DES MINERAIS DE FER

nombre d'oxides métalliques : o*est une de ses propriétës les plus saillantes et qui a été constatëo dès Tépoque de sa découverte. {Ployez Anii. de Chimie , tom. xxxix, xlii et XL1I1 , et le Traité de Chimie de Thomson, t. ii. p. 25.) M. Henry de iHanchester , a fait voir > il y a plusieurs années, que son action réductive est même plus ibrte que celle du gaz hydrogéne.Les métalltirgistes qui ont écrit sur les hautsfourneaux n*ont pas manqué , du moins la plupart, d'avoir égard aux effets de réduction que ce gaz peut produire dans Tintérieur de ces fourneaux, et M. Sefstrôme a même annoncé, il y a plus de dix ans, qu*il avait constaté par expérience que «c la réduction du fer s*opère déjà par le gaz oxide carbonique près de la sortie de ce gaz par fouverture supérieure du haut-fourneau. » (Traité de Ch., par M. Berzélfus, t. m, p. 2>S9, année 183 I .)

D*après ces faits , il était tout naturel de penser que les gaz qui sortent du gueulard pourraient être employés à opérer la réduction des minerais, ou du moins à leur enlever une grande portion de Toxigène qu'ils contiennent. îMais l'essai qui a eu lieu à Pions près Surgans (Ânn. des mines, t. Yi, p. -461) , a montré que la réduction qui s'effectue de cette manière est peu avancée ; et j'ai trouvé également ., par l'expérience en petit, qu'en faisant passer des vapeurs provenant de la carbonisation du bois , à travers de foxide de fer tenu h la chaleur rouge dans un tube de verre ^ cet oxide, quoiqu'il devieime magnétique, ne perd que très-peu d'oxigèae. J attribue cette impuissance de réduction de gaz d'ailleurs très-combustibles par eux-mêmes, h la Forte proportion de vapeur d'eau dont ils sont mélangés, et il ne me parait même pas impossible qu'à de certains moments, à l'instant, par exempte, oii Ton jette la charge de bois et de minerai dans le fourneau, cette proportion de vapeur soit telle, que les gaz oxident le fer au lieu de réduire son oxide. L'inconvénient provenant de la présence do la vapeur d'eau, serait bien moins grand dans tes fourneaux alimentés par du charbon que dans ceux que l'on chauffe avec du bois vert; mais néanmoins , comme les minerais , et le cbarbon de halle, lui-même, contieniient encore beaucoup d'eau, je suis disposé à croire que l'on ne pourra , dans aucun cas, tirer un parti avantageux des gaz du gueulard en les employant comme réductifs, et que c'est , au contraire, en les introduisant dans des fourneaux accessoires, après les avoir enflammés , à l'aide d'un mélange conveuable d'air atmosphérique, que l'on parviendra à en faire un emploi profitable.

Cependant, si l'usage du bois en nature se propage, il sera très-utile de trouver uu moyen de faciliter et d'accélérer la

réduction du minerai; car, on a remarqué génëraiement que remploi du bois a diminué notablement le rendement en fer, et que , par suite, les laitiers sont devenus pins fer* rugineux qu'ils ne le ^ont dans le traitement ordinaire au charbon. Cette perte de fer provient indubitablement ;de ce que le bois éprouvant une grande diminution de volume au furet 2i mesure qn*il d4*scend dans le fourneau , il ea résulte qu'il se manifeste fréquemment des mouvements brusques qui occasionnent des ehute$ de tnine^ c'est-à-dire, des descentes dans le creuset de portions de minerai non encore complètement réduit. Ces chutes de mine n^ont l'inconvénient de diminuer le rendement en fer qu'à raison de ce que la réduction de chaque morceau de minerai ne pouvant s'efifectuer , dans le mode de traitement ordinaire, qu*à l'aide des agents extérieurs par voie de cémentation , ce qui exige un temps assez long, s'il arrive qu'on morceau imparfaitement réduit tombe dans le creuset, il se fond et se dissout aussitôt dans les laitiers sans que l'oxigène qu'il contient encore puisse lui être enlevé.

