SILICE

La silice est employée comme fondant pour les terres alcalines, les terres et les oxydes métalliques; on l'emploie seule ou quelquefois avec des bases choisies d'ëp'es la nature des matieres à fondre.

On se sertrarement de la silice pure, préparée artificiellement par l’action des acides sur les silicates attaquables ; mais ordinairement on emploie le quartz en morceaux ou en sable. Il faut le choisir aussi pur que possible, comme dans les verreries ; 1l faut ensuite le réduire en poudre très fine et, pour cela, le chauffer vivement et le projeter tout rouge dans l’eau froide, pour l’étonner et le rendre friable. On peut alors le réduire en poudre fine sous le pilon et le faire passer sur un tamis fin. Il est bon de le chauffer avec de l'acide chlorhydrique pour dissoudre le fer, notamment les parcelles qui ont été arrachées au mortier; on lave et on calcine.

Lorsqu'on veut employer le sable, ilconvient aussi de l’étonner et de le réduire en poudre fine, à moins qu'il ne doive entrer dans une combinaison très fusible. Dans tous les cas, il faut auparavant le débarrasser des matières étrangères qu'il renferme presque toujours : argile, oxyde de fer, carbonate de calcium; on le lave avec beaucoup d'eau et à plusieurs reprises, en décantant l’eau troublée par l'argile, jusqu'à ce que la

dernière eau de lavage reste limpide; puis on chauffe avec de l'acide chlorhvdrique, pour dissoudre le fer et la chaux; on termine en lavant, calcinant et, au besoin, étonnant et pulvérisant le sable purifié.

Sous l’action de la chaleur. la silice se combine avec toutes les bases, en formant des silicates plus ou moins fusibles suivant la nature et la proportion des oxydes, quelquefois même infusibles dans les foyers de laboratoire.

Il y a grand intérêt, pour les essais de voie sèche et pour les operations métallurgiques, à connaître le degré de fusibilité des silicates simples ou multiples, surtout de ceux où entrent les bases communes ou les oxydes métalliques usuels. Aussi crovons-nous devoir résumer ici les résultats des nombreux essais faits sur la fusibilité des silicates par Achard, Lampadius, Collet-Descotils et surtout par Berthier, dont on trouvera la relation des différentes expériences dans le Traité des essais par la voie sèche (t. I, p. 385 à 423). Berthier s’est servi, pour les hautes températures, d'un four de la manufacture de porcelaine de Sèvres et d'un fourneau à vent donnant une

chaleur un peu plus forte, — pour les températures moyennes, d'un fourneau de calcination surmonté d'un tuyau de tôle de 1 mêtre de hauteur.

IH y a lieu de distinguer les silicates à une seule base, ou silicates simples, et les silicates multiples, qui contiennent à la fois plusieurs bases.

On a coutume de considérer comme silicates neutres, ceux où les proportions relatives de la silice et des bases sont telles qu'il y ait autant d'oxygène de part et d'autre. En désignant par RO la base unique ou la somme des bases, qui contiennent la quantité O d'oxygène, soit 1 atome d'oxvgène par exemple, on regarde comme neutres où monosilicates ceux qui répondent à la formule Si0*,2R0; on appelle bisilicates, ceux où la quantité d'oxygène de la silice est double de celle des bases Si0?, RO; trisilicates, ceux où les proportions d'oxygène des deux parties sont entre elles comme 3 et 1, soit : 3S10°, 2R0O. Ces dénominations sont acceptées par les métallurgistes.

Pour simplifier l'écriture, nous les représenterons ici, à l'exemple de Berthier, Dufrénoy et plusieurs autres minéralooistes, au moyen des signes abrégés : RSi, RS, RSi°, en désignant par les indices des lettres les quantités relatives d'oxygène contenues dans les oxydes et dans la silice.

SILICATES SIMPLES

La fusibilité des silicates simples paraît dépendre de trois causes : {° la fusibilité propre de la base ; 2° son énergie chimique; 3° la proportion dans laquelle elle entre dans le composé.

On peut citer comme très fusibles les silicates de sodium, de potassium, de lithium, de plomb et de bismuth, dont la base est forte et fusible par elle-même.

Quant à ceux qui sont peu fusibles, on peut remarquer d’une facon générale que leur maximum de fusibilité correspond à peu près aux proportions qui forment le bisilicate Sir (Si 0?, RO) ou le trisilicate Si°R (3Si 0*,2R 0).

