Effect of particle size distribution on recovery of coarse chalcopyrite and galena in Denver flotation cell

Abstract

The flotation recovery by particle size of single mineral chalcopyrite and galena was studied in a Denver flotation cell, using sodium dicresylthiophosphate (DTP) and sodium isopropyl xanthate (SIPX) as collectors and polypropylene glycol (PPG) as a frother. The study was extended to very coarse particle size (up to 1·6 mm). Froth stability was also measured in parallel to the batch flotation tests, in a specifically designed froth stability column, following the Bikerman approach. It is shown that particles up to 850 μm can be floated successfully, provided they are liberated and hydrophobic. However, the recovery of both chalcopyrite and galena was strongly influenced by the overall particle size distribution, decreasing sharply as the fraction of fines (?106 μm) in the feed also decreased. Rheology measurements showed negligible differences in pulp viscosity, and therefore in the collection zone hydrodynamics, between the different conditions tested. Froth stability, on the contrary, decreased as the feed particle size distribution became coarser. Correlation was found between the amount of fines in the pulp, froth stability and flotation recovery. The recovery of mineral particles is critically dependent on froth stability, which in turn is highly influenced by the overall particle size distribution of the feed material. For these reasons, the study also suggests that it is not possible in batch flotation to determine the rate and recovery of the coarse particle size fractions floating them independently from the fine size fractions.

Dans une cellule de flottation de Denver, on a étudié la récupération par flottation en fonction de la taille de particule d’un minéral unique de chalcopyrite ou de galène, en utilisant du dicrésyle thiophosphate de sodium (DTP) et de l’isopropyle xanthate de sodium (SIPX) comme agents collecteurs et du polypropylène glycol (PPG) comme agent moussant. On a étendu l’étude à la taille de particule très grossière (jusqu’à 1·6 mm). On a également mesuré la stabilité de la mousse en parallèle aux essais de flottation discontinue, dans une colonne de stabilité de la mousse spécialement conçue, d’après l’approche de Bikerman. On montre que l’on peut faire flotter avec succès des particules ayant jusqu’à 850 μm, à la condition qu’elles soient libres et hydrophobes. Cependant, la récupération, tant de la chalcopyrite que de la galène, était fortement influencée par la distribution globale de la taille de particule, diminuant sévèrement à mesure que la fraction de particules fines (?106 μm) dans l’alimentation diminuait. Les mesures de rhéologie montraient des différences négligeables dans la viscosité de la pulpe et ainsi dans l’hydrodynamique de la zone de collection, parmi les différentes conditions évaluées. Au contraire, la stabilité de la mousse diminuait à mesure que la distribution de la taille de particule de l’alimentation devenait plus grossière. On a trouvé une corrélation entre la quantité de particules fines dans la pulpe, la stabilité de la mousse et la récupération par flottation. La récupération des particules minérales dépend, de façon critique, de la stabilité de la mousse qui, à son tour est hautement influencée par la distribution globale de la taille de particule du matériel d’alimentation. Pour ces raisons, l’étude suggère également qu’il n’est pas possible, en flottation discontinue, de déterminer la vitesse et la récupération des fractions de taille de particules grossières, en les faisant flotter indépendamment des fractions de taille fine.     

Characterisation of Al–B4C composite microstructures and their effect on fluidity

Abstract

Microstructural variables such as particle volume fraction, distribution and agglomeration significantly affect the properties of Al–B₄C metal matrix composites. The aim of the investigation was to study the quantitative characterisation of the microstructural variables and their effects on the fluidity of the composites. The results showed that the particle volume fraction, homogeneity of particle distribution, and volume fraction of agglomerates could be quantitatively analysed by the imaging analysis technique. It was found that the amounts of the particle clusters and networks, as well as the effective volume fraction of total particles augmented with the increase in the holding time. In addition, the longer holding time was, the less homogeneous the particle distribution became. Moreover, the particle agglomerates have a tendency to migrate to the flow end which results in an accelerated stopping of the flow. The increase in the effective particle volume fraction corresponded well with the fluidity deterioration of the composites during the melt holding.

Les paramètres microstructuraux, tels que la fraction volumique, la distribution et l’agglomération des particules affectent de manière significative les propriétés du composite à matrice métallique Al–B₄C. Ce travail porte sur la caractérisation quantitative des propriétés microstructurales ainsi que leurs effets sur la fluidité des matériaux composites. La fraction volumique des particules, l’homogénéité de leur distribution et la fraction volumique des agrégats ont été analysées quantitativement à l’aide de la technique d’analyse d’images. Les résultats montrent une augmentation de la quantité d’agrégats et de la fraction volumique effective des particules avec l’augmentation du temps de maintien. De plus, plus le temps de maintien est long, moins grande est l’homogénéité de la distribution des particules. Par ailleurs, les agglomérats ont tendance à migrer vers l’aval de l’écoulement, ce qui accélère l’arrêt de l’écoulement. L’augmentation de la fraction volumique effective des particules correspond parfaitement à la dégradation de la fluidité des matériaux composites.     