11 est évident que pareille chose n'aurait pas lieu si la matière ferrugineuse portait en elle-même son réductif, de telle sorte que chaque particule d'oxide se trouvât accompagnée d'une particule de substance combortible qui pât s'emparer de son oxigène ; car alors , pour que la réduction fût complète, il suffirait que la masse, avant qu'elle parvint au creuset, se trouvât échauffée jiu degré de chaleur strictement nécessaire , ne fût-ce que pendant un temps trèscourt ; or , cela ne pourrait pas manquer d'arriver, quand même les chutes de mine seraient très-brusques et fréquentes.

Ces considérations me portent à penser qu'il pourrait être souvent av^intageux de mêler intimement le minerai avec le combustible avant de l'introduire dans le fourneau. Pour cela^ il faudrait réduire l'un et l'autre en poudre, et foçonner le mélange en briquettes , en y ajoutant de la chaux éteinte pour leur donner de la consistance. J'ai déjà proposé il y a plusieurs années , d'appliquer ce procédé au traitement d'^s scories d'affinage dans les hauts- fourneaux, et il parait que M. Ardiiillon l'emploie avec succès dans ses usines del'Horme, près Sain t-Cha mont. On trouverait dans cette méthode l'avantage de tirer parti des menus charbons et des débris de combustibles de toutes soKes, dont on ne fait actuellement presque aucun usage, et cela ne serait pas sans importance. En effet , 1 partie de peroxide de fer pur consomme 0^1178 de carbone pour se réduire , en supposant que tout le carbone soit transformé en acide carbonique; les minerais ordinaircs^qui renferment,

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terme moyen, 0,50 d'oxîde de fer , et produisenl 0,35 de fonle au haut-fourneau, brûlent donc au moins 0,0586 de charbon en se réduisant ; d'où il suit, que ponr obtenir 1 partie de fonte , la quantité de charbon consommé dans l'acte de la réduction est de 0,17 mi moins ; celte quantité serait donble, on de 0,34, si le carbone et Poxigène ne formaient en se combinant que de Toxide de carbone. Or, la consommation totale qu'exige la production de I partie de funtc étant comprise entre l et 1,^, on voit que la portion qui opère la réduction s'élève toujours à plus du neuvième du total , et qu'elle est même quelquefois de plus du sixième.

Toutefois, quant à l'économie définitive que Von peut espérer de ce moyen de réduction , il reste à savoir si les frais de préparation des briquettes n'obsorberaient pos les bénéfices provenant de la diminution de consommation du combustible et du plus grand rendement du minerai ; à cet égard l'expérience seule peut prononcer, mais toujours est- il certain que des essais dirigés dans ce but auraient un grand intérêt.

Je crois donc faire une chose utile aux personnes qui se décideront à entreprendre de semblables essais , en consignant ici le résultat sommaire de quelques recherches de laboratoire dont je me suis occupé à ce sujet.

On pourrait mêler au minerai de fer, pour le réduire, de la sciure de bois, de la tourhc, du charbon de bois à l'état de fraisil provenant des balayures des halles, etc., ou de la houille.

Dans le traitement au bois, la sciure^ provenant du débit des gros morceaux en bûchettes^ ne laisse pas que de former une masse assez considérable, puisque, selon M. l'ingénieur •pineau, son poids s'élève , terme moyen, aux 0,03 de celui (lu bois débité. Son état d*extrème division ne permettrait guère d'en faire un autre emploi que celui que j'ai indiqué. Pour pouvoir apprécier la manière dont elle agirait , il m'a paru ctinvciiable d'examiner d'abord comment elle se compoi^c h une température déterminée voisine do point de rédu^m de l'oxide de fer.

