ELECTROLYSIS OF LIQUID FAYALITE SLAGS

Abstract

Electrolysis of liquid fayalite slags was carried out at 1250 °C using a liquid copper cathode and an inert platinum anode. At the cathode, iron precipitated with a current efficiency above 55%. The cathodic current efficiency decreased with increasing slag magnetite content. When Cu₂O was added to the slag, metallic copper was formed at the cathode with current efficiencies as high as 80%. In terms of the recovery of copper from metallurgical slags, electrolysis would be most beneficial for slags with a high dissolved copper content such as slags from direct to copper smelting.

Over time, the cell voltage decreased due to an increase in the effective surface area of the anode and also partly due to an increase in the slag conductivity due to increasing magnetite content. The increasing anode area was caused by a magnetite-rich deposit forming around the platinum wire anode.

On a effectué l’électrolyse de laitiers de fayalite liquides à 1250 °C en utilisant une cathode en cuivre liquide et une anode inerte en platine. Le fer était précipité à la cathode avec un rendement du courant au-dessus de 55%. Le rendement du courant cathodique diminuait avec une augmentation de la teneur en magnétite du laitier. Lorsqu’on ajoutait du Cu₂O au laitier, du cuivre métallique se formait à la cathode avec des rendements de courant aussi élevés que 80%. En ce qui concerne la récupération du cuivre à partir des laitiers métallurgiques, l’électrolyse serait davantage bénéfique pour des laitiers ayant une teneur élevée en cuivre dissous, comme des laitiers du traitement direct de fonte de cuivre.

Avec le temps, le voltage de la cellule diminuait à cause d’une augmentation de la superficie efficace de l’anode et aussi en partie à cause d’une augmentation de la conductivité du laitier résultant d’une augmentation de la teneur en magnétite. L’augmentation de la superficie de l’anode était causée par un dépôt riche en magnétite qui se formait autour du fil en platine de l’anode.     

Decarburization of iron-carbon alloys by argon-oxygen mixtures

Abstract

Liquid iron which contained up to 4% carbon was decarburized at temperatures of 1335 – 1445°C in argon containing up to 1.16% oxygen. Rates were measured by following the O₂ consumption by an electrochemical cell, or the CO₂ production by a mass spectrometer. The crucible was arranged so that the depth of alloy could be varied without altering the pattern of gas flow. The rate of decarburization did not depend on the crucible-melt interfacial area or the roughness of the crucible. It was concluded that heterogeneous nucleation of CO at the walls of the crucible was not an important rate-controlling step. The effects of carbon content of the melt, oxygen content and flow rate of the gas, and temperature on the rate of decarburization, support previous suggestions that the rate-determining step for the range of conditions studied is diffusion of oxidant in the gas phase.

Résumé

Du fer liquide contenant jusqu' à 4% de carbone fut décarburé à des températures variant de 1335 à 1445°C dans de l'argon comprenant jusqu'à 1.16 % d'oxygéne. Le processus de décarburation était suivi soit en mesurant la consommation d'oxygène par une cellule électrochimique, soit en mesurant au spectromètre de masse la production de CO₂. Le dessin du creuset permettait de faire varier le niveau de métal liquide sans pour autant changer l'écoulement du gaz. Le taux de décarburation est independent de l'interface creuset-bain liquide et de la rugosite du creuset. Les auteurs en concluent que la germination heterogene du CO sur les parois du creuset n'est pas un mecanisme determinant le taux de reaction. L'effet de la teneur en carbone du bain, de la teneur en oxygene du gaz, et de la temperature sur le taux de décarburation confmne les idees précédemment emises que le facteur déterminant le taux de reaction, pour les conditions expérimentales étudiées, est la diffusion de l'oxydant dans la phase gazeuse.     

Novel Concept of An Alumina Emf Sensor For Cryolite Melts

Abstract

A disclosed electrochemical sensor for in situ measurements of alumina content of a cryolite bath in an aluminum cathodic reduction vessel is made of two dissimilar electrodes: (1) aluminum carbide as the reference electrode, and (2) an electrode comprising a mixture of a metal alloy (CaNi₅) and calcium aluminate or a mixture of beryllium (Be) and beryllium aluminate. The sensor also includes a non-conducting refractory housing holding the thermocouple for temperature measurement and two electrodes, one being the reference electrode.

There is a need for in situ measurements of the alumina content of a cryolite bath at regular intervals, in order to improve the operating efficiency of the cathodic reduction process in the manufacture of aluminum. It is with this practical application in mind that a novel concept of the alumina electromotive force (EMF) sensor is presented in this paper.

