Reduction behaviour of rice husk ash for preparation of high purity silicon

Abstract

The reduction of rice husk ash (RHA) silica for the preparation of high purity silicon was studied using magnesium as the reducing agent. Composite magnesium–RHA pellets with magnesium content varying 0–25 wt-% in excess of stoichiometry requirement were made and heated in the temperature range of 600–900°C under flowing argon. It was found through differential thermal analysis and temperature profile recording that the reaction of RHA silica with magnesium was triggered at ～575°C. Quantitative X-ray diffraction analyses of the reduction products showed that both initial magnesium content of the pellets and the reduction dwell temperature had a significant influence on the yield of silicon. In this study, a charge with 5 wt-% magnesium in excess of the stoichiometric amount at a reduction temperature of 900°C gave a maximum silicon yield.

On a étudié la réduction de la silice de cendre de balle de riz (RHA) dans la préparation de silicium à haut degré de pureté en utilisant du magnésium comme agent de réduction. On a fabriqué des boulettes composites de magnésium-RHA avec une teneur en magnésium variant de 0 à 25% en poids en excès des besoins de la stoechiométrie et on les a chauffées dans la gamme de température de 600 à 900°C sous un flux d’argon. On a trouvé, par analyse thermique différentielle (DTA) et par enregistrement du profil de température, que la réaction de la silice de RHA avec le magnésium était déclenchée à environ 575°C. Des analyses quantitatives par XRD des produits de réduction ont montré que tant la teneur initiale en magnésium des boulettes que la température de maintien de la réduction avaient une influence importante sur le rendement en silicium. Dans cette étude, une charge avec 5% en poids d’excès de magnésium sur la quantité stoechiométrique à la température de réduction de 900°C donnait un rendement maximal de silicium.     

Lateritic saprolite leaching in concentrated magnesium chloride media

Magnesium chloride brines present a number of potential advantages for the processing of lateritic saprolite ores for nickel production. Concentrated MgCl₂ solutions enhance the activity of acid used, allow atmospheric leaching at elevated temperature, and inhibit magnesium dissolution, which reduces acid consumption and increases metal selectivity. However, with a chloride based leach it is economically requisite to recover hydrochloric acid, conventionally accomplished by pyrohydrolysis. This work was performed in conjunction with a novel flowsheet for the processing on saprolite ores, which recovers HCl by the precipitation and subsequent decomposition of magnesium hydroxychlorides, alleviating some of the issues with pyrohydrolysis. Leaching experiments have been conducted in concentrated MgCl₂ brines, up to 4·5 m, to determine the amenable process conditions and explore the kinetics of the process. It was determined that >95% extraction of metals was possible using both aqueous and gaseous HCl, while suppressing the dissolution of Mg from the ore.

Les saumures de chlorure de magnésium présentent un nombre d’avantages potentiels dans le traitement des minerais de saprolite latéritique pour la production du nickel. Les solutions concentrées de MgCl₂ augmentent l’activité de l’acide utilisé, permettent la lixiviation atmosphérique à haute température, et inhibent la dissolution du magnésium, ce qui réduit la consommation d’acide et augmente la sélectivité du métal. Cependant, avec une lixiviation à base de chlorure, on doit récupérer l’acide hydrochlorique pour raison économique, ce qui est accompli conventionnellement par pyrohydrolyse. On a effectué ce travail en conjonction avec un nouveau schéma de procédé pour le traitement des minerais de saprolite, lequel récupère le HCl par précipitation et par décomposition subséquente des hydroxychlorures de magnésium, ce qui atténue certains des problèmes reliés à la pyrohydrolyse. On a effectué des expériences de lixiviation dans des saumures concentrées de MgCl₂, jusqu’à 4·5 m, afin de déterminer les conditions favorables du procédé et d’explorer la cinétique du procédé. On a déterminé qu’il était possible d’extraire >95% des métaux en utilisant à la fois le HCl aqueux et gazeux, tout en supprimant la dissolution du Mg du minerai.     

On enhancement of hypoeutectic aluminium–silicon powder metallurgy alloy

Abstract

Currently, there exists a considerable demand within the automotive industry for the development of aluminium–silicon alloys that can be processed through powder metallurgy (PM) technologies. As such, a study aimed at the development of a new hypoeutectic aluminium–silicon PM alloy (Al–6Si–4·5Cu–0·5Mg–0·2Sn) was recently undertaken. Although the preliminary data were encouraging, it was postulated that a refinement of the bulk alloy chemistry could yield additional gains. In the present work, the sintering response mechanical properties of this alloy were enhanced by making controlled adjustments in composition. The influence of the amount and raw powdered sources of copper, magnesium and tin were the principal variables investigated. Using XRD and metallographic examination, it was determined that a decrease in the copper content to 3·0 wt-% improved ductility significantly. Furthermore, the incorporation of magnesium as an elemental powder versus an Al–Mg master alloy improved sintering behaviour significantly, while tin additions up to 0·2 wt-% increased yield stress and hardness. The optimised alloy exhibited a threefold increase in ductility as well as a 25% gain in yield strength.

