Métallurgie Du Chrome

7/25/2019 Mtallurgie Du Chrome

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Date de publication :

10 juin 1998

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Mtallurgie du chrome

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par Alain DEFRANCEDirecteur recherches et dveloppement DELACHAUX

usage principal du chrome mtal de haute puret se trouve tre llabo-ration des super-alliagesbase nickel et cobalt intervenant dans des pices

critiques de laronautique, qui sont soumises des conditions svres decorrosion, des tempratures dutilisation de 1 200 oC et des pressions sup-rieures 4 MPa. Le chrome mtal intervient dans ces alliages environ 20 %pour leur apporter une bonne rsistance la corrosion chaud.

Le minerai de chrome le plus abondant est la chromite.

Le traitement du minerai permet lobtention des produits partir desquels seralabor le chrome mtal soit par lectrolyse, soit par aluminothermie.Comme ilest dusage courant dans la profession, les compositions ou teneurs, cites danscet article, sont massiques.

1. Proprits du chrome .............................................................................. M 2 245 -2

2. Mtallurgie extractive ............................................................................. 32.1 tat naturel.................................................................................................... 32.2 Mtallurgie.................................................................................................... 4

3. laboration du chrome mtal.. ... .. .. .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. 4

3.1 lectrolyse..................................................................................................... 43.2 Aluminothermie............................................................................................ 5

3.2.1 Gnralits ........................................................................................... 53.2.2 Procd................................................................................................. 5

4. Applications ............................................................................................... 74.1 Principaux drivs du chrome..................................................................... 74.2 Chrome mtal ............................................................................................... 74.3 Rfractaires base de chrome.................................................................... 74.4 Carbure de chrome....................................................................................... 9

5. Environnement et scurit. ... ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. 95.1 Rglementation ............................................................................................ 95.2 Scurit ......................................................................................................... 9

5.2.1 Incendie et explosion .......................................................................... 95.2.2 Manipulation et stockage.................................................................... 10

5.2.3 Toxicit ................................................................................................. 106. conomie..................................................................................................... 10

Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. M 2 245

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MTALLURGIE DU CHROME ______________________________________________________________________________________________________________

Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite.M 2 245-2 Techniques de lIngnieur, trait Matriaux mtalliques

1. Proprits du chrome

Les proprits physiques sont rassembles dans le tableausuivant :

Le chrome mtal est obtenu sous forme de morceaux, briquettesou en poudre (figure 1).

Le chrome mtal est stable au-dessous des tempratures et pres-sions normales. Sa dcomposition thermique sous certaines condi-tions aux tempratures leves peut aboutir la formation dechrome hexavalent toxique.

Les numros de classification europenne du chrome mtal sont :

CAS No7440.47.3

EINECS No231.157.5

IUPAC Chrome mtal

Nota : CAS Chemical Abstract Service

EINECS Inventaire Europen des Substances Commercialises

IUPAC Chemical Name

Numro atomique.............................. 24

Temprature de fusion ...................... 1 875 oC

Temprature dbullition................... 2 482 oC

Masse volumique............................... 7,19 g/cm3 20 oC

Conductivit thermique..................... 67 W.m-1.K-1

Enthalpie de fusion ............................ 13,8 kJ.mol-1

Enthalpie de vaporisation.................. 320 kJ.mol-1

Volume atomique............................... 7,23

nergie de premire ionisation......... 156 kcal/g.moleRayon de covalence........................... 1,18

Duret Mohs....................................... 9,0 (20 oC)

Coefficient de dilatation linique ...... 6,2 x 10-6(20 oC)

Rsistivit............................................ 12,9 mW/cm

Structure cristalline............................ cubique centre

Susceptibilit magntique................. 3,6 x 10-6

Valences indiques ............................ 2, 3, 6

Masse atomique................................. 51,996

Isotopes naturels................................ 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54

Rayon atomique................................. 0,128 nm

Structure lectronique ....................... Ar 3054 s1

tat recuit

Rsistance la traction...................... 103 MPa

tat dur

Duret Vickers .................................... 130

Rsistance la traction...................... 689 MPa

tat polycristallin

Coefficient de Poisson ....................... 0,21

Duret Vickers .................................... 220

Module dYoung................................. 279 GPa

Module de compressibilit................ 160,2 GPa

Les incompatibilits du chrome mtal sont les suivantes :

Carbonates alcalins ............... attaqus

Caustiques alcalins................ attaqus

Nitrate dammonium

(en fusion) .............................. raction violente/explosiveBromine.................................. raction violente et ignition

possible

Proxyde dhydrogne.......... raction violentede dcomposition

Lithium (fondu) ...................... ractions importantessi tempratures hautes

Oxyde dazote ........................ raction incandescente

Oxydation forte...................... risques de feu et dexplosion

Anhydride sulfureux.............. raction incandescente

Chlorure de potassium(en fusion) .............................. violente raction

incandescente

Figure 1 Chrome mtal


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______________________________________________________________________________________________________________ MTALLURGIE DU CHROME


2. Mtallurgie extractive

2.1 tat naturel

Les principaux minerais de chrome sont donns dans le tableau 1par ordre dimportance.

