CHEMINS DE FER

SULFATE D’ALUMINE ET ALUN

Par M. Léon POMMIER

Ancien élève de l’École polytechnique.

SULFATE D’ALUMINE

Le sulfate d’alumine est un sel composé d’acide sulfurique, d’alumine et d’une quantité d’eau variable suivant son degré de concentration.

Historique. —Jusqu’en 1845, le sulfate d’alumine ne fut qu’un produit de laboratoire. C’est à cette époque seulement que M. Pommier, manufacturier à Paris, fabriqua pour la première fois un produit susceptible d’être utilisé par l’industrie. Il fut d’abord employé par les teinturiers pour remplacer l’alun comme mordant. Sa trop grande acidité, qui n’avait aucun inconvénient sn teinture, ne lui permit pas au début de supplanter l’alun dans le collage du papier; mais lorsqu’on sut fabriquer un sulfate suffisamment neutre, il fut promptement adopté par un grand nombre de fabricants de papiers, qui abandonnèrent soit totalement, soit partiellement, l’alun. Depuis cette époque jusqu’à ce jour, les progrès du sulfate d’alumine n’ont fait que s’accentuer. Ce résultat était facile à prévoir; en effet, les diverses applications de l’alun ne reposent que sur sa teneur en sulfate d’alumine, et par suite en alumine; or, tandis que l’alun renferme à peu près 40 pour 100 d’alumine, le sulfate ordinaire en contient environ 15 pour 100 et coûte 25 pour 100 de moins que l’alun.

La matière première qui servit d’abord à la fabrication du sulfate d’alumine fut le kaolin ou silicate d’alumine ; mais il fut presque entièrement abandonné lorsqu’on connut la bauxite qui est deux fois plus riche en alumine. C’est actuellement encore la bauxite qui sert à préparer la majeure partie de la production de ce produit. L’alunite, qui est utilisée principalement pour la fabrication de l’alun, fournit aussi des quantités importantes de sulfate.

Le sulfate d’alumine ordinaire renferme toujours une certaine proportion de sulfate de sesquioxyde de fer, et cela parce que les minerais alumineux employés contiennent toujours de l’oxyde de fer. Dans la plupart des cas la présence de ce

fer n’est pas nuisible; certaines industries cependant, et en particulier certaines teintures, telles que celle du rouge d’Andrinople à l’alizarine, exigent un sulfate d’alumine exempt de fer. On fabrique actuellement et par plusièurs procédés, un produit satisfaisant à cette condition aussi bien que l’alun épuré.

Nous allons exposer les différentes méthodes de préparation du sulfate d’alumine ordinaire et épuré.

I. FABRICATION DU SULFATE D’ALUMINE ORDINAIRE PAR LE KAOLIN ET L’ACIDE SULFURIQUE.

Le kaolin à l’état brut est un minéral friable, ordinairement blanc, parfois jaunâtre, grisâtre, verdâtre ou même rougeâtre. Il provient de la décomposition des roches feldspathiques, qui se sont transformées en silicates de potasse solubles dans l’eau, et en silicate d’alumine basique qui n’est autre que le kaolin. Il se rencontre en amas ou filons, dont l’exploitation se fait le plus souvent à ciel ouvert, ou au moyen de puits. Il est en général formé par un assemblage de grains de quartz ou de sable, de petits fragments de silicates à diverses bases, et d’argile qui constitue la matière utile. Le kaolin pur est séparé, au moyen de lavages, des matières étrangères avee lesquelles il se trouve naturellement mélangé. Lorsque l'exploitation se.fait à ciel ouvert, on dirige, à l’aide de pompes, de l’eau à la partie supérieure de la masse ; celte eau, se répandant sur le sol tandis que des ouvriers y piochent à même, se charge de matières qu’elle entraîne par une pente ménagée à cet effet; puis, en passant par une série de ruisseaux cimentés où elle dépose successivement les parties lourdes qu’elle tenait en suspension, elle se rend dans de grands bassins où elle est recueillie. Elle constitue alors un liquide laiteux, ne renfermant plus que le kaolin pur, plus léger que les autres matières qui l’accompagnaient. Ce liquide est abandonné dans les bassins, jusqu’à ce que par l’évaporation naturelle il prenne une consistance pâteuse; on divise alors la masse en pains que l’on fait sécher en les exposant à l’air sur des étagères. On obtient ainsi le kaolin tel qu’il est livré à l’industrie. Lorsque l’exploitation se fait au moyen de puits, on commence par former sur le sol des amas de kaolin brut, et l’on opère de la même façon. On a aussi essayé de pratiquer la séparation du kaolin pur à l’aide d un ventilateur agissant sur la matière brute préalablement pulvérisée, on n’a pas obtenu un résultat complètement satisfaisant. Les principaux gisements de kaolin sont : en Angleterre, dans le comté de Cornouailles ; en France, à Saint-Yrieix près de Limoges, et dans les départements de l’Ailier et du Puy-de-Dôme.

