POIDS DO CULOT

métallique

an grammea.

POIDS spécifique du culot.

SILICIUM pour 100.

(1) U alliée n'était paa nertaUement pure; elle contenait ta pan d'otyid

e de ter.

Le culot n° 2 était de couleur plus claire et de cassure plus brillante que le n° 1 . Dans le n° I on se servit d'acide nitro-chlorhydrique pour déterminer le silicium, et dans le n° 2 la poussière fut fondue dans un creuset de platine aveo un mélange composé de 1 partie de chlorate de potasse, et de 4 parties de carbonates de potasse et de soude mélangés. L'hydrogène mis en liberté par l'attaque à l'acide chlorhydrique du métal des deux essais, avait l'odeur spéciale que l'on attribue généralement, dans les variétés ordinaires de fer ainsi traitée»» à la présence du carbone.

Les essais suivants (1) ont été faits dans notre laboratoire sur de l'hématite oompacte, dure et rouge, contenant beaucoup de quartz très-finement divisé. Après digestion dans l'acide chlorhydrique, ce minerai abandonna 13.49 pour 100 de résidu insoluble, dont 12.76 pour 100 consistait en silice.

N° 1 . Chauffé en mélange avec assez de charbon pour le réduire, il donna du métal renfermant 0.87 pour 100 de silicium.

N° 2, Le même minerai, chauffé en mélange avec un excès considérable de charbon, produisit du métal contenant 13.78 pour 100 de silicium. Dans ces deux expériences, les creusets étaient à une température très-élevée. Dans une troisième expérience, on chauffa le minerai avec du charbon et du sable en excès ; le culot contenait 8.84 pour 100 de silicium.

Ce minerai siliceux fut réduit par le charbon en présence de diverses matières. Daûs chaque essai, on employa 1000 grains (04", 77) de minerai, et Ton mélangea intimement tous les ingrédients en les triturant dans un mortier. Les nombres représentent des grains (*).

N° 3. Charbon de bois, 250 ; chaux, 100 ; spath fluor, 250. Le métal contenait 1 .41 pour 100 de silicium.

N° 4. Charbon de bois, 250 ; spath fluor, 150. Le métal contenait 2.15 pour 100 de silicium.

N° 5. Charbon de bois, 250; chaux, 400; argile, 190; sable, 110. La composition pour 100 de la scorie était : chaux, 51 ; alumine, 10; silice, 39. Le métal contenait 0.64 pour 100 de silicium.

N° 6. Charbon de bois, 250; chaux, 300; argile, 190; sable, 190. La imposition pour 100 de la scorie était de : chaux, 52.4; alumine, 13*3; silice, 34.3. Le métal contenait 0.58

(*) Ces nombres étant eiprimés par rapport à 1000, il est inutile de les traduire en grammes.

(1) If. tafttfc • bit Us essais, et M. W. Wsstsa, les d<*ig«i «ptntliatift

pour 100 de silicium. Les scories résultant de ces mélanges s'approchaient par leur composition des laitiers des hauts fourneaux d'Angleterre.

N° 7. Charbon de bois, 350; chaux, 125; argile, 190; sable, 260. Le métal était de « la fonte blanche, » et contenait 0.85 pour 100 de silicium. La réduction n'avait pas été complète.

N° 8. Charbon, 250; chaux, 125; argile, 190; sable, 260. La composition pour 100 de la scorie était : chaux, 19 ; alumine, 11.5 ; silice, 69.5. Le métal contenait 0.38 pour 100 de silicium.

N°9. Charbon, 250; chaux, 125; argile, 190; sable, 400. On ajouta du charbon de bois au-dessus du mélange. La scorie était verte et le métal contenait 1.15 pour 100 de silicium.

On opéra sur une autre variété d'hématite rouge , onctueuse au toucher; elle contenait6.36 pour 100 de matière insoluble dans l'acide chlorhydrique, renfermant seulement 1 .57 de silice.

N° 10. Ce minerai, chauffé avec excès de charbon de bois, donna du métal contenant 1.66 pour 100 de silicium.

N° 11. Avec ce même minerai, mélangé de sable fin, et chauffé avec excès de charbon, le métal contenait 5.15 pour 100 de silicium.

Le minerai siliceux de ces expériences, traité au haut fourneau, rendait delà fonte tenant 4.2 pour 100 de silicium.

Il convient de se rappeler que dans les expériences en petit dont les résultats viennent d'être rapportés, les matières ajoutées avaient été intimement mélangées avec le minerai ; mais il n'est pas possible de réaliser économiquement cette condition dans l'industrie, excepté peut-être dans querques cas exceptionnels, comme, par exemple, lorsqu'on laisse déposer et solidifier le minerai lavé, de façon à le mettre en briquettes que l'on sèche et que l'on brûle; on traite ainsi le minerai de la mine Cornelia, près Stolberg. C'est une hématite brune, terreuse, qui consiste en petits fragments com-

pactes, angulaires, dont les dimensions varient entre celle d'une noisette et celle d'un pois et en une masse pulvérulente ; la présence de la poussière rend le minerai impropre à la fonte (1).

Les caractères physiques des autres siliciures de fer que nous avons examinés et qui renferment du carbone, sont les suivants :

Avec 13.78 pour 100 de silicium, le culot de l'essai n° 2 cidessus relaté, avait l'aspect d'un gâteau de miel à la surface supérieure; les cellules contenaient des paillettes brillantes comme de graphite. Il était dur et se rompait facilement en travers. La surface de cassure offrait plusieurs cavités, surtout vers le fond, tapissées de lamelles graphiteuses brillantes. Les autres parties de la cassure étaient esquilleuses, cristallines, éclatantes, et d'une teinte gris de fer jaunâtre qui contrastait * vivement avec la portion graphitique.

