'offre pas ordinairement un grand intérêt, parce qu'elles sont en très-petite proportion et n'influent pas
98 Métalloïdes.
d'une maaière notable 9ur l'emploi du bgis luinsième; on n'a besoin de s'en occuper que lorsqu'il s'agit d'apprécier la qualité dv charbon. Dans ce caa on se trouve encore et présepoe d'une trèfrNgrande difficulté : on ne sait pas conunent prélever, dans un tas de boia considérable, une prise d'essai qui- puisse rejMrésanter le tas tout» entier; de môme que, pour la détermination de l'eauf hygrométrique, en est obUgé de n'opérer que sur ui^eertain nond^re d'échantillons, et* d'évaluer * ensuite approiûmativement, d'après les* résultats obtenus; la nature, lu compositioii et la Quantité des eendres minérales, que donnerait li| combustion du tas proposée • -
Pour chaque échantillon l'incinération eat faite avec les pré* cautions suivantes t .
On pèse exaistement un «poids un peu onnsidéfable de bois, de 150 àSOÛ grammes; on le divise en morceaux très-petits et on les brûle sous le moufle, dans une ospanle de {datine ou 'même dan» une.capiiule de porcelaine. On chauffe trèa-Ientement au rouge soi^Lbre^ on ne dépasse pas cette température tant qu'il $e produit encore des flammes. La combustion du -ehaorbôn peut ètrehien complète au-dessous du- rouge' vif. U est important de chauffqr le moins possible, pour éviter l'agglomération àds cen* dres, qui sont fréquemment alcalines,, et leur action sur ie platine et «drtout sur la couverte de la porcelaine. Dès que tout le char- Bon est brûlé, on retire la capsule du moufle, on p^ rapidement les «endres, et on les soumet à l'analyaû.
I^ proportion des cendres est, en général, inférieure k 0,2 pour 100 pour lo corps des arbres et pour les branohes ; elle s'élève -k 0,6 et même jusqu'à 1 pour 100 dans Técovce, .et dans quelques espèces, comme le mûrier blano. . ' Les ceùdres contiemient presque toujours de ia chaux ; cette base se trouve en partie à l'état caustique et en partie à l'état de carbonate, suivant la température à laquelle la combustion a été terminée. En raison de cet état chimique variable de la chaux,* on n'obtient pas le même poids pour les cendres et pour le même échantillon, quand on opère seulement aîi rouge sombre^ on' bien quand on achève Tinciiiération à une température plus élevée, suffisante* pour déterminer la décompoiition du carbo* nate de chaux*. On peut se rendre compte de l'inflnemie de la température (pendant l'incinération) sur le poids des cendres, en
discutant les résultats de leur analyse, et en calculant approximativement la proportion de chaux qui existe à l'état caustique et à l'état de carbonate.
Lorsqu'on cherche à faire la comparaison des quantités de cendres, doimées par difPétents bois, il faut préalablement faire subir aux poids trouvés par l'incinération une correction relative à l'état chimique variable d'une partie de la chaux. Au lieu de faire cette correction par le calcul, on peut l'obtenir par une opération très-simple, par une oalcination à température assez élevée pour décomposer tout le carbonate de chaux ; on pourrait encore rendre comparables les poids des cendres en ayant soin de ne jamais dépasser le rouge sombre pendant les incinérations ; alors on peut espérer de ne pas décomposer le carbonate de chaux. Dans tous les cas, il est indispensable de spécifier à quel état chimique la chaux a été ramenée pour la comparaison des proportions de cendres que laissent les bois de natufe •difiMrente. liSL magnésie n'oblige pas, comme la chaux, à fai^e des correctioDâ, d'abord parce qu'elle entre toujours en proportion bien plus faible dans les cendres, ensuite parce que son carbonate ne résiste pas au rouge sombre.
Composition des cendres. — Les cendres des bois ont une composition très-complexe ; elles renferment, comme acides : l'acide carbonique, l'acide snlfnrique, l'acide phosphorique, la silice, et OiMmne bases i la potasse, la soude, la chaux, la magnésie, Talumine, les oxydes do fer et de manganèse. Elles renferment presque toujours du chlore, et quelquefois du brome et de l'iode. Pour ces trois derniers corps on ne retrouve dans les cendres qu'une fraction dé ceux qui existent dans les plantes ; une grande partie dbit être chassée pendant Fincinératicn. La même observation peut s'appliquer au soufre et au phosphore, qui se trouvent probablement dans les plantes à des états chimiques diflérents des sulfates et des phosphates fixes, qu'on dose dans les cendres ; la distillation qui précède ou qui accompagne la combustion doit, ou du moins peut, en volatiliser une partie. Le dosage de la silice dans les cendres ne donne pas non plus la totalité du silicium existant dànâ les plantes ou dans les arbres ; la silice trèfli^visée est un oorps extrêmement léger, très-facilement entralofiMe par les gaz; la distillation de la matière organique doit en faire (perdre une fraction notable.
ioo métalloïdes.
Il résulte de ces observations que, lorsqu'on examine les cendres végétales, il faut se rappeler que leur composition ne donne aucune indication sur l'état chimique des diverses substances minérales dans les bois, et que, de plus, on ne retrouve pas dans les cendres la totalité des substances de cette nature que renferment les bois.
On trouvera dans le Traité des essais par la voie sèche, de M. P. Berthier, vol. I, p. 262, la composition des cendres d'un grand nombre d'espèces de bois.
GHAIBOH DE BOU.
Le charbon conserve, sous un moindre volume, la forme et la structure du bois qui l'a produit; il est toujours très-poreux, facilement inflammable, et peut absorber des volumes considérables des divers corps gazeux ; il est très-hygrométrique et condense rapidement dans ses pores 10 jet même IS pour 100 de son poids d'eau quand il est exposé à l'air humide. Toutes ces propriétés sont variables avec la nature des bois, avec le mode dé carbonisation, et avec les conditions dans lesquelles le charbon a été placé depuis sa production.
Les charbons de bois livrés par le commerce ou employés dans les usines brûlent presque toujours en produisant une flamme bleuâtre plus ou moins prononcée : cette flamme doit être attribuée à des causes différentes, suivant la disposition du foyer. Quand le charbon occupe sur la grille une hauteur assez faible, et quand l'air en excès peut venir en contact avec la surface de tous les morceaux, la combustion directe transforme le carbone en acide carbonique ; la flamme ne peut être attribuée qu'aux produits volatils, qui proviennent de la décomposition des matières organiques que contient encore le charbon, incomplètement carbonisé. Les charbons obtenus en vases clos donnent toujours plus de flamme que ceux produits en meules.
Quand, au contraire, le foyer étant un peu profond, et renfer* mant une certaine épaisseur de charbon porté au rouge, en petits fragments fortement tassés, l'air arrive en quantité insuffisante, ou bien avec une vitesse trop fajble pour se frayer un passage facile entre tous les morceaux, une autre cause peut concourir à
CARBONE. JOl
la production de la flamme. Dans ce cas, en effet, la combustion directe, avec production d'acide carbonique, n'a lieu qu'auprès de la grille, ou plus généralement près du point d'arrivée de l'air. L'acide carbonique en contact avec les charbons rouges est transformé en oxyde de carbone, partiellement ou en totalité : la flamme observée à la surface du combustible est alors produite par l'oxyde de carbone, en même temps que par les gaz hydrogénés, provenant de la distillation des matières organiques, que renferme le charbon lorsque la carbonisation n'a pas été complète.
Quand sur une masse un peu grande de charbon en pleine combustion on fait arriver, ou lorsqu'on lance par une buse, de l'air mélangé de vapeur d'eau, la flanune est toujours plus vive à la surface du combustible ; alors, en effet, la décomposition de l'eau par le caiPbone produit de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène et même de l'hydrogène carboné, tous corps gazeux susceptibles de s*enflammer au c^lontact de l'air.