EFFECT OF COATING PARAMETERS AND HEAT TREATMENT ON THE ADHESIVE PROPERTIES OF ELECTROLESS Ni-P COATINGS

Abstract

The adhesive properties of coatings have pronounced effects on their quality. The effect of various coating parameters and post-deposition heat treatment on the adhesive properties of low and high phosphorus electroless nickel-phosphorus (EN) coatings was investigated using three-point bending tests. The critical load and mid-span deflection were used as measures of the adhesive strength of the coatings.

A good correlation was found between the coating parameters and the critical load and deflection values at crack initiation. The critical load was found to increase with increasing coating thickness for EN-coated specimens tested in the as-deposited condition. The critical load and mid-span deflection of as-plated EN coatings increased with increasing phosphorus content. However, thick coatings cracked at lower deflection values than thin coatings. Post-deposition heat treatment at 400 °C for 1 hour adversely affected the measured indices due to increase in brittleness of the coatings occasioned by the crystallization of nickel crystals and nickel phosphide (NixPy) precipitates. Further, the critical load and deflection values at cracking were found to be dependent upon the mechanical properties of the substrate material.

Les propriétés adhésives des revêtements ont des effets prononcés sur leur qualité. On a investigué l’effet de divers paramètres du revêtement et du traitement thermique après le dépôt sur les propriétés adhésives de revêtements autocatalytiques de nickel–phosphore (EN) à teneur faible ou élevée en phosphore, en utilisant les essais de flexion en trois points. On a utilisé la charge critique et la flèche à mi-portée comme mesures d’adhérence des revêtements. On a trouvé une bonne corrélation entre les paramètres du revêtement et les valeurs de charge critique et de flèche à l’initiation de fissure.

On a trouvé que la charge critique augmentait avec l’augmentation de l’épaisseur du revêtement pour les spécimens revêtus de EN évalués à l’état brut. La charge critique et la flèche à mi-portée des revêtements EN plaqués bruts augmentaient avec une augmentation de la teneur en phosphore. Cependant, les revêtements épais craquaient à des valeurs plus faibles de flèche que les revêtements minces. Le traitement thermique après dépôt, à 400 °C pendant 1 h, affectait défavorablement les indices mesurés à cause de l’augmentation de la fragilité des revêtements, occasionnée par la cristallisation de cristaux de nickel et de précipités de phosphure de nickel (NixPy). De plus, on a trouvé que les valeurs de la charge critique et de flèche à la fissuration étaient dépendantes des propriétés mécaniques du matériau du substrat.     

Rheocasting of semi-solid Al359/20%SiC metal matrix composite using SEED process

A Duralcan Al359/20%SiC metal matrix composite was successfully cast using the SEED rheocasting process. Effects of the SEED processing parameters on the microstructure of semi-solid slurries and casting parts were studied. The parameters investigated in this study include pouring temperature, swirling time and swirling speed. The results showed that α-Al grains were nearly spherical and SiC particles were well distributed in both semi-solid slurries and cast parts when using the appropriate SEED parameters. The mechanical properties of the semi-solid cast components under as cast and T6 conditions were also investigated. Results revealed that a significant improvement of tensile properties was achieved when compared to the conventional gravity castings and those obtained from other semi-solid process.

Le composite Duralcan Al359/20%SiC à matrice métallique a été moulé avec succès en utilisant le procédé de rhéomoulage SEED. L’effet des paramètres du traitement SEED sur la microstructure des pâtes semi-solides et sur les pièces moulées a été étudié. Les paramètres examinés dans cette étude incluaient la température de coulée, ainsi que la durée et la vitesse de rotation. Les résultats ont montré que les grains d’Al-α étaient presque sphériques et que les particules de SiC étaient bien distribuées tant dans les pâtes semi-solides que dans les pièces moulées lorsqu’on utilisait les paramètres appropriés de SEED. On a également examiné les propriétés mécaniques des composantes moulées semi-solides à l’état brut de coulée et sous la condition T6. Les résultats ont révélé une amélioration significative des propriétés de traction par rapport aux moulages conventionnels de coulée par gravité et par rapport aux propriétés obtenues avec d’autres procédés semi-solides.     

The importance of grain boundary morphology and cohesion on intergranular strength

Abstract

The morphology and constituency at grain boundaries are important in determining the properties of a poly crystalline material. In the present work it is shown that sulphur contents greater than 20 at. ppm. can embrittle nickel and nickel-base superalloys when the sulphur segregates to the grain boundaries and reduces intergranular cohesive strength. Moreover, low ductility can occur in nickel-base superalloy structures with controlled impurity levels when high stress concentrations develop in the grain boundary regions, either because of massive grain boundary shear or because of concentrated slip near grain boundaries.

Résumé

La morphologie et la constitution des join ts de grains sont importantes pour la détermination des propriétés de matériaux poly cristallins. Dans cette étude les auteurs montrent que des concentrations de soufre supérieures à 20 ppm. at. peuvent fragiliser le nickel et des superalliages à base de nickel quand le soufre ségrège aux joints de grains et réduit la cohésion intergranulaire. De plus, dans les superalliages à concentration contrôlée d'impuretés, une faible ductilité peut apparaître quand de fortes concentrations de contraintes se développent aux joints de grains soit sous l'effet de cisaillement massif du joint soit sous l'effet d'un glissement concentré aux joints.     

