LAITIERS

Les silicates qui se forment le plus fréquemment sont ceux à base de fer; le plus fusible est le protosilicale 2FeO,SiO-. Le prolosilicate de manganèse semble avoir à peu près le môme point de fusion que celui du fer ; il a une couleur vertolive, il est opaque, mais légèrement cristallin. Au contact de l'air, il n'absorbe pas l'oxygène comme les silicates de fer, et ne peut pas alors être employé comme agent oxydant. Un silicate contenant deux ou plusieurs bases est souvent plus fusible qu'un silicate simple. De là, un silicate composé de chaux, magnésie, alumine, etc., est plus fusible que celui résultant de l'union d'une seule de ces bases à la silice ; il fondra plus facilement s'il est fortement chauffé. De même, l'oxyde de manganèse augmente la fusibilité des silicates terreux.

L'oxyde de zinc forme des silicates simples, pratiquement infusibles, et comme règle générale, cet oxyde diminue la fusibilité des silicates de fer, de chaux, etc. Le protoxyde d'étain augmente la fusibilité des silicates multiples. Les proto et bisilicates de cuivre fondent facilement ; ils augmentent la fusibilité des silicates terreux.

L'oxyde de cuivre est facilement séparé, spécialement en présence du sulfure d'arsenic avec lequel il forme un régule. Les oxydes de plomb et de bismuth sont, après les alcalins, les bases les plus fusibles.

Les silicates de plomb fondent au rouge. L'oxyde de plomb augmente la fusibilité des silicates multiples, mais il est facilement réduit par la présence du fer métallique.

Les laitiers sont ou vitreux ou pierreux, et souvent ils sont plus ou moins cristallins. Un refroidissement rapide tend à produire la variété vitreuse, tandis qu'un refroidissement lent donne la structure cristalline. L'état pierreux se rencontre surtout dans les laitiers oii les bases terreuses prédomi-

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nent. En formant des laitiers lors de la fusion des métaux, on a pour but de produire des composés fusibles qui contiennent les impuretés que l'on veut éliminer, eïi même temps qu'on les veut exempts aussi bien que possible des métaux ou des substances métallifères subissant la préparation. Si le laitier ne contient pas les métaux utiles, il est dit pur ; mais s'il renferme des matières utiles, il est souvent prudent de le refondre avec une autre charge pour extraire les composés ayant de la valeur et le rendre suffisamment pur pour être rejeté. Il arrive fréquemment que les laitiers produits dans une opération avec une espèce donnée de matière métallifère sont employés comme flux ou autre agent dans l'extraction ou la fusion de différents autres métaux.

Si la charge est mal préparée, et si le silice et la chaux prédominent, ou si la quantité d'alumine et de magnésie est très grande, ou la température insuffisante, les laitiers sont imparfaitement fondus et présentent une cassure granuleuse.

§ 16. Flux. — Un flux est une substance que l'on ajoute à la matière métallifère, afin déformer un laitier fusible. Le flux employé varie dans chaque cas avec la nature du corps que l'on veut éliminer. Ainsi, si l'impureté est de nature acide, comme la silice, le flux sera basique ou neutre. Si d'autre part on doit séparer une substance basique, on emploiera un flux acide. Dans beaucoup de cas de fusion de métaux, il est désirable de séparer des métaux étrangers, présents comme impuretés ; il faut alors ajouter un agent oxydant afin d'oxyder d'abord ces impuretés qui se combinent facilement avec un flux acide pour^former un laitier liquide, ou se volatilisent, ou simplement montent à la surface en vertu de leur poids spécifique plus faible.

Il arrive fréquemment qu'un laitier est formé à un moment

de l'opération et décomposé ensuite par l'action de quelque réducteur présent. Les silicates les plus difficiles à réduire sont ceux dont les bases sont terreuses, comme la chaux, la magnésie, l'alumine, etc. Si un laitier contient plusieurs oxydes, les bases les plus faibles sont d'abord réduites, puis les autres dans l'ordre de leur basicité. Par exemple, soit un silicate contenant les oxydes de manganèse, de fer, d'étain et de plomb; l'oxyde de plomb sera d'abord réduit, puis celui d'étain, celui de fer, et enfin celui de manganèse. La composition des silicates a une influence marquée sur leur consistance à l'état fondu. Les bisilicates, ou silicates avec excès d'acide, passent graduellement de l'état solide à l'état liquide, ou inversement de l'état liquidée l'état solide ; pendant longtemps, ils conservent une consistance visqueuse ou plastique. Les protosilicales ou silicates basiques, au contraire, passent plus ou moins facilement de l'état liquide à l'état solide, et par le refroidissement, ils se solidifient rapidement. Ils sont très liquides quand ils sont fondus et se craquellent au moment de la solidification.

