ANALYSE DB LA FONTE ET DE L'ACIER

Il résulte des recherches récentes d'un ingénieur russe, M. Anocoff , que la méthode la plus sûre pour obtenir un acier propre au damassage, consiste à fondre dans un creuset réfractaire 5 kil. de fer très pur avec 1/12 de graphite, 1/32 de battiture de fer et 1/24 de dolomie servant de flux. Pour faire apparaître le damassage, on décape Tacier avec du sulfate de fer contenant une certaine quantité de sulfate d'alumine. L'acier damassé ainsi préparé parait être beaucoup dur que le meilleur acier

fondu.

AiMlTM et la «Mlle et «• l'acier.

Les fontes et les aciers peuvent contenir, outre le fer et le carbone, des proportions variables de silicium , d'aluminium , de manganèse, de phosphore et de soufre.

Nous dirons d'abord comment on reconnaît que ces corps ne se trouvent pas dans les fontes à l'état d'oxide, en prenant pour exemple le siUcium; ce que nous dirons pour ce corps sera applicable aux autres.

Si l'on admettait qu'une fonte fût formée de fer et de silice, il est évident qu'en la traitant par un acide, elle donnerait , sous le méniB poids, une quantité d'hydrogène moins forte que le fer pur. Mais l'expérience démontre, au contraire, que les fontes silicifères produisent, en se dissolvant dans les acides faibles, plus d'hydrogène qu'un poids égal de fer pur; cet excès d'hydrogène se comprend facilement en admettant que les fontes contiennent du silicium et non de la silice; en efiet, un équivalent de silicium 266,82, décompose, sous l'influence de Facidesulfurique faible , 3 équivalents d'eau , et en élimine 3 équivalents d'hydrogène : (Si -f- 3H0 = SiO^ + 3H), tandis qu'un équivalent de fer qui pèse 350, n'en peut dégager qu'un seul équivalent. Il n'est donc pas étonnant qu'une fonte contenant du silicium dégage plus d'hydrogène , lorsqu'on la traite par les acides , que le même poids de fer pur. Et de plus, quand on analyse une fonte riche en silicium, et qu'on dose ce métalloïde à l'état de silice, le poids de la silice ajouté à celui du fer qui a été trouvé dans l'analyse , excède toujours le poids même de la fonte.

Il est donc parfaitement constaté que les fontes ne renferment pas d'oxigène. Nous dirons maintenant comment on détermine la proportion des dififérents corps simples qui se trouvent unis au fer dans la fonte.

DOMte «a •mctaBi.

On dissout la fonte ou l'acier dans l'eau régale; on évapore la liqueur à sec ; le résidu est mêlé avec trois ou quatre fois son poids de carbonate de soude , on le chauffe au rouge dans un creuset de platine , on le redissout dans l'acide chlorhydrique , et on évapore de nouveau à sec ; la silice devient insoluble ; on la lave avec de l'eau acidulée par l'acide chlorhydrique et on la pèse ; le poids du silicium est déduit de la quantité de silice qui a été obtentic. -

nu iNALYSB Dl LÀ PONTE ET DE L*iCtBR.

DoMge do carbone.

On ne peut déterminer la proportion du carbone d'une fonte en la traitant par un acide , et pesant le résidu ; en effet , on'sait qu'une grande partie du carbone, et souvent môme la totalité, se dégage à Tétat de carbure d'hydrogène.

M. Gay-Lussac a employé avec succès , dans l'analyse des fontes, un appareil dans lequel la fonte mélangée à du bi-oxide de mercure, était soumise à un courant d'oxigène ; le métal passait à l'état de sesqui-oxide, et le carbone formait de l'acide carbonique qui venait se rendre avec l'excès d'oxigène dans un tube gradué ; il était facile alors d'en évaluer la proportion en absorbant l'acide carbonique par la potasse. Le mélange de fonte et de bi-oxide de mercure était placé dans une nacelle de platine et introduit ensuite dans un tube de porcelaine, que l'on chauffait au rouge.

M. Berxélius a proposé, pour évaluer la proportion de carbone contenue dans une fonte, de traiter la fonte en poudre par du bichlorure de cuivre ; il se forme du prolochlprure de cuivre, du cuivre métallique, du chlorure de fer et du carbone; on décante la liqueur et l'on reprend le résidu par une nouvelle quantité de bi-chlorure de cuivre mêlée à un peu d'acide chlorhydrique; le cuivre rentre en dissolution dans le bi-chlorure, le carbone reste à l'état insoluble et l'on peut en déterminer la quantité.