Usages industriels. — Dans les opérations métallurgiques, le charbon de bois est généralement employé pour produire, par sa combustion en un point déterminé d'un four ou d'un haut fourneau, une température extrêmement élevée, et pour donner heu à des actions réductives énergiques, soit par son contact même, soit par l'oxyde de carbone qui existe toujours en forte proportion à une petite distance de la tuyère. Ces deux effets qu'on cherche à produire, élévation de température et réduction^ dépendent principalement de la disposition des appareils et de la manière dont l'opération est conduite ; ils varient également dans chaque cas spécial avec la nature du charbon employé, et avec la grosseur des morceaux ; mais ces variations ne peuvent être étudiées que dans les usines ; elles sortent entièrement du domaine
de l'analyse.
Les cendres du charbon de bois, principalement alcalines et calcaires, sont en proportion très-variable et généralement trèsfaible, de 1 à 3 pour 100, exceptionnellement jusqu'à 6 pour 100. Elles sont ordinairement peu nuisibles, quelquefois même elles sont utiles pour la fusion des gangues des minerais. Elles peuvent nuire à la qualité du métal produit dans l'opération, quand elles renferment de l'acide phosphorique ou de l'acide sulfurique en quantité notable : en tout cas, elles ne peuvent contribuer ni à la production de chaleur ni aux actions réductrices. Il en est
102 Métalloïdes.
de même do l'eau hygrométrique que contienit toujours le charbon, et qui est expulsée bien «Tant que le charbon puisse exercer ses actions utiles. *
On cherche ordinairement «n métallurgie et n'employer que du charbon bien carbonisé, dans lequel la matière organique a été presque complètement décomposée ; car, pour ceux qui ne sont pas dans ce cas, la distillation doit s'achever dans l'appareil, et les gaz qui en proviennent ne sont pas toujours utilisés, ou du moins ne remplissent pas complètement le but qu'on cherche à atteindre.
La proportion des matières volatiles que renferme le charbon, et même leur composition approximative, sont des éléments importants à connaître, de même que la quantité d'oàu hygremétrique et la proportion des» cendres.
De ces considérations, générales, il résulte que l'examen du charbon, au point de vue métallurgique, exigée des connaissances pratiques très-étendues, et que sa valeur véritable pour une opération déterminée ne peut être appréciée que dans les urâies, mais en même temps qu'on peut obtenir au laboratoire des indications extrêmement utiles, en détenfilnant l'èàu hj^grométrîque, les matières volatiles et les cendres.
Les matières volatile» peuvent agir dans certains appareils métallurgiques comme gaz réductifs ; leur énergie réductive peut être évaluée au laboratoire par leur action sur la litharge, et cette évaluation très-simple a plus d'intérêt pratique que la connaissance exacte de leur .composition. Au lieu de faire agir sur la litharge les matières volatiles, obtenues par calclnation à température trèsélevée, il est plus simple de déterminer la quantité de plomb que le charbon lui-même donne avec la litharge, et de calculer le poids de carbone pur équivalent ; il est ensuite très-facile d'en déduire la propertion qui correspond aux matières volatiles.
L'examen d'un charbon au laboratoire exige donc les opérations suivantes 2
1* Une dessiccation pour évaluer l'eau hygrométrique ;
2* Une calcination dans un creuset fermé, servant à détermmcr la proporticm des matières volWiles, et donnant comme résidu lé carbone fixe et les matières minérales calcinées ;
3* Une incinération qui donne les cendres, dont on cloit faire Tanalyse après la pesée ;
4* Une fusion avec la litharge, pour déterminer le pouvoir calorifique du charbon et calculer Ténergie réductive des matières volatiles*
Ces opérations ne peuvent être faites que sur des quantités très-petites de charbon, et par suite 'on rencontre ici la même difficulté que pour, le bois, le choix de la prise d'essai repr^ sentant exactement un tas plus ou, moin/s considérable çle charbon, provenant ^sez fréquemment de la carbonisation de plusieurs essences différentes. A cet égard il est impossible ^e trimer une marche générale, les prjâcautions à prendre doivent varier avec les divers cas qui se présentent.
Usages divers. — Le charbon de bois est employé pour la fabrication de la poudre , pour, divers usages domestiques : on fabrique maintenant , sous le nom de charbon de Paris , des cylindres ayant à peu près les dimensions des beaux morceaux de charbpn de bois, et contenant des fragments très*petits de combustibles de toute nature, mélangés avec ime forte proportion ^c matières terreuses^ agglomérés par des procédés valables ; Tavantage que présente ce charbon eurtificiel est de bi*ûler lentement et sans ,$' éteindre dans un courant d'air peu rapide, en dégageant peu de chaleur.
n convient parfaitement pour la cuisine, et peut être appliqué avec succès dans les laboratoires aux évaporations et aux distillations lentes.
Le charbon destiné à la fabrication de la poudre est préparé d'une manière spéciale ; généralement la carbonisation est faite à une température moins élevée que dans les meules, dans lesquelles on produit le charbon pour les .usages de la métallurgie. Ses qualités ne peuvent être appréciées sûrement que par la pratique : on ne l'essaye au laboratoire que pour vérifier si le degré de carbonisation a été convenable, pour déterminer l'eau hygrométrique qu'il a pu absorber, depuis sa fabrication jusqu'au moment de l'emploi, et pour constater qu'il renferme une proportion très-faible de cendres. Pour cela on le soumet aux trois premières opérations indiquées précédemment : la détermination du pouvoir calorifique par fusion avec la litharge ne présente pas un grand intérêt.
Les charbons naturels ou artificiels, employés dans les laboratoires ou pour les usages domestiques, doivent être essayés de
i04 MÉTALUHDBS.
la même manière que ceux qm sont destinée aux appareils métallurgiques, mais il n'est pas utile de faire l'analyse des cendres, dont la composition n'a aucune importance.
Dessiccation. — La détermination de l'eau hygrométrique, contenue dans un échantillon de charbon de bois, présente une grande difficulté, en raison de l'énergie avec laquelle le charbon retient l'eau qu'il a déjà absorbée, en raison aussi de la rapidité avec laquelle il attire la vapeur d'eau atmosphérique.
Pour obtenir la dessiccation parfaite il faut chauffer le charbon jusqu'à 150 degrés, et le maintenir pendant quelque temps à cette température ; le charbon desséché doit être pesé tout de suite après son refroidissement. On évite en grande partie l'absorption de l'eau atmosphérique en opérant la dessiccation dans un creuset de platine, muni de son couvercle, et préalablement taré, et en pesant le charbon dans le creuset dès que celui-ci est revenu à la température ordinaire. Mais pour' se mettre entièrement à l'abri de la cause d'erreur qui résulte de la propriété qu'a le charbon desséché d'absorber rapidement l'humidité de l'air, il est indispensable de laisser refroidir le creuset dans une atmosphère parfaitement sèche, et de le peser sur une balance renfermée dans une cage vitrée, contenant de la chaux caustique.
L'état hygrométrique du charbon est très-variable ; le même fragment perd ou absorbe en très-peu de temps une proportion d'eau très-notable, suivant qu'il est placé dans une chambre plus ou moins humide. Pour ce motif, il est essentiel de noter dans quelles conditions ont été pris et conservés les échantillons sur lesquels on opère, afin de savoir de quelle manière interpréter les résultats obtenus.
Quand le charbon a été gardé pendant plusieurs jours dans une chambre bien sèche^ il ne retient pas plus de 4 à S pour 100 d'eau hygrométrique; conservé dans une cave très-huxnide, il contient jusqu'à 18 et même Sib pour 100 d'eau.
Observation. — La dessiccation du charbon de bois doit être faite très-lentement; sans cette précaution, c'est-à-dire si on chauffe brusquement à 150 degrés, on détermine une réaction entre le carbone et une partie de l'eau ; la perte obtenue dans l'expérience est trop forte. Le charbon qui a été mouillé et celui
qui est resté longtemps à rhumidité exigent plus de précautions que le charbon conservé dans les conditions ordinaires.
