L A H O U I L L E B L A N C H E 23
P R O B L È M E III
A v e c d e s fils d e c u i v r e d e d i a m è t r e d et d ' é c a r t e m e n t D , à quelle distance d ' u n e station o ù la t e n s i o n est v p o u r r a - t - o n p o r t e r u n e p u i s s a n c e wB d e m a n d é e s o u s u n e t e n s i o n u et a v e c u n f a c t e u r d e p u i s s a n c e c o s . f ?
P R O B L È M E I V
Quel est le diamètre d e s fils à e m p l o y e r p o u r t r a n s p o r t e r à u n e d i s t a n c e d o n n é e 1 u n e p u i s s a n c e w B d e m a n d é e , s o u s u n e t e n s i o n u, a v e c u n f a c t e u r d e p u i s s a n c e c o s . y d o n n é , e n c o n s e n - tant u n e perte d e v o l t a g e — ~ r
P R O B L È M E V
U n e l i g n e f o r m é e d e fils d e c u i v r e d e d i a m è t r e d et d'écarte- m e n t D p a r t a n t d ' u n e station g é n é r a t r i c e o ù s a t e n s i o n s i m p l e a u n e v a l e u r d o n n é e v , sous quelle tension sera recueillie u n e p u i s s a n c e wB q u ' o n d é s i r e e m p r u n t e r à la l i g n e a v e c u n f a c t e u r d e p u i s s a n c e c o s . © , à u n e d i s t a n c e I d e la station g é n é r a t r i c e ?
N o u s r e n v o y o n s à la b r o c h u r e e l l e - m ê m e p o u r les d é t a i l s d e s s o l u t i o n s et les a p p l i c a t i o n s n u m é r i q u e s d o n t elles s o n t i l l u s t r é e s .
Le Rédacteur en Chef,
E . - F . COTE.
Deux Détaches le l'Energie Hydro-Electrique
D e v a n t les millions d e c h e v a u x q u e recèlent les A l p e s et les P y r é n é e s , sans c o m p t e r le Massif Central, o n s'est d e m a n d é si l'on e n trouvera jamais l'utilisation c o m p l è t e .
L a c i n q u a n t i è m e partie n'est p a s a m é n a g é e et déjà u n e crise industrielle s e m b l e peser sur les chutes d'eau; elles sont en tous cas m o i n s recherchées et certaines usines d o n t les produits sont u n e f o r m e d e vente d e l'énergie hydro-élec- trique, e n sont arrivé à se s y n d i q u e r p o u r limiter leur fabrication. C e malaise s û r e m e n t n'est q u e transitoire.
L e p r o b l è m e d e l'utilisation d e s chutes d'eau c o m p o r t e entre autres d e u x solutions d e p r e m i è r e i m p o r t a n c e , q u o i q u e n'étant encore q u e partiellement développées : le T r a n s p o r t d e force et YElectrochimie ) m a i s elles fourniront plus tard sans doute à l'énergie h y d r a u l i q u e u n c h a m p suffisant o ù se dépenser. L e jour o ù leurs applications se seront géné- ralisées ; lorsque, p a r e x e m p l e , la force électrique servira s i m u l t a n é m e n t a u x g r a n d e s entreprises d e transport et à Télectrochimie m i s e en état d e n o u s livrer d e ces produits d o n t la c o n s o m m a t i o n est p r e s q u e illimitée, c o m m e les m é t a u x c o m m u n s et les engrais c h i m i q u e s , les chutes les plus négligées aujourd'hui seront vite m i s e s e n valeur.
Il existe bien déjà u n e industrie électrochimique,, m a i s sa production n e peut avoir, par sa nature, q u ' u n é c o u l e m e n t restreint ; elie fabrique d e s m é t a u x réactifs qui n'entrent qu'en faibles proportions d a n s la g r a n d e métallurgie, o u des produits c h i m i q u e s destinés à d e s industries d o n t la d e m a n d e est f o r c é m e n t restreinte. T o u t autre serait s o n i m p o r t a n c e si elle produisait e l l e - m ê m e d u fer et d e l'acier,
par e x e m p l e , o u des nitrates p o u r l'agriculture; s o n exten- sion surpasserait i m m e n s é m e n t celle qu'on espérait lui voir prendre a u m o m e n t d e la v o g u e d u carbure.