Avec 8.84 pour 100 de silicium, le culot dans une autre expérience sous le n° 2, était tout à fait lisse à la surface supérieure, qui était convexe et arrondie sur les bords. Il était dur et se cassait facilement en deux ; la surface de cassure ne montrait aucune cavité. Il était cristallin, d'éclat un peu terne, et d'un gris jaune foncé.

Avec 5.15 pour 100 de silicium, le culot de l'essai n° H était bien fondu, convexe à la surface supérieure et arrondi sur les bords ; il était dur et fragile ; la cassure était inégale, grenue, d'un gris foncé et sans nul éclat. >

Il est digne de remarque que des culots de caractères aussi variés aient été obtenus dans des conditions si peu différentes.

La fonte, qui contient 3 pour 100 de silicium, a invariablement une surface unie, tandis que celle à l'air froid et contenant de 1 à 2 pour 100 de silicium « une surface rayonnée ou

ruchée. » Nous basons ces assertions sur l'autorité de M. Parrv.

(1) Catalogue officiel des produits miniers et métallurgiques, 1" classe, département Un ZolWerein a l'Exposition internationale de 1869, p. 36; n" 621 et 692.

1S8 PROPRIÉTÉS CHÏMIQtJBS DU FER.

Un échantillon contenant 7.46 pouf 160 de silicium nous a été remis par M. E. Riley : cette fonte avait été préparée il y a plusieurs années, aux forges de Dowlais, avec du blackband très-pauvre, sans qu'il pût nous dire si c'était à l'air froid ou à l'air chaud. Fondue, elle était très-liquide; à l'état solide, elle était dure et fragile; sa cassure était grenue et imparfaitement cristalline ; d'un gris clair, teinté de jaune, on pouvait la confondre, par son éclat et sa texture, avec du métal de cloche.

Un échantillon renfermant 8.2 pour 100 de silicium nous a été également confié par notre ami, M. Abel, de l'arsenal de Woolwich. La cassure en est cristalline, un peu lamelleuse, avec des clivages nettement accusés sous divers angles, de sorte qu'en retournant le morceau sur lui-même, les plans sont tour à tour visibles ; ils sont ternes et à grain fin; la couleur pour de la fonte était gris clair.

Il contenait pour 100 :

Carbone, entièrement à Tétât de graphite. 2.63

Silicium 8.20

Phosphore 0.70

Soufre , 0.02

Manganèse 0.02

Berzélius affirme avoir analysé un échantillon de silioiure de fer, donnant par sa dissolution dans l'acide chlorhydrique, 19 pour 100 de silice ; il était très-doux, et se forgeait à froid en plaques minces. Cet observations ne oonoordent pu avec les nôtres. Le même chimiste fait remarquer encore que le siliciure de fer ne s'altère pas à l'air, pourvu que le silicium n'excède pas 5 ou 6 pour 100 (1).

Siliciure de fer chauffé avec du phosphure de /fcr.— ■ M. Hochat&tter a fait dans notre laboratoire l'expérience suivante : il a mélangé par trituration 1 4^.25 de siliciure de fer, contenant 8". 96 pour 100 de silicium avec 9.26 de phosphure de

(1) frotté, i. II, p. 904.

fer renfermant 12.66 pour 100 de phosphore. Le mélange fut chauffé pendant une heure à une chaleur blanche dans un creuset d'argile couvert, placé dans un autre creuset. Le culot bien fondux pesait 23". 06 et était recouvert d'un peu de scorie; il était très-dur, très-fragile et très-magnétique. Sa cassure était très-cristalline, mais les plans de clivage étaient inégaux, à grain fin et sans éclat; sa couleur était d'un blanc grisâtre clair. La poussière du culot, mise à digérer avec de l'acide chlor* hydrique à chaud, laissait dégager de l'hydrogène dont l'odeur rappelait celle de l'hydrogène du fer ordinaire et nullement celle de l'hydrogène phosphore. En analysant le métal, on a constaté qu'il contenait 5.57 pour 100 de silicium, et 4.80 de phosphore. Si du phosphore n'avait pas été expulsé, il aurait dû en contenir 5 pour 100.

Siliciure de fer chauffé avec du protosulfure de fer. — L'essai suivant est dû à M. Hochstatter : il mêla intimement par trituration 12^.95 de protosulfure de fer contenant 60.63 pour 100 de fer avec 12". 95 de siliciure de fer renfermant 8.96 pour 100 de silicium. Le mélange fut chauffé au blanc pendant une heure, dans un creuset d'argile couvert. Le produit pesait 25^.26, et consistait en deux couches distinctes : la couche inférieure ressemblait sous tous les rapports au siliciure primitif, pesait 10*r.36 et ne tenait qu'un peu de soufre ; celle du dessus ressemblait en tous points au sulfure dfe fer, pesait 14^.90, et était parsemée de globules de siliciure. D'où l'on peut conclure que du sulfure et du siliciure de fer n'ont pas d'action l'un sur l'autre à une température élevée.

Protoxyde de fer et silice. — Ils se combinent facilement à une température voisine du rouge blanc, et forment, dans de certaines proportions, des composés très-fusibles et trèsfluides quand ils sont fondus» Les essais de Berthier à ce sujet sont relatés dans le tableau des silicates du premier volume de la Métallurgie. Il est essentiel, en vue de la fonte

et de la fabrication du fer, d étudier ces silicates avec beaucoup de soin. On ne peut pas employer de creusets de terre pour les préparer, car ils sont corrodés rapidement par l'oxyde de fer ainsi que par les silicates.