Matièbes volatiles. — On fait ordinairement la détermination des matières volatiles aussitôt après la dessiccation, en opérant sur la même partie de l'échantillon, et dans le même creuset. La calcination doit être faite au rouge très-vif, et cette température doit être maintenue pendant une demi-heure au moins; aussi est-il indispensable de placer le creuset de platine dans un creuset de terre, et d'interposer entre les deux couvercles des fragments de charbons ; ils sont destinés à empêcher l'air en mouvement dans le foyer de venir brûler une partie du charbon dans le creuset de platine. Après une demi-heure de feu très-vif on peut admettre que toutes les matières volatiles sont expulsées ; on retire le creuset du feu, puis on pèse le creuset de platine dès qu'il est suffisamment refroidi, en employant les mêmes précautions que pour la pesée qui donne l'eau hygrométrique.
La proportion des matières volatiles est naturellement très-variable avec la nature des bois, et surtout avec le mode de carbonisation. Ainsi le charbon de bois de bourdaine, préparé pour la fabrication de la poudre fine, donne jusqu'à 40 pour 100 de perte par calcination ; le charbon provenant de menues branches, préparé en vases clos, contient jusqu'à 20 pour 100 de matières volatiles ; les charbons fabriqués en meules avec les soins convenables en renferment, de 6 à 10 pour 100, rarement jusqu'à IS pour 100.
Bemarque. — On se dispense quelquefois de faire successivement une dessiccation et ui\e calcination ; on se borne à déterminer sur le charbon, tel qu'il est remis au laboratoire, la perte éprouvée au rouge vif ; c'est le nombre ainsi obtenu qui est porté au tableau de l'analyse sous le titre de matières volatiles : il comprend en même temps l'eau hygrométrique, et les substances organisées volatilisables que la carbonisation fi laissées dans le charbon. Cette manière d'opérer présente plusieurs inconvénients : en premier lieu, elle ne permet pas d'apprécier, même approximativement, si la carbonisation a été bien conduite, et quelle proportion d'eau hygrométrique le charbon a pu absorber depuis la sortie de la meule ou du four ; en second lieu, le poids de charbon fixe obtenu est notablement inférieur à celui que don-
i06 Métalloïdes.
neroîent la dessiccation et la caléînation faites successivement «iir le même firagment, à moins qu'on n'ait Tattèntion de chauffer très-lentement dans le comipencoment delà calcination. La raison de cette différence a été exposée précédemment, l'eau hygrométrique agit partiellement sur le carhone quand la tenapéfatufe est élevée un peu rapidement.
Les charbons imparfaitement' carbonisés, préalablement bien desséchés avant la calciùation, ne donnent pas non plus le même poids de résidu fixe quand on les chauffe lentement et rapidement ; cela tient au mode de décomposition de la matière organique qui varie avec la raj)idité de l'élévation de la température ; on obtient toujours moins de résidu fixe quand- on chauffe brusquement au rouge : il est donc essentiel de se rapprocher autant que possible, dans l'expérience faite au laboratoire, des conditions dans lesquelles le charbon sera placé lors de son emploi métallurgique ou industriel.
Les mêmes précautions ne sont plus également nécessaires quand il s'agit de charbons carbonisés à peu près complètement, parce que la décomposition de la petite quantité de matière organique qu'ils renferment, et qui a été déjà exposée à une chaleur très-forte, est à peu près indépendante de la rapidité ào la calcination.
iNCiNfeATiON. — On peut incinérer le charbon en fragments de petites dimensions, il n'est pas besoin de le réduire en poussièrff; il vaut même beaucoup mieux opérer sur des morceaux que sur le charbon pulvérisé, parce que les grains les plus fins de la poussière sont facilement entraînés hors de la capsule. La combustion n'exige pas une température élevée, elle réussit très-bien sur la lampe à alcool à courant d'air forcé, mais il est toujours plus commode de la faire sous le moufle. Quand tout le carbone est brûlé, on pèse les cendres et on les soumet à l'analyse.
Les cendres contiennent toujours de la chaux combinée avec divers acides, notamment avec l'acide carbohique ; à la température à laquelle se fait ordinairement l'incinération, le carbonate de chaux est partiellement décomposé, en sorte que le poids obtenu est un peu variable avec la température. Pour comparer les cendres données par différents charbons, il est essentiel de décomposer complètement le carbonate de chaux par une forte calcination
précédaiit la pesée, ou bîén decidculer, d'après l'analyse, quel poids auraient eu les cendres si le carbonate n'avait pas été partiellenient décomposé.
La proportion ordîûaire des cendres dans les charbons les plus employés en métallurgie varie entre 3 et S pour iOO ; les charbons des écorces en renferment une quantité bien plus grande ; elle peut s'élever à 28 pour 100. Le charbon de Paris laisse à Tincinération de 20 à 45 pour 100 de cendres.
PotrvoiR CALORIFIQUE. — La fusion du charbon de bois parfaitement porphyrisé avec lalitharge en excès donne, pour son pouvoir calorifique, des résultats plus certains que ceux obtenus avec le bois ; on n'a plus à craindre , au moins dans la plupart des cas, que les matières volatiles se dégagent sans agir sur l'oxyde métalKque ; ces taiatières ne commencent à se dégager qu'à* une température assez élevée, à laquelle l'action des corps combustibles sur l'oxyde de plomb est certainement complète.
On opère sur 1 gramme de charbon réduit en poudre très-fine, intimement mélangé avec 50 grammes de lîtharge, récemment fondue et pulvérisée, et on prend toutes les précautions îndi^ quées précédemment pour le bois. Le poids du plomb obtenu divisé par 34 (poids de plomb que donnerait 1 gramme de carbone pur) indique assez exactement la proportion de carbone équivalente à l'unité de poids du charbon proposé. La plupart des charbons faits en meules donnent de 28 à 31 grammes de plomb, et leur pouvoir calorifique équivaut à celui des 82 à 90 centièmes de leur poids de carbone pur.
Le poids P du plomb obtenu avec la lîtharge permet d'évaluer approximativement le pouvoir réductîf des matières volatiles. On commence par calculer la proportion de carbone fixc^ en retranchant du poids du résidu' de la calcinatîon le poids des cendres
p calciiléds : soit ji» oe nombre. La difiEérence ^ -^p représente le
carbpae équivalent aux matières volatiles pour les actions rcductives, et par conséquent aussi pour le pouvoir calorifique.
Tableau dc l'bssai. — Les résultats obtenus sont réunis dans le tableau de fessai dont la forrao est la suivante : les nombres iudi-
108 Métalloïdes.
qués sous les titres A, B se rapportent à des charbons de chêne et d'aulne de Pontgibaud«
Eaa hygrométrique 0,060 0/)65
Matières volatiles 0,094 0,075
Gendres calcinées ' 0,020 0^017
Carbone fixe • 0,S26 0,815
i.OOO 1,000
Plomb donné par la lilharge 30 grammes. 30r,SS0
Carbone équivalent à 1 de ebarbon 0f^882 0 ^900
GarboDO équivalent aux matières volatiles. . 0 ,05$ 0 ^7
TOUIBE.
La tourbe est le produit de la décomposition des plantes accumulées dans des endroits marécageux, ^t parait devoir être rapportée à la période géologique actuelle. Elle existe dans un.tBèsgrand nombre de localités, dans les terrains peu élevés aussi bien que dans les montagnes, partout où la configuration du sol a permis jadis, ou permet encore, des successions périodiques de végétation herbacée trës-active et d'immersion sous des eaux 8tag9aates.
Dans toutes les tourbières exploitées on a trouvé le combustible en bancs horizontaux, plus ou moins puissants, séparés par des lits de sable ou de limon ; sous le rapport de la texture, les tourbes ofErent de grandes variétés : les unes présentent les tiges de plantes encore reconnaissables ; dans les autres, au contraire, la décomposition des matières organisées est presque complète.
Les tourbes sont ordinairement exploitées au louchet^ instrument qui donne aux fragments extraits la forme de briquettes à peu près régulières ; celles-ci contiennent une énorme porportion d'eau, qu'on laisse évaporer lentement à l'air pendant plusieurs mois avant de livrer le combustible à la consommation. Par cette dessiccation trèsr-Iente la tourbe diminue beaucoup de volume ; le retrait est ordinairement des deux tiers, mais peut s'élever jusqu'aux quatre cinquièmes du volume primitif.