Le capteur électrochimique exposé vise les mesures in situ du contenu en alumine du bain de cryolithe de la cuve de réduction cathodique de l'aluminium. Le capteur est constitué de deux électrodes dissemblables: (1) carbure d'aluminium, comme électrode de référence; (2) une électrode comprenant un mélange d'un alliage métallique (CaNi₅) et d'aluminate de calcium ou bien un mélange de béryllium (Be) et d'aluminate de béryllium. Le capteur comprend également un boîtier réfractaire non conducteur abritant la thermocouple pour les mesures de température et deux électrodes, l'une étant l'électrode de référence.

Afin d'améliorer l'efficacité d'opération du procédé de réduction cathodique lors de la production d'aluminium, on a besoin de mesurer in situ, à intervalles réguliers, le contenu en alumine du bain de cryolithe. C'est avec cette application pratique en tête que l'on présente dans cet article ce concept nouveau de capteur fem d'alumine.     

Electrolytic deposition of silicon and of silicon alloys Part II: Decomposition voltages of components and current efficiency in the electrolysis of the Na3AlF6-Al2O3-SiO2 mixtures

Abstract

The decomposition voltages E_d of SiO₂ and Al₂O₃, dissolved in molten cryolite, were measured using the I-E curve method. Several series of experiments were carried out using a graphite anode and graphite, aluminum and Al-Si cathodes alternatively. The E_d values for SiO₂ ranged between 1.00 – 1.25 V according to the experimental conditions. For Al₂O₃, the values were 1.25 – 1.45 V.

In the second part, the current efficiency (CE) in the electrolysis of Na₃AlF₆ - Al₂O₃-SiO₂ mixtures was studied. On the basis of the experimental results, CE was estimated to be around 90%.

Résumé

Les tensions E_d de décomposition du SiO₂ et de Al₂O₃ dissouts dans de la cryotite fondue ont été mesurées par la méthode de la courbe I-E. Plusieurs séries d'expériences ont été faites en utilisant comme anode du graphite et comme cathode, du graphite, de l'aluminium et du Al-Si. Les valeurs de E_d pour le SiO₂ varient de 1.00 à 1.25 V, selon les conditions expérimentales. Pour Al₂O₃ ces valeurs sont de 1.25 – 1.45 V.

Dans la seconde partie, le rendement en courant CE lors de l'électrolyse de mélanges Na₃AlF₆-Al₂O₃-SiO₂ a été étudié. D'après nos expériences, CE est d'environ 90%.     

Autoclave treatment of pyrrhotite for sulphur recovery

Abstract

Oxidation of nickeliferous pyrhotite to Fe₂O₃ and elemental sulphur using 100 psi air as oxidant was investigated on laboratory and pilot plant scale. Because of the poor liquid-solid separation properties of product slurries, attention was, directed to preventing solubilization of nickel by maintaining high concentrations of pyrrhotite in the reacting bath. Operation of a 2 ton per day pilot circuit embodying recycling of magnetically separated un-reacted pyrrhotite from autoclave product slurry indicated that 65% of the nickel was recoverable in a flotation concentrate containing .elemental sulphur amounting to 60% of the sulphur in the pyrrhotite.

Résumé

L'oxydation d'une pyrrhotite nickel-fer en Fe₂O₃ et en soufre élémentaire par de l'acier sous une pression de 100 Ibs/po² a été étudiée en laboratoire et en usine pilote. A cause de la mauvaise séparation du solide des boues, une attention particulière a été portée pour prévenir la solubilisation du nickel en maintenant les concentrations de pyrrhotite élevées dans le bain de réaction. Une opération à 2 tonnes par jour à l'échelle pilote, tout en réalisant une recirculation de la pyrrhotite intacte (séparée magnétiquement des boues de l'autoc1ave) indiquait que 65% du nickel était récupérable en un concentré de flottation contenant 60% de soufre élémentaire par rapport à celui du produit de départ.     

Mathematical Model of Bubble Formation at the Tuyeres of a Copper Converter

Abstract

Based on earlier observations that gas discharges from the tuyeres of a non-ferrous converter as discrete bubbles, a mathematical model has been developed to describe the dynamics of bubble formation in copper converting. The bubbles have been assumed to be spherical in shape and to grow at the tuyere tip under conditions of constant flow. The model incorporates the effects of heat transfer to the bubble, chemical reaction between the bubble and the bath and co flowing bath circulation. The model has been used to predict the concentrations of O₂ and SO₂, temperature, volume and rise velocity for the bubble as a function of time, while imposition of a detachment condition has permitted the prediction of the bubble frequency. Thus it has been shown that the oxidation reactions have little effect on the bubble formation while convective heat transfer and bath circulation have a large influence. Bath velocity acts to increase the bubble frequency while heat transfer has the opposite effect. Depending on the value of the heat-transfer coefficient employed, the model predicts the velocity of bath circulation in the vicinity of the tuyere to be between 120 and 260 cm/s. For a given bath velocity, the bubble frequency decreases with increasing air input rate. The implications of these predictions for copper converting are discussed, and it is suggested that present converter operation may be “bubble-volume“ limited.

