Numerical Simulation of the Outokumpu Flash Smelting Furnace Reaction Shaft

Abstract

A mathematical model for simulating oxidation reactions of chalcopyrite particles together with momentum, heat and mass transfer between particle and gas phase in a flash smelting furnace reaction shaft is presented. In simulation, the equations governing the gas flow are solved numerically with a commercial fluid flow package, Phoenics. The particle phase is introduced into the gas flow by a Particle Source In Cell (PSIC)-technique. The chemical reactions of concentrate particles are assumed to happen at two sharp interfaces, and the shrinking core model is applied to describe the mass transfer of chemical species through the reaction product layer. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

On présenté un modèle mathématique de simulation des réactions d'oxydation de particules de chalcopyrite ainsi que du transfert de mouvement, de chaleur et de masse entre particule etphase gazeuse, dans une cuve de réaction d'un four de fusion a gaz chauds. Lors de la simulation, on resout numériquement les équations qui gouvernent l'écoulement de fluide. La phase-particule est introduite dans l'écoulement de gaz par une technique de “Source de particule dans la cellule” (Particle Source In Cell-PSIC). On assume que les réactions chimiques de particules de concentre se produisent à deux interfaces bien definies et on applique le modèle de noyau retrecissant pour decrire le transfert de masse des éspeces chimiques par l'intermediaire de la couche de produit de réaction. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

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.     

Electric resistivity of fine chromite ore: measurement and prediction

Abstract

Fine chromite ore is a common raw material used to produce ferrochrome alloy by submerged electric arc furnace process. The electric resistivity of fine chromite ore determines current distribution, which in turn, affects operation efficiency during the process. The effects of particle size and contact area of the particles on the electric resistivity of several types of chromite were investigated at room temperature. The relationship between the electric resistivity of mixed particles and the volume fraction of lump ore to fine ore was also studied. Contact resistivity decreases with increasing box-counting dimension. Finally, a ‘parallel connection circuit model’ for predicting the electric resistivity of the chromite mixture was developed. Results show that electric resistivity increases as particle size increases, and that the electric resistivity of the mixture decreases with increasing volume ratio of fine ore. The electric resistivity calculated by the parallel connection circuit model is consistent with measurements.

Le minerai fin de chromite est un matériau brut commun utilisé dans la production d’alliage de ferrochrome par le procédé du four électrique à arc submergé. La résistivité électrique du minerai fin de chromite détermine la distribution du courant, qui, à son tour, affecte l’efficacité de l’opération lors du procédé. On a examiné, à la température de la pièce, l’effet de la taille de particule et de l’aire de contact des particules sur la résistivité électrique de plusieurs types de chromite. On a également étudié la relation entre la résistivité électrique de particules mélangées et la fraction volumique du minerai en bloc par rapport au minerai fin. La résistivité par contact diminuait avec une augmentation de la dimension de boîtes. Finalement, on a développé un ″modèle de circuit à connexions en parallèle″ pour la prédiction de la résistivité électrique du mélange de chromites. Les résultats montrent que la résistivité électrique augmente avec une augmentation de la taille de particule et que la résistivité électrique du mélange diminue avec une augmentation de la densité relative de minerai fin. La résistivité électrique calculée au moyen du modèle de circuit à connexions en parallèle est en accord avec les mesures.     

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.     

High Temperature Oxidation of Copper and Copper Aluminum Alloys

Abstract

Small amounts of aluminum (1 to 3 wt% Al) were alloyed with copper to study oxidation resistance at high temperatures. Pure copper and the alloyed samples were oxidized from 700 to 1000 °C in air for various lengths of time. The oxidation rates of the samples increased with temperature. The oxidation rates of pure copper and the 1 wt% Al sample were found to follow parabolic rate law kinetics in the temperature range studied indicating diffusion controlled growth. The oxidation resistance of the 2 wt% Al alloy disappeared between 800 and 900 °C. It was found that the 3% Al-Cu samples oxidized at a rate 100 times lower than that of pure copper. The activation energy of copper oxidation at 122 kJ/mol was found to be very close to reported values.