Les tourbes sont presque toujours très-hétérogènes, car elles renferment les débris de plantes très-diverses, à des états variables d§ décomposition, mélangés avec des matières terreuses.
CARBaPîE. i09
Quand ces dernières paraissent être en petite quantité, la tourbe peut être employée après une simple dessiccation à Fair ; maîb il n'en est pas de même pour les tourbes très-^bargées de matières terreuses, surtout pour celles qui sbnt destinées aux usages métallurgiques : il faut leur faire subir une véritable préparation mécanique, nécessairement variable avec la texture de la tourbe elle-même, et avec la natuie et la grosseur des grains des matières terreuses qu'il s'agit de séparer. La tourbelavée, desséchée lentement à l'air, présente une texture généralement très-compacte ; elle peut ordinairement produire dans les foyers une température plus élevée que celle qu'on doit attendre de la tourbe non lavée.
Les diverses qualités de tourbes contiennent, du Teste, à peu près les mêmes matières en proportions variables : de l'eau hygrométrique ; des substances organiques riches en carbone; des sels divers provenant de la sève ou de la constitution même des plantes ; du sable quartzeux, de l'argile ferrugineuse ou calcaire, plus rarement des pyrites et du sulfate de chaux, matières qui se sont déposées sous les eaux soit pendant, soit après les périodes de végétation.
Chauffée progressivement à l'abri du contact de l'air, la tourbe se comporte à peu près comme le bois ; elle laisse d'abord dégager seulement de l'eau, elle se décompose ensuite en partie, et donne des produits variables avec le mode d'élévation de la température : le résidu fixe est presque toujours assez fortement aggloméré, et présente quelquefois une solidité comparable à celle du charbon de bois ; sa proportion est moins forte quand on a chauffé rapidement que dans le cas oh le feu a été conduit avec lenteur.
Mise dans un foyer contenant du charbon bien allumé, la tourbe s'enflamme plus difficilement que le bois, et brûle un peu phis lentement : sa combustion est toujours accompagnée d'une odeur très-désagréable et tout à fait caractéristique.
La tourbe qui renferme très-peu de matières terreuses, chargée sur la grille des fours à réverbère, donne dans le foyer et sur la sole une température supérieure à celle qu'on peut obtenir avec le bois non desséché : elle peut être employée pour les opérations de la métallurgie du fer, le puddlage et le réchauffage; mais dès qu'elle contient une proportion un peu forte de matières terreuses,
ilO MÉTALUMDES.
la comb)i8tion devient plus difficile, la .quantité de chaleur produite dans um temps donné est plus faible ; Les c^hdre^, trop abondantes^ engorgent la grille qu'il faut piquer presque à chaque instant, et l'emploi de la tourbe en métallurgie devient incommode ou même impossible. Les tourbes lavées, plus compactes et moins chargées'de matières terreuses que les tourbes non lavées, se prêtent mieux en général aux opérations métallurgiques et industrielles. Dans les foyers domestiques, sous un appel d'air peu énergique, la tourbe brûle assez lentement et produit une flamme courte et moins brillante que celle du bois.
La carbonisation des touri)es ejimeuhs n'a pas doiiné jusqu'à présent de bons résultats : on n'a pu la réussir que dans des fours en maçonnerie; le rendement. le plus ordinaire en charbon est de 3S à 40 pour 100 en volume, et de 2S à 30 pour iOO en poids : quand l'opération est bien conduite, on obtient plus de charbon avec la tourbe qu'avec le bois, mais il est toujours bien plus chargé de matières terreuses.
Les cendres que produit la combustion complète de la tourbe sont ordinairement pulvérulente» : elles contiennent les mêmes corps que les cendres des plantes, et, de plus, en proportion souvent considérable, les matières terreuses apportées par les eaux sous lesquelles la tourbe s'est formée. Ce sont principalement : du sable quartzeux en grains plus ou moins fins; de l'argile quelquefois ferrugineuse; du calcaire ou plus rarement de la dolomie; du sulfate de chaux; des pyrites. Ces matières sont partiellement altérées pendant la combustion, et les cendres contiennent des siKcates, dont les bases* sont l'alumine, la chaux, l'oxyde de fer, les alcalis ; de l'oxyde de fer ; de la chaux et de la magnésie à l'état caustique ; du sulfate de chaux ; des sels alcalins en petite quantité ; et enfin du carbonate de chaux, quand la température n'a pas été poussée jusqu'au rouge vif. Les cendres renferment ordinairement trop peu d'alcalis et d'acide phosphorique pour qu'il soit possible d'en déterminer la proportion avec quelque exactitude-; mais la présence de ces corps a été constatée par tous les chimistes qui ont fait avec soin les ànafyscs des cendres de tourbe.
EXAHEN DES TOURBES AU LABORATOmE. — LcS tOUrboS, brutCS OU
lavées, livrées aux usines ou aux consommateurs, sont loin d'être
CARBONE. itl
homogènes, et il est à peu près impossible de prélever, sur un tas un peu considérable, une prise d'essai qui représente approximativement le tas tout entier : on ne peut arriver à des résultats un peu probables qu*en multipliant les essais sur des échantillons eonyenablemeut choisis. Il faut, du reste, pour ohaque échantillon, op^er comme pour les bois, e'est^à^-dire :
Déterminer la proportion d'eau hygrométrique par dessiccation ;
Evaluer Irf perte parcalcînatîon à Tabrî du contact de Taîr ;
Faire Tîncinératiou et peser les cendres.
Ces trois opérations suffisent parfaiten^ent pour les Ipurbes destinées aux usages domestiques, ou même pour4îe\lçs qui doivent être employées au chauffage des appareils h vapeur. L'analyse des cendres, et la détermination.du pouvoir calorifique, pai; fusion avec de la litharge, sont indispensables quand il s'agit d'utiliser les tourbes en métallurgie • Il faut même avoir soin do calpuler la proportion de carbone pur équivalant aux matières volatiles, afin de pouvoir se rendre compte, au moins par comparaison do différentes tourbes entre elles, du degré de cl\jileur qu'oie peut attendre des flammes à imo certaine distance du foyer. Ces deux opérations sont encore essentielles quand il est nécessaire d'apprécier l'influence du lavage sur la qualité de la tourbe.
Le lavage sépare une partie des matières terreuses, et fait per^ dre en même temps uqc fraction tr^s-notable de la substance utile ; il faut pouvoir comparer au poids de la tourbe brute employée, à la proportion dps matières utiles et inutiles qu'elle renferme, le poids delà tourbe obtenue par le lavage et sa valeur comme combustQ)l,e. Ceci n'est, du reste, qu'un côté de la question ; le prix do revient et le prix, auquel il est possible de vendre la tourbe lavée auront toujours, aux yeux des industriels, une importance beaucoup pl^us grande que toutes les opérations de laboratoire, qui leur permettent seulement de se rendre compte au point de vue théorique des résultats obtenus pai* le lavage.
Il est inutile d^ décrire de nouveau les opérations indiquées ci-4^fli§us ; elled sont conduites comme lars^pi'il s'agit d'examiner le bois; elles .^véaenteni les mêmes difficultés, exigent les mêmes précautions; il suffira de donner d'une numière générale les Umites ent^e lesquelles sont compris ordinairement les proportione d'eau bygirométrique, de matières volatiles^ de carbone fixe, de cen*
il2 MÉTALIiOlDES.
dres, elle pouvoir calorifique des tourbes eUes^mèmes et des matières volatiles.
Eau hygrométrique é — Les tourbes simplement desséchées à l'air retiennent des quantités d'eau hygrométrique ^fes-variablés avec leur texture et surtout avec les circonstances atmosphériques. Dans les temps trës-chauds et trèsHiécs, la tourbe c(lmpacte ne perd pas plus de 10 pour 100 de son poids par dessiccation ; après plusieurs mois pluvieux^ la tourbe à texture tm peu lâche retient jusqu'à 2S pour 100 d'eau hygrométrique : ces nombres peuvent être considérés comme des limites extrêmes.