Thermal decomposition of pyrite in fluidized beds

Abstract

The thermal decomposition of pyrite concentrate into sulphur arid synthetic pyrrhotite was investigated in bench and semi-pilot scale fluidized bed reactors fired with methane or fuel oil. The pyrite was decomposed in a bed of coarse sand and the product pyrrhotite was carried over with the fluidizing gases and separated in hot cyclones. The effects of fuel/air ratio, reactor temperature, superficial gas velocity, particle size and feed rate on the elimination of labile sulphur were studied. Conversion was enhanced by slightly reducing atmospheres, low feed rates, high gas velocities and reaction temperature (in the range 740° to 830°C). Elutriation rates of pyrrhotite particles from the fluidized bed were measured and mean residence times determined as a function of particle size and superficial gas velocity. Conversion rates are considered with regard to possible rate-controlling steps in the thermal decomposition of pyrite.

Résumé

La décomposition thermique de concentré de pyrite en soufre et en pyrrhotite synthétique a été étudiée en laboratoire et à une échelle semi-pilote dans des réacteurs à lit fluidisé chauffés avec du méthane ou de l'huile combustible. On a décomposé la pyrite sur un lit de sable grossier et la pyrrhotite produite a été entraînée avec le gaz fluidisant et séparée dans des cyclones chauds. Les effets du rapport combustible/air, de la température du réacteur, de la vitesse superficielle du gaz, de la taille des particules et de la vitesse d'alimentation sur l'élimination du soufre labile ont été étudiés. On a amélioré la transformation avec des atmosphàres légàrement réductrices, des vitesses d'alimentation lentes, de grandes vitesses pour le gaz fluidisant et une élévation de la température (dans le domaine 740 à 830°C). La vitesse d'élution des particules de pyrrhotite dans le lit fluidisé à été mesurée et on a déterminé des temps moyens de résidence en fonction de la taille des particules et de la vitesse superficielle du gaz. On a aussi étudié les changements de vitesses afin de déterminer les étapes pouvant contrôler la vi tesse de décomposition thermique de la pyrite.     

Particle Discrimination in Water Based Limca (Liquid Metal Cleanliness Analyzer) System

Abstract

A mathematical model has been developed to predict the motion of particles in a water based version of the LiMCA system — APS II (Aqueous Particle Sensor) system. The fluid field entering the electric sensing zone (ESZ) was obtained by solving the Navier-Stokes equations and the trajectories of particles by equations for the motion of particles. The results showed that the motions of the particles inside the parabolic shaped orifice are affected by particle density and size. Entrained micro-bubbles lead the fluid flow, travelling faster than latex micro-spheres, which are slightly denser than the fluid and lag only slightly behind the flow. Silica particles, which are much denser than the fluid, lag significantly behind the flow, accelerating more slowly than latex micro-spheres and much more slowly than bubbles. The relative velocities between the entrained particles and the inflowing water decrease with decreasing particle size. The experimental results showed that 1) larger particles have longer transit times than do smaller ones, 2) bubbles have shorter transit times than do latex spheres and much shorter than do silica particles of the same size and 3) differences in transit times are more pronounced for larger particles in keeping with theoretical predictions. The results prove that inclusion discrimination on the basis of density difference is realizable in water based LiMCA systems.

On a développé un modèle mathématique pour prédire le mouvement des particules dans une version à base d’eau du système “LiMCA” (analyseur de la ‘propreté’ du métal liquide)—système APS II (détecteur aqueux pour particules). On a obtenu le champ fluide entrant la zone de détection électrique (ESZ) en résolvant les équations de Navier-Stokes; on a obtenu la trajectoire des particules par les équations du mouvement des particules. Les résultats montrent que le mouvement des particules à l’intérieur de l’orifice parabolique est affecté par la densité et la taille des particules. Les micro-bulles entraînées conduisent l’écoulement de fluide, voyageant plus vite que les microsphères de latex, qui sont légèrement plus denses que le fluide et ne sont que très légèrement en retard derrière l’écoulement. Les particules de silica, qui sont beaucoup plus denses que le fluide, sont significativement en retard derrière l’écoulement, accélérant plus lentement que les micro-sphères de latex et beaucoup plus lentement que les bulles. La vélocité relative entre les particules entraînées et l’eau d’entrée diminue avec une diminution de la taille des particules. Les résultats expérimentaux montrent que 1) les plus grosses particules ont une durée de passage plus longue que les petites particules, 2) les bulles ont une durée de passage plus courte que les sphères de latex et beaucoup plus courte que les particules de silica de la même taille. 3) Les différences de durée de passage sont plus prononcées pour les plus grosses particules, en accord avec la théorie. Les résultats prouvent que la discrimination d’inclusion sur la base de la différence de densité est réalisable avec un système “LiMCA” à base d’eau.     