Les silicates les plus fusibles sont formés par la silice et les bases fusibles, comme la soude, la potasse, l'oxyde de plomb, l'oxyde de bismuth, et la fusibilité du silicate formé est proportionnelle à la quantité de base présente. Avec les bases infusibles, au contraire, la fusibilité est plus grande s'il n'y a en excès ni base, ni acide. La baryte BaO est plus fondante que la chaux CaO, et la magnésie MgO encore moins que la chaux ; l'alumine AFO^ de foutes les bases communes, est celle qui l'est le moins.

Le fluorure de calcium CaF- est très recherché comme flux. A haute température, il fond en un liquide transparent. Il est partiellement décomposé par la silice, avec mise en liberté de gaz fluorure de silicium, mais la plus grande partie se re-

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trouve dans le laitier dont il favorise la fusion el la fluidité. Si l'on traite les sulfates de chaux, de baryte, de strontiane, les cendres d'os (phosphale de chaux), le fluorure de calcium est spécialement recherché ; un dixième de ce fondant est suffisant pour liquéfier le sulfate de plomb au rouge clair.

Le soufre est souvent présent dans les matières métallifères, sous la forme de sulfures, comme le sulfure d'argent par exemple. Dans ce cas, on peut employer le plomb métallique qui décompose le sulfure d'argent en donnant du sulfure de plomb et de l'argent qui se combine à l'excès de plomb. De même, le fer décompose le sulfure de plomb en formant du sulfure de fer el du plomb métallique. Les métaux des terres alcalines ou alcalino-terreuses sont très efficaces en déplaçant le soufre des sulfures métalliques. Les métaux sont ainsi obtenus en réduisant leurs oxydes par une substance carbonée mélangée au sulfure métallique. Dans ce cas, il se forme généralement un sulfure alcalin en môme temps que l'oxyde du métal. Quelquefois la décomposition du sulfure métallique est incomplète. Certains sulfures, comme le sulfure de zinc, sont rendus fusibles par l'addition de sulfure de fer ou de pyrites de fer. Beaucoup de sulfures sont fusibles seuls, et dans la plupart des cas, il est facile de les transformer en oxydes par grillage à l'air atmosphérique, ou par fusion avec un flux oxydant.

Si la litharge PbO est fondue avec des sulfures et des arséniures, les acides sulfureux et arsénieux se volatilisent, et il se forme un alliage des métaux avec le plomb. D'autres oxydes métalliques agissent de môme, mais en règle générale, le sulfure est plus ou moins converti en oxyde, suivant la quantité d'oxyde employé, les caractères relatifs des métaux, la quantité de soufre et d'oxygène.

Le carbonate de plomb agit sur les sulfures comme l'oxyde.

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Le silicate de plomb est aussi un oxydant, mais à un moindre degré que les laitiers produits contenant deux métaux. Le sulfate de plomb est plus oxydant que la litharge ; quand il est fondu en proportions convenables avec le sulfure de plomb, la totalité du plomb est réduite. Les sulfates de cuivre et de fer sont généralement des agents oxydants pour les sulfures. Les nitrates, comme le salpêtre AzO'K, sont les oxydants les plus puissants dans les opérations de fusion. Les laitiers de fer basiques sont des agents très actifs pour commencer l'oxydation. Par exemple, si du fer contenant du carbone, du silicium, du soufre et du phosphore est fortement chauffé avec un silicate basique de fer, ces impuretés sont facilement oxydées et donnent de l'oxyde de carbone, de la silice, de l'acide sulfureux et de l'acide phosphorique.

On trouvera ci-dessous une liste des flux les plus employés, avec un court exposé de leurs propriétés et de leurs usages :

1° Chlorure d'ammoniinn (AmCI) ou sel ammoniac. — Cette substance est décomposée par quelques métaux en formant des chlorures et mettant en liberté de l'ammoniaque ; elle est avantageusement utilisée dans la purification de l'or. Une réaction semblable a lieu avec quelques autres sels métalliques.

2° Chlorure de sodium (NaCI) ou sel ordinaire. — Il est employé pour protéger la substance contre l'action de l'atmosphère et modérer l'action de corps qui causent une violente ébullition. Il fond et se volatilise au rouge dans un creuset ouvert, mais il demande la température du blanc dans un vase fermé. Chauffé au rougé avec de la silice, il donne un silicate facilement fusible. 11 forme des composés fusibles avec l'antimoine et l'arsenic, les séparant ainsi d'autres métaux pendant une opération d'afiinage. Comme les cristaux décrépitent quand ils sont chautfé«. on doit pulvériser le sel avant de l'employer comme flux.