La chromite, ou minerai de chrome, appartient au groupe des spi-

nelles.La chromite pure ou chromite de fer FeCr2O4renferme 46,6 % de

chrome et 67,90 % doxyde Cr2O3. Les roches de Rhodsie renfer-ment en moyenne 48 % de cet oxyde.

Historique

Le chrome nexiste pas ltat natif.La dcouverte prs dEkaterinburg, versant Sibrie de lOural, dun minerai de couleur rouge orang, nomm Crocote date de 1765.En 1795, Vauquelin, chimiste franais, dcomposa la crocote pour obtenir le chrome mtal.

En 1805, Laugier prcisait que, dans la chromite, le chrome se trouvait ltat oxyde et Richter renouvelait la rduction de loxyde par lecharbon temprature leve.Andreas Kurtz, disciple de Vauquelin, installa en 1816 Londres et en 1822 Manchester, les premires usines anglaises de colorants

minraux base de chrome ; cependant, en 1818, Zuber avait mont en France la premire fabrique de jaune de chrome et de vert dechrome pour les papiers peints. En 1820, Kochlin, en Allemagne, utilisa le bichromate de potassium comme oxydant pour prparer le rougeturc et dveloppa son emploi comme mordant dans la teinture de la laine et du coton.

En 1827, aux tats-Unis, Isaac Tyson Jr dcouvrit dimportants gisements de chromite dabord Reed Farm, au nord-est de Baltimore,puis, en 1828, Wood Farm en Pennsylvanie ; de 1827 1861, Tyson conserva le monopole des gisements du Maryland, de la Pennsylvanieet de la Virginie et dveloppa lindustrie des bichromates et de leurs applications. En 1848, un gologue amricain, Lawrence Smith, dcou-vrit des gisements de chromite en Asie Mineure.

Parmi les travaux effectus sur les sels de chrome cette poque, on peut mentionner ceux de Pligot publis en 1844. Par ailleurs, en1843, Antoine Csar Becquerel, dans un trait dlectrochimie, suggra la prparation du chrome par lectrolyse dune solution de chlorureou de sulfate de ce mtal. La mme ide fut reprise et mme brevet en 1849 par Junot en France. Mais cest Bunsen qui, en 1854, russitenfin prparer du chrome par lectrolyse du chlorure de chrome bivalent.

Aprs la mort dIsaac Tyson, en 1861, son fils, Jesse II, prospecta systmatiquement la cte ouest des tats-Unis o lon venait de dcou-vrir de la chromite en Californie.

Ds 1858, Knapp avait dcouvert que les composs basiques du chrome convenaient au tannage des peaux. Le procd ne se rpandit

quaprs le brevet pris en 1884 par Schultz pour le tannage en deux bains, la rduction du bichromate tant effectue lintrieur mme despeaux et le brevet de Dennis en 1893 qui permit de raliser industriellement le tannage par la mthode de Knapp qui utilise un seul bain.

la fin du XIXesicle galement, le dveloppement des colorants issus du goudron de houille ouvrit aux bichromates alcalins de nou-veaux dbouchs, soit pour le mordanage des fibres, soit pour raliser des oxydations telles que celle de lanthracne en vue de la synthsede lalizarine.

En malaxant de la chromite avec de largile plastique, on obtient un excellent rfractaire pour les fours mtallurgiques sole basique quiservent fabriquer des aciers par le procd Thomas et Gilchrist ; ces rfractaires, employs dabord en France ds 1879, furent utilissensuite en Angleterre partir de 1896, et aux tats-Unis partir de 1896. Depuis 1936, on prfre se servir de mlanges de chromite et demagnsite.

En 1893, Moissan mit au point la rduction de loxyde de chrome trivalent par le charbon au four lectrique, ce qui permettait dentrevoirune fabrication industrielle du chrome lui-mme qui restait alors une curiosit de laboratoire. Cette fabrication devint une ralit lorsquen1898, Goldsmidt dcouvrit la rduction aluminothermique de cet oxyde de chrome, qui permettait de prparer des masses considrables dechrome pur.

Cest surtout partir de 1907-1908 que lindustrie des ferrochromes commena se dvelopper en mme temps que celle des nichromeset partir de 1914 des stellites (alliages de cobalt et de chrome). Les aciers au chrome ne prirent toute leur importance qu partir de 1915.

On peut signaler quaux tats-Unis, la Mutual Chemical Company, fonde en 1908, a achet les trois grandes fabriques amricaines debichromate diriges Baltimore par la Henry Bower Chemical Manufacturing Company, Philadelphie par lAmericain Chrome Companyet Jersey City par la Mutual Chemical Company of Jersey City. Depuis lors, cette socit continue luvre dIsaac Tyson.

Enfin, le chromage lectrolytique ou le chromage vers 1 000 oC des mtaux, en particulier des aciers en atmosphre dhalognure dechrome a pris depuis 1925 une importance considrable et les objets chroms jouent un grand rle dans notre vie quotidienne.