Silicates alcalins et terreux.

Les silicates de sodium fondent en verres transparents, compacts d’abord, puis de plus en plus bulleux, à mesure que la proportion de silice augmente, tant qu'il y a plus de 8 p. 100 de soude; au delà, ils se ramollissent seulement au grand feu (four à vent ou four à porcelaine). Ils forment un émail blane, scoriforme, avec 6 p. 100 de soude.

Les silicates de potassium sont de même fusibles, tant qu'il y a plus de 14 p. 100 de potasse, et se ramollissent encore WE D 100!

La lithine parait donner des silicates plus fusibles encore que les précédents, à égalité de composition centésimale.

Les silicates de baryum, préparés en mêlant ensemble la poudre de quartz et celle de carbonate de baryum naturel, ne sont fusibles au grand feu que s'ils contiennent plus de 17 p. 100 et moins de 71 p. 100 de silice (Ba Si et Ba Si); à ces limites, ils se ramollissent seulement en un émail poreux

ou en petits grains arrondis et agelomérés. La fusion complète a été obtenue avec 38 p. 100 de silice, correspondant au trisilicate Ba Si.

La strontiane forme des silicates plus difficiles à fondre que ceux de barvte.

Les silicates de calcium obtenus en chauffant des mélanges. de silice et de marbre ne se ramollissent que s'ils renferment plus de 35 et moins de 73 centièmes de silice (Ca Si et CasSi*).

Dans le fourneau à grand tirage, en donnant le vent pendant 1 heure, comme pour les essais de fer, le bisilicate Ca Si? et le trisilicate CaSi°, contenant respectivement 52? et 61 centièmes de silice, ne donnent qu'une masse scoriforme, demivitreuse et translucide. Il ne se forme un culot compact que si l’on prolonge le chauffage pendant 1 heure de plus.

Mais il y a combinaison entre la chaux et la silice, quelles que soient les proportions, même si la chaux domine, à condition que la silice soit en poudre très fine et mélangée imtimement; le silicate formé se dissoudra dans les acides en donnant de la silice en gelée (Rivot.

Avec la magnésie, il y a également combinaison, mais la fusion est encore plus difficile à obtenir. Il ne se produit qu'un commencemente de fusion avec le trisilicate MgSi° (69 centièmes de silice); le culot est solide, tenace, assez dur pour raver le verre, à cassure pierreuse et finement bulleuse.

L'alumine calcinée et la silice, quelle que soit la perfection du mélange, se combinent difficilement entre elles, même à une température très élevée. Ces produits, de même que les aroiles pures de composition analogue, s’'agelomérent au grand feu, mais peuvent à peine se ramollir.

Les seuls silicates d'aluminium qui donnent un culot compact, à cassure pierreuse, sont le bisilicate A/S et le trisilicate A7St renfermant respectivement 64 et 73 p. 100 de silice. C'est à peu près entre ces limites que se trouve ordinairement comprise la composition des argiles pures, qui servent à la fabrication des briques réfractaires, des creusets à essais, des pots de verrerie, etc. On sait qu'en effet ces ma-

tières éprouvent au feu un ramollissement, qui leur permet de se plier sous l'action des pinces, de se déformer et de s’affaisser et que, refroidies, cÉrei une excessive dureté et une cassure unie et un peu Jluisante, qui indique un commencement de vitrification.

On cherche souvent à rendre les argiles plus réfractaires par des additions de silice; mais elles deviennent alors moins malléables et ont besoin d'être soumises à une pression énergique pour prendre par la cuisson une Copie et une ténacité suffisantes.

La glucine et la zircone ont été peu étudiées au point de vue qui nous occupe ; mais on sait que leurs silicates simples sont infusibles.

Silicates métalliques.

Les silicates simples de PROTOXYDES MÉTALLIQUES sont, en général, fusibles à des températures modérées, par exemple dans les simples fourneaux de caleination, lorsque les proportions de silice et d'oxyde sont convenables ; cependant l'oxyde de zinc fait exception.

Les silicates de protoxyde de manganèse ont été fondus au grand feu depuis. Mn°Si jusqu'à HMnSi° et se sont montres très. fluides avec une composition voisine du bisilicate YnSi (46 p. 100 de silice).

Les silicates de protoryde de fer ont été de même fondus. depuis Fe Si jusqu'à Fe Si; le maximum de fluidité parait correspondre au protosilicate Fe Si (31 p. 100 de silice), mais elle est encore grande pour le bisilicate Fe Si? (45 p. 100 de silice). Les silicates les plus basiques traversent tres aisément les creusets de terre.

