Elaboration de zirconium par réduction de tétrachlorure de zirconium par magnésothermie : étude expérimentale et modélisation

• Auteur / Autrice : Nicolas Basin
• Direction : Michel Soustelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Grenoble INPG en cotutelle avec Saint-Etienne, EMSE

Mots clés

Mots clés libres

Sciences et techniques

Metaux. Metallurgie

Elaboration zirconium

Cinetique

Modelisation

Thermogravimetrie

Zirconium chlorure

Transfert masse

Magnesothermie

Résumé

Actuellement, la plupart du zirconium produit industriellement est elabore selon le procede kroll qui consiste a reduire du tetrachlorure de zirconium par du magnesium suivant la reaction globale : zrcl 4 + 2 mg = zr + 2 mgcl 2 cette reduction est effectuee sous atmosphere inerte dans un reacteur de type batch. Dans ce travail, la cinetique de la transformation a ete etudiee experimentalement en utilisant une methode thermogravimetrique. Avant d'entreprendre l'etude experimentale, une analyse thermodynamique a ete realisee afin de determiner les conditions operatoires les plus adaptees. Les influences de la temperature, de la composition en reactifs, et de la dilution en argon sur la composition du systeme a l'equilibre ont ete examinees. La cinetique de la transformation a ete ensuite mesuree par une methode thermogravimetrique. Un dispositif experimental a ete developpe specialement pour cette etude par cezus a pechiney crv. Un modele theorique a ete elabore pour expliquer l'influence du debit et de la pression partielle de tetrachlorure de zirconium sur la cinetique globale du procede. Cette derniere est interpretee comme un ensemble de processus physico-chimiques. Le magnesium s'evapore, se transfere dans la phase gazeuse et reagit avec le tetrachlorure de zirconium suivant une reaction de precipitation. La diffusion des reactifs est le processus limitant du procede. Le phenomene de base est donc un transfert de matiere avec reaction chimique simultanee. Enfin, cette interpretation a ete validee en comparant les predictions du modele avec les resultats experimentaux obtenus a partir des mesures thermogravimetriques.