On a allié de petites quantités d’aluminium (1 à 3% Al en poids) avec du cuivre afin d’étudier la résistance à l’oxydation à des températures élevées. On a oxydé le cuivre pur et les échantillons alliés entre 700 et 1000 °C, à l’air, sur des durées variées. Le taux d’oxydation des échantillons augmentait avec la température. On a trouvé que le taux d’oxydation du cuivre pur et celui de l’échantillon de 1% en poids d’Al suivaient une loi cinétique à taux parabolique dans le domaine de température étudié, indiquant une croissance contrôlée par la diffusion. La résistance à l’oxydation de l’alliage à 2% en poids d’Al disparaissait entre 800 et 900 °C. On a trouvé que les échantillons de 3% Al-Cu s’oxydaient à un taux 100 fois plus faible que celui du cuivre pur. L’énergie d’activation de l’oxydation du cuivre, à 122 kJ/mol, se rapproche des valeurs rapportées.     

Heat Transfer Modelling of the Melting of Solid Particles in an Agitated Molten Metal Bath

Abstract

The melting of solid particles in stagnant melt such as the melting of iron pellets in an electric arc-furnace has been the subject of many investigations. However, little work can be found in the literature about the modelling of heat transfer during the melting of solid particles in an agitated molten metal bath. The present work deals with the development of a heat transfer model for the melting of the solid pellets in a stirred melt, as melting in induction furnaces or gas-stirred vessels. First, the flow pattern in the liquid bath was obtained using a two-equation k–ε turbulent flow model which was further employed to obtain the particle's trajectory and its slip velocity. The heat transfer coefficient between the melt and particle was then calculated and used in the model to identify the rate of heat transfer to the particle. Parametric studies were carried out to evaluate the effects of such parameters as physical properties of particle and those of the melt on the melting rate of particle. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

La fonte de particules solides dans un liquide stagnant, telle que la fonte de boulettes de fer dans un four à arc électrique, a été le sujet de plusieurs investigations. Cependant, on trouve peu d'information dans la litterature sur la modélisation du transfert de chaleur lars de la fonte de particules solides dans un bain agite de métal fondu. Le present travail a pour objet le développement d'un modèle de transfert de chaleur de la fonte de boulettes solides dans un liquide agité, telle que la fonte dans les fours a induction ou les réacteurs à agitation gazeuse. Premièrement, on a obtenu le patron d'écoulement dans le bain liquide en utilisant un modèle d'écoulement turbulent à deux equations, k–ε, également utilisé pour obtenir la trajectoire de la particule et sa vélocité de glissement. On a ensuite calculé le coefficient de transfert de chaleur entre le liquide et la particule et on l'a utilisé dans le modéle pour identifier le taux de transfert de chaleur vers la particule. On a mene des etudes paramétriques afin d'evaluer l'effet de parametres tels que les proprietes physiques de la particule et celles du liquide sur le taux de fonte de la particule. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Sintering and Ferrite Formation During High Temperature Roasting of Sulfide Concentrates

Abstract

The newly developed toroidal fluidized bed reactor has potential for improving sulfide roasting efficiency due to its unique and good mass/heat transfer characteristics. To achieve effective roasting at high temperature using the toroidal fluidized bed reactor, engineering issues associated with sintering and ferrite formation are investigated in this study by roasting industrial sulfide concentrates of zinc and copper. Laboratory tests are conducted at 800–1100°C by using an electric tube furnace under controlled roasting conditions. The test program is based on statistical design, and the products are characterized by XRD, SEM and EDX. It is revealed that the oxygen concentration plays an important role in promoting roasting. Roasting temperatures higher than 950°C do not favor roasting conversion due to the sintering of sulfide particles which inhibits oxygen diffusion into the particle core. Close contact of the oxidized particles favors the atomic interdiffusion between particles, leading to the formation of undesired zinc ferrite. Roasting in toroidal fluidized bed reactor results in zinc calcines with increased surface area and reduced zinc ferrite formation, thus improving zinc recovery. © 2000 Published by Elsevier Science Ltd on behalf of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy. All rights reserved.