Présentement, il existe une grande demande dans l’industrie de l’automobile pour le développement d’alliages aluminium silicium qu’on peut obtenir par les techniques de métallurgie des poudres (PM). Ainsi, on a récemment entrepris une étude visant au développement d’un nouvel alliage hypoeutectique aluminium silicium (Al-6Si-4·5Cu-0·5Mg-0·2Sn) par PM. Bien que les données préliminaires soient encourageantes, on a postulé qu’un raffinement de la chimie de l’alliage brut pourrait produire des gains additionnels. Dans le présent travail, on a amélioré les propriétés mécaniques de la réponse au frittage de cet alliage en faisant des ajustements contrôlés de la composition. L’influence de la quantité et l’influence des sources de poudres brutes de cuivre, de magnésium et d’étain étaient les principales variables examinées. En utilisant la XRD et l’examen métallographique, on a déterminé qu’une diminution de la teneur en cuivre à une valeur de 3·0% en poids améliorait significativement la ductilité. De plus, l’incorporation du magnésium comme poudre élémentaire par rapport à un alliage maître d’Al-Mg améliorait significativement le comportement de frittage, alors que des additions d’étain jusqu’à 0·2% en poids augmentaient la limite élastique et la dureté. L’alliage optimisé exhibait une augmentation triple de la ductilité ainsi qu’un gain de 25% de la limite d’élasticité.     

The Recrystallization Behaviour of Zinc Alloys Containing Magnesium,Cadmium, Copper,Silver, Lead and Iron

Abstract

Small amounts of magnesium, cadmium, copper, silver, lead and iron were studied for their effect on the recrystallization rate of 99.999 per cent zinc. Additions of cadmium and magnesium as small as 0.02 atomic per cent markedly retarded recrystallization rate. The other additions had less influence than the h.c.p. solutes. Lead and iron, which are almost insoluble in zinc, had no effect on recrystallization rate.

Résumé

On a étudié l'influence de petites quantités de magnésium, cadmium, cuivre, argent, plomb et fer sur le taux de recristallisationdu zinc à 99.999 pour cent.

La vitesse de recristallisation fut nettement retardée en ajoutant aussi peu que 0.02 pour cent atomique de cadmium et magnésium.Les autres additifs eurent moins d'influence que les solutés à réseau hexagonal compact. Le plomb et le fer, qui sont presque insolubies dans la zinc, n'eurent aucun effet sur la vitesse de recristallisation.     

The Effect of Certain Surfactants on the Cementation of Cobalt From Zinc Sulphate Solutions By Suspended Zinc Particles in the Presence of Copper or Antimony

Abstract

The effect of surfactants nonylphenolpolyethylene glycol with molecular weight 900 (D1), dinaphthylmethane-4,4'-disulphonic acid (D2) and polyethylene glycol with molecular weight 400 (D3) on both cobalt-zinc dust cementation kinetics and the structure of obtained deposits was investigated in the presence of copper or antimony. The reaction of cobalt cementation was found not to follow first-order kinetics due to the hydrogen evolution which takes place along with cementation reaction.Two rate regions were observed. Surfactants D1 and D3 inhibit but D2 has no effect on cobalt cementation rate. Copper increases but antimony decreases cobalt deposition. On the other hand, the presence of antimony substantially increases the inhibition effect of D1 and D3 on cobalt cementation. A higher temperature improves cobalt cementation.

D1 and D3 inhibit antimony cementation.The effect of D1 is substantially higher and contributes to a large decrease of antimony deposition by zinc dust.

The influence of copper and antimony on the structure of obtained deposits is strikingly different. The presence of copper causes the deposition of coarser products containing massive formations of lamellar crystallites. The addition of antimony contributes to the formation of compact uniform layers of deposits with a low porosity on the surface of zinc particles. Surfactants D1 and D3 decrease the crystallite size and deposit porosity and their effect is substantially larger in the presence of antimony. The lowest porosity is found in the presence of both D1 and antimony.

According to the obtained results, the concentration of antimony during the cobalt cementation by zinc dust from the solutions containing surfactants D1 and D3 must be lower than that of copper.

On a étudié l'effet d'agents de surface sur la cinétique de cémentation de la poussière de cobaltzinc et sur la structure des dépôts obtenus, en présence de cuivre ou d'antimoine. Les agents étudiés incluent le glycol nonylphénolpolyéthylénique, avec un poids moléculaire de 900 (D1), l'acide dinaphthylméthane-4,4'-disulfonique (D2) et le polyéthylène-glycol, avec un poids moléculaire de 400 (D3). On a trouvé que la réaction de cémentation du cobalt ne suivait pas une cinétique de premier ordre à cause du dégagement d'hydrogène qui se produit en même temps que la réaction de cémentation. On a observé deux régions avec différents taux. Les agents de surface D1 et D3 inhibent le taux de cémentation du cobalt, mais le D2 n'a aucun effet sur celui-ci. Le cuivre augmente la formation de cobalt mais l'antimoine la réduit. D'un autre côté, la présence d'antimoine augmente substantiellement l'effet d'inhibition du D1 et du D3 sur la cémentation du cobalt. Une température plus élevée améliore la cémentation du cobalt.