À cet effet, j'en ai distillé un poids connu dans une petite cornue de verre que j ai chaufiee graduellement, en maintenant la panse dans un creuset rempli de plomb décoopé en petits morceaux ; j'ai poussé le feu jusqu'au point de faire fondre le métal, mais j'ai fait en sorte de ne dépasser que de très-peu le tenue de la fusion, en sorte que l'expérience doit être considérée comme ayant été faite à la température d'environ 408c. J'ai entretenu le métal à l'état de liquidité pâteuse pendant deux heures, et en oyant soin de

CDiivrir le bain métallique de charbon de brasqiie pour empêcher Toxidalion ; puis , quand j'ai retiré la cornue, j ai fait tomber quelques gouttes d*eau sur le dôme pour l'étonner, et de cette manière j'ai pu en détacher le col san* choc, et recueillir avec exactitude le résidu de la distillation. De la sciure bien desséchée à l'air ra*a donné de cette manière 0,25 à 0^26 de charbon de couleur noire « mais ce charbon perdait encore par une forte calcination le S* de son poids ; en sorte qu'en définitive la sciure a produit dans l'expérieiice 0,20 de charbon calciné , proportion que r«>n atteint bien rarement par la carbonisation en forêt. On voit par là que pour arriver au maximum de produit, il suffit cJe bien graduer la chaleur, mais sans qu'il soit nécessaire d'emplnyer pour cela un temps très-long ; et de plus, qu'à la température de 400"* la décomposition du bois n'est pas aussi avancée que dans les fauldes , puisque, comme on te sait , le charbon de forêt ne perd généralement que 0,07 à 0,08 de son poids par une forte calcination.

J*ai distillé aussi, à la température du plomb fondant, du charbon roux préparé dans la manufacture d'Angoulénie pour la fabrication de la poudre, et qui perdait 0,49 a la calcination. Il y a eu condensation d'eau et dliuile de couleur peu foncée dans le col de la cornue, et il est resté dans la panse 0,75 de charbon d'un noir pur comme le précédent; ce charbon a perdu 0,24 de son poids par une forte calcina lion.

La plus grande partie des matières volatiles que fournît le bois à la distillation , se dégageant à une température inférieure à 400"* , il était présumaLIe que ces matières ne joueraient qu'un rôle peu important dans la réduction. Pour savoir ce qu'il en est, j'ai chau£Pé dans une cornue de verre, an bain de plomb, comme ci-dessus, un mélange de S gr. de per-oxide de fer et de I gr. de sciure de bois; j'ai recueilli le résidu, et en le traitant par l'acide muriatique, etc., j'ai trouvé qu'il renfermait beaucoup de charbon, et qu*îl ne contenait qu'un dixième de son poids de protoxide de fer tout au plus. Le col de la cornue contenait d'ailleurs les huiles que donne ordinairement le bois à la distillation; la réduction commençait donc à peine a s'effectuer à la température à laquelle l'expérience a été faite. D'après les observations de M. Sauvage, on sait que cette température est supérieure à celle qui a lieu dans les caisses de dessiccation du bois, aussi le minerai de fer n'éprouve-t-it aucune altération dans ces caisses. M. Sauvage ayant constaté encore qu'à 2*°. au dessous de la plate-forme d'un haul-h)urneau la chaleur n'est pas suffisante pour faire fondre l'étain, c'est-

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h-â\)re qu'elle n'atteint pas 228'' (1), il s'en suit <\ne la décomposition du bois ne doit s'effectuer que lenleinent dans le fourneau, ce qui est favorable à son rendement en charbon, et de plus, que la réduction du minerai ne comraeUce à avrir Heu qu'à une profundeur qui est très-grande quand le combustible est du bois.

fl réitulte des expériences que je viens de rapporter, qne la sciure mélangée au minerai n'agirait guère comme réductif que par le charbon qu'elle laisserait en se décomposant; cependant comme les gnc et les vapeurs qui s'en dégage « raient pourraient être eniptoyést utilement hors du fourneau^ ce méiqnge n'en serait pas moins utile, puisqu'il aurait pour effet de donner à la sciure la même valeur qu'au bois en morceaux.

La tourbe, n'étant que du ligneux un peu altéré, se comporterait avec les minerais de fer de la même manièi^e que le bois. Ce serait un excellent moyen de tirer parti de ce coUibustible que de l'employer comme réductîF, surtout lorsqu'on l'extrait à l'étal vaseux , et quand les matières terrreuses qu'il contient sont calcaires, <!e qui est le cas le plus fréquent. Les maîtres de forges de la Champagne seraient mieux que tous les autres en état d'en faire l'essai.