Résumé

Le réacteur toroïdal à lit fluidisé, développé récemment, a le potentiel d'améliorer l'efficacité du grillage du sulfure à cause de ses caractefristiques uniques de bon transfert de masse/chaleur. Afin d'obtenir un grillage efficace à haute température avec le reacteur toroïdal à lit fluidisé, on a examiné,dans cette étude, des questions d'ingénierie associées avec le frittage et la formation de ferrite, en grillant des concentrés industriels de sulfure de zinc et du cuivre. On a effectué des épreuves de laboratoire entre 800–1100°C avec une fournaise électrique tubulaire sous conditions controlées de grillage. Le plan d'évaluation est basé sur la conception statistique. On a caratérisé les produits par XRD, SEM et EDX. On revele que la concentration d'oxygene joue un role important dans l'activation du grillage. Les temperatures de grillage de plus de 950°C ne favorisent pas la transformation du grillage à cause du frittage des particules de sulfure, ce qui inhibe la diffusion d'oxygene au coeur de la particule. Le contact etroit entre les particules oxydees favorise l'inter-diffusion atomique entre les particules, conduisant à la formation de ferrite de zinc indesirable. Le grillage dans le reacteur toroidal à lit fluidise resulte en zinc de calcination ayant une plus grande superficie et en une réduction de la formation de ferrite de zinc, améliorant ainsi la récuperation du zinc. © 2000 Published by Elsevier Science Ltd on behalf of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy. All rights reserved.     

Effect of mechanical activation on carbothermal reduction of chromite with graphite

Abstract

The carbothermal reduction of mechanically activated chromite with graphite under an argon atmosphere was investigated at temperatures between 1100 and 1400°C and the effects of the mechanical activation on chromite structure were analysed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and specific surface area measurement. An increase in specific surface area resulted in more contact points. The activation procedure led to amorphisation and structural disordering in chromite, and accelerated the degree of reduction and metallisation in the mixture of chromite and graphite.

On a effectué une investigation de la réduction carbothermique avec du graphite, de la chromite activée mécaniquement, en atmosphère d’argon, à des températures entre 1100 et 1400°C, et l’on a analysé les effets de l’activation mécanique sur la structure de la chromite par diffraction des rayons x, par microscopie électronique à balayage et par mesure de la surface spécifique. Une augmentation de la surface spécifique résultait en des points de contact plus nombreux. La procédure d’activation menait à une structure plus amorphe et en désordre de la chromite et accélérait le degré de réduction et de métallisation dans le mélange de chromite et de graphite.     

Effect of pulp rheology on flotation of nickel sulphide ore with fibrous gangue particles

Abstract

Tests are carried out with suspensions of fibrous chrysotile particles and nickel sulphide ore containing chrysotile as a gangue. They corroborate published results, and indicate a very strong effect of particle shape on slurry rheology. Such suspensions exhibit time dependent properties. The flotation tests revealed that the viscosity of this system strongly affects flotation performance. At a solids concentration of 15–20% (w/w), the concentrate yield increases and the concentrate grade dramatically declines. This deterioration is observed when the Casson yield stress exceeds 1·5–2 Pa. The tests imply that the rheological properties of the investigated system are mainly determined by fibrous components. However, because of the presence of anisotropic mineral particles, the effect of particle–particle interactions cannot be separated from the effect of particle shape in this system.