Résumé

En se fondant sur les observations anterieures que le gaz qui s' échappe des tuyères d'un convertisseur de métaux non-ferreux est sous forme de bulles séparées, nous avons développé un modèle mathématique pour décrire la dynamique de formation des bulles dans le convertissage du cuivre. Nous avons supposé que les bulles ont une forme sphérique et qu'elles croissent à l'extrémité de la tuyère dans des conditions d' écoulement constant. Le modèle incorpore les effets du transfert de chaleur à la bulle, de la réaction chimique entre la bulle et le bain, et la circulation du bain. Le modèle a été utilisé pour prédire les concentrations de O₂ et SO₂, la température, le volume et la vitesse de montee des bulles en fonction du temps, alors que l'introduction d'une condition de séparation a permis de prédire la fréquence des bulles. Ainsi nous avons montré que les réactions d'oxydation ont peu d'effet sur la formation des bulles alors que le transfert de chaleur par convection et la circulation du bain ont une grande influence. La vitesse du bain accroît la fréquence des bulles alors que le transfert de chaleur a l'effet opposé. Dépendant de la valeur du coefficient de transfert de chaleur employé le modèle predit que la vitesse de circulation du bain dans le voisinage de la tuyère est comprise entre 120 et 260 cm/s. Pour une vitesse donnée du bain, la fréquence des bulles décroît lorsque l'on augmente le taux d'arrivée d'air. Les implications de ces predictions pour le convertissage du cuivre sont discutées et nous suggérons que l'opération actuelle des convertisseurs pourrait être limitée par le volume des bulles.     

Derivation of an equation for classifier-reduced performance curves

Abstract

Current efficiency (CE) measurements based on gas analysis were conducted in a laboratory cell to study the influence of changes in the contents of AlF₃ and NaF in a NaF-AlF₃-MgF₂-Al₂O₃ electrolyte. Substitution of AlF₃ with MgF₂ had no significant effect, while substitution of NaF with MgF₂ led to a substantial increase in CE. The concentration of the sodium ion appears to have a decisive influence on the CE.

Résumé

Des mesures d'efficacite de courant (EC) par analyse des gaz, ont été effectuées sur une cellule en laboratoire, pour étudier l'influence des variations de composition en AlF₃ et NaF dans un électrolyte de NaF-AlF₃ MgF₂, Al₂O₃. La substitution de AlF₃ par du MgF₂ n'eut pas d'effet significatif, alors que la substitution du NaF par le MgF₂ s'est traduit par une augmentation significative du MgF₂. La concentration en ions sodium apparaît donc avoir une influence significative sur le EC.     

Recent Developments in the Environment Process

Abstract

The EnvIRONment process, invented by Prof. H. K. Worner, has been developed to treat metallurgical and organic wastes using pyrometallurgical technology. Developed at the University of Wollongong, the process successfully overcomes many of the technical challenges of processing ferruginous waste. Composite pellets of ferruginous, typically steelworks dust, and organic waste are bath smelted in a DC arc furnace, utilising a deep slag layer to produce iron, an innocuous slag, and a zinc enriched fume.

Process viability has been demonstrated with over 4 years of trials in a purpose built 100 kg DC arc furnace. The suitability of bath smelting for processing of wastes, in particular metallurgical wastes, has been sufficiently encouraging that commercialisation of the EnvIRONment process is being pursued.

Fundamental research being undertaken within the Department of Materials Engineering at the University ofWollongong is addressing unresolved aspects of the pyrometallurgical reactions operating within the process. The aim of the research is to quantify process kinetics while gaining a greater understanding of reduction mechanisms and the smelting behaviour of composite pellets. To date kinetic interpretation has been complex, however it is evident that the reaction of the composite pellets is influenced by several parameters including pellet chemistry and heating rate. Smelting of the composite pellets in slag was found to occur via dissolution of FeO and metallic iron at the slag-pellet interface. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Le procédé “EnvIRONnement”, inventé par le prof. H. K. Worner, a été développé pour traiter les déchets métallurgiques et organiques en utilisant une technique pyrométallurgique. développé à l'université de Wollongong, le procédé surmonte avec succ è s plusieurs defis techniques du traitement des déchets ferrugineux. Des boulettes composites de dechets ferrugineux, typiquement des poussieres d'acieries, et de dechets organiques sont fondues dans un bain dans un four à arc à courant continu, utilisant une couche é paissede laitier pour produire du fer, un laitier inoffensif et de la vapeur enrichie de zinc.