M. Regnault analyse la fonte en la brûlant avec du chromate de plomb dans un appareil à analyse organique; on introduite l'extrémité du tube à combustion du chlorate de potasse qui, en dégageant de l'oxigène, complète la combustion de la fonte et chasse l'acide carbonique qui reste dans le tube : la fonte est transformée en oxide de fer et en acide carbonique; cet acide se dissout dans l'appareil de Liebig qui contient de la potasse ; on détermine ainsi son poids et par conséquent celui du carbone. Le soufre, s'il en existe dans la fonte, reste à l'état de sulfate de plomb dans le tube à combustion, et est dosé dans une autre expérience.

DoMffe éa phosphore.

Pour déterminer la proportion de phosphore conteim dans une fonte , on dissout la fonte dans l'eau régale; on sépare la silice par une évaporation à sec et par des lavages avec de l'eau acidulée : on verse dans la liqueur un carbonate alcalin; l'acide phosphorique se précipite alors à l'état de phosphate de fer basique, mélangé à de l'oxide de fer. Le précipité est traité par un excès de potasse au creuset d'argent, et transformé en phosphate de potasse qu'on sépare de l'oxide de fer au moyen de l'eau ; la liqueur sursaturée par un acide est mêlée avec uti excès de chlorure de calcium et précipitée par l'ammoniaque qui forme du phos-

ISSil 0'Ulf MiNBail 0E FBR. 375

phate de chaux dont la composition est connue. On peut encore ajouter dans le phosphate de potasse une quantité de sel de fer au maximum , contenant une proportion d*oxide de fer connue , et verser ensuite de l'ammoniaque. On obtient ainsi un mélange de phosphate de fer et de peroxide de fer dont on détermine le poids ; on en retranche la quantité connue de peroxide de fer provenant du sel du fer ajouté : la différence ddhne Tacide phosphorique , et par conséquent la proportion de phosphore contenu dans la fonte.

Enfin le phosphate de potasse , neuti*alisé par un acide , pourrait être précipité par un sel d^ plomb; le phosphate serait dosé alors à Tétat de phosphate de plomb.

On dose le soufre d'une fonte, en dissolvant la fonte dans Teau régale, eu évaporant la liqueur à sec , reprenant le résidu par l'eau acidulée , et en précipitant le fer parla potasse. La liqueur est ensuite rendue acide par un excès d'acide azotique , et précipitée par l'azotate de barite ; il se forme du sulfate de barite, d'où l'on déduit la quantité de soufre.

BMftl d*iiii nrineral «e fer.

Cet essai a pour but de déterminer la richesse du minerai, la qualité de la fonte qu'il peut donner, et ensuite la nature de sa gangue afin de connaître la proportion de castine ou d'erbue qu'il faut ajouter pour faire entrer le minerai en fusion. Cette analyse se fait ordinairement par la voie sèche; ce mode d'essai présente l'avantage de réaliser, en petit, l'opération qui se pratique en grand dans le hautfourneau.

On introduit dans un creuset brasqué de 10 à 20 grammes de minerai réduit en poudre et mélangé avec le fondant. On le soumet à la température d'un feu de forge pendant deux heures. Quand le creuset est refroidi, on en retire le, culot, qui se compose de scorie et de fonte ; on en détermine le poids ; on sépare ensuite facilement la fonte que l'on pèse ; la scorie est dosée par différence.

On observe si la scorie est compacte ou huileuse . vitreuse , émaillée ou pierreuse^ transparente, translucide ou opaque; si* elle présente des nuances de couleur qui indiquent qu'elle n'est pas hon[K)gène.

Quant à la fonte, on la casse pour déterminer sa ténacité et examiner son grain.

Les fontes de bonne qualité s'aplatissent toujours un peu avant de se rompre; elles scmt grises et à grains fins ou moyens.

Les mauvaises fontes se cassent facilement sans changer de forme ; elles sont blanches, brillantes, lamelleuses, remplies de cavités tapissées de cristaux. '

Pour déterminer la nature et la proportion du fondant quou deym

376 ESSAI Il'UN MLNliRÀl DK KKR.

ajouter au minerai, soit pour le fondre au feu de forge, soit pour en extraire la fonte en grand, on suit en général le procédé suivant : on apprécie par la calcination ou le grillage les proportions d*eau, d'acide carbonique ou de matières combustibles contenues dans le minerai. Ou prend 10 gr. du résidu qu'on réduit en poudre fine, et qu'on fait bouillir avec 50 à 60 gr. d'acide cblorliydrique du commerce. Si le minecai n'est pas calcaire , mais seulement argileux, il ne manifeste avec l'acide chlorhydrique aucun signe d'effervescence. Le résidu insoluble est lavé à plusieurs reprises avec de l'eau , calciné et pesé. Son poids indique la proportion d'argile ou de silice contenue dans le minerai.