Les silicates de peroxyde de fer, au contraire, sont infusibles ; les mélanges de silice et de peroxyde de fer s’agglomerent à peine au grand feu, sans diminuer de volume et continuent à donner une poussière rouge, indiquant qu'il n'y à pas eu combinaison.

Pour de semblables expériences, il importe de veiller avec

soin à ce que l’état d'oxydation du fer ne soit pas modifié par les gaz qui pénètrent dans le creuset. Les gaz des fourneaux oxydent ou réduisent, en partie du moins, les oxydes de fer libres ou engagés dans des silicates, soit pulvérulents, soit fondus, avec une facilité comparable à celle avec laquelle les réactifs de la voie humide, oxydants ou réducteurs, agissent sur les dissolutions des sels ferreux ou ferriques.

Les silicates de protoryde de cobalt et de protoryde de nickel jouissent de propriétés comparables à celles des silicates fereux.

Celui de protoryde de cuivre est bien fusible avec une proportion de silice variant de 17 à 30 p. 100 (de CusSi à CusSi?) et se ramollit seulement avec 39 p. 100 de silice (Cu Si). Le mélange de silice et de bioxyde de cuivre se décompose en donnant un silicate de protoxyde de couleur rouge de sang, dont la fusibilité est par conséquent la même.

Tous les silicates simples d'oxyde de zinc sont infusibles; on ne parvient à les fondre qu'en les associant à d’autres silicates.

Les silicates de protoryde d'étain paraissent être fusibles et ceux de bioxzyde d’étain infusibles ou peu fusibles; sans avoir été constatées par des expériences spéciales, ces propriétés semblent établies par les observations faites sur les scories d'étain et sur les émaux.

L'oxyde d'antimoine forme des silicates fusibles; le protosilicate (SbSi), à 23 p. 100 de silice, donne au four de calcination un verre transparent d'un jaune de topaze.

L'oxyde de bismuth et l'oxyde de plomb, qui sont très fusibles par eux-mêmes, sans addition de silice, forment des silicates également très fusibles, si la proportion de silice n’est pas excessive. Le silicate PbSi? renfermant 63 p. 100 de silice, se ramollit au grand feu en formant un émail spongieux, d’un beau blanc, où il y a eu combinaison sans fusion. Les silicates contenant jusqu'à 44 p. 100 de silice (PbSi*) fondent au fourneau de calcination ordinaire, en donnant un verre compact, transparent, éclatant et coloré en jaune. La fusibilité augmente avec la proportion d'oxyde.

L'oxyde de plomb et celui de bismuth peuvent faire fondre tous les silicates, s'ils sont employés en quantité suffisante ; on arrive aisément, par une addition de litharge, à vitrifier des mélanges complètement infusibles par eux-mêmes.

SILICATES MULTIPLES

Les silicates qui renferment deux ou plusieurs bases sont plus fusibles que les silicates simples, à égale proportion de silice; on sait d'ailleurs que pareille observation a été faite sur les alliages de métaux, qui, presque toujours, fondent à une température inférieure à la moyenne des points de fusion des métaux constituants et, souvent même, à une température plus basse que le plus fusible d’entre eux.

Les bases les plus fondantes sont encore celles qui sont fusibles par elles-mêmes, c'est-à-dire les alcalis et les oxydes de plomb et de bismuth.

Les feldspaths orthose et albite et le triphane, qui contiennent, avec de la silice et de l’alumine, respectivement 16/100 de potasse, 11/100 de soude et 9/100 de lithine, fondent au orand feu en un verre compact et transparent; un silicate de calcium et d'aluminium, fusible seulement au grand feu, devient facilement fusible au four de calcination ordinaire, quand on y ajoute les 3/4 de son poids de litharge.

Les silicates simples alcalino-terreux, à peine fusibles, peuvent se combiner entre eux ou avec le silicate d'aluminium pour former des silicates doubles bien fusibles.

Aïnsi le bisilicate et le tétrasilicate de baryum et de cal: cium répondant aux formules BaCa®Si et BaCa Si* forment des culots compacts, sans bulles.