Exemple danalyse de la chromiteCr2O3 46,5 50,2 %

FeO 12 20,5 %

Fe2O3 0,9 1,2 %

Al2O3 10 15 %

CaO 0,6 0,9 %

MgO 12 14 %

SiO2 3 5,2 %

MnO 0,4 0,9 %

Tableau 1 Principaux minerais de chrome classspar ordre dimportance

Nom du minerai CompositionCr2O3

%

Chromite (Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)2O4 15 65

Crocote PbO, CrO3 21,9

Daubreelite FeS, Cr2S3 53,0Dietzeite CaCrO4, Cal2O6 13,9

Kaemmererite H4Mg2(Cr,Al)2SiO9 jusqu 12

Lopezite K2Cr2O7 35,4

Merumite 4(Cr,Al)2O3, 3H2O 81,3

Phoenicochrote 3 PbO, 2 Cr2O3 31,2

Stichtite ou Barbetonite 2MgCo3, 5Mg(OH)2,2Cr(OH)3

22,3

Uvarovite Ca3(Cr,Al)2(SiO4)3 27

Vauquelinite 5(Pb, Cu)O,2Cr2O3, P2O5 25,2




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La situation minire mondiale de chromite est donne dans letableau A [Doc. M 2 245] de 1992 1996 ; lvolution de la produc-tion de chromite en Afrique du Sud, producteur important, est don-ne dans le tableau B [Doc. M 2 245].

2.2 Mtallurgie

La chromite est traite aprs extraction par broyage (figure 2) afindtre utilisable pour le large ventail de la chimie du chrome.

3. laboration du chromemtal

Il existe actuellement et industriellement trois procds de fabri-cation du chrome mtal schmatiss sur la figure 3et dtaills surla figure 4:

par lectrolyse de Cr3+du ferrochrome FeCr ou de la chromite ; par aluminothermie de loxyde de chrome Cr2O3;

par lectrolyse de Cr

6+

de lacide chromique CrO3.

3.1 lectrolyse

Par le procd lectrolytique courant, on obtient 30 % desbesoins.

lectrolyse dun bain dalun de chrome trivalent.

Pour obtenir le bain, on part de ferrochrome haut carbone20 mesh 67 % Cr que lon minralise par de lacide sulfurique etajuste au pH de neutralisation par de lammoniaque.

Les ractions aux lectrodes sont les suivantes :

Figure 2 Traitement de la chromite aprs extraction

Chromite Na2CO3

Calcination

Chromite de sodium

Acidification (+ H2SO4)et vaporation

+ SO2

Sulfatede chrome

Calcination NH4(SO4)2

Oxydede chrome

+ H2SO4 Dichromatede sodium

Acide chromiqueCristallisation

Dichromatede potassium

Dichromated'ammonium

Dichromatede sodium

hydrat

Dichromatede sodiumanhydre

Produits chroms drivs de la chromite

Figure 3 laboration du chrome mtal

Figure 4 Procds de fabrication du chrome

Chromite

Oxyde de chrome

Chrome mtalaluminothermique

Chrome mtal raffin

Acide chromique

Chrome mtallectrolytique

Ferrochrome

Chrome mtallectrolytique

Chromite

Haut et bas carboneFerrochrome FeCr

Haute temprature+ Carbonate de sodium

Na2CO3

Chromate de sodiumNa2 CrO4

Chromates decalcium, zincet strontium

+

Dichromate de sodiumNa2Cr2O7

AcidificationH2SO4

Autres

composs+ Sulfated'amonium NH4(SO4)2

Acide chromiqueCrO3

Oxyde de chromeCr2O3

Dichromatede potassium

K2Cr2O7

+ AcidesulfuriqueH2SO4

Alun de chromeet d'ammoniumNH4Cr(SO4)2, 12 H2O

Electrolyse

Chromelectrolytique

Chrome aluminothermique

Rduction(aluminothermie)

Purification sous vide

Chrome mtal pur

Traitement avecsulfate d'ammonium(NH4)2SO4et acide sulfuriqueH2SO4

la cathode C r3+ 1 e Cr2++

C r2+ 2 e Cr+

2 H+ 2 e H23+

lanode2 H2O 4 H+ O2 4 e+ +

2 Cr3 7 H2O Cr2O72- 14 H+ 6 e+ ++




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lectrolyse dun bain dacide chromique.Les ractions aux lectrodes sont :

3.2 Aluminothermie

3.2.1 Gnralits

Vers 1897, Goldschmidt pensa supprimer les sources extrieu-res de chaleur et gnralisa sa propre mthode sous le nom de ther-moraction quil dfinit de la faon suivante :

Dans une thermoraction, un compos mtallique est rduit parun ou plusieurs mtaux ou alliages mtalliques, de telle faon quelorsque la raction est amorce en un point avec incandescence, ellese poursuit spontanment avec oxydation complte de lagent

rducteur, tandis quune scorie fluide se forme et que le mtal rduitest obtenu sous forme de culot compact .

Laluminothermie proprement dite nexige pas de prchauffagede la masse ragissante, sauf apport local de chaleur pour amor-age.

Loxyde du mtal obtenir doit prsenter un degr doxydationdautant plus grand que la quantit de chaleur indispensable lafusion de ce mtal et de la scorie est grande.

Loxyde, dans la majorit des cas, est dautant plus rductible queson degr doxydation est plus lev (exemple : la rduction deCr2O3par laluminium correspond + 500 kJ alors que celle de CrO3correspond + 1 060 kJ), ce qui fait quil est possible daugmenter latemprature dune raction en ajoutant suivant le cas, une propor-tion du corps le plus oxygn.