Matières t^o/a^^Ye^ .-^ La plupartdes tourbes, préal&lement desséchées à une température supérieure à 100 degrés, perdent par calcination de 40 à SO pour 100 de matières volatiles, dont la richesse en carbone dépend beaucoup de la rapidité avec laquelle la calcination est conduite. Dans le cas d'une calcination rapide, le carbone équivalant aux matières volatiles varie entre 10 et 26 pour 100 du poids de la tourbe desséchée à l'air ; taiais ce chiffire 26 pour 100 est une limite supérieure, et s'applique seulenmit aux tourbes très-pures et presque sèches.
Carbone fixe. — Le carbone fixe qui, mélangé avec les matières terreuses, constitue le résidu fixe de la calcination, ou le charbon de tourbe, est en proportion extrêmement variable ; ainsi, pour les tourbcs'françaises, les essais faits jusqu'à prés^it ont donné depuis 14 jusqu'à 39 pour 100 de carboné fixe, les tourbes étant calcinées dans l'état sous lequel elles sont livrées à la consommation, et la calcination étant conduite très-rapidement.
La détermination du carbone fixe présente pour les tourbes une incertitude qui ne se rencontre pas quand on examine les bois. On déduit le carbone en retranchant du poids du charbon celui des cendres calcinées : or, quand les tourbes sont mélangées de sulfaté de chaux, ce qui arrive assez fréquemment, ce sulfate est décomposé presque entièrement par le charbon pendant la calcination, et transformé en sulfure de calcium ; on pèse donc dans le charbon le carbone, plus les matières terreuses renfermant le sulfure de calcium au lieu du sulfate de ohaux^ Après la combustion sous le moufle, les cendres contiennent le sulfâle de ekanx, lequel n'ost décomposé qu'en proportion variable* pendant la caldnatioti des cendres, qui doit précéder leur pesée : ce sel est préservé de l'action du quartz et de l'argile par la chaux libre provenant du
CARBONE. iiS
carbonate de chaux, quand la tourbe contient beaucoup de calcaire ; dans le cas oonfraire, la décomposition du sulfate de chaux peut être complète. Il ne saurait dcmc y avoir égalité de poids entre les cendres et les matières terreuses contenues dans le résidu de la calcination de la tourbe, quand ^cette dernière renferme du sulfate de chaux. Cette cause d'incertitude s'ajoute à celle qui provient des variations importantes que subit la décomposition de la matière organique avec la rapidité de la calcination. Les nombres portés au tableau de l'essai des tourbes, sous le titre de ccarbone fixe, ne peuvent être que plus ou moins approximatifs.
Cendres. — La proportion des cendres laissées par la combustion des tourbes descend très-rarement au-dessous de 6 pour 100, et fréquemmmit elle s'élève à 12 et même à 18 pour 100 : celles qui sont obtenues dans les laboratoires ont été soumises à une action oxydante trèfr-prolongée, et ne renferment pas de sulfure de calcium; cecomposé se trouve, au contraire, assez fréquemment dans les cendres des foyers des chaudières à vapeur et des usines, en «é^e temps qu'une certaine quantité de charbon qui n'a pa^ été complètement brûlé.
Les cendres contiennent ordinairement beaucoup de silice à l'état de silicates facilement attaquables par les acides les plus faibles, de l'alumine, de l'oxyde de fer, de la chaux, du sulfate de chaux et des sels alcalins, corps qui peuvent avoir sur la végétati(Hi une influence assez favorable • Les cendres de tourbe sont employées dans quelques localités comme amendement ; il est, pour ce motif , quelquefois utile de faire l'analyse bien complète des cendres ; cette analyse est extrêmement complexe et iie peut pas être décrite maintenant : on en trouvera les détails dans la suite de l'ouvrage.
Pouvoir calorifique. — La tourbe a généralement un pouvoir calorifique un peu inférieur à celui du bois, quand l'expérience est frâte sur le combustible séché en plein air ; il n'en est pas de même pour la tourbe desséchée au-dessus de 100 degrés ; elle donne avec la litharge autant et plus de plomb qne le bois également desséché. Dans son état hygrométrique ordinaire, après plusieurs mois d'exposition à l'air, la tourbe donne avec la litharge de 8 à 15 parties de plomb ; elle équivaut, pour son pouvoir calorifique, à;des proportions de carbone pur comprises ordinairement enlM les liantes de 0,23S à 0,446 'de son poids.
iu métalloïdes.
Bois fossile; Oix, trçuva dw9 un petit nombre de lacaUtés des dépÀtg de bois fossile, dont les morceaux n'ont éprouvé qu'une très^faible altération : jusqu!à présent on n'a pas employé cette matière comme combustible dans des usines un peu importantes; etpour ce Aietif il vfy a pas lieu d'insister sur son examen analytique ; il serait^ d'ailleurs, conduit 4^ la même manière que celui du bois lui-même.
GHAaBON Sfi TOURBE,
]^e çbarbon obtenu par la eorboftisatiem de U tourbe dans des fpups est analogue au charbon de bois préparé en vases elos ; mais il ne peut .pae être employé aussi avantageusem^it dans les ap« pareils métallurgiques. ILest ordinairement plus friable, et surw tout il contient en .général une proportion trop grande de nuh^ tièçe^i terreuses, ^nuisibles par leur quantité, et souvent Ipar kur Qa^\^'e sulfureuse, aux opérations eUes^i-memes et à la qualité des iQâti^q:!^ qu'on cbercbe h produire. On a raremevit oecamon de l'examiner au laboratoire. ...
Il est ^ès-bygrométriquef et retient de 8 à 10 pour 100 d'humidité après avoir été coni^ervé plusieurs mois dana des magaaÎBs ^ssea secs ; il on contient una preportien encere plus forte quand il a été^expesé h la pluie, ou quand U est resté longtemps dans une chambre très-humide, Pour le dessécher eumplétement, il faut 1§ chf^uiTer longtemps h la température de 140 à ISO degrés* lia pesée exacte du aharbon de tourbe présente à peu près les mêmes difficultés qi^e celle du charbon de bo^s.
GhauiTé au contact de l'air, il a allume trèfrrfaeilement et brûle avec une flamme assez longue, en laissant des cendres qui con«« servent à peu près la forme et les dimensionii 4^ fragmmts de eharbon, La flamme est due à ce que, dans les fours de <}ai4M>m« sation, la tMupérature n'est pas suffisamment élevée, à ce qu'elle n'est pas maintenue pendant un temps assea long pour déeempeser entièrement les matières organiques.
Le charbon de taurbe, chauffé dans un erenset à Tabri du cen** ti^ct de Tair, perd toujours une fraction très^notable de son poids, et les matières volatiles entraînent beaucoup de oarbene ; elles ont un pouvoir ealprifique assee élevé. Le charbon de tourbe privé d'eau hygromé^quB perd par calcinatien de S& 1 98 peur 4 00
de son poids de matières volatiles, dont Ténergie réductive ou calorifique équivaut à 8 ou même à iO de carbone pur pour 100 deeharbon sec.