On obtient de même des produits très bien fondus au four à vent ou au four à porcelaine avec les mono- et les bisilicates de calcium et de magnésium, dont quelques-uns correspondent par leur Composition à des minéraux silicatés naturels : CaMgSi® (péridot), CaMgSi*, CaMg°Si, Ca*MgSi° (pyroxènes), CaMg°Si° (amphibole); les bisilicates ont été sou-

vent préparés à cause de la beauté des cristaux de pyroxène, qu'ils fournissent lorsqu'ils sont refroidis lentement (au four à porcelaine) et qui sont identiques, d'aspect et de forme cristalline, à ceux que l’on trouve dans la nature; refroidis rapidement, comme dans le four à vent, les culots sont en masse compacte et vitreuse. Le trisilicate CaMgSi et les tétrasilicates Ca*MgSi® et CaMg*Si* donnent des culots pierreux où bulleux où il est facile de reconnaître que la matière a été moins fluide.

L’alumine forme avec la barvte des silicates fusibles (Ba AI°Si"* et BaAl*Si®); avec la chaux, des monosilicates et des bisilicates très bien fondus et vitreux Ca?AISi, CaAlS®, CaAlSi", qui correspondent, les deux premiers à la composition de beaucoup de laitiers de hauts fourneaux au coke, le troisième à beaucoup de laitiers de hauts fourneaux au charbon de bois; le trisilicate CaAlSi et les silicates à forte proportion d’alumine CaAlSi, CaAlFSi, CaAl°Si*, forment des culots compacts, mais à cassure pierreuse, inégale ou grenue, qui Indique une fluidité beaucoup moindre; le silicate basique CaAlSi n'est pas amené à une fusion complète.

Les mono- et bisilicates d'aluminium et de magnésium Mg AIS, MgAISi*, sont également fusibles, mais plus difficilement que ceux d'aluminium et de calcium; ils conservent une cassure pierreuse.

Le bisilicate de glucinium et de calcium CaGlSi* forme un culot vitreux et transparent.

Le trisilicate de glucinium et d'aluminium G/AËFSi, qui constitue l’'émeraude de Limoges, fond en un culot blanc, un peu bulleux, à grains fins, comparable à une belle porcelaine.

En résumé, les silicates doubles d'aluminium et de terres alcalines, et particulièrement les silicates d'aluminium et de calcium, qui ont le plus d'importance pour les essais de voie sèche, comme pour la métallurgie, sont bien fusibles quand leur composition est comprise entre les protosilicates et les bisilicates, surtout s'ils renferment l’alumine et la chaux dans les proportions exprimées par Ca?Ai (6Ca0. A0);

fondent bien aussi avec les proportions CaAl (3 Ca0. AFP 0°); mais ils deviennent beaucoup moins fusibles pour CaAl (CILa0 0 22A1 0"):

La composition des argiles est ordinairement comprise entre les formules A{Si* et AIS; la proportion de silice y est souvent plus grande, par suite de mélange avec du sable quartzeux. Il en résulte qu'il suffit presque toujours d’y ajouter de la chaux ou du carbonate de calcium pour que le mélange soit complètement fusible. Il suffit, dans la plupart des cas, de 1/2 à 3/4 de marbre pour 1 d'argile; pour les bonnes argiles plastiques ou pour les mélanges à parties égales d'argile et de sable œuartzeux, on emploie jusqu'à ? 1/2 de marbre; on préfère un mélange de marbre et de quartz lorsque les argiles sont exceptionnellement riches en alumine.

Les protoxydes de manganèse, de fer, de cobalt, de cuivre,

facilitent beaucoup la fusion des silicates alcalino-terreux ou VéLeUx

On obtient des culots très bien fondus avec les bisilicates et les trisilicates de manganèse et de calcium Mn Ca Si, Mn Ca?$Si°, Mn” CaSi°, Mn Ca?$Si ; avec les mono- et les bisilicates de manganèse et de magnésium #WnMg$Si, Mn MgSi', Mn°Mg Si; et des culots encore compacts et vitreux avec les bi- et sesquisilicates de manganèse et d'aluminium (#nAl°Si, Mn°Al° ST)

La silice peut être combinée avec l’oryde ferreux et la chaux, de manière à former des mono-et des bisilicates FeCaSi? et Fe? CaSi® (péridot), FeCaSi (pyroxène), avec la magnésie un monosilicate FeMg* Si (péridot), avec l’alumine un monosilicate FeAlSÿ; tous ces silicates doubles sont parfaitement fondus.