D e s essais ont été faits dans ces d e u x voies, presque industriels d a n s le p r e m i e r cas, m o i n s avancés d a n s le second, m a i s c e p e n d a n t pleins d e p r o m e s s e s .
i° ELECTROMÉTALLURGTE DU FER. —* C e sont les Italiens qui ont d é b u t é d a n s l'électrométallurgie d u fer.
Stassano fit fonctionner, à R o m e , il y a plus d e to a n s , puis à C a m o n i c a ( B e r g a m e ) u n e sorte d e haut-fourneau d e petites d i m e n s i o n s o ù les tuyères étaient remplacées p a r trois électrodes d e c h a r b o n alimentées p a r u n alternateur triphasé. L e creuset portait p r i m i t i v e m e n t u n r e v ê t e m e n t d e graphite qui fut r e m p l a c é par d e la m a g n é s i e lorsqu'on eût r e c o n n u q u e le métal le dissolvait. L e minerai, finement pulvérisé, était a g g l o m é r é p a r d u brai e n pains cubiques avec d e la c h a u x , d u sable et d u coke en quantités calculées, et introduit sous cette f o r m e d a n s le four. L'oxyde d e c a r b o n e d é g a g é p a r la réduction était recueilli et e n v o y é d a n s les fours servant a u x transformations ultérieures d u métal. A v e c 3.ooo c h e v a u x o n devait, d'après les d o n n é e s d e Stassano, produire u n e t o n n e d e fonte aciéreuse à l'heure a u prix d e 18 fr. C e s chiffres seraient fort satisfaisants, m a i s s e m b l e n t avoir été établis avant les essais définitifs, car les expériences ont été i n t e r r o m p u e s et la petite usine installée à C a m o n i c a est fermée, indice d e m a u v a i s résultats.
L e s ingénieurs français ont suivi cet e x e m p l e , semble-t-il, avec plus d e succès. L e u r s p r e m i e r s appareils ressem- blaient b e a u c o u p a u x précédents; u n four analogue à celui
de Stassano est e x p é r i m e n t é à Issy (près Paris). M a i s , le plus souvent, ils o n t cherché d e s dispositifs évitant d'une part l'usure des électrodes, considérable avec le four italien etj partant, la carburation d u métal qui en résulte, d'autre part s u p p r i m a n t le traitement préalable d u minerai.
L e four H é r o u l t est constitué par u n e a u g e d e matière réfractaire o ù plongent à faible profondeur d e u x électrodes entre lesquelles jaillit Tare; celui-ci échauffe la m a s s e à traiter p a r r a y o n n e m e n t . L e tout est recouvert d'un c o u - vercle e n plusieurs parties permettant la m a n œ u v r e d e s électrodes, le c h a r g e m e n t d e l'appareil, l'addition d e s réactifs, etc. L e s laitiers sont évacués a u fur et à m e s u r e d e leur formation p a r u n trou d e coulée spécial, le métal l'est p a r u n autre q u a n d u n e quantité suffisante e n est rassemblée sur la sole inclinée d u four. L e minerai est introduit s i m p l e m e n t m ê l é à d u coke. L ' o x y d e d e c a r b o n e d é g a g é , m é l a n g é à d e l'air c h a u d , sert à les échauffer avant leur arrivée d a n s le four ; cette récupération s'opère d a n s u n e sorte d e couloir très incliné, e n matière réfractaire, par lequel o n fait glisser le m é l a n g e jusque d a n s l'appareil.
O n prétend avoir o b t e n u ainsi directement, à partir d u m i n e r a i , d e l'acier utilisable et m ê m e d u fer d o u x , e n ajoutant, après la p r e m i è r e fusion et avant la coulée d u métal, d e s fondants o x y d a n t s destinés à éliminer l'excès d e c a r b o n e . O n aurait é g a l e m e n t réussi, avec ce procédé, la d é p h o s p h o r a t i o n et la désulfuration par l'emploi d e laitiers basiques, o u la fabrication des aciers spéciaux par l'addition d e m é t a u x réactifs.