M. Richardson, notre élève, a fait les expériences suivantes dans notre laboratoire :

Les silicates avaient été préparés en chauffant fortement des mélanges intimes de silice à l'état de sable blanc, avec de l'hématite rouge la plus pure et de la poudre d'anthracite en proportion suffisante pour réduire celle-ci en protoxyde. On employa des creusets de fer forgé renfermés dans des creusets de

graphite couverts.

FeO, SiO8.

Rapport da mélange

pour

produire 100 de silicate.

Hématite 47.4

Silice 57.5

Anthracite..- 6.0

La température était voisine de la chaleur blanche, car le creuset de fer brûlait avec étincelles quand on le retira du fourneau. Le produit très-épais se figea promptement, de sorte qu'en le versant dans une lingotière de fer, il en restait beaucoup d'adhérent au creuset. À l'état solide, il était trèsvésiculaire, d'un brun olive foncé, opaque, fragile, vitreux et à cassure inégale ; la poussière était d'un gris brunâtre et insensible à l'aimant. Il se décomposait complètement après digestion dans l'acide chlorhydrique, avec séparation de silice gélatineuse, qui se dissolvait sans résidu dans une dissolution bouillante de carbonate de soude. Il contenait 33 pour 100 de fer, le total théorique étant 33.05 pour 100(SiO*=46). L'expérience répétée donna exactement les mêmes résultats.

3FeO, SiO».

Rapport du mélange Polda pour

en grammes. produire 100 de silicate.

Hématite 155.45 78.1

Silice 58.29 29.8

Anthracite 11.66 6.0

Le produit très-fluide se déversait facilement et complètement hors du creuset ; il exigea beaucoup de temps pour bien se solidifier. 11 pesait 198gp.85, ce qui indiquait un excès de 4*\53 provenant du creuset en fer. D'un éclat presque métallique, il était fragile, très-cristallin, et dans la cassure on découvrait à la partie supérieure plusieurs cavités, contenant de beaux cristaux de fer couleur olive, analogues à ceux qui se produisent dans la conversion de la fonte en fer malléable. La cassure de la portion compacte du fond du culot était très-cristalline, avec des plans de clivage disposés perpendiculairement à la surface extérieure. La poussière de ce silicate était noire et tout à fait insensible à l'aimant; elle se décomposait complètement par digestion dans l'acide chlorhydrique, en produisant de la silice gélatineuse, soluble sans résidu dans une solution bouillante de carbonate de soude. Le silicate contenait 54 pour 1 00 de fer, la quantité théorique étant de 54.50 pour 100. On recommença cette expérience plusieurs fois avec les mômes résultats. Dans l'essai suivant on omit l'anthracite.

Rapport du mélange Poids pour

100 de silicate.

Hématite 51.82 78.1

Silice 18.78 29.8

• Le produit ressemblait sous tous les rapports à ceux des

expériences précédentes, mais il pesait 89gr.64, soit un excès

de 24**. 87 provenant du creuset qui s'était fortement corrodé

au contact du silicate. Le fer ainsi enlevé s'était sans doute

oxydé aux dépens de l'oxygène du sesquioxyde avec lequel

l'anthracite s'était combiné : le, produit final contenait 51.52

pour 100 de fer.

Le silicate tribasique de protoxyde, préparé de la manière

indiquée, fut fondu avec de l'hématite et de l'anthracite en

quantités suffisantes, pour produire respectivement un, deux h. h

et trois équivalents additionnels de protoxyde de fer; mais dans chacun des cas le produit consistait en un silicate bien fondu que Ton pouvait facilement verser hors du creuset, et qui n était que le silicate tribasique lui-même ; la masse frittée restant au fond était très-attirable à l'aimant.

C'est sur ce silicate, qui se recueille souvent à l'état bien cristallisé dans les usines, que nous avons précédemment appelé l'attention (1). Il appartient au système prismatique droit. Sa dureté est égale à 6 par rapport au feldspath, et sa densité à 18°. 6 C. est 4.0805. Ces observations, il convient d'ajouter, ont été faites par notre ami le professeur Miller, de Cambridge, sur un échantillon de scorie trouvé dans le carnau d'un four à puddler, et non pas, — comme on le verra d'après l'analyse suivante que nous avons faite nous-môme, — sur le silicate absolument pur :

Silice 29.60

Sesquioxyde de fer. . . , , . 17.11

Protoxyde de manganèse. . . 1.13

Alumine. . : 1.28

Chaux 0.47

Magnésie. 0.35

Acide phosphorique 1.34

Sulfure de fer (PeS) 1.61

Le sesquioxyde de fer présent parait résulter de la peroxydation du protoxyde postérieurement à la formation des cristaux (2). En évaluant tout le fer à l'état de protoxyde, la formule est 3FeO,SiO*.

En essayant de faire des silicates de la formule 3FeO,2Si08 et 6FeO, SiO9, par la méthode suivie dans les essais précédents, on a trouvé sans exception : que le silicate sorti du creuset contenait la même proportion de protoxyde de fer que

(1) Métallurgie, t. I, p. 57.