Le D1 et le D3 inhibent la cémentation de l'antimoine. L'effet du D1 est substantiellement plus élevé, contribuant à une grande diminution de la formation d'antimoine par la poussière de zinc.

L'influence du cuivre et de l'antimoine sur la structure des dépôts obtenus est remarquablement différente. La présence de cuivre entraîne la formation de produits plus grossiers contenant des structures massives de cristallites lamellaires. L'addition d'antimoine contribue à la formation de couches uniformes compactes de dépôts ayant une faible porosité à la surface des particules de zinc. Les agents de surface D1 et D3 diminuent la taille de cristallite et la porosité du dépôt et leur effet est substantiellement plus important en présence d'antimoine. La porosité la plus faible se trouve en présence simultanée du D1 et de l'antimoine.

D'après les résultats obtenus, la concentration de l'antimoine, lors de la cémentation du cobalt par la poussière de zinc à partir de solutions contenant les agents de surface D1 et D3, doit être plus faible que celle de cuivre.     

The kinetics of magnesium vapour dissolution into pig iron

Abstract

Magnesium injections are used extensively in the iron and steel industry for the production of ductile iron, and for the desulphurization of blast furnace pig iron. However, little is currently known about the kinetic mechanisms involved in either of these two cases. In the present work, a magnesium vaporizer was used to inject pure magnesium vapour into 60-kg pig iron melts (1250°C) at rates of between 0.7 and 12 gm/min for bubbling periods of 20 to 60 minutes. The efficiency of magnesium dissolution ranged between 20 and 80%. A mass transfer model, based on single bubbles, was used, to interpret the results. In addition, residual magnesium concentrations following holding times of up to 60 minutes after bubbling compared reasonably well with those predicted on the basis of theoretical evaporation rates.

Résumé

L'injection de magnésium est utilisée intensivement dans l'industrie siderurgique pour la production de fonte ductile et pour la désulfuration de la fonte en gueuse provenant du haut-fourneau. Cependant, il y a présentement peu dapos;informations sur les mécanismes de réactions impliqués dans l'un ou l'autre des deux cas. Dans ce présent travail, un va porisateur de magnésium a été utilise afin d'introduire la vapeur de magnésium pur dans un bain de 60 kg de fonte liquide à 1250°C, a des taux variant entre 0.7 et 12 gn/min pour des durées d'injection variant de 20 à 60 minutes. L'efficacité de la dissolution du magnésium dans la fonte liquide était comprise entre 20 et 80%.

Un modele de transfert de masse a été utilisé pour interpréter les résultats. Il est à noter que les concentrations résiduelles de magnésium correspondant à des temps de bouillonnement allant jusqu'à 60 minutes se comparent raisonnablement bien avec les valeurs prédites théoriquement à partir des taux d' évaporation du Mg.     

EFFECT OF CERTAIN SURFACTANTS ON Co CEMENTATION USING Zn DUST IN THE PRESENCE OF BOTH Cu AND Sb

Abstract

The effect of surfactants nonylphenolpolyethylene glycol (D1), dinaphthylmethane-4,4′- disulphonic acid (D2) and polyethylene glycol with a molecular weight 400 (D3) added separately or as a mixture (D1+D2+D3) on Co-Zn dust cementation kinetics and morphology of obtained deposits was investigated in the presence of both Cu and Sb. The rate constant obtained in the presence of Cu and Sb was 3 to 5 times lower than that found in the presence of Cu and up to 3 times higher than that in the presence of Sb. This indicates a high inhibition effect of Sb on Co cementation. D1, D3 and D1+D2+D3 inhibit Co and Sb cementation. The highest effect was obtained in presence of D1. A decrease in the Sb concentration from 200 to 35 mg dm-3 at a constant Cu concentration increased Co cementation rate by up to 3 times despite the presence of D1+D2+D3. An increase of Sb concentration substantially decreased the crystallite size and deposit porosity.