Ld proportion des cendres est toujours très-forte ; elle est rarement inférieure à 10 pour 100, et très-fréquemment elle est de 4 8 à 20 pour 1 00; pour plusieurs charbons elle dépasse 30 pour 1 00 . L'analyse complète des cendres est nécessaire dans un certain nombre de cas particuliers, par exemple quand le charbon doit être employé à des opérations métallurgiques, ou quand les cendres peuvent être livrées comme amendement à l'agriculture. Dans le premier cas, la proportion et la composition des cendres influent d'une manière notable sur l'association des matières passées dana les lits de fusion; les corps contenus peuvent être nuisibles à la qualité des métaux, et alors le charbon préparé ne doit pas être employé; ou bien il faut prendre des précautions spéciales ]^ur atténuer la fâcheuse iqiluence qu'il pourrait exercer sur la YHleur du produit. Dans le second cas, il est essentiel de connaître la composition dés cendres, afin de savoir à quelle nature de terrains l'amendement peut convenir, et dana quelle proportion il d^it être employa pour exercer une action utile «
I^a quantité de carbone fixe, contenu dans le réaidu de la calci- Qatioii du charbon de tourbe, est obtenue approximativement en retranchant du poids de ce résidu celui des cendres calcinées. Ce nombre laisse fréquemment quelque incertitude pour les motifs exposés préQédenunent à propos de la tourbe ; il varie beaucoup d'une qualité de charbon à une autre ; il dépend nécessairement de la proportion des cendres et de la température à laquelle la car» bonisation a été faite ; les limites extrêmes [sont 40 et 70 pour 100,
Par fusion aveo la litharge les charbons de tourbe, de qualité moyenne et parfaitement desséchés, donnent de 18 à 22 parties de plomb ; leur pouvoir calorifique est donc de beaucoup inférieur à oeliii du charbon de bois, qui donne de 28 à 31 parties de plomb : il faut environ 3 parties de charbon de tourbe pour produire la même quantité de chaleur que 2 parties- de charbon de bois. I^es qunUtés supérieuresdonnent jusqu'à 26 parties de plomb et peuvçpit être employées avec succès en métallurgie i malheureusement les dépôts tourbeux eontenant peu de matières terreuses sont extrêmement rares, et les charbons provenait des tourbes ordîmîro9, livéa» avec grands soins, laissât encore trop de cen-
i\6 Métalloïdes.
(1res pour pouvoir remplacer le charbon de bois dans la plupart des opérations métallurgiques.
Au laboratoire, les échantillons de charbon de tourbe sont traités absolument de la même manière que le charbon de bois : les précautions à prendre pour obtenir des résultats à peu près exacts sont identiques ; le tableau des résultats obtenus est disposé de la même manière.
HOOIUAI BT UttlOlEt.
Les houilles et les lignites sont les combustibles minéraux que l'industrie emploie principalement ; leurs usages deviennent tous les jours plus nombreux.
Ils existent en bancs plus on moins puissants dans des terrains extrêmement différents , et cependant ils paraissent avoir une origine conunune : chaque couche de houille ou de lignite nous représente des forêts immenses, ensevelies jadis sous les eaux,' soit sur place, soit après transport ; la décomposition des matières vé^ gétales a produit le combustible minéral; îl se trouve mélangé d'une manière plus ou moins intime avec les matières terreuses tenues en suspension danâ les eaux sous lesquelles le dépôt s'est formé. Le coDttbustible est ainsi presque toujours, et comme conséquence de son origine , beaucoup plus chargé de matières minérales que les végétaux dont il provient. Le mode de décomposition qui a produit le passage des arbres à la houille ou aux Ugnites est encore main* tenant inconnu ; quelques expériences récentes, dans lesquelles ^ la sciure de bois a pu être transformée, sous l'influence d'une obaleur modérée et d'une forte pression, en une substance compacte, noire, analogue à la houille pour son aspect extérieur, permettent de conjecturer que ces deux agents, la chaleur et la pression, ont pu concourir à la formation des combustibles minéraux. Mais il esta peu près certain que la fermentation de la matière organique a dû jouer aussi un grand rôle dans la transformation ; elle a été complète pour plusieurs dépôts de combustible, imparfaite dans d'autres, et on la voit journellement reprendre son activité quand les travaux d'exploitation amènent Fair au contact du combustible.
Quelles que soient, du reste, les causes de la transformation.
elles ont ea, à des intervalles éloignés^ et presque jusqu'aux formations actuelles, des variations assez grandes; et c'est à ces variations, aussi bien qu'aux différences dans les espèces végétales, qu'il faut attribuer les qualités diverses des charbons minéraux.
Dans les tearains supérieurs, les lignites se rapprochent généralement davantage des végétaux; dans la. formation très-ancienne, que les géologues désignent sous le nom. de terrain h&uil- 1er, l'altération de la matière végétale est ordinairement plus complète ; cependant certains combustibles, de formations comparativement assez modernes, ont à peu près les mêmes caractères extérieurs, et les mêmes propriétés utiles, que les houilles proprement dites ; et, d'un autre côté, plusieurs couches du terrain houiller donnent du charbon aussi peu bitumineux, perdant par calcination autant de matières volatiles que les lignites les mieux caractérisés.
Dans les terrains plus anciens que la formation houillère se trouvent des bancs puissants de combustibles minéraux, qui ont évidemment la même origine que la houille et les lignites, mais qui se rapprochent beaucoup plus du carbone pur, et ne contiennent plus qu'une proportion très-faible de la matière organique ; ce sont les anthracites ^ dont les usages industriels sont très-différents de ceux des houilles et des lignites.
Le graphite est le combustible minéral des terrains stratifiés les pins anciens ; son origine est certainement la même que celle des autres combustibles minéraux, mais les actions auxquelles la matière végétale a été soumise, soit pendant le dépôt, soit postérieurement, ont dégagé tous les produits volatilisables ; le graphite ne contient plus que du carbone mélangé avec les matières terreuses.
H ne nous appartient pas de présenter une classification des combustibles miné^^aux, classification d'ailleurs très-difficile, puisque, pour être rationnelle, elle devrait respecter l'âge géologique des formations, et cependant se fonder principalement sur les propriétés physiques, chimiques et industrielles des divers combustibles. Nous étudierons séparément les anthracites et le graphite, qui s'écartent beaucoup des autres combustibles au point de vue de leur emploi, et nous réunirons dans le même paragraphe les lignites et les houilles, qui possèdent un certain nombre de propriétés communes.
hà texture de ces combustibles présente une grande variété ;
tantôt les couches sont presque compactes, et la casdture «st iirfigulière jusque dabs les plus petits fragments; tantôt U maase entière est divisée en lits plus ou moins minces, mais assee réga^ liers, par des clivages ou par de véritables fentes, parallëles au toit et au mur; tantôt le charbon présente en outre des clivages dans des sens très-divers, conservant leur parallélisme à de grandes distances, en sorte que sous le choc des outils, ou dans les transports, le combustible se divise en fragments presque réguliers. Certains charbons sont très-friables, leur exploitation donne beau* coup de menus; d'autres, au contraire, sont très-durs, peuvent être abattus et transportés sans se briser beaucoup ; ils produisent une forte proportion do gros fragments ou de grôle, qui ont dans l'industrie une valeur plus grande que celle des menus.
Très-fréquemment les couches sont divisées par des lits de schistes, dont la puissance varie avec irrégularité, et dont les frag^ ments restent adhérents au charbon sorti de la mine. Il est trèsrare que les combustibles minéraux ne soient pas intimement mélangés avec des matières terreuses, à pou près imperceptibles même à la loupe, et dont là nature est la même que eelle des bancs qui recouvrent le dépôt ; ce sont principalement des schistes ou des grès, plus rarement du calcaire;
En outre, le charbon est irrégulièrement mélangé avec un grand nombre de substances étrangères, dont la nature et la proportion sont variables d'une couche à l'autre, et pour les diverses parties d'une même couche de combustible. Les matièras qu'on trouve le plus souvent sont : le quartz en grains plus ou moins fins* les schistes imprégnés de bitume ; les pyrites de fer, la pyrite ar* senicale ; le fer carbonate, qui se présente quelquefois disséminé dans les iSchi^tes, mais plus ordinairement en rognons ou en plaquettes; le sulfate de chaux, qu'on voit assez fréquemment en lamelles irrégulières. Le phosphate de fer se trouve quelquefoia en forte proportion, disséminé dans les schistes bitumineux qui a(^ compagnent la houille ; cela se présente à la houillère'de :Bezmet^ près de Montluçôn. Enfin on a pu constater dans quelques couchts de houille divers sulfures métalliques, galène, blende, cuivre pyriteux, cuivre gris et même sulfure de mercure ; ces minéraux paraissent accîdéùtels et peuveM se rattacher à l'existence de filons métalliques traversant le terrain houiller.