Le tableau dUlich (tableau 2) permet de situer la rductibilit deloxyde de chrome par rapport celle dautres oxydes.

3.2.2 Procd

ce jour, on obtient par ce procd les 70 % de la production

totale de chrome dans le monde. La flexibilit de cette raction luipermet dtre trs adapte au march. La raction effectue est lasuivante :

Cr2O3+ 2 Al 2Cr + Al2O3 DH= 543 400 J

Il est avantageux dincorporer du trioxyde CrO3ou du bichromatede potassium pour rendre la combustion plus rgulire.

Dans un creuset rfractaire, on incorpore le mlange que lonenflamme lectriquement. La raction est violente. Elle peut treexplosive, do une grande scurit est ncessaire.

En fin dopration, on obtient du chrome mtal recouvert de corin-don.

Chaque opration fournit quelques tonnes de mtal.

Le corindon est principalement utilis pour ses aspects rfrac-taires.

Exemple : Bain dacide chromiqueComposition : 300 g/l CrO3, 4 ions sulfate

Temprature : 84 87 oC

Densit de courant : 9 500 A/m2

Temps de dpt : 80 90 h

Bain dalun de chromeComposition : NH4Cr(SO4)2, 12H2O

Temprature : ambiante

Densit de courant : 753 A/m2

Pour les densits de courant, nous pouvons observer laspect plusconomique de llectrolyse du chrome trivalent que celui du chromehexavalent.

Le ferrochrome

Nous donnons ici une rapide description dordre gnral desferrochromes souvent appels chrome par simplification quiamne confusion. Pour plus de renseignements le lecteur sereportera aux articles spcialiss des Techniques de lIngnieur.

Llaboration principale seffectue par transformation de lachromite au four arc. On peut abaisser le carbone par additionde ferrosilicium pour les ferrochromes bas carbone ou des oxy-dations gradus par raffinage.

Il existe trois gammes de produits principaux : le ferrochrome haute teneur carbone 2 % 10 % ; le ferrochrome moyenne teneur carbone 0,7 % 2 % ; le ferrochrome bas carbone 0,02 % 0,5 %.Les tableaux C [Doc. M 2 245] et D [Doc. M 2 245] donnent

lvolution de la production des diffrents producteurs de ferro-chrome.

la cathode C r6+ 4 e Cr2+ Cr++

2 H+ 2 e H23+

lanode 2 H2O 4 H+ O

24 e+ +

2 Cr6+ 7 H2O Cr2O72- 14 H+++

Le corindon de chrome

Origine du corindonLa division mtaux labore des mtaux et alliages purs par

procd aluminothermique. Le principal produit est le chromedont la puret est lorigine du dveloppement actuel. Le corin-don est un sous-produit de la fabrication du chrome. Lors dudmoulage des creusets, on recueille dune part du chrome etdautre part du corindon ltat solide sous forme de pains.

Ordres de grandeursLes pains de corindon psent en moyenne 2,3 t.Leurs dimensions moyennes sont : D1 170 mm x H700 mm.Lanalyse chimique suivante donne les valeurs minimales et

maximales des constituants du corindon.lments mini (en %) type (en %) maxi (en %)Al2O3 80,7 84,8 90

SiO2 < 0,05 < 0,05 < 0,06Fe2O3total < 0,01 0,05 0,10P2O5 < 0,02 < 0,02 0,02TiO2 < 0,01 < 0,01 0,01CaO < 0,01 < 0,01 0,01MgO 0,05 1,1 2,0MnO < 0,01 < 0,01 0,01K2O 0,9 3,3 4,5NA2O 0,05 0,07 0,20Cr2O3 7,0 10 16

Gain au feu + 0,08 + 0,34 + 1,1Le corindon est utilisable en vrac ou avec diffrentes granulo-

mtries.Duret du corindon selon lchelle de Mohs: 7,5 8.Densit du corindon: 3,6 3,8.Classification du corindon:

TUPAC corindon de chromeCAS n 34144845EINECS n 2822167

Proprits reconnuesLe corindon prsente une grande duret, une bonne rsis-

tance aux hautes tempratures, ainsi que des caractristiquesabrasives.

Commercialisation actuelleLe pain de corindon est cercl et positionn sur une palette

pour tre expdi chez les rfractoristes.Une partie du corindon est disponible sous forme de sables

et poudres avec des granulomtries quil reste dfinir(figure 3bis).

Applications rfractaires: lances dinjection, rigoles de cou-le, votes de fours lectriques, entourages dlectrodes.