On a demontre la viabilite du procédé par plus de 4 ans d'essais dans un four à arc à courant continu de 100 kg construit specialement dans ce but. L'aptitude de la fusion en bain pour le traitement des dechets, en particulier des dechets metallurgiques, a été suffisamment encourageante pour que l'on poursuive maintenant la commercialisation du procédé “EnvIRONnement”.

La recherche fondamentale entreprise prDésentemenau Département d'Ingénierie des matériaux à l'universite de Wollongong adresse des aspects non résolus des reactions pyrometallurgiques en operation lors du procede. Le but de cette recherche est de quantifier la cinetiquedu procede tout en obtenant une plus grande comprehension des mecanismes de reduction et ducomportement de fusion des boulettes composites. Jusqu'a maintenant, l'interpretation cinetique a été complexe, cependant il est evident que la reaction des boulettes composites est influenceepar plusieurs parametres incluant la chimie des boulettes et le taux de chauffage. On a trouvé quela fusion des boulettes composites dans le laitier se produisait par l'intermé diaire de la dissolution du FeOet du fer metallique à l'interface laitier-boulette. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Mechanisms of corrosive wear of steel balls in grinding hematite ore

Abstract

The efficiency of processes of metal purification by solidification can be increased by the passage of an electric current through the solid-liquid interface during progressive solidification. In the case of the tin-lead system, for instance, for a given degree of purification, the rate of solidification can be increased by factor of I approximately 5 by use of direct 'current instead of HF induction heating.

Résume

L'efficacité des methodes de purification des métaux par solidification peut être augmentée par le passage d'un courant continu au travers de l'interface solide-liquide au cours d'une solidification progressive. Dans le cas du système étain-plomb, .par exemple, en utilisant un courant continu comme méthode de chauffage au lieu de l'induction haute fréquence, il est possible de multiplier la vitesse de solidification par environ cinq tout en obtenant un même degré de purification.     

A Perspectival Review of Rail Behavior at the Facility for Accelerated Service Testing

Abstract

The rail metallurgy tests which have been undertaken at the Facility for Accelerated Service Testing are described. The best of the premium metallurgies has been found to wear approximately 3 to 4 times better than standard rail in the unlubricated regime. However, in the lubricated regime, the maximum improvement in wear rate achievable by the use of a premium rail has been found to be only about 50 %. A strong effect of equivalent carbon has been observed for standard and HiSi rail in the underlubricated regime. Reduced wear and metal flow has led to increased fatigue failure of rail. The failure rate of standard rail at FAST is consistent with failure behavior of standard rail elsewhere in U.S. Railroad service when allowances are made for difference in wheel load. The growth of a transverse crack in the head of a rail is shown to be consistent with predictions made from simple linear elastic fracture mechanics considerations where the flexural stresses are augmented by the curving action of the train and substantial axial residual tensile stresses are assumed to exist under the work hardened running surface region of the rail head.

Résumé

Les essais de métallurgie des rails entretenus au Laboratoire d'Essais de Service Accéléré (F.A.S.T.) sont décrits. On constate que les meilleurs aciers primium résistent á l'usure de 3 á 4 fois plus longtemps que les aciers standards, dans un régime non-lubrifié. Cependant, dans le cas d'un regime lubrifié, l'amelioration maximum pour l'utilization d'un rail d'acier primium ne dépasse guére 50 %. Un effet important d'équivalent en carbone a été constate pour le rails standards et de haute teneur in Si (“Hi Si”) dans le régime so us lubrifié. Une réduction en déformation plastique et en usure ont provoqué une augmentation du taux de rupture due à la fatigue. Le taux de rupture du rail standard au F.A.S.T. est corroboré par le comportement des rails standards dans les voies ferrees des E.U. en tenant compte des differences dans les charges des roues. La croissance d'une fissure transversale dans le champignon du rail est compatible avec les prédictions de la mécanique de fracture élastique simple dans le cas ou les efforts en flexion sont augmentes par l'action de direction du train et si l'on admet que des tractions axiales residuelles importantes existent sous la region écrouie de la bande de roulement du champignon du rail.     

Determination of oxygen activities in iron-vanadium alloys by a levitation melting procedure

Abstract

The effect of vanadium on the activity of oxygen in liquid iron has been determined by a new method based on levitation melting. With water-vapour/hydrogen mixtures to control the oxygen potential of the gas phase, thermal diffusion effects caused uncertainty in the actual gas composition at the droplet interface. For this reason the data have not been used to determine equilibrium constants directly although it has been shown that they can be evaluated by conducting experiments with the addition of an inert gas to change the mean molecular weight of the gas mixture. By expressing the data in terms of an apparent equilibrium ratio vanadium-oxygen interaction parameters have been calculated for temperatures between 1550° and 1750°C. The results agree well with data obtained from crucible experiments where thermal diffusion effects were eliminated by bubbling the gas through the melt.