The electrophoretic clarification of colloidal suspensions

Abstract

The clarification of colloidal suspensions using electrophoretic ally assisted gravitational sedimentation was investigated. Tests were carried out in a 2-foot-diameter continuous thickener which was equipped with electrodes and a D.C. power source. A minus 400 mesh silica suspension was used for the elucidation of the operating characteristics of the system. Among the variables studied were feed rate, power, pulp density and ionic concentration of the suspension. Experiments were also carried out using bentonite and a sample of tailings-pond sludge obtained from Great Canadian Oil Sands at Fort McMurray.

The results showed that good clarification can be achieved with silica, but that only limited clarification is achieved with bentonite and tar sands tailings. This method of treatment appears to be economically impractical for the treatment of bentonite and tar sands tailings.

Résumé

Cette recherche porte sur la clarification des suspensions colloïdales lorsque le déplacement électrophorétique s'ajoute à la sédimentation par gravité. Les essais ont étés faits dans un basin de 2 pieds de diamètre muni d'électrodes reliées à une source de courant continuo Les caractéristiques du système furent déterminées à l'aide d'une poudre de silice ?400 mailles, les variables étudiées étant le taux d'aliment: ation, le pouvoir, la densité de la pulpe et la concentration ionique de la solution. Des essais ont été effectués aussi avec de la bentonite et avec les rejets du traitement des sables bituminuex de Great Canadian Oil Sands, Fort McMurray.

Les résultats indiquent une bonne clarification de la silice; dans le cas de la bentonite et des sables bitumineux, cependant, la méthode est peu efficace et ne serait pas utili sable économiquement.     

The hardness view of the tempering mechanism of an aluminum bronze martensite

Abstract

The monotonic tensile and fatigue properties of 7075-T6 aluminum alloy were investigated with respect to grain size. A range of grain sizes was obtained by subjecting the fully annealed material to varying degrees of cold deformation prior to recrystallization and subsequent heat treatment. Monotonic tensile properties of 7075-T6 aluminum alloy were not affected by grain size variation. The fatigue properties were also unaffected by grain size. Debonding of the large incoherent second-phase particles (1 μm to 20 μm max) and groups of these particles (～ 25 μm to ～ 60 μm) initiated fatigue cracks of the same size when sheet specimens were subjected to pulsating tensile loads of relatively low amplitude resulting in lives of 10⁴ to 10⁷ cycles. It is shown that within this life range, the cyclic properties are strongly influenced by debonding occurring within the largest groups of particles lying close to the surface of the specilnen. Such cracks grow faster than others which result from debonding and eventually cause failure.

Résumé

Les auteurs ont étudié les propriétés de l'alliag d'aluminium 7075-T6 en traction et en fatigue en fonction de la taille de grains. Les différentes tailles du grain ont été obtenues à partir de l'alliage complétement recuit par différents taux d' écrouissage suivis d'une recristallisation et de traitements thermiques. Ni les propriétés en traction, ni les propriétés en fatigue de l'alliage 7075-T6 ne varient avec la taille des grains. La décohésion à l'interface de la matrice d'une seconde phase incohérente (particules dont les dimensions varient de 1 à 20μ) et d'amas de ces particules (de 25 à 60μ environ) était à l'origine des fissures de fatigue d'une taille analogue; les échantillons plats étaient alors sujets à des tractions cycliques de faible amplitude, donnant une endurance de 10⁴ à 10⁷ cycles. Dans ce domaine d'endurance, les propriétés en fatigue sont fortement influencées par la décohésion des plus gros amas de particules prés de la surface. De telles fissures se propagent plus rapidement et produisent éventuellement la rupture finale.     

Some tensile and fatigue properties of Zn-ZnO powder composites at various temperatures

Abstract

The tensile and fatigue properties of rods which were extruded from Zn-ZnO powder composites were determined at temperatures between 150°C and ?196°C. Different particle sizes were used in the powders and the amount of 0₂ was varied from 0.12 to 1.71 weight per cent (w/o): The effect of ball-milling the powder prior to compaction was also studied.

In general, the specimens of powder origin were stronger than fine-grained pure zinc and those made from powder containing very small particles (～3 μm) displayed good ductility, particularly at room temperature. However, they possessed poor work-hardening properties so that the UTS was never more than 4000 psi above the 0.2% proof stress. Specimens of ball-milled powder origin were stronger and more brittle than other specimens. The superior tensile strengths of the powder composites over pure zinc were reflected by superior fatigue (push-pull) properties. The improvement at higher temperatures is surprising, in view of the very fine grain size of the composite specimens, so the results are rationalized in terms of oxide pinning of the grain boundaries.

Résumé

Des propriétés mécaniques en traction et en fatigue dans la gamme de temperature de 150°C à ?196°C ont été déterminées pour des tiges du matériau composite Zn-ZnO, extrudées à partir de poudres. Des particules de différents diaméters ont été employees lors de la préparation des poudres, ainsi que diverses proportions d'O₂ variant de 0.12 à 1.71% en poids. L'effet d'un broyage à boulets de la poudre avant compactage a également été étudié.