On effectue des essais avec des suspensions de particules fibreuses de serpentine et de minerai de sulfure de nickel contenant de la serpentine comme gangue. Ces essais confirment les résultats publiés et indiquent un effet très prononcé de la forme des particules sur la rhéologie de la boue. De telles suspensions exhibent des propriétés dépendantes du temps. Les essais de flottation ont révélé que la viscosité de ce système affecte grandement le rendement de la flottation. À une concentration en solides de 15 à 20% (poids/poids), la production de concentré augmente et la qualité du concentré décline dramatiquement. Cette détérioration est observée lorsque la contrainte de Casson excède 1·5 à 2 Pa. Les essais impliquent que les propriétés rhéologiques du système étudié sont déterminées principalement par les composantes fibreuses. Cependant, à cause de la présence de particules minérales anisotropes, on ne peut pas séparer l’effet des interactions particule-particule de l’effet de la forme des particules dans ce système.     

A study of bioflotation of chalcopyrite and pyrrhotite mixtures in presence of L. ferrooxidans

Abstract

The objective of this work was to determine the behaviour of chalcopyrite (Cp) and pyrrhotite (Po) in microflotation tests using pure minerals and mixtures in the presence of Leptospirillum ferrooxidans. Tests were carried out in the presence and absence of an unconventional collector, isopropyl ethyl thionocarbamate. The results indicate that chalcopyrite and pyrrhotite act differently alone than in a mixture which means the presence of pyrrhotite inhibits chalcopyrite recovery. For chalcopyrite, the flotation rate significantly increases in the presence of bacteria in the first 10 min of contact which is an indication of a first order kinetic equation. The results in the presence of an unconventional collector suggest that the interaction between mineral and thionocarbamate is chemical and not due to the galvanic effect.

L’objectif de ce travail consistait à déterminer le comportement de la chalcopyrite (Cp) et de la pyrrhotite (Po) dans des essais de microflottation utilisant des minéraux purs et des mélanges, en présence de L. ferrooxidans. Les essais étaient effectués en présence et en absence d’un collecteur non conventionnel, l’isopropyle éthyle thionocarbamate. Les résultats indiquent que la chalcopyrite et la pyrrhotite agissent différemment seuls que lorsque dans un mélange, ce qui signifie que la présence de pyrrhotite inhibe la récupération de la chalcopyrite. Pour la chalcopyrite, la vitesse de flottation augmente significativement en présence de bactéries dans le premier 10 minutes de contact, ce qui est une indication d’une équation cinétique de premier ordre. Les résultats en présence d’un collecteur non conventionnel suggèrent que l’interaction entre le minéral et le thionocarbamate est chimique et n’est pas due à l’effet galvanique.     

Microbial depyritisation of three different coals by Acidithiobacillus ferrooxidans in a batch stirred tank reactor

Abstract

The present study aimed to investigate the depyritisation potential of Acidithiobacillus ferrooxidans on two different types of coals, namely lignite and anthracite collected from three different countries (Korea, China and Indonesia). The experimental work was conducted on a batch mode in a stirred tank reactor. All the batch biooxidation of pyrite in the different coal samples were conducted in a pH controlled condition (pH?=?1·5). The growth medium employed for the batch biooxidation of pyritic coal was free from iron supplement. At. ferrooxidans oxidised mineral pyrite of Korean anthracite at a greater rate (98%) compared to 96 and 92% of pyrite oxidation for Indonesian and Chinese lignite respectively. The ratio of bioleach residue to the feed was reasonably good with range of 8·56–9·06 stating the net mass loss of 9–14. Coal depyritisation was carried out by the available Fe³⁺ ion in the inoculum producing Fe²⁺ ion as a product and this Fe²⁺ ion was further oxidised to Fe³⁺ ion by At. ferrooxidans. This Fe³⁺ ion produced by At. ferrooxidans continued the oxidation of the residual pyrite in the coal until all pyrite content was oxidised completely. The three different coals were found to be feasible for biological depyritisation of the coal could be scaled up for further studies in a continuous stirred tank bioreactor.