Quand le minerai est calcaire ou magnésien, on apprécie la chaux et la magnésie à l'aide de l'acide acétique, ou de l'acide azotique très étendu et froid ; ces acides dissolvent les carbonates terreux sans attaquer l'argile, les pierres ou les oxides de fer. Après avoir lavé le résidu, on le sèche , on le pèse , et on calcule la proportion des carbonates dissous d'après la perte de poids éprouvée par le minerai.

L'expérience a appris qu'il faut ajouter aux minerais argileux, pour les fondre , une proportion de carbonate de chaux (castine) égale à la moitié au moins ou aux deux tiers au plus du poids de l'argile.

On peut employer comme flux propres à fondre tous les minerais de fer, l'acide borique et le borax. Le verre blanc ordinaire, le verre terreux (silicate de chaux et d'alumine) sont aussi de bons fondants.

Pour les matières très siliceuses, M. Berthier recommande l'emploi d'un verre basique ayant la composition suivante (CaO,Al203,8Si03); pour les matières terreuses non calcaires, on peut employer le même veri'e contenant un excès de chaux ; et enfin pour les minerais calcaires peu siliceux, on doit faire usage d'un verre saturé de silice et contenant le moins de chaux possible; ce verre a pour formule : (CaO,AIH)3,6SiO^).

Lorsqu'après avoir traité un minerai de fer par l'acide chlorhydrique , on remarque dans le résidu insoluble des grains siliceux , il faut remplacer la castine par de la dolomie (carbonate de chaux et de magnésie) ou par du kaolin.

AMljM é*mk mlBcrml et fer par le »rocM« «e W. Ibuvacritie.

Ce mode d'analyse s'applique aux minerais et aux alliages de fer; il est d'une exécution facile et comporte plus d'exactitude que l'essai dans un creuset brasqué ; on peut également l'employer pour l'analyse des mélanges ou des combinaisons de protoxide et de sesqui-oxide de fer, tels que les battitures, les laitiers, etc., etc. Il est fondé sur l'action des sels de protoxide de fer, sur le permanganate de potasse.

Lorsqu'on verse, dans une dissolution acide et très étendue d'un sel de fer au minimum , une dissolution de permanganate de potasse , le fer se peroxide sur-le-champ, en empruntant de l'oxigène au permanganate

SSSM d'un minerai DK KSIt. 577

qu'il décolore. Tant qu'il reste du far au minimum, le permanganate se décompose à mesure qu'on le verse , et la liqueur prend une teinte jaune-pàie très faible, due au sel de sesqui-oxide de fer ; mais quand tout le fer s'est peroxidé, une seule goutte de permanganate sufftt pour communiquer à la liqueur une couleur rose très nette et facile à reconnaître. Ce changement de teinte indique que l'opération est terminée. La formule suivante rend compte de l'action du permanganate de potasse sur un sel de protoxide de fer dont l'acide est représenté par A :

KO,MnW + 10(PeO,AJ + A» = (MnO,A)>+ (Fe^O», (A)3)5 + (KO,A).

Le nouveau mode d'essai proposé par M. F. Margueritte se compose des opérations suivantes :

1' On titre la liqueur normale de permanganate de potasse.

2"" On dissout le minerai dan^ un acide , et on runtae au unnimum tout le fer qu'il contient.

3* On détermine le volume de liqueur normale nécessaire pour faire passer le fer au maximum*

Pour préparer une liqueur normale de permanganate de potasse, on introduit dans un creuset de terre, et on expose pendant une ou deux heures à une température d'un rouge sombre, un mélange de 2 p. de bi-oxide de manganèse , 1 p. de chlorate de potasse, et S p. de potasse à la chaux. La masse, après son refroidissement , est grossièrement pulvérisée et agitée avec deux ou trois foia son poids d'eau commune; on y ' ajoute de l'acide azotique étendu de la moitié de son volume d'eau , jusqu'à ce que la liqueur soit d'mi beau violet, et on la filtre ensuite sur du verre pilé ou sur de l'amiante, afin d'en séparer le bi-oxide de manganèse qu'elle tient en suspension .

Pour déterminer le titre de cette liqueur, on pèse un gramme de fils de clavecin qu'on dissout dans 20 à 25 centimètres cubes d'acide chlorhydrique fumant, et on étend la dissolution d'un litre environ d'eau commune. On introduit la liqueur de permanganate dans une burette graduée, dont chaque centimètre cube est divisé en dixièmes, et on verse cette liqueur goutte à goutte dans la dissolution ferrugineuse à laquelle on imprime un mouvement giratoire. Le permanganate est décomposé, et on s'arrête lorsque la coloration rose caractéristique se manifeste. On note alors avec soin le nombre de divisions employées à la suroxidation d'un granmie de fer. S'il a fallu 30 c. c. de la liqueur pour faire passer au maidmum un gramme de fer, il est évident qu'un poids égal de minerai de fer, dont le métal ramené au minimum après sa dissolution ' dans l'acide chlorhydrique aurait exigé pour se peroxider 15 centim. cubes de liqueur normale, contiendrait 50 p. 100 de fer métallique.