Résumé

L'effet de vanadium sur l'activite de l'oxygéne dans le fer liquide a été déterminé en utilisant une nouvelle méthode fondée sur la lévitation électromagnetique du spécimen en fusion. Le potentiel d'oxygène de la phase gazeuse a été contrôlé au moyen de mélanges de vapeur d'eau et d'hydrogene. Les auteurs n'ont pas déterminé les constantes d'équilibre vu l'existence du phénomène de diffusion thermique qui introduisait une incertitude quant à la composition du mélange gazeux à l'interface du spécimen. Ces constants pourraient être déterminées au moyen de manipulations qui consisteraient à faire varier le poids moléculaire moyen du mélange gazeux par addition d'un gaz inerte. Les paramètres d'interaction entre le vanadium et l'oxygène ont été calculés pour des températures variant de 1550°C a 1750°C en exprimant les données en fonction d'une constante apparente d'équilibre. Les résultats sont en bon accord avec les résultats obtenus à partir de manipulations utilisant des creusets où la diffusion thermique avait été éliminée en faisant passer le mélange gazeux à travers le bain.     

Precipitation in rolled Cu-2Al-0.5Cr

Abstract

Galvanized and die-cast materials in steel scrap confer their contained zinc on the steelmaking dust. Dust from low-zinc charges is considered to be recyclable via the blast furnance after agglomeration. Dust from high-zinc charges could become a valuable secondary source of zinc. Present steelmaking practices tend to mix scraps (and resultant dusts) freely, and economic loss is a consequence. The incentive to sequester scraps and dusts according to zinc content is substantial.

Résumé

Les mattériaux galvanisés ou moulés contenus dans les ferrailles voient leur contenu en zinc passer dans les poussieres d'aciérage.

Les poussières des charges à faible teneur en zinc sont jugées recyclables au haut fourneau après agglomération. Les poussieres à haute teneur en zinc pourraient devenir une source secondaire de zinc intéressante. Les pratiques actuelles de l'aciérage ont tendance à mélanger les ferrailles et par conséquent les poussières et il en suit une perte économique. Le bénéfice du classement des ferrailles et des poussières selon leur teneur en zinc est substantiel.     

Growth of wustite scales on steels

Abstract

Oxidation properties were investigated of iron, iron-nickel alloys containing up to 40 wt% nickel, and an iron ?1.5 wt% silicon alloy exposed to carbon dioxide - carbon monoxide atmospheres at 1000°C. Wustite was the only oxide formed on iron and the iron-nickel alloys. On the iron-silicon alloy, a superficial duplex scale was formed consisting of a wustite-fayalite conglomerate beneath the external wustite layer. Oxidation rates over extended time periods were governed by linear kinetics, the linear rate constants depending proportionally on the carbon dioxide partial pressures. The mechanism for linear oxidation of iron and the alloys may be interpreted by a model wherein the phase boundary reactions for the dissociation of carbon dioxide and incorporation of chemisorbed oxygen into wustite are the rate-determining steps.

Résumé

Les auteurs ont étudié les propriétés d'oxydation du fer, d'alliages fer-nickel contenant jusqu' à 40%p. de Ni et de fer-1.5% p. Si exposés à des atmosphéres de CO-CO₂ à 1000°C. Dans Ie cas du fer et des alliages fer-nickel Ie seul oxyde qui se formait était la Wüstite. Pour Ie fer-silicium, sous la couche externe de Wüstite se formait un composé double de Wiistite et de fayalite. Pour de longues périodes de temps, les taux d'oxydation suivent une cinétique linéaire dont les contraintes sont proportionnelles à la pression partielle du CO₂. Le mécanisme d'oxydation linéaire du fer et des alliages étudiés peut être interprété par un modèle pour lequel les facteurs déterminants sont les réactions de joints de phase pour la dissociation du CO₂ et l'incorporation de l'oxygene chemisorbé dans Ie Wüstite.     

Purification of manganese solutions containing copper and zinc by liquid-liquid extraction,using di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid

Abstract

Extraction data are shown for the purification of a relatively high-grade, manganese sulphate solution containing zinc and copper as impurities. Copper can be removed by solvent extraction, using the mixed extractant consisting of the substituted oxime LIX-63 by General Mills Inc., together with di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid in the pH range of 0.8 to 1.5. Zn has been shown to be selectively extracted by di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid from such a solution in the pH range 3 to 5. Manganese and Zn can also be coextracted in the pH range 5.0 to 5.5. Processing costs for the liquid-liquid extraction of zinc are also given. The purified manganese sulphate solution would likely be amenable to the production electrolytic-grade managanese.