(2) Voir Mtalhuyié, t. I, p. 38.

le silicate tribasique ; que sous tous les rapports il ressemblait à ce silicate, et qu'il restait une masse d'oxyde de fer frittée, non fondue, attirable à l'aimant. En chauffant dans un creuset en fer du silicate de protoxyde de fer contenant plus de silice que le silicate tribasique, le creuset fut énergiquement attaqué et corrodé; et cette action ne cessa que lorsqu'il y eut assez de protoxyde pour former du silicate tribasique. Ce fait, comme on le verra plus tard, a une grande importance dans certains procédés de la fabrication du fer. Ces données se fondent sur l'expérience suivante :

3FeO, 2SiO\

Rapport du mélange Potda pour

en grammes. 100 d« siUeate.

Hématite 37.57 «8.2

Silice 30.44 47.5

Anthracite 2.72 6

Le produit ressemblait au silicate tribasique ; il pesait 97*\68 et contenait 50.06 pour 400 de fer : le creuset avait été rongé.

On renouvela l'expérience avec le môme poids de matières. Le creuset était fortement corrodé et le produit pesait i 01fr.70« En supposant que le sesquioxyde de fer se fût simplement réduit en protoxyde avec dégagement d'oxygène (Fe*03=2FeO + 0), le produit aurait dû peser 64". 25 ; mais en admettant que le sesquioxyde ait été réduit par le fer du creuset, avec formation d'une proportion équivalente de protoxyde de fer, et que celui-ci se soit combiné avec la silice , le produit aurait alors pesé 8 1 * . 1 6 j et si le fer du creuset s'était assez oxydé pour convertir tout le silicate en silicate tribasique, le produit pèserait 101*r.95« Or, le poids constaté par l'expérience est de 101,r.70; mais cette approximation est probablement accidentelle, car on ne doit pas s'attendre, dans des essais de cette nature, à des résultats mathématiques.

De la réduction du silicate de protoxyde de fer par le charbon. — Les recherches suivantes sont dues à notre élève

M. Richardson qui se servit de creusets d'argile, brasqués avec un mélange de poussier de charbon et de mélasse. Il opéra d'abord sur la scorie de coulée d'un four à puddler, qui donnait à l'essai, par la voie humide 55.19 pour 100 de fer, c'est-à-dire un peu plus que la proportion théorique du silicate tribasique (3FeO,SiO*). Il mélangea intimement 0^.650 de poussière de cette scorie avec 0*M29 de charbon, et l'exposa dans un creuset brasqué et luté, pendant une heure, à la plus forte chaleur d'un fourneau à essais. Les résultats de deux expériences semblables sont rapportés plus loin. Les culots bien fondus étaient de la fonte blanche trèscassante. La scorie de coulée contient ordinairement beaucoup d'acide phosphorique qui enrichit en phosphore le fer réduit, et le rend par conséquent cassant.

Poids en grammes. Poids en grammes.

Fer 5.35 ou 53.5 °/0 5.34 ou 53.4 •/•

Scorie 1.48 ou 14.8 °/0 1.56 ou 15.6°/.

On prépara expressément du silicate tribasique de protoxyde de fer, en chauffant ensemble un mélange intime d'hématite très-pure, de sable blanc fin et d'anthracite, en proportions convenables pour produire ce silicate. Les quantités réellement mélangées étaient 155^.45 d'hématite, 58^.29 de sable et 12^.95 d'anthracite. Le mélange fut chauffé dans* un creuset de fer forgé placé dans un fourneau à essais et la combinaison s'opéra assez subitement, à une température voisine de la chaleur blanche. On versa le produit très-fluide dans une lingotière de fer et on le cassa quand il fut froid ; sa cassure était très-cristalline et des cristaux bien définis occupaient une cavité près de la surface ; ces cristaux avaient les caractères propres au silicate tribasique, une couleur noir verdâtre foncée, un éclat vitreux, la translucidité sur les bords, etc. Il pesait 198^.85, et il accusait par la voie humide 52.9 pour 100 de fer, soit théoriquement 53.6 pour 100.

1 . — 6gr.48 de ce silicate en poussière fine furent recouverts, sans aucune addition, dans un creuset brasqué fermé avec un tampon en charbon de bois; le couvercle étant bien luté, on exposa le tout pendant une heure et demie à la chaleur la plus forte d'un fourneau à essais capable de fondre le fer forgé. La masse de scorie était d'un gris-olive clair et contenait, outre de petits globules de fer disséminés, un gros culot blanc, à cassure très-cristalline et pourtant malléable, contrairement à celui obtenu avec la scorie du four à puddler, qui est un silicate tribasique impur. Le culot pesait 2*M96 et les globules CM 49 ; le total du fer réduit s élevait à 36.28 pour 100 ; on remarquera qu'il n était pas à l'état de fonte de fer.

Silicate tribasique. ... 100 400 100

Culot de fer 24.94 29.58 31.34

Globules de fer 11.04 4.50 3.37

Total du fer. . . . 35.98 34.08 34.71

Dans le n° 3 on pesa la scorie du résidu ; elle représentait 56 pour 100.

5. — 64*\77 de silicate tribasique furent traités comme dans les essais précédents ; Ja masse était sphérique, creuse, composée de fer réduit, mélangé de scorie qui pénétrait dans la brasque par veines ; elle était très-résistante et d'un gris foncé. La température n'avait pas été assez élevée, comme on le verra d'après l'expérience suivante.

6. — On chauffa très-fortement pendant trois heures 51,r.82 de silicate tribasique ; le produit ressemblait à celui des premières expériences. Le gros culot pesait 13gr.88, et les globules 4*U8; le total du fer réduit était de 18^.06, ou 34.87 pour 100. Le gros culot était très-malléable et à cassure très-cristalline.