D e s essais importants se poursuivent sur ce four à Fir- m i n y , d a n s la Loire, m a i s jusqu'ici a u c u n résultat n'a été
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dévoilé. E g a l e m e n t à St-Etienne (Loire) u n four c o n ç u sur le m ê m e principe est en étude d e f o n c t i o n n e m e n t et les résultats publiés sur s o n c o m p t e doivent s'entendre p r o - b a b l e m e n t aussi d u four H é r o u l t à cause d e leur analogie : il s'agit d e l'appareil H a r m e t , L e s trois opérations d e fusion, d e réduction et d'affinage qui d a n s le four H é r o u l t , se font d a n s u n e m ê m e enceinte, s'opèrent ici s é p a r é m e n t d a n s trois parties distinctes d e l'appareil.
L e minerai est introduit, avec s o n fondant, d a n s u n four c o n i q u e à sole inclinée o ù la c o m b u s t i o n d e l'oxyde d e carbone, issu des autres parties d e l'appareil le fond, a u besoin avec l'aide d'électrodes d e c h a r b o n plongeant d a n s la m a s s e et alimentées p a r u n courant q u e l c o n q u e . Ensuite le minerai passe d a n s u n four fort s e m b l a b l e a u type H é r o u l t , m a i s avec u n plus g r a n d n o m b r e d'électrodes.
C'est là qu'il rencontre le réducteur, c o k e o ù anthracite, a m e n é p a r u n e c h e m i n é e verticale. D e s trous d e coulée livrent passage a u laitier et a u métal qui traversent, avant d e s'écouler, u n e c o u c h e d e réducteur r é c e m m e n t introduit.
L e métal t o m b e enfin d a n s u n troisième four,appelé régu- lateur, chauffé p a r le r a y o n n e m e n t d'un arc o ù il subit u n affinage p a r addition d'oxydants, d e fondants o u d e m é t a u x réactifs appropriés : o x y d e s d e fer, pyrolusite, c h a u x? silice, etc.
O n arriverait ainsi, en p a y a n t le c o k e 25 francs et le cheval-an électrique 45 francs, à produire u n e t o n n e d'acier m o y e n n a n t 29 fr., 25 d e frais d e traitement électro-métal- lurgique. L a c o n s o m m a t i o n d'énergie est d e 3.190 c h e v a u x - heures p o u r ce poids d e métal.
C e sont d e fort b e a u x résultats si u n e expérience p r o - longée les confirme.
D a n s ces procédés la m a s s e réagissante e m p r u n t e la chaleur nécessaire à l'arc, c'est-à-dire à u n e source dont la t e m p é r a t u r e d é p a s s e d e b e a u c o u p celle qu'il serait s e u l e m e n t utile d'atteindre. C'est là u n e cause d e perte d'énergie. D e plus, l'usure d e s électrodes p a r leur contact avec les laitiers o u le m é t a l est l'origine d e d é p e n s e s q u i n e sont p a s négligeables.
M . C o n l e y fait e x p é r i m e n t e r a Buffalo,un four à résistance é c h a p p a n t à ces inconvénients. C'est u n e c o l o n n e verticale tronconique, évasée à la partie supérieure, e n matières réfractaires, a u b a s d e laquelle se trouve, sous u n e c o u p o l e , u n creuset é g a l e m e n t construit en matières réfractaires. V e r s le quart inférieur d e la c o l o n n e , des c o n d u c t e u r s électriques à forte résistance la traversent ; u n e ceinture d e m ê m e nature entoure le creuset. E n y faisant passer des courants assez puissants, o n p e u t porter en p e u d e t e m p s le minerai et le réducteur à la température d e 28000 o u à telle autre température favorable a u x opérations métallurgiques. L e s lits d e charge, introduits par le h a u t subissent la fusion et la réduction avant d e t o m b e r d a n s le creuset o ù le m é t a l est s i m p l e m e n t m a i n t e n u t o n d u jusqu'à la coulée ; les laitiers sont évacués a u fur et à m e s u r e d e leur formation.
O n recueille ainsi, d u p r e m i e r jet, u n acier f o n d u directe- m e n t utilisable. Il n e faudrait, avec cet appareil, d'après M . C o n l e y , q u e 5oo c h e v a u x - h e u r e p o u r couler u n e t o n n e , laquelle n e reviendrait qu'à 11 dollars 8 5 .