Voici une analyse du kaolin de Saint-Yrieix :

S> lice . 48.57

Alumine. 34.95

Oxyde de fer. 126

Potasse. 2 40

Magnésie. Traces

Eau . 12.62

Perte,. 0.40

SULFATE D’ALUMINE ET ALUN; 167

La constitution des kaolins des autres provenances est peu différente de celle-ci.

Pour obtenir le sulfate d’alumine, on commence par pulvériser le kaolin aussi finement que possible à l’aide de meules et de tamis, puis on le calcine pendant deux ou trois heures dans des fours à réverbère à voûtes surbaissées. Chaque four contient de 2 à ,300 kilogrammes de matière. La calcination a pour but de peroxyder le fer contenu dans le kaolin, et par là de le rendre moins attaquable par l’acide ; elle rend au contraire l’alumine plus apte à être attaquée, pourvu que l’on n’exagère pas la température de calcination. La température du rouge sombre est celle qui convient. Le kaolin calciné est retiré du four à l’aide d’un récipient en fer, et versé tel quel dans une chaudière cylindrique en plomb d’une capacité de 12 à 1500 litres, et chauffée à la vapeur à l’aide d’un barbotteur. L’opération se fait sur 200 kilogrammes de kaolin, qui nécessitent pour être attaqués 500 kilogrammes d’acide sulfurique à 55° B.

On fait arriver l’acide sulfurique dans la chaudière sur le kaolin encore chaud, l’attaque commence immédiatement; comme ainsi la masse serait trop épaisse, on la noie avec de l’eau en même temps que l’on ouvre progressivement le robinet de vapeur. On a soin de remuer vigoureusement avec une spatule en bois durant toute la réaction, afin qu’aucune partie du kaolin ne reste inattaquée. Lorsque la réaction est terminée, on abandonne la masse au repos pendant deux ou trois jours, pour laisser déposer la silice qui se trouve libre et se précipite. On décante ensuite au moyen d’un siphon le liquide clair qui n’est autre que du sulfate d’alumine marquant de 20 à 25° B, et on l'envoie dans une autre chaudière en plomb, hémisphérique et chauffée par la vapeur à l’aide d’un serpentin également en plomb. Là, on le concentre à un degré variable, suivant la qualité que l’on veut obtenir, puis on le coule sur une table en plomb à bords relevés, à laquelle on donne le nom de cristallisoir.

En refroidissant, la masse s’épaissit rapidement. On la divise en plaquettes de différentes dimensions avant qu’elle ne soit entièrement solide, au moyen de râteaux en bois à dents largement espacées, puis on attend le refroidissement complet. On décolle alors les plaquettes, que l'on emballe, et l’opération est ainsi terminée.

Pour attaquer toute l’alumine contenue dans le kaolin, on est obligé d’employer une proportion d’acide supérieure à celle théoriquement nécessaire. Il en résulte que le sulfate d’alumine ainsi fabriqué renferme un peu d'acide libre, ce qui d’ailleurs, pour certains usages, n’a aucun inconvénient. Mais lorsqu’on veut obtenir un sulfate neutre, on peut durant la concentration saturer l’excès d’acide par de l’alumine hydratée pure, qui provient du traitement de la cryolithe, et dont nous reparlerons plus loin. Il est important, cependant, de ne pas ajouter un excès d’alumine, car il se formerait du sulfate d’alumine basique naturellement jaune, qui teinterait toute la masse, et par suite la rendrait impropre à être livrée au commerce.