R;amp;#x00E9;sumé

Les auteurs donnent les résultants de la purification d'une solution à teneur relativement élevée de sulfate de manganése contenant, comme impuretés, du zinc et du cuivre. Le cuivre peut être enlevé par un solvant en utilisant un composé mixte d'oxyme LIX-63 de General Mills Inc. et d'acide phosphorique di-(2-éthylhexyl) avec un pH compris entre 0.8 et 1.5. Le zinc est extrait sélectivement par l'acide phosphorique di-(2-éthylhexyl) de cette solution avec un pH de 3 à 5. Le manganèse et le zinc peuvent également étre extraits simultanément quand le pH est de 5 à 5.5. Le coût du procédé pour l'extraction en milieu liquide du zinc est donné. La solution purifiée de sulfate de manganèse peut être amenée à la production de manganèse électrolytique.     

Use of Catalytic Anodes For Zinc Electrowinning At High Current Densities From Purified Electrolytes

Abstract

Substantial energy savings are possible in zinc electrowinning by substituting catalytic oxygen evolution anodes for conventional lead-silver anodes. However, it is well known that the harmful effects of impurities usually present in zinc electrolyte solutions limit the service life of catalytic anodes, though their purification by solvent extraction could obviate such problems. Laboratory scale zinc deposition experiments with synthetic electrolytes have been performed to determine the effects of current density, temperature and electrolyte composition on cell voltages and current efficiencies. These data sets were used in an assessment of the optimum design parameters of the tank house. Zinc electrowinning at high current densities (higher than 2000 A/m²) using catalytic anodes and purified solutions (by solvent extraction) is proposed as an alternative to the conventional process, which is based on lead-silver anodes working at relatively low current densities (ca. 500 A/m²). Finally, a system for continuous deposition and stripping of the metal is discussed.

Des économies d'énergie importantes sont possibles pour l'extraction électrolytique du zinc en substituant des anodes catalytiques à évolution d'oxygène à des anodes conventionnelles de plombargent. Cependant, il est bien connu que les effets nocifs des impuretés habituellement présentes dans les solutions d'électrolyte de zinc limitent la vie des anodes catalytiques, bien que leur purification par extraction au solvant pourrait prévenir de tels problèmes. On a conduit des expériences de dépôt de zinc à l'échelle du laboratoire avec des électrolytes synthétiques afin de déterminer l'effet de la densité de courant, de la température et de la composition de l'électrolyte sur l'efficacité des voltages et du courant de la cellule. On a utilisé ces ensembles de données dans une évaluation des paramètres optimums pour la conception de la cellule d'extraction. On propose l'extraction électrolytique du zinc à hautes densités de courant (plus élevée que 2000 A/m²) en utilisant des anodes catalytiques et des solutions purifiées (par exemple, par extraction au solvant), comme remplacement du procédé conventionnel, qui est basé sur des anodes de plomb-argent opérant à des densités de courant relativement faibles (environ 500 A/m²). Finalement, on discute d'un système pour dépôt et enlèvement du métal en continu.     

Spiegel or Ferromanganese From a Cupola

Abstract

Iron ore can be smelted in a shaft furnace operated in the cupola mode of combustion, using fine grained carbons as reducing agent and as fuel. The advantages of high hearth temperature and low cost fuel are applied to the smelting of manganese ore, and it is considered that a carbon rate of 1200 kg/MT of 80% ferromanganese (2400 lb/NT) might be achieved. The low fuel cost also makes interesting the economics of cleaning electric smelter slags by resmelting, and of using lower grade manganese ores to make low cost spiegeleisen.

Résumé

Le minerai de fer peut être fondu dans un four à cuve opéré selon le mode de combustion d'un cubilot, en utilisant des carbones à grains fins comme agent réducteur et comme combustible. Les avantages d'une température de creuset élevée et d'un combustible bon marché sont appliqués à la fusion d'un minerai de manganése et on considére qu'un taux de carbone de 1200 kg par MT de ferro-manganése à 80% (2400 lbs par NT) pourrait être atteint. Le faible coût du combustible rend egalement intéressantes les économies du nettoyage des scories de fonderies électriques par re-fusion et l'utilisation de minerais de manganese à plus faible teneur pour fabriquer des fontes spéculaires à bas prix.     