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3" Borax (IVO'Na'). — Sous la forme cristalline il peut contenir 3 ou 10 molécules d'eau, qui est éliminée par la chaleur ; la masse augmente alors beaucoup de volume, de telle sorte que la forme vitreuse est préférable pour son emploi. Il forme des composés fusibles avec la silice et avec presque toutes les bases, étant spécialement employé avec les oxydes métalliques, les sulfures et les arséniures. Le sel commercial est falsifié avec du sel ordinaire et de l'alun.

4° Carbonate de sodium (CO^Naj) — Ce sel a la propriété d'oxyder beaucoup de métaux, tels que l'étain, le fer, le zinc, etc. par l'action de son acide carbonique ; par suite, il agit comme désuifurant. Il forme des composés fusibles avec la silice et beaucoup d'oxydes métalliques ; il fond aussi à basse température, absorbant beaucoup de substances infusibles comme la chaux, l'alumine, le charbon de bois, etc. Quelquefois il agit comme réducteur, dans le cas du chlorure d'argent. Mélangé au carbonate de potasse, il donne un sel double qui fond plus bas que chacun des deux sels pris séparément, propriété très importante dans la fusion des silicates, etc.

5° Nitrate de potassiv?n (AzO'K), nitre ou salpêtre. — Très employé comme oxydant, il fuse au-dessous du rouge, se décompose à une température plus haute ; la grande quantité d'oxygène mis en liberté convertit le soufre des sulfures métalliques en acide sulfureux et transforme les métaux en oxydes. Le nitrate de sodium agit de même .

6° Bitartrate de potassium . — ou tartre, ou crème de tartre. Cette substance pure est blanche ; mais la variété ordinairement employée sur une grande échelle est colorée et vendue sous le nom A'argol rouge ; elle est relativement bon marché et contient d'autres substances carbonées qui lui donnent un

pouvoir réducteur plus grand que celui de la crème de tartre pure. Ce corps est très apprécié dans les opérations qui demandent beaucoup de matière carbonée.

7° Chlorate de potassium (CIO'K). — Cette substance est employée quelquefois avec le nitre comme oxydant, spécialement dans les essais.

8° Cyanure de potassium (KCAz). — Ce flux est très recherché à cause de la facilité avec laquelle il fond et réduit beaucoup de composés métalliques s'ils sont mélangés avec du carbonate de soude. Le cyanure ordinaire est préférable comme agent réducteur, parce qu'il contient du carbonate de potasse.

9° Oxyde de calcium (CaO) ou chaux. — Il est employé à l'état caustique ou combiné avec l'acide carbonique sous la forme de carbonate. 11 est utilisé comme flux pour la silice et les silicates, et aussi pour séparer le soufre et le phosphore des métaux et de leurs composés.

1 0° Fluorure de ca/cn<m (CaF-) ou spath-fluor. — Cette substance agit comme flux de deux manières différentes : 1° par combinaison avec les silicates, formant des composés solubles ; — 2° par réaction avec les silicates dégageant du gaz fluorure de silicium SiF*. Elle forme des composés fusibles avec les sulfates, tels que le plâtre de Paris, et avec le phosphate de chaux (cendres d'os). Le spalh-fluor doit être exempt de pyrites, de blende et galène, avec lesquelles il est souvent contaminé.

11° Oxyde de plomb. — H y a deux oxydes de plomb, la litharge PbO et le minium Pb'O*. Les deux oxydes sont réduits par le carbone et l'hydrogène, et on obtient le plomb métallique. A l'état fondu, les oxydes de plomb oxydent presque tous les métaux, sauf le mercure, l'argent, l'or et le platine. Avec d'autres oxydes, ils forment facilement des com-

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posés fusibles. Chauffés avec du soufre, les oxydes de plomb sont réduits avec mise en liberté d'acide sulfureux. Si l'on fond de l'oxyde de plomb en quantité suffisante avec un silicate infusible, on obtient un silicate double fusible.

12° Bioxyde de manganèse (MnO*). — Cette substance est noire, opaque et bonne conductrice de l'électricité. Chauffée seule, elle est infusible, mais dégage de l'oxygène en donnant Ma*0' et Mn'O', selon la température ; chauffée avec du charbon de bois, on a le protoxyde MnO. La facilité avec laquelle ce corps abandonne ^oxyg^ne en fait un agent oxydant de grande valeur. Avec l'acide chlorhydrique, le bioxyde de manganèse est utilisé pour la production du gaz chlore. Chauffé fortement dans un creuset brasqué, il est réduit à l'élat métallique.