M o y e n n a n t des modifications insignifiantes il serait p o s - sible d'effectuer u n affinage d a n s le creuset ; m ê m e T o n
pourrait obtenir directement des aciers spéciaux. L'Electric F u r n a c e C ^ à Elisabeth T o w n et la M e s s e n a Electric Steel OT poursuivent l'étude expérimentale d e ce p r o c é d é .
Enfin,dans notre région, d'autres appareils sont à l'étude et n o u s y reviendrons lorsqu'il n o u s sera p e r m i s d'en parler.
L'électrométallurgiedu ferest d o n c e n t r é e d a n s la période des g r a n d s essais industriels q u e suivra, sous p e u , sans doute, celle d e l'exploitation véritable.
20 ELECTROCHIMIE DES NITRATES. — B i e n m o i n s avancée est la solution d e la d e u x i è m e partie d u p r o b l è m e q u i n o u s o c c u p e : la fixation de Parole atmosphérique par Vélectri- cité. Cette opération donnerait des nitrates q u e l'agriculture réclame p a r é n o r m e s quantités. P l u s encore q u e d a n s la production d u fer, l'énergie hydro-électrique y trouverait le d é b o u c h é sans limites qu'elle appelle (1); m a i s l'étude d e cette question n'a p a s encore franchi l'enceinte des labora- toires.
Cette fixation est classique ; les réactions qui la réalisent sont fort n o m b r e u s e s ; K œ h l e r , L œ p e l , Berthelot, S u r c o u f , et b e a u c o u p d'autres savants ont, p a r l'emploi d e l'étincelle o u d e l'effluve, u n i l'azote à l'oxygène o u à l'ozone, secs o u h u m i d e s , e n présence d'alcalis fixes o u d ' a m m o n i a q u e ; ils ont d é t e r m i n é le m é c a n i s m e d e cette u n i o n . M a i s il s e m b l e q u e , seuls, les savants anglais se soient p r é o c c u p é s d u côté é c o n o m i q u e et pratique d u p r o b l è m e , aient fait, à ce sujet, d e s expériences d e q u e l q u e i m p o r t a n c e et publié deschiffres intéressants.
A la suite d e s recherches d e lord R a y l e y g h et R a m s a y , puis d e R a m s a y , s u r les g a z d e l'air a u cours desquelles l'azote a t m o s p h é r i q u e était éliminé par c o m b i n a i s o n avec d e l'oxy- g è n e s o u s l'action d e l'étincelle d'un inducteur puissant, C r o o k e s calcula la d é p e n s e d'énergie correspondante à la formation d'un poids d é t e r m i n é d'acide nitrique ; u n cheval- h e u r e en produisait 3 6 gr. 75, c'est-à-dire qu'avec le prix d u cheval h y d r a u l i q u e a u x chutes d u N i a g a r a u n e t o n n e d e nitrate d e c h a u x serait r e v e n u e à 125 fr.
M a x D o u g l a s et H o w l e s o n t entrepris r é c e m m e n t , d a n s le m ê m e sens, des expériences m é t h o d i q u e s , d o n t ils o n t présenté les résultats à la Société p h i l o s o p h i q u e d e M a n - chester. L e u r appareil est u n récipient o v o ï d e d e porcelaine o ù jaillit l'étincelle d'une puissante b o b i n e d'induction entre d e u x électrodes d e platine iridié. L e m é l a n g e d'azote et d'oxygène à c o m b i n e r le traverse, puis est dirigé d a n s u n e série d'éprouvettes d'absorption ;le meilleur r e n d e m e n t est atteint lorsque les quantités d'azote sont la moitié des q u a n - tités d ' o x y g è n e : il est alors d e 49 gr. 3 o d'acide nitrique par cheval 24 h e u r e s , tandis qu'il se réduit à 32 gr. 5 avec Pair seul. Il faut, p o u r y arriver, éviter tout é c h a u f f e m e n t qui serait nuisible, aussi l'appareil est-il d e d i m e n s i o n s relative- m e n t g r a n d e s (75 cent, d e l o n g u e u r sur 20 cent, d e dia- m è t r e ) p a r rapport à l'étincelle qui n'a q u e q u e l q u e s m i l - limètres ; l'intensité d e courant a d m i s e doit être limitée
(1). — L ' i m p o r t a t i o n d e s nitrates a atteint e n 1900, le chiffre d e 286.000 t o n n e s ; la t o n n e c o û t e a c t u e l l e m e n t 200 à 225 fr. L e jour o ù l'agriculture p o u r r a se p r o c u r e r c e p r o d u i t plus f a c i l e m e n t et à meilleur m a r c h é , sa c o n s o m m a t i o n s'étendra e n d ' é n o r m e s p r o p o r - tions.