The dissolution of nitrogen in metallurgical slags

Abstract

Nitrogen is soluble in CaO-SiO₂-Al₂O₃ slags under a variety of highly reducing conditions. With graphite as reducing agent, the solubility increases with increasing CaO and decreasing SiO₂ contents, dropping off, however, at very low SiO₂. At 1550°C and 1 atmos. N₂, it lies between 0.25 and 2.5 wt.%. It is steeply temperature dependent, and reaction is slow. Equilibrium-constant calculations for possible dissolution reactions indicate that there is no single mode of dissolution covering all compositions. However, it appears that at intermediate CaO and SiO₂ contents, carbon participates directly, probably forming CN^? ions, whereas in SiO₂-rich melts, nitrogen enters the silicate network. In the absence of graphite, using excess Si or Al as reductants, nitrogen pick-up of the same order of magnitude is observed, but with less marked composition and temperature dependence. Reaction is rapid. Large quantities (> 3 wt.%) can be dissolved via Si₃N₄, and the presence of CaC₂ also promotes appreciable dissolution.

Résumé

L'azote peut se dissoudre dans les laitiers du type CaO-SiO_2? Al₂O₃ lorsque les conditions sont réductrices. En présence de graphite, la solubilité croît en fonction de la teneur en CaO et en fonction inverse de la teneur en SiO₂. Elle retombe, cependant, aux teneurs très faibles en SiO₂. La solubilite de l'azote, à 1550°C et 1 atm de N₂, s'établit entre 0.25 et 2.5% en poids. Les valeurs obtenues varient fortement en fonction de la température. La vitesse de réaction est lente. Le calcul de la constante d' équilibre correspondant à diverses réactions hypothétiques montre qu'on ne peut pas appliquer une réaction de dissolution unique à toutes les compositions. Il n'en demeure pas nloins que le carbone, aux teneurs moyennes en CaO et en SiO₂, affecte le processus de dissolution en formant des ions CN^? alors que dans les laitiers riches en SiO₂, l'azote s'associe au réseau d'ions silicate. L'absorption d'azote, en l'absence de graphite mais en présence d'un excédent d'agent réducteur, Si ou Al, demeure du même ol'dre de grandeur avec, toutefois, un effet moins prononcé de la température ou de la composition du laitier. La réaction de dissolution est alors rapide. La dissolution par l'intermédiaire du composé Si₃N₄ permet de dissoudre une grande quantité d'azote (>3% en poids). La présence de CaC₂ favorise aussi la dissolution d'une quantite appreciable. d'azote dans le laitier.     

Electrolytic deposition of silicon and of silicon alloys Part III: Deposition of silicon and aluminum using a copper cathode

Abstract

The decomposition voltages of SiO₂ and Al₂O₃ dissolved in cryolite were measured using a copper cathode. In a melt containing 90 wt% Na₃AlF₆ + 10 wt% Al₂O₃ at 1030°C the decomposition voltage of alumina was found to be Ed = 1.50 ± 0.05 V. In a melt containing 95 wt% Na₃AlF₆ + 5 wt% siO₂ the value of the decomposition voltage was determined to Ed = 1.10 ± 0.05 V. In Na₃AlF₆-Al₂₀₃-SiO₂ mixtures the decomposition voltage of silica was found to increase with increasing concentration of alumina in the electrolyte.

It was determined that at current densities below 0.2 A·cm^?2 only silicon was deposited at the cathode whereas at higher current densities Si and Al were deposited simultaneously. The deposition ratio was found to depend on the current density.

The distribution of silicon in the Si-Cu alloy was determined by spectroscopic analysis. It was found to be a function of the current density and of the diffusion rate of the deposited metal in the alloy.

Résumé

Les auteurs mesurent sur cathode de cuivre les tensions de décomposition du SiO₂ et de l'Al₂O₃ dissous dans la cryolite: la tension de décomposition de l'alumine dans un électrolyte de composition 90% poids Na₃AlF₆ + 10% Al₂O₃ à 1030°c est Ed = 1.50 ± 0.05 V tan dis que dans un électrolyte à 95%Na₃AlF₆ +5% SiO₂, la tension de décomposition de la silice est E_d = 1.10 ± 0.05 V. Dans les mélanges Na₃AlF₃-Al₂O₃-SiO₂ la tension de décomposition de la silice augmente avec la concentration d'alumine dans l'électrolyte.

Les auteurs observent que seul le silicium se retrouve à la cathode aux den sités de courant inférieures à 0.2 A cm^?2, tandis que le silicium et l'aluminium se d'ent simultan;amp;#x00E9;ment aux densités de courant plus élevées. lIs trouvent aussi que le rapport Si/A est fonction de la densité de courant

Les auteurs emploient l'analyse spectroscopique pour déterminer la repartition du silicium dans l'alliage Si-Cu. Cette répartition est fonction de la densité de courant et du taux de diffusion du métal déposé.     