On a investigué l’effet des agents surfactants nonylphénolpolyéthylène de glycol (D1), acide bisulfonique binaphthylméthane-4,4′ (D2) et glycol polyéthylénique avec poids moléculaire de 400 (D3), ajoutés séparément ou en un mélange (D1+D2+D3), sur la cinétique de cémentation de la poussière de Co-Zn et sur la morphologie des dépôts obtenus, tant en présence de Cu que de Sb. La constante cinétique obtenue en présence de Cu et de Sb était 3 à 5 fois plus basse que celle trouvée en présence de Cu et jusqu’à 3 fois plus élevée que celle en présence de Sb. Ceci indique un effet important d’inhibition du Sb sur la cémentation du Co. D1, D3 et D1+D2+D3 inhibent la cémentation du Co et du Sb. On a obtenu l’effet le plus important en présence de D1. Une diminution de la concentration de Sb de 200 à 35 mg dm-3 à une concentration constante de Cu augmentait le taux de cémentation du Co jusqu’à 3 fois en dépit de la présence de D1+D2+D3. Une augmentation de la concentration de Sb diminuait substantiellement la taille de cristallite et la porosité du dépôt.     

Freeze lining formation in continuous converting calcium ferrite slags. I

The initial freeze-lining growth rate in calcium ferrite slags at copper saturation is high and comparable to iron silicate slags. The entire freeze-lining layer is crystalline, from the cold end to its hot-face in contact with the molten slag. Industrial copper converting slags from a continuous flash converting furnace, processing solid high-grade matte to blister copper, generate a thin calcium sulphate bonding layer against the water-cooled metal surface during the very first minutes of the slag-to-cooling element contact. The rare solidification behaviour was observed using the water-cooled probe technique in rotating MgO crucibles, at slag temperatures of 1325°C when liquidus temperature of the flash converting slag was estimated to locate at about 1245°C. The body of the freeze lining is mostly composed of magnetite, various mixed calcium–copper ferrites and delafossite embedded in an intergranular phase of metallic copper and some copper oxide. The arsenic oxides dissolved in the slag are precipitated as solid calcium arsenates in the freeze lining.

La vitesse initiale de croissance du revêtement de gel des scories de ferrite de calcium saturées en cuivre est élevée et comparable à celle des scories de silicate de fer. Toute la couche du revêtement de gel est cristalline, de l’extrémité froide jusqu’à sa face chaude en contact avec la scorie fondue. Les scories industrielles de cémentation de cuivre d’un four éclair de cémentation en continu, transformant une matte solide de haute qualité en un cuivre ampoulé, engendrent une mince couche de liaison de sulphate de calcium contre la surface de métal refroidie à l’eau lors des toutes premières minutes du contact de la scorie avec l’élément de refroidissement. On a observé ce comportement rare de solidification en utilisant la technique de la sonde refroidie à l’eau dans des creusets de MgO en rotation. La température de la scorie était de 1325°C alors que la température de liquidus de la scorie de cémentation éclair était estimée à environ 1245°C. Le corps du revêtement de gel est composé principalement de magnétite, de diverses ferrites mélangées de calcium et cuivre et de délafossite, qui sont incluses dans une phase intergranulaire de cuivre métallique et d’un peu d’oxyde de cuivre. Les oxydes d’arsenic dissous dans la scorie sont précipités dans le revêtement de gel sous forme d’arséniates solides de calcium.     

Silicon reduction of alkali metal oxides of the type Na2O·Al2O3–xSiO2

Abstract

During the silicothermic production of magnesium from dolomite, alkali metals are produced. Assuming that these metals are present in the ore as complex oxides, the silicon reduction of the mineral nepheline syenite was examined.

This mineral was very resistant to reduction by silicon. At. 1150°C, reaction was 65% complete in seven hours. When MgO and CaO were added, the reaction was 50% complete in two hours. It is suggested that the magnesium gas produced by the reduction of MgO reduces the alkali metal silicate.

Résumé

Au cours de la préparation du magnésium par silicothermie il y a production de métaux du groupe alcalin. En faisant l'hypothese que ces métaux proviennent d'oxydes complexes compris dans le minerai il devenait intéressant d'examiner la réduction de la syénite néphélénique par sillcothermie.

Cette espèce minérale est très refractaire à la réduction par le silicium. A 1150°C la réaction était à 65 p. 100 complétée en sept heures. En présence de MgO et de CaO la réaction était à 50 p. 100 complétée en deux heures. Il semblerait que la vapeur de magnésium provenant de la réduction du MgO réduise le silicate du métal alcalin.     

Rhodium cementation from spent plating solution using Taguchi’s method

Abstract

The Taguchi method was used as the experimental design to determine the optimum conditions of cementation behaviour of the spent rhodium sulphate plating solution. Cementation was carried out using metallic zinc powder. The experimental conditions were studied in the range of 25–45°C for reaction temperature (A), 0·5–1·5 for pH of solution (B), 30–50 mg for zinc powder (C) and 30–60 min for reaction time (D). Experimental parameters and their levels were determined in the light of preliminary tests. An orthogonal array (OA) L₉3⁴ consisting of four parameters each with three levels, was chosen. The optimal conditions found for cementation of rhodium, such as: reaction temperature, pH of the solution, mass of zinc and reaction time are respectively: 45°C, 1·5, 50 mg and 60 min. A verification experiment was conducted under optimum conditions and it was found that theoretically calculated and experimentally obtained results were in good agreement at 99·98 and 99·95% respectively.