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ainsi q u e la tension entre les électrodes: les meilleurs résul- tats furent o b t e n u s p o u r o,3 a m p è r e s et u o o volts. S o u s ces conditions, et e n a d m e t t a n t les bases d u calcul d e C r o o k e s , si T o n e m p l o y a i t d e l'air enrichi e n o x y g è n e p a r la liquéfaction, il serait possible d'établir la t o n n e d e nitrate à m o i n s d e u o francs, prix e x t r ê m e m e n t séduisant.
C e n e sont là, m a l h e u r e u s e m e n t encore, q u e des chiffres théoriques. C r o o k e s s e m b l e trop c o m p t e r sans les difficul- tés d'ordre pratique q u e présente la liquéfaction industrielle d e l'air. D'autre part, m a l g r é les p r o m e s s e s d e leurs pre- mières expériences, M a c D o u g l a s et H o w l e s n e sont p a s encore e n état d ' e n t a m e r des essais industriels, car ils n e réussirent à actionner u n e série d e leurs appareils par u n seul alternateur, qu'au prix d'une perte considérable d'éner- gie, d a n s u n e foule d e régulateurs, et sans obtenir u n e m a r c h e régulière.
Ainsi, l'industrie électrochimique des nitrates n'est p a s encore créée ; m a i s les résultats auxquels ont conduit les études déjà faites m o n t r e n t assez qu'elles doivent d'être poursuivies et élargies. C e s résultats d o n n e n t à prévoir q u e les applications pratiques n e d é p e n d e n t plus q u e d e l'in- vention d e dispositifs é c o n o m i q u e s et sûrs, d e v a n t p e r m e t - tre u n meilleur e m p l o i d e l'énergie.
Et, p o u r p e u q u e l'activité des électrochimistes r é p o n d e à l'importance d u p r o b l è m e q u i leur est p o s é , il n'y a a u - c u n e exagération à lui prédire u n e solution prochaine ; celle- ci est m o i n s c o m p l e x e d'ailleurs, q u e celle d e la p r o d u c t i o n d u fer, o ù les électrométallurgistes touchent p r e s q u e a u but ; et alors q u e les m o i n d r e s essais d'électrométallurgie entraî- nent des d é p e n s e s qui se c o m p t e n t p a r centaines d e mille francs, il apparaît q u e les d é p e n s e s relatives a u x essais d e fabrication d e s nitrates n e doivent se chiffrer q u e p a r quelques milliers d e francs.
Il est à désirer q u e p o u r hâter l'avènement d'une telle industrie qui, à nulle autre pareille, intéresse l'avenir in- dustriel d e notre p a y s , les propriétaires des forces naturelles tentent quelques efforts. L e s travaux d e laboratoire d o n t n o u s v e n o n s d e parler valent la peine d'être reproduits sur u n e plus g r a n d e échelle et n o u s s o m m e s c o n v a i n c u s qu'ils l'auraient été déjà si, p o u r des expériences d e ce g e n r e , il était facile d e trouver d e l'énergie électrique à b o n c o m p t e .
P . PIERRON,
Chef des travaux
à VEcole de Chimie industrielle de Lyon
Les desiderata à réaliser dans la réduction des minerais de fer au four électrique.