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Tableau 2 Enthalpie de formation par atome doxygne DHformdes oxydes.Tableau dUlich et tempratures de fusion Tfus

Tfus(

o

C) Oxyde DH

form(J)

Classification

Rduction incomplte

Oxydes et Tfus(oC) DH(J)

3 050 ThO2 4 490,4

1 970 UO22 707 CaO 634,1

2 640 MgO 610,7 IV

1 700 Li2O 593,6

2 430 SrO 585,2 Oxydes

2 500 BeO 576,8 trs

2 040 Al2O3 547,6 rfractaires

2 715 ZrO2 539,4

1 900 BaO 527,1

B2O3 486,52 600 CeO2 461,9

1 825 TiO2 459,8

1 970 V2O3 446,4

1 800 SiO2 435,3

Na2O 415,7

1 650 MnO 403,4

1 900 Cr2O3 380,4 III

1 800 K2O 359,5

1 975 ZnO 348,2 Oxydes

650 P2O5 309,3 moyennement 1 527 C Fe3O4 1 280 C FeO 305,1

SnO2 288 rfractaires

1 280 WO2, MO2 273,81 380 FeO 269,6 1 473 C WO3 1 280 C WO2 269,6

CdO 259,2

1 660 NiO 244,1 II 658 C V2O5 1 970 C V2O3 244,5

1 800 CoO 240,3

655 Sb2O3 228,6 Oxydes Mn3O4 MnO 232

890 PbO 219 faciles 1 567 C Fe2O3 1 527 C Fe3O4 219,9

313 As2O3 218,2 rduire

317 Bi2O3 192,3 Sb2O4 835 C Sb2O3 196,9

As2O5 183,9

1 230 Cu2O 171,4

CuO 1 230 C Cu2O 142,1

RbO2 135,8 AS2O5 313 C As2O3 131,2

PdO, HgO 89,9 Co3O4 CoO 83,6

I Sb2O5 Sb2O4 83,2

Pb3O4 PbO 57,7

Oxydes MnO2 Mn2O3 54,3

dissociables PbO2 Pb3O4 50,2

Ag2O 29 la chaleur Mn2O3 Mn3O4 37,6

IrO2 20,9

CrO3 Cr2O3 7,9

Au2O3 -18




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Le tableau 3donne les impurets du chrome mtal obtenu paraluminothermie.

4. Applications

4.1 Principaux drivs du chrome

Les applications des principaux drivs du chrome sont les sui-vantes.

Dichromate de sodium Na2Cr2O7:

constituant de protection du bois, colorant des textiles, fabrication de pigments minraux.

Acide chromique CrO3:

fabrication de catalyseur, pile solaire, pigments minraux, mordanceur dans les textiles, chromage dur et dcor.

Dichromate de potassium K2Cr2O7: constituants chimiques pour photographie, pyrotechnie, gravure de lithographie, colorant de cramique.

Dichromate dammonium (NH4)2Cr2O7:

fabrication du CrO2pour bande magntique, vido et audio, agent oxydant pour les synthses organiques.

Sulfate de chrome Cr2SO4:

tannage du cuir.

Oxyde de chrome Cr2O3:

fabrication de chrome mtal,

rfractaire, pigment peinture ou plastique.

4.2 Chrome mtal

On retrouve le chrome mtal comme lment des : super-alliages base nickel et cobalt (tableau 4) pour la fabrica-

tion de pices entrant dans laronautique et les turbines terrestres,le domaine de la chimie et du nuclaire ; llaboration principaleseffectue au four de fusion par induction aprs diffrentes refusionsdes lingots obtenus ; les mtallurgistes peuvent aller jusqulobtention de lingots monocristaux do sont issues des aubes deturbine par exemple pour des moteurs CF 6-50 avec des alliages(base cobalt) ou des fans pur des utilisations haute pression parexemple pour des moteurs CFM 56-5 avec des alliages (base nickel) ;

alliages rsistants la corrosion utiliss pour les rsistanceslectriques (exclusivement des alliages base nickel et aluminiumsauf pour les rsistances Kantal ;

alliage daluminium, alliage mre dans laronautique ; alliage base titane ou stellite.

Nota : Le tableau E [Doc. M 2 245] compare lvolution de la production des superallia-ges celle des alliages des rsistances lectriques.

Le chrome ltat pur peut tre utilis : pour le soudage ; les super alliages ont besoin dtre assem-

bls et pour cela le chrome sous forme de poudre intervient dans lafabrication des lectrodes de soudage : lectrodes classiques ou filsfourrs ;

comme barrire thermique en cible de dpt ; dans lindustrie lectrique pour la fabrication dinterrupteurs

sous vide ; dans lindustrie de llectronique comme dpt de protection

(coating) pour la corrosion (sur LCD ou Liquid Cristal Display et surdisque dur) ; le meilleur procd consiste mlanger de la poudrede chrome et de lalumine pour viter le frittage et un halognuredammonium et temprature de 1 000 1 200 C (procd Galmi-che).

Les consommations de chrome mtal pour les diffrentes applica-tions sont les suivantes ([Doc. M 2 245, Figure E]) :

super-alliages ........................................................................ 52 %

alliages daluminium .............................................................. 12 %

soudage et revtement .......................................................... 12 %

alliages et revtement ............................................................ 10 %

rsistance lectrique .............................................................. 6 %

Autres ...................................................................................... 8 %

4.3 Rfractaires base de chrome

Cest partir de 1879 et tout dabord en France quon a fabriqu

des briques rfractaires base de chromite naturelle pour garnirlintrieur des fours mtallurgiques dun revtement basique.

Autrefois, on lagglomrait aprs addition dargile plastique (15 %kaolin). Actuellement, on utilise la chromite pure qui fond aux envi-rons de 1 900 2 000 C ou en mlange avec de la magnsite ou delalumine.

Les proprits mcaniques, physiques et chimiques de ces rfrac-taires froid et lorsquon les porte des tempratures leves ontfait lobjet de nombreux travaux.