On a utilisé la méthode de Taguchi comme plan expérimental dans la détermination des conditions optimales du comportement de cémentation de la solution usée de sulfate de rhodium pour galvanoplastie. On a effectué la cémentation en utilisant de la poudre métallique de zinc. On a étudié les conditions expérimentales dans la gamme de 25 à 45°C pour la température de la réaction (A), 0·5 à 1·5 pour le pH de la solution (B), 30 à 50 mg pour la poudre de zinc (C) et 30 à 60 min pour la durée de réaction (D). On a déterminé les paramètres expérimentaux et leurs niveaux au moyen d’essais préliminaires. On a choisi un arrangement orthogonal (OA) L₉(3⁴) comprenant quatre paramètres, chacun à trois niveaux. Les conditions optimales de la cémentation du rhodium, incluant la température de réaction, le pH de la solution, la masse du zinc et la durée de réaction étaient respectivement de 45°C, 1·5, 50 mg et 60 min. On a effectué une expérience de vérification sous les conditions optimales et l’on a trouvé que les résultats calculés théoriquement et les résultats obtenus expérimentalement étaient en bon accord, avec 99·98 et 99·95% respectivement     

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.     

Al electrodeposition from chloroaluminate ionic liquid

Abstract

Cyclic voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy were used to investigate the mechanism of Al electrodeposition for an ionic liquid with a 2∶1 molar ratio of AlCl₃/[EMIM]Br (1-methyl-3-ethyl imidazolium bromide) at room temperature 25±1°C. Results indicated that the Al electrodeposition from this ionic liquid is a quasi-reversible process. Instantaneous nucleation with diffusion controlled growth of the Al electrode was demonstrated. The constant phase element was present in the electrical double layer, with α?=?0·37. The kinetic complications during the reaction may be attributed to the controlled cooperative processes of electron transfer and mass transport. The potential effects on the characteristics of Al deposits were evaluated by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Granular Al deposits could be obtained at a potential higher than ?0·45 V. Cubic featured Al deposits were obtained within the range of ?0·56 to ?0·88 V. The rough deposits began to show dendritic morphologies at a potential less than ?1·05 V.

On a utilisé les techniques électrochimiques de la voltampérométrie cyclique, de la chronoampérométrie et des spectres d’impédance électrochimique pour examiner le mécanisme d’électrodéposition de l’aluminium (Al) à partir d’un liquide ionique d’AlCl₃/[EMIM]Br de 2∶1 (rapport molaire) à la température de la pièce (25±1°C). Les résultats indiquaient que l’électrodéposition de l’Al à partir de ce liquide ionique était un procédé quasi réversible. On a mis en évidence la nucléation instantanée avec croissance contrôlée par diffusion de l’électrodéposition de l’Al. L’élément à phase constante (EPC) qui se produisait dans la couche électrique double montrait une valeur de α?=?0·37. On peut attribuer les complications cinétiques pendant la réaction aux procédés contrôlés en coopérative du transfert d’électron et du transport de masse. On a évalué les effets du potentiel sur les caractéristiques des dépôts d’Al au moyen de la microscopie électronique à balayage (SEM) et du diffractomètre à rayons X allemand (XRD). On a également observé que l’on pouvait obtenir un dépôt granuleux d’Al à un potentiel plus élevé que –0·45 V. On a obtenu des dépôts d’Al à caractéristique cubique dans la gamme de potentiel de –0·56 à ～ ?0·88 V. Les dépôts obtenus à un potentiel de moins que –1·05 V devenaient rugueux et commençaient à montrer des morphologies dendritiques.     

Wear resistance of coke-crushing hammers

Abstract

This work investigated several methods for improving the wear resistance of the 42CrMo4 tool steel used for coke-crushing hammers. The methods embraced heat treatment for obtaining different combinations of strength and ductility of the bulk steel, and surface-engineering processes comprising TiN thin-film deposition using magnetron-sputtering, nitriding and WC/Ni weld deposit surfaced by gas metal arc (GMA) method. The wear-resistance was tested under industrial conditions. Oil quenching and tempering significantly increased the wear resistance in comparison to the as-received condition. Conversely, nitriding and TiN-hard coating did not show any significant improvement. WC/Ni weld deposit provided the best protection against wear, which was caused predominantly by hard abrasive particles present in the coke.