L a Métallurgie n e pouvait m a n q u e r d e participer a u m o u v e m e n t en avant d e l'industrie électrotechnique. O n a c o m m e n c é et, d u reste, m e n é à bien, la fabrication courante des fontes d e fer réactives, alliées d a n s d e s proportions déterminées à toute u n e série d e m é t a u x rares, d e v a n t d o n n e r des propriétés nouvelles a u x aciers industriels fabri-
q u é s en g r a n d e s m a s s e s d a n s les usines i m p o r t a n t e s . O n p e u t c o m p t e r , d a n s ces m é t a u x alliés, c o m m e d a n s c e u x qui sont déjà d a n s les transactions c o m m e r c i a l e s en France,et surtout en A l l e m a g n e et e n Angleterre, les fontes a u c h r o m e , a u nickel, a u m o l y b d è n e , a u tantale, a u titane, a u tungstène, a u v a n a d i u m . C e u x sur lesquels d e s essais sont encore à l'étude sont les fontes a u cobalt, à l'iridium, à l ' o s m i u m , a u p a l l a d i u m et a u r h o d i u m ; enfin l'aluminium est o b t e n u e n g r a n d p r e s q u e à l'état d e pureté. M a i s , ainsi q u e le fait r e m a r q u e r , ici m ê m e , M . P i e r r o n , l'électro- c h i m i e n e pouvait se restreindre à la fabrication des réactifs métallurgiques, v u la petite quantité d e matière e m p l o y é e et, par suite, v u l'exiguité d e s o n m a r c h é industriel. Il fallait d o n c viser plus h a u t et, actuellement, il n e s'agit rien m o i n s q u e d e prendre les lieu et place d u haut-four- n e a u .
N o u s arrivons d o n c à n o u s d e m a n d e r quelles sont les conditions désirables à réaliser p o u r atteindre ce b u t : m a i s avant d ë les formuler, il faut d'abord connaître les résultats o b t e n u s par les m o y e n s d o n t o n dispose actuellement.
I
O n sait q u e les corps qui s'unissent le plus facilement a u fer et q u i f o r m e n t avec lui les c o m b i n a i s o n s les plus stables, sont l'acide c a r b o n i q u e , l'oxygène, le soufre et le p h o s p h o r e . M a i s ce sont surtout les d e u x p r e m i e r s qui constituent avec le fer la g r a n d e majorité d e s matières d o n t o n cherche à isoler le métal. O n tâche d o n c d e chasser d e ces corps c o m - plexes, soit leur acide c a r b o n i q u e , soit leur o x y g è n e et, p o u r cela, o n c h e r c h e u n autre corps d o n t l'affinité p o u r ces derniers éléments soit plus g r a n d e q u e p o u r le fer qui doit être séparé. Cette opération est la réduction et, jusqu'à pré- sent, le corps réducteur le plus e m p l o y é , e n présence d e la chaleur, est le c a r b o n e .
L e haut-fourneau est l'appareil destiné à cet objet. D o n c , les matières q u i entrent d a n s l'appareil sont : les corps à réduire, le corps réducteur et l'agent o x y d a n t devant d o n n e r , avec u n e partie d u corps réducteur, la quantité d e chaleur nécessaire à l'opération. D ' u n autre côté, les matières q u i sortent d u h a u t - f o u r n e a u sont : le m é t a l réduit,combiné d a n s u n e certaine proportion, variable d u reste, a u corps r é d u c - teur ; les matières f o n d u e s séparées d u métal et les g a z résultant d e l'opération.
L e s matières les plus g é n é r a l e m e n t e m p l o y é e s sont les m i n e r a i s d e fer p r o p r e m e n t dits s o u s d e u x états: i° les minerais carbonates ; 2° les o x y d e s très divers.
L e s minerais carbonates sont,en général : le fer carbonate spathique; les sphérosidérites; Phématite b r u n e , s e s q u i o x y d e o u carbonate d e p r o t o x y d e d e fer; l'hématite b r u n e m a m e - lonnée ; l'hématite b r u n e ordinaire; la minette oolithique s o u v e n t très p h o s p h o r e u s e .
L e s o x y d e s les plus e m p l o y é s sont :
L'hématite r o u g e F e2 0-\ le minerai m a g n é t i q u e d e p r o - t o x y d e et d e p e r o x y d e d e fer F e3 O4. Restent les sulfures d e fer o u pyrites, m a i s qu'il est nécessaire d e désulfurer p o u r les faire passer à l'état d'oxydes avant leur e m p l o i ; ce n'est d o n c pas u n e matière traitée directement. E n plus, tous ces