Dans tous ces essais la moyenne pour cent du fer réduit est 35.. 18 pour 100. On fit fondre une portion du silicate résidu

ou de la scorie de lune de ces expériences, avec un mélange de carbonate de soude et de potasse ; le produit fut traité par l'acide chlorhydriqué ; on en sépara la silice comme d'habitude et on dosa le fer par une solution titrée ; la proportion était de 33.9 pour 1 00 , correspondant à la formule FeO.SiO*. D'où il résulte que seulement deux des équivalents de protoxyde de fer dans le silicate tribasique peuvent se réduire par le charbon.

Silicate de sesquioxyde de fer. — Pour préparer des silicates de la formule Fe*0\3SiO*, on employa 23-.91 d'hématite et 41,T.45 de sable. En versant le produit hors du creuset, il ne s'écoula qu'une petite partie suffisamment fluide ; elle pesait 12gr.60, ressemblait à du silicate tribasique de protoxyde de fer et contenait 50 pour 100 de fer. Une masse d'un noir grisâtre, frittée, pesant 65^.48, restait dans le creuset; la moitié environ était de l'oxyde magnétique de fer, et l'autre moitié de la silice non combinée.

Silicate tribasique de protoxyde de fer grillé à Vair. — Lorsqu'on grille à l'air, à une bonne chaleur rouge, la poussière de ce silicate, l'oxygène est absorbé et le protoxyde de fer se transforme plus ou moins en sesquioxyde. Quand le silicate est grillé en morceaux , aussi gros ou phis gros même que Te poing, la transformation est analogue ; et si on continue le grillage pendant un temps suffisant, on obtient un produit relativement infusible. On grille pendant plusieurs jours, dans des fours ressemblant à des fours à briques ordinaires, une grande partie de ce silicate, ou des scories de four à puddler, résultant de la fabrication du fer ; l'oxydation s'opère et Ton trouve une substance réfractaire appelée bulUdoq en anglais. Ce produit a été l'objet d'un brevet pris par MM. Bradley, Barrows et Hall de Tipton, Staffordshire-Sud (f). Le bull-dog a un éclat vif se rapprochant de l'éclat métallique ; il est gris

(1) !*>7778,À. D.,2f ao&MK».

FER fit SILICIUM. 467

fonoé et a souvent un beau reflet velouté à la surface. Soil infusibilité dépend exclusivement de la peroxydation du fer. Feu T. -H. Henry nous a appris qu'il avait afcalysé des échantillons de bull-dog où le fer était complètement à l'état de sesquioxyde; et comme la silice séparée par l'acide chlorhydrique était à Y état pulvérulent et non à l'état gélatineux, il en conclut qu'elle n'y était pas Combinée avec le sesquioxyde de fer. Nous croyons cette opinion fondée, car en chauffant fortement des mélanges intimes de sesquioxyde de fer, aucun agent réducteur n'étant présent, nous n'avons pas pu constater d'indices de combinaison . %

Liquation du silicate dé protoxyde de fer contenant du photophore. — La scorie de coulée dont le bull-dog est formé contient souvent une forte dose de phosphore, en partie à l'état d'acide phosphorique. Pendant le grillage, il s'échappe de la scorie liquéfiée par les trous à feu, tandis qu'une autre portion, connue sous le nom de « scorie bull-dog » , s'amasse et forme une couche continue sur la sole en briques. Cette scorie paraît résulter, en partie du moins, d'une véritable liquation ; et la preuve en est dans les analyses suivantes de feu T. -H. Henry. Les portions sur lesquelles il avait opéré, avaient été choisies avec soin dafts le même four par M* S. -H. Blackwell, et peuvent être considérées comme des échantillons moyens* La peroxydation du fer se produisit après la liquation.

Sesquioxyde de fer 72.60 51.43 54.04

Silice.. 17.21 27.05 22.00

Oxyde de manganèse (MnK)4?). 4.21 11.15 8.98

Chaux; alumine Traces. 0.40 0.00

Acide phosphorique 5.49 9.60 13.87

Le n" 1 est le bull-dog même; le n° 2, la scorie du bulldog; le n° 3, la scorie ordinaire du trou de coulée. Les différences dans l'acide phosphorique sont très-frappantes. On

pourrait presque admettre qu'une grande partie du phosphore de la scorie primitive, à 1 état de phosphurede fer, s'est, à cause de sa fusibilité exceptionnelle, simplement liquéfiée. Les différences dans le. manganèse sont aussi très-remarquables.

f Protoxyde de fer et acide borique. — Les expériences suivantes ont été faites dans notre laboratoire par M. Richardson. Les substances employées -étaient du sulfate de protoxyde de fer desséché et de l'acide borique fondu. Les mélanges, chauffés dans des petits creusets du Cornouaille , furent coulés dans des lingotières en fer.

FeO, Bo8.

6gr.923 de sulfate et 3*\19 d'acide borique auraient dû produire exactement 6r.48 de borate de protoxyde de fer. La fusion s'opéra rapidement au rouge vif; le produit très-fluide, fut versé dans une lingotière en fer ; solide, il était recouvert superficiellement d'une mince membrane d'un rouge vif, noir et à structure vitreuse ; sa poussière était d'un noir brun. Il contenait 37.50 pour 100 de fer; la proportion théorique est de 39.43 pour 400.

On fit d'autres essais semblables dans le but de former des borates des formules 3FeO,BOt, 3FeO,2BO*, et ÔFeO,BOs; on obtint des produits vitreux d'un noir brunâtre, de composition très- variable.

Sesquioxyde de fer et acide borique. — M. Richardson a fait encore les deux expériences suivantes, en se servant d'hématite et d'acide borique fondu.

Fe'O8, Bo8.