Ce travail a examiné quelques méthodes d’amélioration de la résistance à l’usure de l’acier à outils 42CrMo4, utilisé pour les marteaux de broyage de coke. Les méthodes incluaient le traitement thermique pour l’obtention de combinaisons diverses de résistance et de ductilité de l’acier en vrac, ainsi que les procédés d’ingénierie des surfaces comprenant le dépôt de couche mince de TiN par pulvérisation au magnétron, la nitruration ainsi que le surfaçage par dépôt de soudure de WC/Ni par la méthode de soudure à l’arc sous gaz (GMA). On a évalué la résistance à l’usure en conditions industrielles. La trempe à l’huile avec revenu augmentait significativement la résistance à l’usure par rapport au métal brut d’usinage. Inversement, la nitruration, et le revêtement dur de TiN n’ont pas montré d’amélioration importante. Le dépôt de soudure de WC/Ni fournissait la meilleure protection contre l’usure, qui était principalement causée par les particules abrasives dures présentes dans le coke.     

Recovery of indium powders from indium chloride solutions by cementationa

A three-step, batch type recovery method was developed to produce indium powders from dilute indium chloride solutions prepared by dissolving indium tin oxide (ITO) electrodes from waste liquid crystal display (LCD) panels in concentrated hydrochloric acid (HCl) solutions. A 5–L batch process was used with individual experimental parameters for cementation, such as temperature and time, which were varied to optimise their effects on the physicochemical properties and purity of the recovered indium powders and the recovery rate. A validation experiment was performed by preparing indium bearing solutions in a 5–180 min kinetic study of indium cementation with aluminium in aqueous HCl solutions at 65°C. The indium powders obtained from the cementation processes were further characterised using various analytical tools, such as ICP/AES, X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). Cementation at 60°C for 10 min resulted in the optimal process efficiency, with a recovery rate and indium purity of 70 and 99·8% respectively. On a développé une méthode de récupération discontinue à trois étapes afin de produire des poudres d'indium à partir de solutions diluées de chlorure d'indium préparées en dissolvant des électrodes d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), provenant de panneaux d'affichage à cristaux liquides (LCD) de rebut, dans des solutions concentrées d'acide chlorhydrique (HCl). On a utilisé un procédé discontinu de 5 L avec paramètres expérimentaux individuels de cémentation, comme la température et la durée, que l'on variait afin d'optimiser leurs effets sur les propriétés physicochimiques et la pureté des poudres d'indium récupérées et sur le taux de récupération. On a effectué une expérience de validation en préparant des solutions porteuses d'indium dans une étude cinétique de 5 à 180 min de cémentation de l'indium avec de l'aluminium, dans des solutions aqueuses d'HCl à 65°C. On a ensuite caractérisé les poudres d'indium obtenues à partir des procédés de cémentation en utilisant divers outils analytiques, comme l'ICP/AES, la diffraction des rayons X (XRD), et la microscope électronique à balayage—spectroscopie à dispersion d'énergie (SEM-EDS). On a obtenu le rendement optimal du procédé par cémentation à 60°C pendant 10 min, avec un taux de récupération et une pureté de l'indium de 70 et 99·8%, respectivement.     

Interfacial morphologies between NiO–YSZ fuel electrode/316 stainless steel as interconnect material and B‐Ni3 brazing alloy in solid oxide fuel cell system: effect of joint loading during brazing

Abstract

Joining of NiO–YSZ composite with 316 stainless steel was carried out using B‐Ni3 brazing filler alloy (Ni–4·5Si–3·2B–0·06C–0·02P, wt‐%; melting point, 982–1038°C) and two samples were fabricated. On the one hand, interfacial (chemical) reactions during brazing at the NiO–YSZ/316 stainless steel interconnect were promoted only by addition of an electroless nickel plate to NiO–YSZ composite as a coating with relevant process variables and procedures optimised during the electroless nickel plating. On the other hand, moderate loading was applied during brazing normal to the joint surface where electroless nickel plate was coated previously to improve interfacial sealing of the NiO–YSZ cermet anode/316 stainless steel interconnect structure for use in a solid oxide fuel cell. A special fixture for static loading was designed for filler metal alloy strips to be preplaced at the joint surface where static loading was applied perpendicular to it for the promotion of liquid alloy layer formation during brazing. Brazing was performed in a cold wall vacuum furnace at 1080°C and post‐brazing examination of interfacial morphologies between NiO–YSZ composite and 316 stainless steel was performed using SEM and EDS analyses. The results indicate that B‐Ni3 brazing filler alloy was fused fully during brazing and continuous interfacial layer formation and joint integrity were significantly affected by applied static loading during brazing. The loading most probably contributed to promotion of the B‐Ni3 liquid phase formation in the joint. However, the thickness of the interface area remained almost the same at 100?μm for loaded and unloaded joints.