D'une façon générale, les échantillons préparés à partir de poudres ont montré une plus grande résistance que ceux préparés à partir de zinc pur à grain fin; ceux contenant des particules trés fines ont montré une bonne ductilité, surtout à la température ambiante. Cependant, Ie taux de consolidation des composites demeure faible, ce qui explique que l' écart entre la résistance à la traction et la limite élastique à 0.2% d'allongement ne dépasse pas 4,000 psi Les échantillons dont la poudre a subi un broyage à boulets étaient plus résistants et plus fragiles que les autres échantil1ons. Le fait que la résistance à la traction des composites soit supérieure à celle du zinc pur s'est manifesté par de meilleures propriétés en fatigue (tension-compression). L'amélioration des propriétés mécaniques aux températures plus élevées est étonnante, compte tenu de la grosseur du grain tres faible des échantillons composites. Cette amélioration est expliquee en termes d'un piégeage des joints de grains par des oxydes.     

Effect of Thiourea on Nodulation During Copper Electrorefining Using Scaled Industrial Cells

Abstract

Experiments were conducted using scaled industrial and laboratory cells to evaluate the effects of ratios and concentrations of various additives on nodulation during copper electrorefining. This paper focusses on the effect of Thiourea (TU) on the binary (TU-Cl-) and on the ternary Thiourea-Gelatin-Cl- (TU-G-Cl-) systems. In the pilot plant, temperature was maintained at 65 °C; Cl- concentration was at 40 mg L^-1 and TU ranged from 20 to 150 g t^-1 and G from 50 to 150 g t^-1. TU influences the polarization curves, the deposit morphology (roughness and nodule formation), the crystal shape (round or sharp) and the grain type (elongated or field oriented). TU can have a polarizing or a depolarizing effect depending on conditions tested. The polarizing effect related to a specific TU concentration leads to nodule formation. Optical metallography and SEM micrographs show that nodules, porosities and dendrites are largely avoided in a ternary system as compared to a binary one.

Des expériences ont été conduites en utilisant des cellules industrielles réduites et des cellules de laboratoire afin d'évaluer l'effet de différents ratios et concentrations d'additifs sur la nodulation durant l'électroraffinage du cuivre. Cet article se concentre sur l'effet de la Thiourée (TU) dans le système binaire (TU-Cl-) et dans le système ternaire Thiourée-Gelatin-Cl-. Dans le montage pilote, la température est maintenue à 65 °C, la concentration en Cl- à 40 mg L-1, celle de TU varie de 20 à 150 g t^-1 et celle de G de 50 à 150 g t^-1. La thiourée a une influence sur les courbes de polarisation, la morphologie du dépôt (rugosité et formation de nodules), la forme des cristaux (arrondis ou saillants) et le type de grain (allongés ou orientés). TU peut avoir un effet polarisant ou dépolarisant en fonction des conditions testées. L'effet polarisant conduisant à la formation de nodules provient d'une certaine concentration en thiourée. Les métallographies optiques et les micrographies au MEB montrent que l'utilisation d'un système ternaire par rapport à un système binaire permet d'éviter grandement la formation de porosité, de nodules et de dendrites.     

Effects of Interaction Between Surface Active Elements on the Surface Tension of Iron

Abstract

Surface tension data at 1650°C have been measured for the Fe + S + O ternary system and the two binary systems, Fe + O and Fe + S using the levitated drop technique. The results indicate that the reductions in surface tension due to oxygen and to sulphur are essentially additive in the ternary system. Excess concentrations (Γ) for both oxygen and sulphur have been calculated for both binary and ternary systems; an empirical rule for calculating Γ values for the ternary system from Γ values for the binaries has been proposed. The temperature dependencies (dγ/dT) for both ternary alloys and for a stainless steel were found to be positive. Surface analysis of the samples has been determined using electron spectroscopy (ESCA); the results indicated a considerable enhancement in the concentration of the surface active elements, O and S in the surface layers. The effects of additions of deoxidizers and desulphurizers like Al and Ce upon the surface tension have been investigated. The significance of the surface tension upon the welding characteristics of steels is discussed and the models for their interdependency evaluated in the light of the data obtained in this investigation.

Résumé

Les mesures de tensions superficielles ont été effectuées à 1650°C pour le système ternaire Fe-S-O et les systemes bin aires Fe-O et Fe-S au moyen de la technique de lévitation. Les résultats indiquent que les réductions de la tension superficielle sont essentiellement additifs dans le système ternaire. La concentration en excès (Γ) en oxygène et en sulfure a été calculée pour les systèmes bin aires et ternaires. Une règle empirique du calcul des valeurs de Γ pour le système ternaire a été établie à partir des valeurs des systèmes binaires. Les dépendances avec la température (dγ/dT) des alliages ternaires et de l'acier inox se sont révélées positives. L'analyse superficielle des échantillons a été éffectuée par spectroscopie électronique (ESCA). Les reésultats ont montré un enrichissement considérable dans la concentration des éléments actifs, O et S dans les couches superficielles. L'effet de désoxydation et désulfuration (Al et Ce) sur la tension superficielle a été étudié. L'effet de la tension superficielle des aciers sur la soudabilité est discuté et le modèle de leur interdépendance est évalué à la lumière des résultats de cette recherche.     