Les proportions étaient : 4gr. 50 d'hématite et l*r.97 d'acide

borique. La température dut être assez élevée pour opérer la fusion : le produit, revêtu superficiellement dune pellicule d'un rouge brillant, était vitreux et noir brun. Le sesquioxyde de fer s'était converti en grande partie en protoxyde.

FeW, 3B03.

Les proportions étaient 2". 80 d'hématite et 3fr.67 d'acide borique. Le produit, qui exigea une température assez élevée pour fondre, était en deux couches distinctes; l'une, supérieure, d'un brun verdâtre et à cassure vitreuse; l'autre, inférieure, noire, à cassure pierreuse, donnant une poussière noire brun. Ces deux couches n'étaient pas cristallines et contenaient du fer, principalement à 1 état de protoxyde. La couche supérieure contenait 0 pour 100 de fer et la couche inférieure 25.77 pour 100. En recommençant l'expérience, les résultats furent identiques.

De tous les composés du fer, nul comme importance pratique n'est comparable à ceux du carbone ; nul au point de vue scientifique, n'offre un plus grand intérêt. Le rôle de cet élément, par les changements qu'il apporte dans les propriétés physiques du fer, donne naissance aux phénomènes les plus extraordinaires de la métallurgie. Des métaux virtuellement distincts, qui se trouvent désignés par le nom générique de /èr, différent plus l'un de l'autre par leurs caractères externes que beaucoup de métaux chimiquement différents. Sans le carbone, les nombreuses applications du fer seraient bien restreintes, et, autant qu'on peut le savoir, aucun autre métal ni aucun alliage de métaux ne pourrait le remplacer dans ses usages.

Si le carbone fait défaut ou n'existe qu'en petite quantité, on a du fer forgé, qui est relativement doux, malléable,

ductile , facile à souder et à forger, très-tenace , mais infusible, excepté aux températures rarement obtenues dans les fourneaux, et contrairement à l'acier, impropre à la trempe. Le carbone est-il présent en certaines proportions, et dans des limites qui ne peuvent être exactement fixées, on a les différentes variétés d'acier, très-élastique, malléable, ductile, forgeable, soudable et fusible dans les fours, pouvant acquérir des degrés très-différents de dureté par la trempe, au point même de tailler aisément le fer forgé ; enfin , s'il est en proportion plus grande que dans l'acier, on a de la fonte qui est dure, relativement fragile et très-fusible, mais on ne peut la forger ni la souder. Les différences entre ces trois sortes de fer bien connues tiennent essentiellement à la proportion de carbone, bien que (nous l'apprendrons plus loin) d'autres éléments puissent concourir et concourent en effet à modifier, à un degré remarquable, les qualités de ce métal exceptionnel. Notre siècle est, au figuré, l'âge de fer; et l'on peut affirmer sans crainte qu'aucun autre élément n'a contribué autant à notre civilisation et au bonheur de nos sociétés ; et peut-être aussi, paradoxalement, aux misères du genre humain. Mais n'oublions pas que le charbon a joué son rôle dans cette œuvre de bien et de mal.

Mode d'opérer la combinaison du carbone avec le fer. — La condition essentielle de cette combinaison est le contact du fer, au rouge ou au-dessus, avec du charbon ou ave© certains composés gazeux de carbone. Lorsqu'on réduit un oxyde de fer en mélange avec un excès de charbon, à la température de fusion de la fonte ou au-dessus, la combinaison s'opère rapidement et il se produit de la fonte; toutes choses égales d'ailleurs, plus la température sera élevée, plus ce résultat aura lieu rapidement. Mais la combinaison se fait encore, bien que beaucoup plus lentement, quand on expose au rouge ou audessus du fer à l'état compacte ou des barreaux enterrés dans du poussier de charbon de bois. On fabrique ainsi beaucoup

d'acier en Angleterre par le procédé qui est connu sous le nom de cémentation. La température ordinaire de la cémentation est à peu près, ou un peu supérieure à celle de la fusion du cuivre. On peut substituer un hydrocarbure gazeux au charbon solide, et ce principe a été également pratiqué.

Le procédé de cémentation est, au point de rue scientifique et pratique, d'un immense intérêt. M. Leplay le considérant autrefois comme « une opération mystérieuse inexpliquée, » chercha à démontrer que la cémentation était exclusivement causée par l'action de l'oxyde de carbone. L'oxygène de l'air interposé primitivement entre les molécules de carbone, se convertit premièrement en acide carbonique, puis en oxyde de carbone, qui, an contact du fer, abandonne à ce dernier moitié de son carbone et passe à l'état d'acide carbonique. Mais cet acide se trouve encore immédiatement réduit par le charbon présent dans l'oxyde de carbone ; et ainsi le fer se carbure par l'action directe de l'oxyde de carbone. Oay-Lussac a publié, sur les conclusions de M. Leplay, un mémoire dont nous donnons les extraits suivants (t) :

« Mais qu'entend-on par ce mot cémentation? C'est un mot inventé pour indiquer une cause, un effet inexplicable ; pour indiquer une anomalie, la seule de cette espèce qui s'offre en chimie*... MM. Leplay et Laurent ont, il est vrai, renversé cette théorie de la carburation, en reconnaissant plus tard que le fer ne décomposait pas l'oxyde de carbone ; mais de nouvelles expériences, particulières à M. Laurent l'ont conduit à admettre que le carbone se réduisait en vapeur à une très-haute température, et que la carburation du fer était due à cette vapeur, à l'exclusion du carbone qui ne peut la produire tant qu'il reste solide... Telle est donc la nouvelle théorie de M. Leplay, adoptée aussi par M. Laurent, sur la réduction des oxydes métalliques par le carbone, et sur la carburation par