Les charbons minéraux présentent la plus grande variété dans
CARBONB. 11^
lèMt oMipéftition intima et dans leurs pro{H*iétés utiles, indépendamment de eed mélanges réguliers ou irréguliers de substances tétwtidés et métalliques. Les uns sont imprégnés de matières l^tuttineuses qui leur donnent la propriété de londre et de se j^tn^souflet tous Tlnfluenee d'une forte chaleur , et même de s'énflàmmer aisément au contact delà flamme d'une bougie ; d'autos contiennent beaucoup moins de ces matières, conservent à peu t^l'ès leur foi^e quand on les chaufle à l'abri de l'air, et donnent à la distillation des gaz très-K^bai^gés de carbone en laissant un ^ësi<iu ttès*^ompacte ^ d'auti^es, enfin, décrépitent ou Se divisent en metius fragments quand on les chauffe brusquement, et donnent par distillation des gaz qui renferment des produits oxygénés, et ne peuvent produire en brûlant une température très-»élevée.
L'analyse complète des combustibles minéraux, faite nécessairement sur des fragments très-petits, exempts autant que possible de matières étrangères, fait connaître la proportion de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote, mais no donne aucune indication certaine dur le mode de combinaison de ces corps.
En comparant les nombres obtenus pour une série d'échantii-* Ions, représentant des qualités de combustibles parfaitement classés par leurs usages industriels, on peut déduire des indications très«nitiles au point de vue sûentifique'; mliie, dans Tétat actuel de nos connaissances, il n'est pas permis de conclure des r^ sultats des analyses la valeur que pourront avoir des combustibles minéraux pour les usages les plus ordinaires. 11 est donc inutile pour l'industrie de faire des analyses complètes, qui ne peuvent servir que dans des recherches scientifiques. Ces analyses sont conduites à peu près de la même manière que celles des substances organiques, avec cette différence cependant que, pour le dosage du carbone, il est bon de faire intervenir un courant d'oxygène pur et sec, dans la crainte que l'oxyde de cuivre, s'il était employé seul, ne fût pas suffisant pour produire Toxydatîon complète .
U n'y a pas de motif pour décrire ici l'analyse organicjue des combustibles minéraux, il est beaucoup plus essentiel d'indiquer par quelles opérations simplôs ou peut, au laboratoire, se rendre compte de la valeur des houilles et des lignites, et reconnaître jusqu'à un certain point à quels usages industriels ils peuvent
convenir. D'après les observations sommaires exposées précédemment, il
130 METAUiOlDES.
est facile de comprendre que les indications, qui sentcÀtennes au laboratoire sur des échantillons, ne peuvent suffire pour déterminer la valeur et les qualités d'un combustible employé. ordinairement en masses aussi grandes dans Tindustrie. C'est en étudiaat la houille ou lé lignite $w l&lieu même de Texploitation qu'ion peut évaluer la pureté "fins ou moins grande du combustible, la proportion et le mode de dissémination des matières étrangères ; c'est par l'examen pratique, fait par un ingénieur, qu il est peraÛB de reconnattre quelles précautions il faut prendre dans l'exploitation, dans le triage ou dans le lavage, pour donner au com^uatible la plus grande valeur dont il est susceptible, d'après sa nature et d'après les conditions commerciales de la localité. C'est dans les usines qu'on'peut arriver, par des tâtonnements et par des expériences pratiques, à déterminer la disposition des appareils qui donnent les meilleurs résultats avec tel ou tel combustible. Les recherches faites au laboratoire^ 6t néceseairementisur de très-petites quantités de matière, ne peuvent servir que de complément aux études des exploitants et des directeurs d'usines : et même encore, ainsi limitées dans leur portée, elles ne saurai^it ôtre utiles que si le chimiste est prévenu de la question spéciale qu'il s'agît de résoudre, et si les échantillons sont conv^iablement choisis.
Usages. — Las usages les plus importants des combustibles minéraux sont les suivants ;
Le chaufiage des appareils à vapeur, des fours employés en métallurgie, des foyers domestiques ; on se sert de houille ou de lignites, tels que les livrent les exploitations, ou de ces combustibles agglomérés avec du brai, du goudron ou d'autres matières analogues, et façonnés en briquettes;
La fabrioation du coke pour les hauts fourneaux; les fours divers, les locomotives, etc.;
La préparation du gaz d'édairage, qui donne en même temps d'autres produits : le coke, le goudron, des matières ammoniacales, etc.
Pour ces divers usages, les combustibles doivent posséder évidemment des qualités très-différentes, et la question posée an chimiste, au moins pour la partie qu'il lui est permis d'aborder, se présente sous des aspects divers. Il est par conséquent indispensable de considérer séparément ces trois poînits de vue différents de l'examen des combustibles.
CARBONE. iU
BcmsuB rr ugnites destuiés au chauffage. — La qualité la plus essentielle des combustibles destinés au chauffage est de brûler en produisant beaucoup de chaleur, soit dans le foyer luimême par la combustion directe, soit à une certaine distance par les flammes auxquelles donnent lieu les produits de la distillation. En outre, et principalement pour les usages métallurgiques, le combustible doit s'agglomérer trbs-peu et ne pas se diviser en menus fragments, car dans les deux cas l'appel de l'air par la grille serait rendu difficile* La proportion et la nature des cendres exercent également une influence très-grande sur l'activité de la combustion ; elles peuvent obliger les ouvriers à piquer très*fréquemment les grilles, ou bien elles peuvent servir, quand elles sont oonvenablement fusibles, à former sur les barreaux une grille aortificielle, trèsH^ommode pour brûler économiquement des combustibles très^menus. Les pyrites, et en général les sulfures métalliques, produisent dans les flammes de l'acide sulfureux et de r.acide arsenieux, qui peuvent être très-nuisibles à la qualité des métaux dans un certain nombre d'opérations.
Pour les pyrites, comme pour les matières terreuses et métalliques, irrégulièsremeiit disséminées, l'examen du combustible sur le carreau de la mine, ou dans leer magasins de 4' usine, donne des indications parfaitement suffisantes. Au laboratoire, on doit seulement étudier la manière dont le combustible se comporte au fam; déterminer la proporfion des matières volatiles, leur pouvoir calorifique et celui du combustible lui-même ; examiner la nature des matières terreuses intimement mélangées.
D nly a pas lieu de s'occuper spécialement de l'eau hygrométrique, que les combustibles minéraux contiennent en général en proportion très*-faible, et qui est pe^u variable avec les conditions atmosphériques. Ce n'est que dans des cas spéciaux, par exemple quand on cherche à se rendre compte de Taltératioti subie par des eha^bgns longtemps exposés à l'air et à la pluie, qu'il est nécessaire de doser séparément l'eau hygrométrique : cette détermination se fait avec les précautions indiquées précédemment pour le bois.
D'après ces observations, les opérations auxquelles on doit soumettre au laboratoire les échantillons, ccmv^Qiablement choisis, des combustibles destinés au chauffage sont :
i"* La combustion directe daûs un foyer forte,ment chauffé ;
iii métalloïdes.
2^ Là oaleination dans un creuset, donnant la proportion des matières volatiles ;
3^ L'incinération^ suivie de l'analyse des cendres 9
k"" La détermination du pouvoir calorifique,, par fusion avec de
la litharge.
Première Le but de oette opération est de faire reconnattreid quelle mAr*
opération. ^^^^ j^ combustible proposé se comportera quand il sofa chargé^
Combustion. ^ intervalles plus ou moins écartés, dans le foyer qu'il doit ali-^
menter ; il faut se rapprocher, autant que le permet la dispositioû
des fours du laboratoire, des conditions de l'emploi industriel.
n suffira de considérer ici un seul exemple, celui des combustibles destinés aux fours à réverbère, employés dans la métaUur^ gie du fer.'Dans ce cas on peut opérer de la manière* suivante :
On chauffe aussi fortement que possible avec du charbon dé bois un four dé calcination ordinaire ; puis sur les charbons en* flammés on jette une certaine quantité, de 1 à 2 kilogrammes, du combustible proposé, réduit en fragments* de la grossetir d'une noix, ou même un- peu plus gros. On place le cône sur le four,afin d'entretenir un tirage suffisamment actif, et de temps en temps on le soulève pour examiner de quelle thanière se fait la combustion! On observé • si les fragments se coUèût les uns avec les autres; s'il y a, au contraire, décrépitatiOn ; si la flamme produite est irillante ou enfumée, longue ou courte; si cette flamme persiste longtemps ; on cherche à reconnaître, à l'odeur que répand la combustion dans le laboratoire; si le charbon proposé est de la houille ou du lignite. La distinction entre les houilles et les lïgnites à l'odeur exige une assez grande habitude, et, bien entendu, on ne doit recourir à ce moyen que dans le cas où la loca^ lité d'où provient le combustible est inconnue, ou quand l'âge géologique de la formation n'a pas encore été déterminé.