The Influence of Rolling Practice on Fracture Properties of Hot Rolled Plate

Abstract

The fracture behaviour of ferrite-pearlite steels finish-rolled in the (α + γ) region has been investigated and correlated with specific microstructural features. The effect of increasing the amount of deformation at lower temperatures in the (α + γ) region is to skew the ferrite grain-size distribution toward larger grain sizes at the same mean value of ferrite grain size, and to increase the dislocation density of the ferrite. In addition, the proportion of large ferrite grains oriented with (001) parallel to the rolling plane is increased. In conventional fracture tests it was observed that the lower finish rolling temperature did not alter either the impact transition temperature or the K_1C value for cleavage (measured at – 196°C). However, the through-thickness fracture properties deteriorate with lower finish rolling temperature because of the increased ease of nucleating microcracks at arrays of inclusions as well as the preferential nucleation of cleavage cracks in the large ferrite grains oriented parallel to (001). The results indicate that the variation of through thickness properties with rolling practice is a sensitive indicator for optimizing hot rolling practice.

Résumé

Le comportement lors d'essais de rupture d'aciers laminés ferrite-perlite a été étudié et corrélé à la microstructure obtenue pour des températures de finition dans la région (α + γ). L'effet d'augmenter la déformation pour de basses températures dans la région (α + γ) est de déplacer la distribution de la grosseur du grain de la ferrite vers de plus grandes valeurs dela grosseur du grain pour une même valeur moyenne et d'accroître la densité de dislocations de la ferrite. De plus, la proportion de gros grains de ferrite orientés avec les plans (001) parallels au plan de laminage est accru. Pour des essais de rupture conventionnels, la température de transition lors d'essais d'impact ou la valeur K_1C pour le clivage (mesurée à – 196°C) ne sont pas affectées par une température de finition basse. Cependant, les proprietes de rupture mesurées dans le sens travers court sont abaissées dû à une plus grande facilit;amp;#x00E9; d'amorcer des microfissures pres d'amoncellements d'inclusions et l'amorce préférentielle de fissures de clivage dans de gros grains de ferrite orientes parallèlement à (001). Les résultats indiquent que l'effet de la pratique de laminage sur les propriétés mecaniques dans le sens travers court serait un bon indice pour optimiser la procédure de laminage.     

Use of elastic constants based on ab initio computation in materials optimisation of austenitic stainless steels

The use of ab initio quantum mechanics methods to compute elastic constants of austenitic stainless steels is reviewed. It is demonstrated that the elastic constants can be predicted accurately as a function of composition. This enables the use of materials optimisation techniques to develop new materials that are systematically adapted to specific components. After the design criteria and the target function to be optimised have been formulated, the optimum property combination can be searched for. The properties involved constitute a property space, where domains with active design criteria are identified. In the present paper, the domain where the stiffness is the controlling property is considered. Cost, weight and environmental impact minimisation is analysed. It turns out that for all three target functions, austenitic stainless steels with low chromium and nickel contents are preferred materials.

On examine l’utilisation des méthodes de mécanique quantique ab initio pour le calcul des constantes d’élasticité des aciers inoxydables austénitiques. On démontre que l’on peut prédire avec précision la constante d’élasticité en fonction de la composition. Ceci rend possible l’utilisation des techniques d’optimisation des matériaux dans le développement de nouveaux matériaux qui sont adaptés systématiquement à des composantes spécifiques. Après l’identification des critères de conception et de la fonction cible à optimiser, on peut chercher la combinaison optimale de propriétés. Les propriétés impliquées constituent un espace de propriété, où l’on identifie les domaines avec critères de conception actifs. Dans cet article, on considère le domaine où la rigidité est la propriété de contrôle. On analyse la minimisation du coût, du poids et de l’impact environnemental. En fin de compte, il se trouve que pour les trois fonctions cible, les aciers inoxydables austénitiques à faible teneur en chrome et en nickel sont les matériaux préférés.     

Effect of damaged liners and roping on classification performed by 6 inch hydrocyclone

Abstract

Mineral processing plants use hydrocyclones to classify coarse and fine particles. The hydrocyclone is a robust piece of equipment whose operation can be hampered by mechanical and operation problems. This paper assesses the effect of mechanical defects and roping on the partition curve of a 15 cm hydrocyclone. Two types of liner damages in the cylinder of the hydrocyclone were tested and not found to deteriorate significantly the classification of particles in the unit. Results obtained at the transition from spay to rope discharge show that a roping condition does not impact significantly the quality of the hydrocyclone classification.

Les usines de traitement de minerais utilisent des hydrocyclones pour classifier les particules selon leur poids. L’hydrocyclone est une pièce d’équipement robuste dont l’opération peut être entravée par des problèmes mécaniques et de fonctionnement. Cet article évalue l’effet des bris mécaniques et de décharge en boudin sur la courbe de efficacité d’un hydrocyclone de 15 cm. Deux types de dommages au revêtement du cylindre de l’hydrocyclone ont été évalués et les résultats ne montraient pas de détérioration significative de la classification des particules dans l’unité. Les résultats obtenus lors de la transition de décharge en parapluie à décharge en boudin montrent que la condition en boudin n’a pas d’impact important sur la qualité de la classification de l‘hydrocyclone.     