(1) Ann.de CWro. et de Pkys.t 3« série, t. XVII, p. 221 i IMft. Ce néBOv* a «je ***** 1. 1 de h If triuvteiB, jra chapitre Mucffen.

cémentation. Ces deux opérations sont dues lune et l'autre à l'oxyde ou à la vapeur du charbon; et comme elles sont trèsclaires, très-compréhensibles par l'intervention de ces deux fluides élastiques et qu'elles sont conformes aux principes des anciens : corpora non agunt nisi soluta, l'action du carbone, comme corps solide, doit être nulle, parce qu elle ne se comprend pas, qu'elle est mystérieuse. Mais combien de phénomènes sont cependant entourés pour nous du plus profond mystère ! Les nier serait-ce donc les expliquer? MM. Leplay et Laurent, tout en prouvant que la vapeur et l'oxyde du carbone peuvent réduire des oxydes et carburer des métaux, auraient dû prouver aussi que le carbone est impuissant, comme corps solide, à produire les mêmes effets ; les explications si faciles à trouver seraient venues après... MM. Leplay et Laurent, pour expliquer la cémentation et la carburation par simple contact, qui pour eux sont des opérations obscures et mystérieuses, invoquent l'état vaporeux que peut prendre le carbone, et croient en avoir résolu toutes les difficultés ; mais la cémentation, ou la propagation d'un effet chimique à travers la masse d'un corps solide, a lieu tout aussi bien par addition de matière que par soustraction ; et si, dans ce dernier cas, la matière soustraite, comme l'oxygène d'un oxyde, laisse effectivement des pores accessibles à un fluide élastique, tel que l'hydrogène ou l'oxyde de carbone, il n'en est plus de même pour la cémentation avec addition de matière, comme dans la carburation du fer, où le métal conserve toute son imperméabilité. En admettant donc que la vapeur de ce carbone ait déposé une première couche de carbone à la surface du fer, et qu'il y ait eu combinaison, comment la carburation se propagera-t-elle dans l'intérieur de la masse, inaccessible à la vapeur du carbone, et en quoi différera-t-elle de celle qui s'effectuera par le simple contact du charbon? Enfin, en quoi sera-t-elle moins mystérieuse? Assurément, la cémentation prise dans sa généralité n'est pas encore suffisamment expliquée, mais on peut main-

FER ET CARBONE. i73

tenir qu'elle est entièrement indépendante de la fluidité du corps cémentant, cjlt, dès qu'on admet que le fluide peut pénétrer dans les pores du corps solide et y exercer son action, il n'y a plus alors, à proprement parler, cémentation ou propagation d'une action chimique à travers sa masse, il y a simplement action par voie de contact ou de mélange... Que la cémentation soit une opération obscure et mystérieuse, comme le pensent MM. Leplay et Laurent, nous ne le contesterons pas ; mais nous n'admettrons pas non plus qu'elle le soit au point de forcer, pour l'expliquer, à oublier les plus claires évidences admises en chimie. La cémentation peut se concevoir lorsque les corps en présence agissent en proportions indéfinies, comme le carbone à l'égard du fer ; mais lorsqu'ils sont arrivés à l'état monoatomique, le partage de l'une à l'autre couche présente de graves difficultés.

«... Quoique j.e ne pense pas, avec ces savants distingués, que la cémentation soit une opération mystérieuse inabordable aux chimistes et aux physiciens, je conviens qu'elle a besoin d'être mieux étudiée qu'on ne l'a fait jusqu'à présent, et j'ai la conviction qu'on ne ferait pas de vains efforts.

« J'ajoute, en terminant, qu'il n'est plus permis aujourd'hui d'avoir une foi aveugle au principe si banalement répété des anciens chimistes, corpora non agunt nisi soluta. Il est certain, au contraire, que tous les corps solides, liquides ou aérif ormes, agissent les uns sur les autres, mais que, des trois états des corps, l'état solide est le moins favorable à l'exercice de l'affinité (1). »

(1) Le langage de Gay-Lussac peut sans doute paraître assez caustique ; son raisonnement, quant à nous, semble clair et convainquant. La France n'a jamais produit de chimiste plus aimant de la vérité et plus philosophe que Gay-Lussac. Etranger a tous sentiments d'ostentation et de vanité personnelle, il produisit sur nous une impression ineffaçable lorsque nous fréquentions ses cours au Jardin des Plantes, il y a une trentaine d'années. Nous ne nous souvenons pas de l'avoir jamais entendu mentionner son propre nom, quand même il parlait de ses propres découvertes, et, sous ce rapport, il faisait contraste avec son illustre collègue le baron Thénard. Tous deux reposent dans la tombe ; tous deux ont légué à la France une renommée dont elle peut être justement fi ère. Laurent est mort, lui aussi, pauvre et après avoir fourni d'excellents travaux...

Nous rapporterons maintenant une série d'expériences que nous avons faites sur la carburation du fer par cémentation, et quoiqu'elles soient loin d'être complètes, elles pourront peutêtre offrir quelque intérêt. Nous comptions, il y a longtemps déjà, mener ces recherches à bonne fin, mais ne sachant pas quand nous pourrons les reprendre ; nous les publions telles qu'elles sont. M. Tookey nous a prêté son aide dans ces essais, qui remontent à février et mars 1859.