On a assemblé le composite NiO–YSZ avec l’acier inoxydable 316 en utilisant l’alliage d’apport de brasage B‐Ni3 (4·5% en poids Si, 3·2% en poids B, 0·06% en poids C, 0·02% en poids P, et le reste, Ni, point de fusion 982–1038°C) et l’on a fabriqué deux échantillons. D’un côté, on a stimulé les réactions interfaciales (chimiques) lors du brasage à l’interconnexion NiO–YSZ/acier inoxydable 316 uniquement par addition d’un revêtement autocatalytique de nickel au composite NiO/YSZ, les variables pertinentes du procédé et les procédures étant optimisées lors du dépôt autocatalytique de nickel. D’un autre côté, lors du brasage, on a appliqué une charge modérée, normale à la surface du joint, où l’on avait auparavant déposé le nickel autocatalytique, pour améliorer le scellement interfacial de la structure de l’interconnexion de l’anode cermet NiO–YSZ/acier inoxydable 316 pour utilisation dans une SOFC (pile à combustible à oxyde solide). On a créé un montage spécifique pour charge statique pour que les rubans d’alliage de métal d’apport soient préplacés à la surface du joint où la charge statique était appliquée perpendiculaire à celui‐ci pour promouvoir la formation d’une couche d’alliage liquide lors du brasage. On a effectué le brasage dans un four à vide à paroi froide à 1080°C et, après le brasage, on a examiné les morphologies interfaciales entre le composite NiO–YSZ et l’acier inoxydable 316 en utilisant les analyses de SEM et d’EDS. Les résultats indiquent que l’alliage d’apport de brasage B‐Ni3 était complètement fusionné lors du brasage et la formation d’une couche interfaciale, continue, ainsi que l’intégrité du joint étaient affectées significativement par la charge statique appliquée lors du brasage. La charge a fort probablement contribué à la promotion de la formation de la phase liquide de B‐Ni3 dans le joint. Cependant, l’épaisseur de la région d’interface demeurait presque la même à 100?μm pour les joints avec ou sans charge.     

Kinetic analysis of silicothermic process under flowing argon atmosphere

The Pidgeon process, a silicothermic reduction of calcined dolomite under vacuum, is the dominant process to make magnesium metal. Experimental data from Morsi et al., were utilised for kinetics analysis of silicothermic reduction of calcined dolomite under argon atmosphere. A number of kinetic models were assessed to evaluate the rate-controlling step in the process. The results suggest that the reaction is controlled by the solid-state diffusion of reactants with the Jander and Ginstling–Brounshtein model providing the best representation of the process kinetics. Mass transfer effects of magnesium vapour from the surface to the bulk gas phase was also analysed. These results suggest that gas–film mass transfer is not the limiting step of the kinetics. Pore diffusion through briquettes is postulated to have some effect on the kinetics but solid-state diffusion is the major rate-limiting step.

Le procédé Pidgeon, une réduction silicothermique sous vide de dolomie calcinée, est le procédé dominant de production de magnésium métallique. On a utilisé les données expérimentales de Morsi et al pour l’analyse cinétique de la réduction silicothermique de dolomie calcinée sous une atmosphère d’argon. On a estimé un certain nombre de modèles cinétiques afin d’évaluer l’étape du procédé cinétiquement limitante. Les résultats suggèrent que la diffusion à l’état solide des réactants contrôle la réaction, le modèle de Jander et Ginstling-Brounshtein fournissant la meilleure représentation de la cinétique du procédé. On a également analysé les effets du transfert massique de la vapeur de magnésium de la surface vers le c?ur de la phase gazeuse. Ces résultats suggèrent que le transfert de masse gaz-film n’est pas l’étape limitante de la cinétique. On postule que la diffusion par pore à travers les briquettes a un certain effet sur la cinétique mais la diffusion à l’état solide est l’étape majeure cinétiquement limitante.     

Microstructural investigation of controlled short circuiting gas metal arc welding deposited aluminium–lithium alloy

Controlled short circuiting gas metal arc welding (CSC-GMAW) was investigated as a potential solid freeform fabrication (SFF) process for AA2199. The low heat input of the CSC-GMAW process resulted in a cooling rate on the order of 840–3500°C s^?1 being realised during deposition. The solidification time was then calculated to range between 2–5 ms depending on the location within the weldment. The deposited material displayed a fine (4·3±1 μm) cellular structure, comparable to that previously reported for electron beam welding. Through comparison with the Kurz–Giovanola–Trivedi (KGT) model for microstructural development during solidification, the solidification front velocity (SFV) of the CSC-GMAW process was estimated to be ～2–4·5×10^?4 m s^?1. Chemical analysis revealed lateral segregation of copper to the cell walls. TOF-SIMS revealed a homogeneous lateral lithium distribution, however depth profiling displayed some extent of lithium enrichment at the surface of the deposited material.