Zirconium alloys dispersion strengthened with yttria

Abstract

A powder metallurgy process for the manufacture of zirconium alloys dispersion strengthened with yttria particles is described. The resulting alloys con tain a suitable dispersion of stable yttria particles in a fine-grained matrix. Tensile and stress rupture tests over a range of temperature on Zircaloy-2 containing 0, 5 and 10 vol % yttria show the strength of yttria-containing alloys to be significantly improved. The post-irradiation tensile properties of Zircaloy-2 - yttria alloys have been determined with alloys irradiated at 280°C to 9.2 × 10²⁰ n/cm² thermal and 2.3 × 10²⁰ n/cm² fast. The alloys have been subjected to accelerated corrosion tests in steam and exhibit a variable response. Some possible detrimental factors and means of improvemen t of properties are discussed.

The mechanical properties of Zircaloy-2 alloys containing yttria particles are compared to some other zirconium alloys, Zircaloy-2 and zirconium-2.5 wt % Nb and the comparisons show that the dispersion- strengthened alloys arc worthy of further development.

Résumé

La fabrication par frittage des alliages de zirconium renforcés par des particules d'yttria est décrite. Ce procédé donne une dispersion convenable des particules d'yttria dans une matrice à grains fins. Des essais de traction et d'impact, effectués à diverses températures sur du Zircaloy-2 contenant 0,5 et 10 % d'yttria, ont montré que la résistance mécanique des alliages est nettement augmentée. D.autres essais de traction ont été effectués sur des alliages Zircaloy-2-yttria aprés des irradiations de 9.2 × 10²⁰ n/cm² thermique et 2.3 × 10²⁰ n/cm² rapide à 280°C. Les alliages ont été soumis à des essais de corrosion accélérée (vapeur) avec des résultats variables. Dans la discussion on considère les facteurs qui peuvent être miscibles ainsi que déautres améliorations possibles.

La comparaison des propriétés mécaniques des alliages de Zircaloy-2 contenant de l'yttria à celles d'autres alliages de zirconium, Zircaloy-2 et zirconium-2.5,% Nb indique que les alliages à particules dispersées méritent d'être étudiés davantage.     

Molybdenum steels for pipelines

Abstract

Stringent property requirements are specified for steels to be used for oil and gas pipelines, especially for application in extremely cold climates. The effect of controlled plate mill processing (including water spray cooling between hot rolling passes), and of simulated strip mill processing on the mechanical properties and microstructure of pipe skelp of varying thickness has been studied in a family of Mn-Mo-Cb steels developed to meet these specifications. By virtue of chemistry and process control, desired minimum levels of yield strength in the range of 60 to 90 ksi (415 to 620 N/mm²) have been achieved, with excellent corresponding toughness values, in strip and plate gauges up to 0.75 in (19 mm). The microstructure of these steels varies, according to chemistry, from ferrite plus pearlite to acicular ferrite.

Résumé

Des propriétés mécaniques particulièrement strictes son t exigées des aciers pour pipe-lines (gaz ou pétrole) situés spécialement dans des régions très froides. Pour une série d'aciers au Mn-Mo-Cb développés pour de telles applications, les auteurs ont étudié la variation des propriétés mécaniques et de la microstructure de tôles a tube d' épaisseur variable en fonction de la procédure de laminage contrôlé des tôles fortes (incluant un refroidissement par aspersion d'eau entre les passes) ou d'une procédure simulée de laminage des feuillards. Du fait de la composition chimique et du contrôlé du laminage, des limites d' élasticité de l'ordre de 60 à 90 ksi (415 à 620 N/mm²) ont été atteintes et sont associées a d'excellen tes valeurs de la résilience des feuillards et des tôles jusqu'à 0.75 in. (19 mm) d' épaisseur. Selon la composition, la microstructure de ces aciers varie de ferritico-perlitique à une ferrite aciculaire.     

A Qualitative Study on the Retention of Mercury From SO2-Containing Process Gases on Copper Smelter Dusts

Abstract

Mercury present in process gases can to some extent be removed in dust filters such as textile bag house filters. The removal efficiency in such filters is dependent on gas composition, gas temperature and properties of dust particles collected in the filter. In the present study, laboratory scale experiments were conducted to study qualitatively the influence of different types of dusts on the retention of mercury in SO₂-containing gases. A gas mixture composed of N₂, SO₂, O₂ and Hg was passed through a textile filter covered with dust. Two different types of dust were used in the experiments: one dust containing mainly Cu- and Fe-sulphides and Fe-oxides and one containing mainly Cu-, Fe, and Zn-oxides and -sulphates. The dusts were studied using microprobe equipment after exposure to the mercury-containing gas. Thermodynamic calculations were carried out for comparison with the experimental results. The study shows that mercury is mainly associated with partially roasted chalcopyrite particles.