Les l'ésultats observés dans la combustion ne sont pas de nature à être traduits par des nombres ; ce sont des appréciations qu'il est utile de consigner 'dans le procès-verbal de l'essai'; elles acqmè1*cùt une grande valeur pour la comparaison des quaUtés' de divers combustibles minéraux, quand elles sont faîtes par un chimiste exercé à ce genre d^opérations. Seconde ^^ calôiuation se fait ordinairement dans uû creuset de platine opération, {^^é^ placé dans un creuset de terre beaucoiiip plus grand; Tinter- Gaicination, valle entre les deux couvercles est rempli avijc de menus frag-
CARBONE. iS3
mtats d« ohArbon de boisi On ohauffé rapidement au rouge trèsvif dans un four de calcination, et on maintient oette-températuro pendant au moins une denii-*heure. Après refroidissement, on pèse le creuset de platine; T augmentation de poids donne 1q résida fixe^ qui comprend le oarbone fixe et les matières terreuses ou métalliques, plus ou moins altérées par la calcination : par différence, on calcule la proportion des matières volatiles*
Le combustible placé dani) le creuset doit être pulvérisé, ou réduit en sable fin^ on distingue alors plus aisément, à raegpect du résidu, s'il y a eu agglomération ou boursouflement par calcination, ou bien si la matière a conservé sa forme et son état pulvérulent. Gomme ce sont les matières bitumineuses qui pro« duisent la fusion et ensuite le boursouflement, on peut déduire de l'état du résidu des indications utiles sur la présence ou sur rabsence de ces matières bitumineusee.
Le résidu porte le nom de coke seulement quand il est notablement aggloméré; dans le cas contraire, «il n'est pas désigné par un nom spécial. Quel que soit son état physique, il est un peu hygrométrique, et doit être pesé avec les précautions déjà signalées pour le charbon de bois.
Le poids du résidu fixe varie un peu avec le mode de calcination ; il est moins fort quand la température est élevée très-rapidement que lorsqu'on chauiFe très^progressivement : la différence, est plus grande pour les Ugnites que pour les houilles proprement dites, et surtout que pour les houilles anthraciteuses ; mais elle est toujours «moins forte que celle observée dans la calcination lente ou rapide du bois. 11 est encore aseez important de conduire l'opération toujours de la même manière, quand on veut obtenir des nombres comparables pour une série d'échantillons de combustibles minéraux \
1 n serait eitrémemebt intéressant de recueillir lès produits volatilisés et d'en faifè l'ittatyse^ co opérant suicesaivevMOt sur des échanlillMis des principaux charbon» n'iné^ nnx, provenant de terrains bien connus, et pour chacun d'eux en faisant varier la rapidité de la calcination ; il faudrait ensuite comparer les résultats a ceux donnés par les analyses organiques de ces mêmes combustibles. Ces recherches^ réunies à l'étude complète des eomposés divers obtenus par la condensation partielle des produit* volatils, per« mettraient peut-être de connaître de quelle manière les combustibles sont composés, et quelles sont les transformations éprouvées sous Tinfluence de la chaleur. Ce sont là des questions scientifiques d'un ol*dre élevé, dont l'importance est en mémo temps trë^^ grande pour l'industrie : les expériences qui seraient nécessaires pour les résoudre soit maihf u*
in métalloïdes.
Les essais faits jusqu'à présent sur un grahd nombre de combustibles indiquent que la proportion des matières volatiles est, généralement, de plus en plus grande à mesure que les charbons minéraux étudiés sont d'une époque plus récente ; mais il faut bien se garder de poser cette loi d'une manière trop absolue ; quelques exceptions ont été déjà signalées, d'autres le seront probablement encore.
Assez ordinairement le résidu de la calcination des lignites n'est pas aggloméré ; cependant quelques couches de ligiiites produisent du coke d'assez bonne qualité pour être employé dans les hauts fourneaux ; seulement, quand le cas se présente, la proportion de coke obtenue est inférieure à celle que donnent les houilles grasses de la formation carbonifère. Troisifemc Pour déterminer la proportion de cendres que laissent les cornopération, ^ugi^jy^g minéraux, on peut opérer sur les combustibles euxincinéraiion. mêmes, finement pulvérisés, toutes les fois qu'ils ne contiennent pas assez do matières bitumineuses pour s'agglomérer à la chaleuf rouge : dans le cas contraire, il vaut mieux employer le coke obtenu par la calcination, et le brûler sous le moufle après l'avoir porphyrisé.
Les cendres sont pesées après une forte calcination, 6t ensuite soumises à l'analyse, quand cela parait utile. Elles contiennent le plus ordinairement: du sable quartzeux; de l'argile; de l'oxyde de fer; de la chaux; un peu de silicate d'dlumine, de chaux et d'oxyde de fer; une petite quantité de sulfate de chaux : plus rarement elles renferment un peu -d'arséniates et de phosphates de chaux et d'oxyde de fer. Les silicates et le sulfate de chaux proviennent de l'action du quartz et de l'argile sur la chaux et l'oxyde de fer, et de l'action sur la chaux de Tacide sulfurique produit par le grillage des pyrites. On n'a pas encore signalé la présence des sels alcalins dans les cendres minérales; mais cela peut provenir des difficultés qu'on rencontre à doser, et même seulement à reconnaître, de petites quantités d'alcalis en présence de la silice, de l' alumine, de l'oxyde de fer et de la chaux, relativement en très-grand excès.
La proportion des cendres dans les divers charbons minéraux
ressèment tellemeni longues et difficiles qiie^ jusqu'à présent, tucun chimiste n'a osé les entreprendre.
est extrêmement variable : il est rare qu'elle soit inférieure à 2 pour 400 ; assez ordinairement elle varie e^ntre 5 et 10 pour 100 ; et il n'est pas extraorcUnaîrc de trouver, dans des échantillQns choisis des houilles employées en métallurgie, de 14 à 16 pour 100 de cendres, provenant des matières minérales qui sont intimement mélangées avec le charbon, et qu'il serait difficile de séparer par triage et même par lavage.
i- . Dans les cendres minérales, le fer et le soufre se trouvent à l'état de peroxyde de fer et de sulfate de chaux, tandis que dans le résidu fixe de la caloination ces deux coips existent à des états bi€Ki différents, fer métallique, protoxyde de fer, protosulfure de fer, ou sulfure de calcium : le poids des cendres n!est donc pas ordinairement égal à celui des matières terreuses et métalliques que contient le résidu de la calcination* Par conséquent, en retranchant du poids de ce résidu celui des cendres, pour avoir le carbone fixe, on commet une erreur qui peut être notable, et qui varie avec la proportion de fer et de soufre. Cette erreur est inévitable, et on ne peut en avoir qu'une limite approchée en cherchant à se rendre compte, d'après l'analyse des cendres, de la quantité d*oxygèno absorbée par le fer et par le soufre pendant l'incinération. Il est, d'ailleurs, toujours nécessaire de peser les cendres fortement calcinées; sans cette précaution, elles pourraient contenir une proportion variable de carbonate de chaux.
On détermine le pouvoir calorifique des combustibles miné- Quatriëme raux par fusion avec la litharge, en opérant avec les précautions «P^rtUon. recommandées - précédemment pour le bois : le résultat obtenu ^^^^on