Avec le peroxyde de fer et la chaux ou l’alumine, Berthier a obtenu des mono- et des bisilicates fondus ; mais lui-même a fait observer qu'une partie de l’oxyde de fer avait été réduite dans le creuset par les gaz du foyer et que la fusion des silicates pouvait être attribuée à l’oxyde ferreux ainsi produit.

Le protoryde de cuivre forme avec l’alumine un monosilicate

CuAIS® fondu en masse compacte et opaque d’un beau rouge tirant sur l'orange.

L'oxyde de zinc donne : avec la chaux des mono-, des bi- et des trisilicates (ZnCaSi®, ZnCaSi', ZnCaSi‘) fondus en verre compact et transparent; avec l’oxyde terreux des bisilicates (ZnFeSi et Zn°FeSi°) fondus en masse compacte, çà et là bulleuse, et même avec l’alumine un bisilicate (ZnA!Si') fondu en masse compacte, sans bulles, à cassure conchoïdale éclatante, d'un blanc d'émail opalin, nuancé de bleu et de violet, ayant l'aspect d’une belle calcédoine.

Ce dernier résultat est particulièrement remarquable, puisque les deux silicates d'aluminium et de zinc, séparément tout à fait infusibles aux plus hautes températures, forment ensemble un composé entiérement fusible au four à vent.

Les expériences métallurgiques confirment d’ailleurs pleinement les résultats trouvés par Berthier dans ses essais de laboratoire ; on a eu mainte occasion de vérifier que les silicates doubles de calcium et de magnésium, de calcium et d'aluminium, de magnésium et d'aluminium sont bien fusibles dans les fontes réductives des hauts fourneaux par exemple; car les laitiers ont souvent cette composition; leur fusibilité est d’ailleurs augmentée encore par la présence de l’oxyde ferreux et de l’oxyde de manganèse. Les silicates doubles ferriques et calciques ou magnésiens peuvent aussi être fondus, en atmosphère oxydante, dans les fours à réverbére.

On peut ajouter que les silicates triples sont encore notablement plus fusibles que les silicates doubles; cela présente un intérêt spécial pour les silicates qui forment les laitiers et les scories, par exemple pour les silicates de calcium, de magnésiun et d'aluminium dans les hauts fourneaux, pour les silicates de calcium, d'aluminium et de peroxyde de fer dans les fours à puddler, ete. Mais 1l faut observer qu'un excès d’alumine ou de peroxyde de fer diminuerait beaucoup la fusibilité de ces composés; par exemple, on peut considérer comme favorable une teneur en alumine de 12 à 15 p. 100;

mais, si elle allait à 30 p. 100, le silicate triple deviendrait infusible.

Verres où silicales artificiels.

On se sert quelquefois comme fondants, de verres dont on connaît la composition, ou de silicates que l’on a préparés à l'avance dans ce but.

Les verres peuvent être, soit des verres blancs, c’est-à-dire des silicates de sodium et de calcium, ou de potassium et de calcium, où de calcium, sodium et potassium, avec très peu d'aluminium et de fer, tenant de 68 à 74 p. 100 de silice; soit des verres à bouteilles à base de chaux avec un peu dalcalis Pd'alumine et d'oxyde: de fer, \tenantude 53" à 60 p. 100 de silice. Ils doivent être absolument exempts de plomb. Pour l'usage, on les étonne dans l'eau, on broie et on tamise.

On fabrique les silicates en mêlant ensemble des proporüons convenables de quartz pur, d'alumine ou d'une argile de composition connue et de carbonate de calcium, puis chauffant dans des creusets brasqués jusqu'à fusion complète et réduisant ensuite la matière vitreuse en poudre fine. Les proportions sont choisies, en général, de manière à obtenir trois sortes de silicates, qui puissent servir de fondants, l’un aux matières calcaires, le second aux matières siliceuses, le troisième aux minerais presque exempts de gangues, donc on veut extraire le métal; à cet effet, üs doivent être l’un plus siliceux, le second plus calcaire, le troisième bien fusible par lui-même. Ces conditions sont remplies, d'après ce que nous avons dit plus haut, si l’on adopte les formules ou les compositions suivantes :

AlCa Sif AlCa? SB AlCa £i* Al?0%.3Ca0.9Si 02. Al?205.6Ca0.4!Si 0°. A1205.3Ca0.6 Si O?.

Alumine. . . 51 51 51 (Cnatbas is En 84 168 84 SUCER 270 135 180

DOCIMASIE. — T. I. 40