13° Silice (SiO'). — Ce corps existe à l'état cristallin ou amorphe. La silice est blanche, infusiblo, excepté aux très hautes températures, non volatile, insoluble dans l'eau et les acides, sauf l'acide fluorhydrique. Après ignition, elle est décomposée par le charbon en présence du fer, du cuivre ou de l'argent au rouge blanc, avec formation de siliciures. Les variétés amorphe et gélatineuse sont légèrement solubles dans les carbonates alcalins ; elles le sont plus facilement dans les alcalis caustiques. La silice se combine avec toutes les bases pour former des silicates, et pour cela, elle est très fréquemment employée pour effectuer la fusion et la sé|)aration des gangues des minerais ; les meilleures espèces à utiliser sont le sable blanc pur et le quartz.

14° Argile de Chine. — C'est essentiellement un silicate hydraté d'alumine, el quand il est pur, ce corps peut être représenté par la formule 2A1^0', 3SiO» -f 3irO. Mais l'argile est généralement mélangée avec d'autres silicates. C'est une substance blanche, infusible dans un fourneau ordinaire si

elle est chautTée seule ; mais elle se combine facilement avec les gangues terreuses et métalliques pour former un laitier fusible.

15° Verre. — Le verre est un mélange de silicates de potasse et de soude avec quelque silicate insoluble (baryum, magnésium, aluminium, fer ou plomb). Etant un silicate composé, il fond facilement à baulo température, et se combine facilement à la chaux et à d'autres bases contenant peu ou point de silice, de sorte qu'il est souvent préféré à la silice pure et sert à économiser le borax. Il est aussi employé pour couvrir les métaux fondus, de façon à les préserver de l'air. Le verre à vitres ordinaire, le verre vert des bouteilles sont le plus souvent employés; mais le flint-glass qui contient beaucoup d'oxyde de plomb serait désavantageux dans beaucoup de cas.

1 6° Sulfure de fer (FeS). — Il est principalement employé comme source d'hydrogène sulfuré. Grillé avec des sulfures facilement décomposables comme celui d'argent, il les convertit en sulfates. Chauffé avec les oxvdes de cuivre, de nickel, etc., il forme des régules. Chauffé dans l'air, il se transforme en sulfate, et à haute température en oxyde.

17° Pyrite de fer (FeS'). — Ce corps perd la moitié de son soufre au blanc en donnant du sulfure FeS, et est employé pour les mêmes usages que ce dernier. Il est principalement utilisé dans la métallurgie du cuivre, du nickel et du cobalt.

18° Oxyde ferrique (Fe^O'j. — Cet oxyde est très stable, non volatil ; il est rouge. Au blanc, il dégage de l'oxygène en donnant Fe^O*. Chauffé avec de l'oxyde de carbone ou avec du carbone, il est réduit à l'état métallique ; mais s'il y a beaucoup d'acide carbonique présent, il peut se faire de l'oxyde ferreux qui se combine avec le peu de silice qui existe pour donner un silicate fusible. Pour cette raison, il esi, sou-

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vent utilisé comme flux. Dans l'affinage du fer, il agit comme oxydant. En présence du soufre, il oxyde cet élément et donne de l'acide sulfureux.

19° Oxyde de zinc (ZnO). — C'est une base puissante ; elle forme des combinaisons avec les terres alcalines et quelques bases, et a beaucoup d'affinité pour l'alumine. L'oxyde de zinc est réduit par le carbone, l'oxyde de carbone et l'hydrogène. L'oxydç de zinc et le carbone sont ajoutés en petite quantité au cuivre fondu pour obtenir des produits sains.

Matériaux réfractaires.

§ 17. — Pour fondre les métaux, on se sert d'un tour construit, ou tout au moins garni intérieurement, avec des matériaux capables de résister aux hautes températures sans fondre, ou se ramollir, ou se décomposer par la chaleur. Comme règle générale, l'extérieur est construit en maçonnerie ordinaire, mais l'intérieur est garni de matériaux réfractaires dont la nature dépend beaucoup des opérations pour lesquelles le four est fait. Les matériaux réfractaires sont, ou employés à l'état naturel, comme la silice, l'alumine, l'oxyde de fer, la magnésie, l'argile réfraclaire, ou bien ils subissent d'abord une préparation préliminaire. Dans quelques cas, les matériaux sont moulés suivant la forme interne du four. S'ils ne sont pas de nature plastique comme l'argile réfractai re, on les mélange intimement avec du goudron ou d'autres matériaux liants, de façon à leur donner la plasticité nécessaire.

Quartz ou silice. - — Cette substance ne se ramollit ni ne fond aux plus hautes températures des fours, et à cause de cela, elle est de première valeur pour la construction interne ; mélangée avec de l'argile réfractaire,elle constitue les briques