Voici comment s'exécute cette analyse :

On prend 1 gramme de minerai de fer réduit en poudre très fine, on le

378 KSSÀI D*UN MINIRAI DE PBR.

dissout dans 30 à 30 c. c. d'acide chlorfaydrique pur et fumaot, dans un matras d'un litre environ. On soumet le naélange à une ébullition modérée jusqu a ce que le minera soit entièrement attaqué.

On ajoute de Teau commune jusqu'au tiers de la capacité du matras , et Ton ramène au minimum le sel de fer, en ajoutant à la liqu^r 6 gr. de zinc exempt de fer, ou /^ gr. d'une solution concentrée de sulfite de soude. Au bout de quelques minutes d'ébullition, dès que la liqueur a cessé de répandre l'odeur de l'acide sulfureux, et qu'elle est devenue verdâtre ou presque incolore, le fer est entièrement au minimum.

Après avoir étendu la dissolution d'une nouvelle quantité d'eau , de manière que son volume occupe à peu près un litre, on y verse goutte à goutte la liqueur normale de permanganate de potasse jusqu'à ce que la coloration rose se manifeste. L'expérience est alors terminée. Il ne reste plus qu'à lire sur la burette le nombre de divisions employées, et à le comparer au nombre même de divisions qui ont été nécessaires pour suroxider un gramme de fer pur.

Supposons que, la liqueur normaleétant au titre de 30 cent, cubes pour 1 gr. de fer, il ait fallu 17 divisions de permanganate de potasse pour faire passer au maximum le fer provenant d'un gramme de minerai ; nous établirons la proportion suivante :

Le minerai analysé contiendrait donc pour cent, 56,66 de fer.

Le zinc, le manganèse, l'acide phosphorique, la chaux, l'alumine, la magnésie, la silice, ne s'opposent pas à l'exécution du procédé de M. Margueritte. Si les minerais de fer contiennent d^ l'arsenic ou du cuivre, on les précipite de la dissolution acide par du zinc, et comme ils agiraient sur le caméléon pour se suroxider , on les sépare par la flltration et on les recueille sur un petit filtre qu on lave avec soin ; ces liqueurs réunies aux eaux de lavage sont traitées par la méthode qui vient d'être décrite.

AiuiijrM «'on néiante «p «*a«c cMiiMBals«» de protoiMc et de ptruaOét et Ut»

Pour déterminer la proportion de protoxide et de peroxide de fer qui se trouvent réunis à l'état de combinaison ou de mélange, on peut em^ ployer les méthodes suivantes :

1* On foit dissoudre les deux oxides dans de l'acide chlorhydrique ; on introduit la dissolution dans un flacon rempli d'acide cari)onique, et on y fait passer un courant d'hydrogène sulfuré , qui agit seulement sur le sel de fer au maximum, le réduit , et laisse déposer une quantité de soufre qui est proportionnelle au peroxide de fer : FeH)*,3S0» + HS =3= SO», HO + 2(SO»,FeO) + S.

Le poids du soufre indique la proportion de peroxide de fer contenue d^Màs le mélange.

SâSAI d'un MINBRil DE rSA. 379

2'' M. Berzélius a décrit un mode d'analyse qui consiste à faire dissoudre les deux oxides dans l'acide chlorhydriqne, à introduire la dissolution dans un flacon plein d'acide carbonique, et à la mettre pendant vingtquatre heures en contact avec de l'argent en poudre qui réduit le sel de fer au maximum, et produit du chlorure d'argent insoluble. On pèse alors le mélange d'argent et de chlorure ; la différence, entre le poids de ce mélange et celui de l'argent employé, fait connaître la propwtion de peroxide de fer : Fe>0» + 8HC1 = 3H0 +Fe^Cl» ...Fe«Cl» + Ag = AgCl 4- (FeCI)2. On voit que chaque équivalent de chlorure d'argent correspond à un équivalent de peroxide de fer.

3» On peut encore employer, comme Ta indiqué M. Margueritte , une dissolution titrée de permanganate de potasse , 'qui oxide le sel de protoxide de fer, et n'altère pas le sel de peroxide.

Pour exécuter cette analyse , on prend 1 gramme du composé contenant les deux oxides , on le dissout dans 30 cent, cubes d'acide chlorhydrique fumant; on étend la dissolution d'un litre d'eau environ, et on y verse du permanganate de potasse jusqu'à ce que la liqueur prenne une teinte rose. Supposons que ladissolution de permanganate soit titrée à 30 c. c. pour un granmie de fer, et qu'il faille en employerlOc. c, il est évident qu'on aura la quantité de fer à Fétat de protoxide en établissant la proportion suivante :