100 kilogrammes de kaolin d’une composition analogue à celui dont nous avons donné l’analyse fournissent environ 275 kilogrammes de sulfate.

11. FABRICATION OU SULFATE D'ALUMINE ORDINAIRE PAR LA BAUXITE ET L’ACIDE SULFURIQUE.

La bauxite est de l'alumine hydratée. Son existence a été signalée en 1821 par Berthier, aux Baux, près de Tarascon (Bouches-du-Rhône), d’où son nom de bauxite. C’est un minéral dur et cassant, généralement rose, et d’autant plus rouge qu’il contient plus de fer. Son gisement le plus important est dans le midi de la France; il est formé par une série de gîtes qui s’étendent depuis Tarascon jusqu’à Antibes sur plus de 150 kilomètres de longueur. On a découvert également de la bauxite au Sénégal, en Calabre, én Irlande et en Autriche. Voici des analyses des principaux types de bauxite :

Rose.

Jaune

Rouge

Rouge

Brun

brunes.

clair.

brun.

foncé.

Alumine.

Eau.

Sesquioxyde de fer.

Silice.

Chaux.

On voit que la bauxite présente des variétés très distinctes, et que plus elle est foncée, moins elle est riche en alumine, et plus elle contient de fer.

Le type généralement employé aujourd’hui est le premier, qui est fourni en quantités suffisamment considérables à la consommation par les gisements du midi de la France.

La bauxite est d’abord pulvérisée finement comme le kaolin; c’est d’ailleurs la première opération à faire subir à la matière première quelle qu’elle soit dans la fabrication qui nous occupe.

La bauxite étant un hydrate d’alumine, et non un silicate d’alumine, et de plus le fer s y trouvant a 1 état de sesquioxyde, il est inutile de la calciner avant de l’attaquer par 1 acide sulfurique. La combinaison se fait absolument de la même manièie et dans le même récipient que pour le kaolin. —400 kilogrammes de bauxite exigent pour être attaqués complètement 1000 kilogrammes d’acide sulfurique à 60° B. Lorsque la réaction est terminée, on laisse la masse en repos pendant deux ou trois jours ; la silice se dépose. On décante alors le liquide surnageant que l’on concentre, et que l’on coule exactement comme dans le traitement du kaolin.

100 kilogrammes de bauxite donnent un rendement de 400 kilogrammes de sulfate d’alumine ordinaire.

SULFATE D'ALUMINE ET ALUN

III. FABRICATION DU SULFATE D'ALUMINE ORDINAIRE PAR LE PROCÉDÉ DE M. DELAMINNE.

La métallurgie du plomb par la galène ou sulfure de plomb PbS, et celle du zine par la blende ou sulfure de zinc ZnS, donnent pendant le grillage de ces minerais un dégagement d’acide sulfureux que M. Delaminne utilise, en son usine d’Ampsin en Belgique, à la fabrication du sulfate d’alumine. L’acide sulfureux est recueilli avec les vapeurs d'eau qui l’accompagnent, et dirigé dans des canaux pratiqués au sein d’une masse argileuse ; au contact de l’oxygène de l’air, il donne de l’acide sulfurique, qui transforme l’argile en sulfate d’alumine. La masse ainsi transformée est lessivée par une méthode identique à celle que nous exposerons plus loin dans la fabrication de l’alun au moyen des schistes alumineux. Les lessives sont évaporées, et le sulfate est obtenu en plaquettes par le procédé habituel. Le minerai alumineux qu’utilise M. Delaminne est formé de vieux schistes argileux traités précédemment par les anciennes méthodes et mal épuisés. Il obtient ainsi des quantités de sulfate d’alumine beaucoup plus considérables que celles fournies par leur premier traitement.

IV. FABRICATION DU SULFATE D'ALUMINE ORDINAIRE PAR L'ALUNITE ET L'ACIDE SULFURIQUE.

Nous verrons plus loin, en nous occupant de la fabrication de l’alun, comment on obtient à la fois du sulfate d’alumine et de l’alun dans le traitement de l’alunite de Madriat.