On vient de voir que les matières volatiles qui se dégagent du boisé la chaleur de 400^ C, n*exerceiit qu'une action réductiveinsiguifiantesur le per-oxidedefer. Il n'en est pas de même de la portion des matières volatiles que l'on ne peut expulser que par une chaleur plus élevée. En effet, ayant chauffé dans une cornue de verre, à la chaleur rouge cerise, quatre mélanges composés, l'un de 3 gr. de per-oxide de fer et 1 gr. de sciure de bois ; le seOund, de Z gr. de per-oxide de fer et 0«'-,7 de charbon roux, le troisième , de Z gr. de peroxide de fer et 1 gr. de charbon ordinaire ; et le quatrième, de 3 gr. de per-oxide de fer et I gr. de charbon très-fortement calciné , j'ai trouvé que dans le premier mélange le per-oxide avait été ramené à peu près à l'étâl d'oxide magnétique ; que dans le second la réduction était un peu moins avancée; que dans le troisième elle l'était moins encore, quoique la matière fut très-fortement attirable, et que dans le quatrième il ne s*était produit qu'une quantité tout

(1) Cependant on remarque que la chaleur est souvent très-fôrtc à renil>ouchure du fourneau, sur les bords du gueulard, principalement dans les moments qui précèdent celui où Ton fait la charge ; mais cela lient évidemment à ce que la colonne de gaz qui sort du fourneau s^enflamme partout où elle reçoit le coniaclde Pair, et qu'il se développe ainsi sur son pourtour une chaleur qui, dans certains instants. [>eut-être très- considérable.

à fait insignifiante de protoiide de fer. Si dans les mêmes mélanges on remplace le per-r>dde par des battitures , il n'y a pas la moindre apparence de réduction.

Il est très- facile de c hauflPer une curnue à telle température que l'on veut , dont on se contente d évaluer le degré par la couleur; il suffit pour cela de placer la roroue dans un creuset de terre, en l'appuyant sur le bord du creuset, et do telle façon que la panse occupe le centre et ne touche pas les parois. En chauffant pou à peu le creuset jusqu'à l'amener au blanc naissant, la cornue devient d'un rouge décidé jusqu'au centre , et l'on peut même sans difficulté la ramollir jusqu'au point de la déformer.

Ayant irouvé la liniile de température à laquelle l'oxidc de fer commence seulement à être réduit par le charbon, j^ai voulu déterminer une autre limite à laquelle la réduction fut complète. Pour cela, j'ai placé dans un petit creuset bien couvert un mélange de 6 gr. de battitures et 2 gr. de charbon ayant servi de btasque pour un essai de fer, et j'ai chauffé ce creuset dans un fourneau de calcination a une chaleur que l'on peut évaluer à 50° pyrométriques. Au bout de très-peu de temps la réduction a été complète, et la masse s'est trouvée changée en une poudre de fer métallique contenant encore du charbon. Comme dans les fourneaux la température s'élève au moins h 140** pyrométriques à la huutour de la tuyère , il est évident que la réduction du minerai pourrait s'effectuer complètement bien au dessus do re point , si chaque particule d'oxide se trouvait en contact avec le combustible.

On peut aisément chauffer des fours à réverbère à plus de ôO*^ p. à l'aide de la flamme perdue des hauts-fourneaui ; il serait donc facile de réduire le minerai de fer dans de pareils fourneaux ^ si on jugeait que cela pût être avantageux , en en faisant des briquettes avec du charbon et de la chaux.

Parmi les oxides des métaux usuels, il y en a qui exigent pour se réduire au contact des combustibles, une température aussi élevée au moins que l'oxide de fer , et d'autres qui se réduisent beaucoup plus facilement.

Au rouge cerise foxide de zinc n'est aucunement altéré par le charbon calciné; mais h la chaleur blanche (50 ou 60" pyr.), il est réduit complètement^ et si l'on opère dans un creuset, les bords âc ce creuset se trouvent hérissés d'aigtiilles blanches d'oxide de zinc , qui se forment , par U combustion de la v«npeur de zinc, au contact de l'air ou dn gaz acide carbonique qui émane du foyer.

Le deutoxide d'étain n'est pas réduit non plus à la simple chaleur rouge, ni même ramené à un degré inférieur d'oxi-