Un mlange de 80 % dalumine avec 20 % de chromite est fonduau four lectrique et vers dans des moules. Ce rfractaire qui a unegrande inertie chimique aux tempratures leves, est utilis en par-ticulier dans les fours o lon prpare des verres colors ou des ver-res au fluor.

Figure 5 Morceaux broys de corindon de chrome


http://129173_m2245doc.fm.pdf/http://129173_m2245doc.fm.pdf/


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Tableau 3 Impurets (en ppm) dans le chrome mtal aluminothermique

lment

Procd

Fusion

lair

ATVG

standard

ATVG

bas N

DDB

standard

DDB

bas C

DDB

bas O2

DDB

ULS

HPG

poudre

Poudre

standard

Ag 0,13 0,06 0,05 0,18 0,08 0,19 0,4 0,19 0,2

Al 1082 345 319 40 38 36 35 32 970

As 0,33 0,2 0,25 1,2 0,1 1,4 2,6 35 1,13

B 0,1 0,17 21 0,04 0,03 0,05 0,06 0,15 1,53

Ba 0,04 0,05 0,01 0,05 0,05 0,05 0,07 0,05 0,02

Bi 0,01 0,05 0,01 0,05 0,05 0,05 0,08 0,03 0,01

Br 0,05 0,06 0,05 0,07 0,07 0,07 0,08 0,06 0,06

C 89 85 88 109 51 69 93 51 212

Ca 0,3 1,2 0,5 4 4,5 4,5 1,9 1,5 1,1

Cd 0,1 0,15 0,1 0,2 0,14 0,02 0,2 0,1 0,1

Cl 0,2 1,4 1,4 1,2 1,3 1,6 3,9 1,7 1,2Co 2,7 1,5 1,7 2 1,3 1,9 1,8 2 1,7

Cu 5,7 6,3 7,5 4,4 4,7 4,1 4,6 5,1 15,6

F 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Fe 2505 983 981 947 951 963 755 362 3690

Ga 49 61 66,3 27,4 28,3 29 25 19,2 71

Ge 0,1 0,1 0,1 0,09 0,08 0,08 0,08 0,2 0,1

H 0,6 0,8 0,1 2,5 2,2 3 2,9 0,8 0,5

Hg 0,1 0,15 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1

K 0,3 0,4 0,4 2,3 2,7 2,7 4,9 1,9 27

Li 0,03 0,03 0,03 0,03 0,02 0,02 0,03 0,02 0,03

Mg 0,8 0,4 0,5 1,6 1,7 1,6 2,5 0,5 0,7

Mn 7,9 13,8 17 6,9 4,1 7,1 3,9 4,3 25,5Mo 1,9 1,4 1,8 1,9 1,5 1,9 1,9 1,9 2

N 222 140 64 27,8 25,8 13,9 16,8 26,5 339

Na 0,1 0,1 0,1 1,7 0,2 2,1 0,1 0,7 0,8

Nb 1 0,6 0,7 0,5 0,8 0,4 0,7 < 1 1

Ni 25,5 18,3 18,5 16,3 14,1 16,3 15,3 15,1 26,3

O 1041 1114 1089 376 372 180 346 374 3670

P 4,8 9,7 8,7 6,7 5,7 6,9 5,1 2,8 37,8

Pb 3,1 2,8 2,2 0,4 0,31 0,4 0,4 0,3 4,2

P 55,1 32,8 36,7 21,2 20,2 20,5 8,1 20,1 125,9

Sb 0,1 0,1 0,1 0,1 0,08 0,1 0,1 0,1 0,1

Se 0,05 0,06 0,05 0,1 0,07 0,1 0,1 0,5 0,26

Si 981 442 389 262 259 241 279 183 1820Sn 1 0,65 0,8 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,8

Ta 1 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,3 1 0,55

Te 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1

Th < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1

Ti 1,9 0,65 0,8 0,15 0,14 0,2 0,15 1,8 6,3

W 4,2 0,9 1,1 5,3 4,2 5,1 3,9 5,2 6,3

Zn 11,6 9,7 14 2,6 2,4 2,4 3,1 1,5 18,5

Zr 8,8 1,9 2,5 22,3 1,8 1,3 0,4 1,5 2,4

Cr % 99,389 99,672 99,688 99,812 99,820 99,838 99,840 99,888 98,894

ATVG Alumino Thermique Vacuum Grade: sous vide ; DDB Double Degassed Briquettes ; HPG High Purity Grade; ULS Ultra Low Sulphur.




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Comme rfractaire, on peut aussi utiliser le laitier dlaborationdu chrome par voie aluminothermique : le corindon de chrome(cf. 3.2).

Des produits similaires peuvent tre labors par synthse dalu-mine et doxyde de chrome.

4.4 Carbure de chrome

On lobtient partir du chrome mtal et cest un produit en voie dedveloppement.

Ce diagramme chrome-carbone de la figure 6est ncessaire pourcomprendre les quilibres : fer-chrome-carbone, qui intressent lesmtallurgistes et rciproquement, ltude des aciers au chrome ren-seigne sur les divers carbures de chrome.