Thermodynamic Activities of Components in Homogeneous Ni–Fe–S Mattes at 1473–1673 K

Abstract

The hypothesis, put forward by Morris^(l), that electronic conduction is responsible for the observed loss of current efficiency in electrolysis of cryolite-alumina melts is examined both theoretically and experimentally. It is concluded theoretically that in a commercial cell the loss of efficiency would equal the transport number of electrons in the metal-saturated solution, and in a laboratory apparatus with a rotating disk anode the plateau on the current-emf curve would have a slope. Experimentally, the latter is not found to be so. The diffusion coefficient of dissolved metal is 2.8 ± 0.6 × 10^?4cm²s^?1 (std. deviation) at 1000°C; with the Nernst-Einstein equation this corresponds to a transport number of electrons of 0.013, at least a factor of 20 too low to account for observed losses in current efficiency. Measurements of O₂ evolution at 980°C from a Pt anode inside an Al₂O₃ tube with a small hole cut in its side to communicate with the Al-containing cathode compartment gave 99.9 ± 1.5% efficiency (std. deviation). One concludes that the electronic conduction hypothesis is not tenable.

Résumé

On examine théoriquement et expérimentalement l'hypothèse proposée par Morris, selon laquelle la conduction électronique est responsable des pertes de rendement faradaïque observées dans l' électrolyse de mélanges fondus cryolithealumine. La conclusion théorique est que dans une cellule commerciale la perte de rendement serait égale au nombre de transport des électrons dans la solution saturée en métal. Au laboratoire une anode à disque tournant montrerait une pente du plateau de la courbe courant-fern, ce qui n'est pas observée expérimentalement. Le coefficient de diffusion du métal dissous est de 2.8 ± 0.6 × 10^?14 cm²sec^?1 (déviation standard) à 1000°C; avec l' équation de Nernst-Einstein ceci correspond à un nombre de transport des électrons de 0.013, vingt fois trop faible pour pouvoir expliquer les pertes de rendement faradaïque. Des mesures de dégagement d'O₂ à 980 °C sur une anode de platine (placée dans un tube d' Al₂O₃ dans la paroi duquel un petit trou est ouvert afin de permettre une communication avec le compartiment contenant la cathode d'aluminium) donne un rendement de 99.9 ± 1.5% (déviation standard). On conclut donc que l'hypothèse de la conduction électronique ne peut plus se défendre.     

Ammoniacal Percolation Leaching of Copper Ores

Abstract

The general feasibility of ammoniacal percolation leaching of copper sulphide ores has been demonstrated. The rates are comparable to those of conventional ferric sulphate-sulphuric acid systems, but without the attendant problems of carbonate or iron dissolution, For the ore column heights studied, the copper leaching rate increased approximately as the square root of the total NH₃ concentration, but was independent both of the ratio of ammonium carbonate to ammonium hydroxide and of solution pH's above 9,5, There was no dependence on the solution flow rate over a broad flow regime, and the rate increased only very slightly with increasing temperatures. Initially, increasing the ore column height or finer comminution of the ore were beneficial, but the percolation leaching rate soon became essentially independent of both variables. The percolation leaching rate under the test conditions employed was controlled by both chemical kinetics and oxygen transport; it was concluded that the oxygen transport mechanism would become more significant as the scale of operations was increased. Ammonia gas losses appear to be the most significant technical barrier to commercial adoption of ammoniacal percolation leaching.

Résumé

La possibilité de lixiviation par percolation ammoniacale de minerais sulfureux a été démontreé. Ses performances sont comparables aux systèmes sulfate ferrique-acide sulfurique, sans les inconvénients des dissolutions de fer ou de carbonate. Selon la hauteur de la colonne de minerais qui a servi de modéle dans cette étude, le taux de lixiviation du cuivre augmentait proportionnellement selon la racine carré de la concentration totale de NH₃, mais était indépendante de la proportion carbonate d'ammonium-hydroxide d'ammonium et du pH de la solution au dessus de 9.5. La variation dans le volume du flot de la solution n'affectait pas le rendement, et la performance était un peu sensible à l'augmentation de la température. Une augmentation de la hauteur de la colonne de minerais ou la réduction de la grosseur du minerai était bénéfique ou début, mais bientôt le rendement de la lixiviation par percolation s'avèrait indépendant de ces deux variables. Le rendement de la lixiviation par percolation suivant les conditions choisies pour les présents essais était dépendant de la cinétique-chimique et de l'approvisionnement d'oxygène. Avec un accroissement dans l'échelle des opérations on conclu que cet approvisionnement d'oxygène prendre une importance majeure. La perte de l'ammoniaque gazeux semble être le problème technique le plus sérieux à résoudre dans l'adaptation de la lixiviation par percolation ammoniacale.