L’étude présente avait pour but d’examiner le potentiel d’enlèvement de la pyrite par Acidithiobacillus ferrooxidans dans deux types de charbons, soit le lignite et l’anthracite, récoltés dans trois pays, soit la Corée, la Chine et l’Indonésie. On a effectué le travail expérimental dans un mode en vrac, dans un réacteur agité. On a effectué toute la bio-oxydation en vrac de la pyrite des échantillons de charbon à un pH contrôlé de 1·5. Le médium de croissance utilisé pour la bio-oxydation en vrac du charbon pyritique ne contenait pas de supplément de fer. At. ferrooxydans oxydait le minerai de pyrite de l’anthracite coréen en plus grande proportion (98%) que l’oxydation de la pyrite du lignite indonésien (96%) ou chinois (92%), respectivement. Le rapport de résidu de biolixiviation à l’alimentation était raisonnablement bon, avec une gamme de 8·56 à 9·06, établissant la perte de masse nette de 9 à 14. L’enlèvement de la pyrite du charbon était effectué par l’ion Fe³⁺ disponible dans l’inoculum, donnant lieu à l’ion Fe²⁺ comme produit et cet ion Fe²⁺ était davantage oxydé en ion Fe³⁺ par At. ferrooxidans. Cet ion Fe³⁺ produit par At. ferrooxidans continuait l’oxydation de la pyrite résiduelle dans le charbon jusqu’à ce que toute la pyrite soit complètement oxydée. On a trouvé qu’il était possible d’effectuer l’enlèvement biologique de la pyrite des trois charbons et d’augmenter l’échelle pour des études futures dans un bioréacteur en continu agité.     

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.     

Role of ferric ions in bioleaching of uranium from low tenor Indian ore

Abstract

The role of biogenic ferric ions in leaching of uranium by Acidithiobacillus ferrooxidans from a low grade ore of Turamdih mines, India, has been investigated. Using the enriched culture of bacterial isolate containing mainly A. ferrooxidans from the source mine water, biorecovery of 98% uranium at 20% (w/v) pulp density, pH 1·7 and 35°C temperature using <76 μm particles in 40 days was obtained. The effect of temperature on bioleaching of uranium showed higher recovery at 35°C. The uranium dissolution was facilitated by iron(III) available in the leach liquor because of bacterial oxidation of pyrite and chemical dissolution of magnetite present in the ore under acidic conditions. The biogenically generated Fe(III) ions enhanced uranium dissolution from the uraninite ore. The bioleaching of uranium appeared to follow a chemical control kinetic model with the reaction of lixiviant, Fe(III) and acid on the surface of the solid in the temperature range 25–35°C. Phase identification by XRD and the study of surface morphology of the ore and the residue by SEM study corroborated the above mechanism of uranium leaching.

On a étudié le rôle des ions ferriques biogènes dans la lixiviation de l’uranium par A. ferrooxidans d’un minerai pauvre des mines de Turamdih, en Inde. En utilisant la culture enrichie d’isolat bactérien contenant principalement Acidithiobacillus ferrooxidans de l’eau de source de la mine, on a obtenu une biorécupération de 98% d’uranium à 20% de densité de la pulpe (poids/vol), avec un pH de 1·7 et une température de 35°C, en utilisant des particules de <76 μm, en 40 jours. L’effet de la température sur la biolixiviation de l’uranium montrait une récupération plus élevée à 35°C. La dissolution de l’uranium était facilitée par le fer(III), disponible dans la liqueur de lixiviat grâce à l’oxydation bactérienne de la pyrite et à la dissolution chimique de la magnétite présentes dans le minerai en conditions acides. Les ions Fe(III) engendrés biogéniquement augmentaient la dissolution de l’uranium du minerai d’uraninite. La biolixiviation de l’uranium semblait suivre un modèle cinétique à contrôle chimique avec la réaction du lixiviant – Fe(III) et de l’acide à la surface du solide dans la gamme de température de 25 à 35°C. L’identification de phase par XRD et l’étude de la morphologie de la surface du minerai et du résidu par étude au SEM corroboraient le mécanisme ci-dessus de lixiviation de l’uranium.     