5. Environnement et scurit

5.1 Rglementation

Les limites dexposition varient suivant les pays. Il est recom-mand de senqurir pour chaque pays de la lgislation [2].

Nota : ACGIH : American Conference of Gouvernmental Industrial Hygienors

OSHA : Occupational Safety and Health Administration

5.2 Scurit

5.2.1 Incendie et explosion

Les risques dincendie sont ngligeables pour les formes mtalli-ques. Cependant, les poussires, poudres ou fumes sont inflam-mables ou explosives quand elles sont exposes la chaleur et aux

Tableau 4 Composition de quelques super-alliages utilisant du chrome (%)

Alliage C Ni Cr Co Mo Fe Al B Ti W Zr Autres

B-1900 0,1 64 8 10 6 - 6 0,015 1 - 0,1 4Ta

Hastelloy 0,1 50 21 1 9 18 - - - 1 - -IN-100 0,18 60,5 10 15 3 - 5,5 0,01 5 - 0,06 1V

IN-736X 0,17 61,5 16 8,5 0,75 - 3,4 0,01 3,4 2,6 0,1 1,75Ta; 0,9Nb

IN-792 0,2 80 13 9 2 - 3,2 0,02 4,2 4 0,1 4Ta

Inconel 713C 0,12 74 12,5 - 4,2 6 0,012 0,8 - 0,1 2Nb

Inconel 713LC 0,05 75 12 - 4,5 6 0,01 0,6 - 0,1 2Nb

Inconel 718 0,04 53 19 - 3 18 0,5 - 0,9 - - 0,1Cu; 5Nb

Iconel X-750 0,04 73 15 - - 7 0,7 - 2,5 - - 0,25Cu; 0,9Nb

M-252 0,15 56 20 10 10 - 1 0,005 2,6 - - -

MAR-M 200 0,15 59 9 10 - 1 5 0,015 2 12,5 0,05 1Nb

MAR-M 246 0,15 60 9 10 2,5 5,5 0,015 1,5 10 0,05 1,6Ta

MAR-M 247 0,15 59 8,25 10 0,7 0,5 5,5 0,015 1 10 0,05 1,5Hf; 3TaNX 188 (DS) 0,04 74 - - 18 - 8 - - - - -

Ren 77 0,07 58 15 15 4,2 - 4,3 0,015 3,3 - 0,04 -

Ren 80 0,17 60 14 9,5 4 - 3 0,015 5 4 0,03 -

Ren 100 0,18 61 9,5 15 3 - 5,5 0,015 4,2 - 0,06 1V

Udimet 500 0,1 53 18 17 4 2 3 - 3 - - -

Udimet 700 0,1 53,5 15 18,5 5,25 - 4,25 0,03 3,5 - - -

Udimet 0,13 55 18 15 3 - 2,5 - 5 1,5 0,08 -

Waspaloy 0,07 57,5 19,5 13,5 4,2 1 1,2 0,005 3 - 0,09 -

WAZ-20 (DS) 0,2 72 - - - - 6,5 - - 20 1,5 -

Exemple danalyse de laitier :

AL2O3 88 %

Cr2O3 10 %

K2O 2 %

MgO 0,05 %

CaO 0,05 %

Na2O 0,05 %

4 %) de 1992 1996(daprs International chromium Development Association)

Pays S 1992 1993 1994 1995 1996

Albanie p 21 650 35 600 33 764 42 986 31 189

Brsil o 85 085 77 119 70 988 87 646 65 324

Croatie p 56 456 27 336 31 712 26 189 10 559

Finlande p 187 100 218 370 229 028 732 336 236 082

Inde p 239 521 228 000 247 000 300 567 261 666

Italie o 60 315 53 504 22 650 51 017 29 915

Japon o 266 300 195 308 187 900 209 700 193 100

Kazakhstan p 392 937 318 853 185 000 277 112 285 885

Norvge p 102 000 80 000 120 000 148 000 108 800

Philipppines p 27 400 11 908 16 186 45 601 6 736

Pologne p 35 322 38 449 7 353 18 334 3 785

Roumanie p 6 481 3 682 3 855 15 053 9 650

Russie p 94 863 138 684 166 564 173 387 35 048Slovakie p 45 900 46 600 41 400 53 827 5 034

Slovnie p 13 376 7 500 9 650 15 130 18 582

Afrique du Sud p 750 000 800 000 1 062 000 1 535 263 1 451 654

Espagne p - 2 390 2 300 1 320 803

Sude p 133 000 127 543 134 076 130 170 138 110

Turquie p 73 615 82 000 88 500 80 230 92 000

tats-Unis o 60 900 63 000 67 400 72 500 39 500

Zimbabwe p 155 577 99 723 156 247 224 653 212 408




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EN

SAV

OIR

PL

US

Tableau D Production de ferrochrome (en 103t) teneur en carbone infrieure 4 % de 1992 1996(daprs International chromium Development Association)

Pays S 1992 1993 1994 1995 1996

Brsil o 6 015 6 773 6 177 8 194 7 285Allemagne p 26 516 16 402 17 283 21 665 25 303