On a examiné le soudage à l’arc sous protection gazeuse à court-circuit contrôlé (CSC-GMAW) comme processus potentiel de fabrication en forme libre solide (SFF) pour l’AA2199. Le faible débit de chaleur du processus de CSC-GMAW produisait une vitesse de refroidissement de l’ordre de 840 à 3500°C/s lors du dépôt. On a ensuite calculé que le temps de solidification variait de 2 à 5 ms, dépendant de l’emplacement dans la soudure. Le dépôt montrait une structure cellulaire fine (4·3±1 μm), comparable à la structure rapportée antérieurement pour le soudage par faisceau d’électrons. Par comparaison avec le modèle de Kurz–Giavanola–Trivedi (KGT) de développement de la microstructure lors de la solidification, on a estimé que la vélocité du front de solidification (SFV) du processus de CSC-GMAW était de ～2 à 4·5×10^?4 m s^?1. L’analyse chimique a révélé une ségrégation latérale du cuivre sur les parois de la cellule. TOF-SIMS a révélé une distribution latérale homogène du lithium, cependant le profilage en profondeur a exposé une certaine zone d’enrichissement en lithium à la surface du matériel déposé.     

A study of reduction and magnetic separation of iron from high iron bauxite ore

Abstract

The removal of iron as magnetite from a high iron bauxite ore was investigated by carbothermal reduction and magnetic separation. Thermodynamic calculations using HSC Chemistry 6·1 were utilised to determine the equilibrium compositions of the reaction products as a function of temperature and carbon additions. Under equilibrium conditions, the formation of hercynite (FeAl₂O₄) restricted the conversion of haematite to magnetite and the equilibrium calculations were adjusted so that the amount of hercynite was limited. Also, thermogravometric analysis and differential thermal analysis with evolved gas analysis tests were performed in order to elucidate the reduction reactions. Furthermore, high temperature reduction experiments were carried out in order to quantify the effects of processing time, temperature and carbon additions on the amount of the magnetic fraction. The degree of removal of the iron and the alumina recovery were determined. For a given set of conditions, the maximum iron removal as magnetite could only be achieved by quenching the reacted samples. The results demonstrated that at a reduction temperature of ～1073 K, ～58% of the iron could be removed in the magnetic fraction with an alumina recovery of ～85% in the non-magnetic fraction.

On a examiné l’enlèvement du fer sous forme de magnétite d’un minerai de bauxite à haute teneur en fer, au moyen de la réduction carbothermique et séparation magnétique. On a utilisé des calculs de thermodynamique avec ″HSC Chemistry 6·1″ pour déterminer les compositions d’équilibre des produits de la réaction en fonction de la température et des additions de carbone. Sous les conditions d’équilibre, la formation d’hercynite (FeAl₂O₄) restreignait la conversion d’hématite en magnétite et l’on a ajusté les calculs d’équilibre afin de limiter la quantité d’hercynite. On a également effectué des essais de TGA-DTA avec EGA afin d’élucider les réactions de réduction. De plus, on a exécuté des expériences de réduction à haute température afin de quantifier l’effet de la durée de traitement, de la température et des additions de carbone sur la quantité de fraction magnétique. On a déterminé le degré d’enlèvement du fer et de la récupération d’oxyde d’aluminium. Pour un ensemble donné de conditions, on peut obtenir l’enlèvement maximal de fer sous forme de magnétite seulement par trempe de refroidissement des échantillons réagis. Les résultats ont démontré qu’à une température de réduction d’environ 1073 K, on pouvait enlever environ 58% du fer dans la fraction magnétique, avec une récupération de l’oxyde d’aluminium d’environ 85% dans la fraction non magnétique.     

Freeze lining formation in continuous converting calcium ferrite slags. II

The heat transfer properties of freeze linings generated in laboratory conditions, by industrial calcium ferrite slags from a continuous copper matte flash converting furnace, have been studied in situ in the molten slag using a water cooled probe technique. The measured heat conductivity of the freeze lining formed, estimated from direct measurements in steady state conditions, was 8·0±1·5 W m^?1 K^?1. The obtained heat conductivity of the freeze lining is 50–100% higher than that of the iron silicate slag freeze linings. The calcium ferrite slag forms a fully crystalline freeze lining. Various ferrites and metallic copper develop the observed high heat conductivity when copper precipitated from the slag during solidification fills the intergranular cavities of the ferrite crystals tightly in forming the freeze lining layer.

On a étudié les propriétés de transfert de chaleur de revêtements de gel engendrés en laboratoire par des scories industrielles de ferrite de calcium, à partir d’un four éclair en continu de cémentation de matte de cuivre, dans la scorie fondue en utilisant la technique du capteur refroidi à l’eau. La conductibilité thermique mesurée du revêtement de gel formé, estimée par des mesures directes en conditions de régime permanent, était de 8·0±1·5 W m^?1 K^?1. La conductibilité thermique obtenue du revêtement de gel est de 50 à 100% plus élevée que celle des revêtements de gel de scorie de silicate de fer. La scorie de ferrite de calcium forme un revêtement de gel entièrement cristallin. Les différentes ferrites et le cuivre métallique développent la conductibilité thermique élevée observée lorsque le cuivre précipité à partir de la scorie pendant la solidification remplit hermétiquement les cavités intergranulaires des cristaux de ferrite dans la couche de revêtement de gel en formation.