Action de l oxyde de carbone sur le fer. — Le gaz fut préparé en chauffant de l'acide sulfurique avec du ferrooyanure de potassium (méthode de Fownes); on le recueillait dans un gazomètre à eau, d'où il passait par deux tubes de 0".85 de longueur, remplis de chlorure de calcium ; puis, par une série de quatre tubes de 0m.85 également remplis de fragments de potasse, et enfin par un tube en porcelaine placé sur une grille à gaz avec de nombreux becs en argile, semblable à ceux ordinairement employés dans les analyses organiques. Au sortir du tube de porcelaine, le gaz arrivait dans un appareil pesé renfermant une solution de potasse caustique, muni d'un petit tube plein de fragments de potasse, d'où il s'échappait dans l'air.

1 . On fit choix de lames étroites de tôle de fer du commerce, de très-belle qualité ; après les avoir d'abord décapées à l'acide chlorhydrique, on les lava rapidement à l'eau, on les essuya aussitôt et on les fit chauffer doucement. Une fois dans le tube de porcelaine, on fit passer un courant d'oxyde de carbone à travers l'appareil, jusqu ace qu'on se fût assuré que l'air atmosphérique en avait été entièrement chassé. On opéra sur deux lames de fer identiques. Elles avaient chacune (T.020 de largeur et 0*.20 de long; elles pesaient ensemble l^.STô. La partie du tube de porcelaine où étaient logées les lames de fer, fut portée au rouge vif et maintenue à cette température pendant toute l'expérience qui dura trois heures ; l'oxyde de carbone traversait continûment l'appareil. On fit passer en

tout 1150 centimètres cubes de gaz mesurés à l'état humide. Quand le tube, refroidi lentement, fut tout à fait froid, on en retira le fer. Les lames pesaient lgr.877; de sorte qu'il y avait une augmentation de 0fT.001 , ou 0.050 pour 100. L'appareil de potasse avait augmenté en poids de 0gr.040. On répéta l'expérience avec les mêmes lames de fer; mais le gaz, à mesure qu'il sortait du gazomètre, était dirigé, avant de gagner la série de tubes déjà indiquée, à travers une solution de potasse caustique. Pendant trois heures que continua l'essai à la même température, 245 centimètres cubes de gaz s'étaient écoulés hors du gazomètre. Il est évident qu'il devait y avoir erreur quelque part, car, en supposant que l'augmentation dans le poids du fer fût causée par le carbone, il n'aurait dû se former que 0.036 d'acide carbonique. Il est possible qu'un peu d'air se soit introduit dans le tube de porcelaine pendant le refroidissement et après que le courant du gaz eut été arrêté, car la surface deô lames avait viré du bleu au jaune, à partir de chaque extrémité vers le centre, qui était resté brillant et tout à fait incolore. Cependant l'expérience démontre clairement que si l'augmentation en poids est causée par le carbone, l'action de l'oxyde de carbone sur le métal pendant six heures, à une chaleur rouge vif (1) est très-réduite.

Action du charbon solide sut* le fer. — ■ On employa du charbon de sucre d'un beau blanc. Le premier essai manqua par le fait du dégagement de matières gazeuses fournies par le charbon imparfaitement carbonisé.

2. Dans une atmosphère d'oxyde de carbone. — On traita une seule lame de tôle de même qualité, de 0.m21 de longueur, que l'on avait décapée de la même manière. On la plia de façon à former un tube imparfait qu'on entoura de oharbon dans le tube en porcelaine : elle pesait lgr.910. On fit

(1) U est à craindre que la température donnée par la grille à gai, ne soit pas assez élevée, bien que l'auteur la désigne comme rouge vif, pour permettre de cémenter dans ces conditions par le fax o*jde de carbone. (Us fraducfeurs.)

passer un courant d'oxyde de carbone dans l'appareil avec les précautions déjà indiquées et l'on maintint le tube au rouge vif. L'opération dura trois heures, pendant lesquelles le gazomètre débita 1638 centimètres cubes de gaz. L'appareil à potasse augmenta en poids de 0gr.098 et le fer de 0*r.019 ou de 0.990 pour 100. Le fer, après avoir été chauffé au rouge et refroidi dans le mercure, était d'un gris foncé à la surface, il devenait cassant ; c'était de l'acier.

3. Dans une atmosphère d'hydrogène. — Une lame large de O^.OIO et longue de 0m.21 fut maintenue au rouge dans un courant d'hydrogène sec, pendant deux heures environ ; on la laissa refroidir dans le gaz même. La surface était brillante et de couleur claire. Le même appareil servait pour les expériences, en substituant de l'hydrogène à l'oxyde de carbone. Le gaz provenait de zinc attaqué par l'acide sulfurique dilué et purifié par une solution de potasse caustique contenant du protoxyde de plomb en dissolution. La lame, comme dans la dernière expérience, était enfouie dans du charbon de sucre. Le courant de gaz dura trois heures; le tube de porcelaine fut maintenu au rouge vif pendant ce temps. On laissa refroidir la lame de fer dans le gaz, mais on ne put la durcir qu'en la chauffant au rouge et en la plongeant dans du mercure jusqu'aux deux tiers de sa longueur. On supposa d'abord qu'elle n'avait peut-être pas été en contact avec le charbon sur toute sa longueur. Avant l'expérience, elle pesait 1*\024, puis 1*\031, soit une augmentation de poids de 0.68 pour 100.

4. L'expérience n° 3 fut recommencée de la même manière. On se servit d'une seule lame de fer de 0m.01 de largeur et de 0mA91 de longueur. Elle fut soigneusement enterrée dans le même charbon qui avait servi à la dernière expérience. La bande, qui pesait 0^.996, puis 1^.007, avait augmenté en poids de 1.10 pour 100.