Le mercure présent dans les gaz du procédé peut, jusqu'à un certain degré, être enlevé parles filtres à poussière tels que les filtres textiles de l'unité de filtration. L'efficacité d'enlèvement de ces filtres dépend, par exemple, de la composition et de la température du gaz ainsi que des propriétés des particules de poussière recueillies par le filtre. Dans l'étude présente, on a exécuté des expériences à l'échelle du laboratoire afin d'étudier qualitativement l'influence de différents types de poussière sur la rétention du mercure de gaz contenant du SO₂. On a passé un mélange de gaz composé de N₂, de SO₂, d'O₂ et de Hg à travers un filtre textile couvert de poussière. Dans les expériences, on a utilisé deux types différents de poussière; un type de poussière contenait principalement des sulfures de Cu et de Fe ainsi que des oxydes de Fe alors que l'autre type contenait principalement des oxydes et des sulfates de Cu, de Fe et de Zn. On a étudié les poussières à l'aide d'une microsonde après l'exposition au gaz contenant du mercure. On a comparé les calculs thermodynamiques avec les résultats expérimentaux. L'étude montre que le mercure est associé principalement avec des particules de chalcopyrite partiellement grillées.     

Computer calculation of the Cd-Bi-Pb-Sn quaternary phase diagram

Abstract

The phase diagram of the quaternary Cd-Bi-Pb-Sn system has been calculated from the experimentally measured partial molar properties of Cd in the liquid phase which were reported previously. An exact analytical solution of the Gibbs-Duhem equation for quaternary systems is presented which permits the calculation of analytical expressions for the partial properties of Bi, Ph and Sn as functions of composition. An analysis of the thermodynamic properties of the liquid Bi-Pb-Sn phase is presented for use as an “endpoint system” in the Gibbs-Duhem integration. The calculated phase diagram agrees well with the phase diagrams determined by thermal analysis in the binary and ternary sub-systems.

Résumé

Le diagramme de phase du systeme quaternaire Cd-Bi-Pb-Sn a été calculé à partir des propriétés partielles molaires expérimentales du Cd dans la phase liquide. Les mésures expérimentales ont été puhliées anterieurement. Dne solution analytique exacte de l'équation de Gibbs-Duhem est donnée pour le cas d'un systelue quaternaire. Cette solution permet le calcul des fonctions analytiques des propriétés partielles du Bi, du Pb et du Sn, en fonction de la composition.

Dne analyse des propriétés thermodynamiques de la phase liquide du systenle Bi-Pb-Sn est présentée. Elle est ensuite utilisée comme “système de base” pour l'intégration de l' équation de Gibbs-Duhenl. Le diagramme de phase calculé est en bon accord avec le diagramme de phase mesuré par l'analyse thermique dans les sous-systèmes binaires et ternaires.     

Ceramic reinforced high modulus steel composites: processing,microstructure and properties

Ceramic reinforced steel matrix composites are materials for automotive, aerospace, wear and cutting applications. Such metal matrix composites (MMCs) combine attractive physical, mechanical and wear properties with ease of fabrication and low cost. The review focuses on the current state of the art of producing these metal matrix composites, ceramics reinforcements, composition of steel matrix, microstructure evolution and parameters influencing the mechanical and wear properties. Processing methods to fabricate ceramic reinforced steel matrix composites are discussed to produce these composites with low number of defects, homogeneous microstructure and high mechanical and wear performance. The influence of chemical nature of ceramic reinforcements and composition of steel matrix on the microstructure, mechanical and wear properties is presented. The strengthening mechanisms and parameters controlling wear performance of steel MMCs are described as a function of the content of ceramic reinforcements, microstructural design and structure of the steel matrix. Keeping in view the stability of ceramics in steels, suitable ceramic reinforcements and steel matrix materials are discussed. Moreover, the importance of microstructure and interface between ceramic reinforcement and steel matrix in controlling the mechanical properties of steel MMCs is highlighted. The review identifies area of research for development to fully appreciate and tailor the properties of these industrially important composites.

Les matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique, sont des matériaux pour application dans l’industrie automobile, aérospatiale, de l’usure et du découpage. Les matériaux composites à matrice métallique (MMCs) en acier et céramique combinent des propriétés attrayantes physiques, mécaniques et d’usure, à la facilité de fabrication et au coût faible. Cette revue se concentre sur l’état de la technique courante de production des matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique, sur les renforcements en céramique, sur la composition de la matrice d’acier, sur l’évolution de la microstructure, sur les propriétés mécaniques et sur les paramètres importants qui contrôlent les propriétés mécaniques et d’usure. On discute des méthodes de traitement pour la fabrication des matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique afin de produire des MMCs avec peu de défauts, une microstructure homogène et un rendement élevé des propriétés mécaniques et d’usure. On décrit l’influence de la nature chimique des renforcements et de la composition de la matrice en acier sur le développement de la microstructure et sur les propriétés mécaniques et d’usure. On décrit les mécanismes de renforcement et les paramètres contrôlant le rendement à l’usure des MMCs en acier en fonction de la teneur en renforcement de céramique, de la conception de la microstructure et de la structure de la matrice en acier. Gardant en vue la stabilité des céramiques dans les aciers, on discute des matériaux appropriés de renforcements céramiques et de matrice d’acier. De plus, on souligne l’importance de la conception de la microstructure et de l’interface dans le contrôle des propriétés mécaniques des MMCs en acier. Cette revue identifie des sujets de recherche à développer afin de comprendre complètement et de créer sur mesure les propriétés de ces matériaux composites d’importance industrielle.