Inde p 6 626 6 500 4 459 4 363 9 711

Japon o 33 300 29 655 28 000 26 500 18 000

Kazakhstan p - 9 043 n.a. n.a. 5 450

Macdoine p 3 958 4 376 3 164 3 765 3 780

Roumanie p 490 225 30 - -

Russie p 281 902 192 197 166 103 117 671 78 739

Slovakie p 6 600 4 000 7 155 11 433 14 866

Slovnie p 3 728 1 500 2 942 3 746 4 237

Afrique du Sud p 56 000 34 000 42 000 78 800 75 255

Turquie p 12 140 8 030 9 085 8 579 9 450Zimbabwe p 30 678 24 560 29 534 32 674 30 421

Tableau E volution des alliages contenant du chrome mtal

Anne Alliages rsistance lectrique 103t Alliages (superalliages) haute performance 103t

1990 6 450 57 740

1991 7 185 46 050

1992 8 620 34 865

1993 8 980 43 515

1994 7 920 38 8401995 8 260 47 320

Tableau F Prix du minerai de chrome (dollars par tonne)

Anne

Transvaal(Afrique du Sud)

Russie Kazakhstan

40 % Cr 40 % Crmin. 36 % Cr

40 41 % Cr min 48 % Cr

1987 40 46 75 95

1988 55 65 75 951989 55 65 75 95

1990 55 65 75 95

1991 55 65 75 95

1992 55 65 75 95

1993 63 67 65 67 80 85

1994 63 67 65 67 80 85

1995 140 150 140 150 160 180

1996 70 80 100 110 130 150

Avril 97 70 80 105 115 135 155




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EN

SAV

O

R

PL

US

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Figure A volution des prix du chrome lectrolytique (daprs Metal Bulletin)

Figure B volution des prix du chrome aluminothermique (99 % min)

12

10

8

6

4

2

0

16/03/1994

22/02/1995

01/03/1995

05/07/1995

13/10/1995

01/11/1995

15/11/1995

22/11/1995

06/12/1995

31/01/1996

19/07/1996

31/07/1996

18/12/1996

15/01/1997

22/01/1997

29/01/1997

12/02/1997

02/04/1997

Prix ($/kg)

12/05/1995

17/05/1995

19/05/1995

24/05/1995

05/07/1995

07/07/1995

01/07/1995

02/08/1995

09/08/1995

15/09/1995

27/09/1995

29/09/1995

01/11/1995

15/11/1995

13/12/1995

10/01/1996

10/04/1996

19/06/1996

19/07/1996

18/12/1996

15/01/1997

31/01/1997

12/02/1997

26/03/1997

09/04/1997

Prix ($/kg)

7

6

5

4

3

2

1

0




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EN

SAV

OIR

PL

US

Figure C Estimation de la consommation de chrome mtal

Figure D Estimation de la capacit de production du chrome mtal

Restedu monde

5 %Japon / Asie20 %

EuropeOccidentale

25 %

tats-Unis50 %

tats-Unis17 %

Restedu monde

17 %

Russie22 %

Japon10 %

France17 %

Chine17 %

Figure E Consommation de chrome mtal par application

Alliagesd'aluminium

12 % Soudageet revtement

12 %

Alliages anti-corrosion10 %

Rsistancelectrique

6 %Autres

8 %

Superalliages52 %

Producteurs

Procd aluminothermiqueEurope France DELACHAUX Division Mtaux

Russie KLUCHEVSK Ferroalliages

Grande-Bretagne LONDON & SCANDINAVIANMetallurgical Co ltd

Asie Chine HUNAN FerroalliagesChine JINZHOU FerroalliagesJapon Nippon Denko

Procd lectrolytiqueEurope Russie POLEMA CORP.

Amrique tats-Unis ELKEM METALtats-Unis J.M.C. INC.

Asie Japon J.M.C. NEW MATERIALS




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POUR

EN

SAVO

IR

PLU

S


Rfrences bibliographiques

[1] VENTURINI (J.). Raction mtal-lothermiques et classification des lments.Mtaux et Corrosion 1953.

[2] GERICKE (W.A.). International ChromiumDevelopment Association - Rev. 1 Septembre1994 Health Safety and Environment.

[3] Nouveau trait de chimie minrale MassonPascal 1959.

[4] High purity Chromium Metal National Mate-rials Advisory board 480 - 1995. Nationalaccademy of Sciences.

[5] MALIOTIS (G.). Chromium Uses and Mar-kets. Industrial Minerals Information ltd.

[6] DEFRANCE (A.). Chromium metal industry.CDA Meeting Novembre 1996.

[7] Metal Bulletin - 16 Lowder Marsh London(mensuel).

Producteurs(liste non exhaustive)

Procd aluminothermique

Europe France DELACHAUX Division Mtauxhttp://www.delachaux.fr

Grande-Bretagne LONDON & SCANDINAVIANMetallurgical Co ltd

Asie Chine HUNAN Ferroalliages

Chine JINZHOU FerroalliagesJapon Nippon Denko

http://www.nippondenko.co.jp/english/

Procd lectrolytique

Europe Russie POLEMA CORP.http://www.polema.ru.postman.ru/en/about.htm

Amrique tats-Unis ELKEM METALtats-Unis J.M.C. INC.http://www.jmcserv.com/about.htm

ete delivre pour le compte de 7200029589 - enit // yosra TOUNEKTI // 196.203.130.32



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Métallurgie Du Chrome