Effects of some solid lubricant particles and their concentration in oil towards controlling wear performance of leaded tin bronze bush

Abstract

This investigation pertains to the examination of the sliding wear response of a leaded tin bronze bush as influenced by the changing content of solid lubricants such as talc, graphite and lead when mixed with oil. Wear tests were performed to determine the wear loss, frictional heating and friction coefficient. Characteristics of wear surfaces and subsurface regions threw light on the operating wear mechanisms and further substantiated the observed wear behaviour. The solid lubricants were noted to significantly influence the overall performance of the samples wherein their content produced an identical trend while their type and structure showed a mixed effect.

Cette étude a trait à l’examen de la réponse à l’usure par glissement d’une bague de palier de bronze à l’étain au plomb, influencée par la teneur changeante de lubrifiants solides comme le talc, le graphite ou le plomb, lorsque mélangés avec de l’huile. On a effectué des essais d’usure afin de déterminer la vitesse d’usure, le chauffage dû à la friction et le coefficient de friction. Les caractéristiques des surfaces d’usure et des régions sous la surface ont permis de comprendre les mécanismes d’usure et de substantifier davantage le comportement à l’usure observé. On note que les lubrifiants solides influencent significativement le rendement global des échantillons là où leur concentration produisait une tendance identique alors que leur type et leur structure montraient un effet mixte.     

Fuzzy logic model of lime enhanced hydrogen reduction of cuprous sulphide

Traditional methods for metal extraction from sulphide minerals cause environmental pollutions. In recent decades, direct hydrogen reduction in the presence of lime has attracted an increasing attention among metal-sulphide separation methods. This study aimed to represent an alternative technique for the modelling lime enhanced direct hydrogen reduction process with a fuzzy logic model. The focus of this paper is to find a well defined relationship among the vital variables including bulk temperature, ratio of molar quantities of the solid reactants, pellet diameter, porosity, sulphide particle size, weight loss of the pellet, sulphur fixation in the pellet, and reaction completion time using a fuzzy logic model scheme. Finally, the results predicted by the fuzzy logic model were evaluated and validated against a mathematical model and experimental data.

Les méthodes traditionnelles d’extraction du métal à partir de minéraux sulfureux engendrent une pollution environnementale. Dans les dernières décennies, on a porté une plus grande attention à la réduction directe de l’hydrogène en présence de chaux, parmi les méthodes de séparation du métal-sulfure. Cette étude avait pour but de représenter une technique de rechange pour la modélisation du procédé de réduction directe de l’hydrogène, augmentée par la chaux, au moyen d’un modèle de logique floue. Le point central de cet article est de trouver une relation bien définie parmi les variables vitales, incluant la température globale, le rapport des quantités molaires des réactants solides, le diamètre des boulettes, la porosité, la taille de particule du sulfure, la perte de poids de la boulette, la fixation du soufre dans la boulette et le temps d’exécution de la réaction en utilisant un schéma de modèle de logique floue. Finalement, on a évalué et validé les résultats prédits par le modèle de logique floue contre un modèle mathématique et des données expérimentales.     

Roasting in extractive metallurgy a thermodynamic and kinetic review

Abstract

Selected papers are reviewed in both the ferrous and nonferrous fields of extractive metallurgy, to il1ustrate recent developments in the theory and practice of roasting. Attention is confined primarily to solid-gas and liquid-gas systems, which are considered from both their thermodynamic and kinetic aspects.

The thermodynamics section of this review includes studies of sulphide mineral vapourization, matte oxidation, selective sulphation roasting and the chlorination of sulphides. The use of various thermodynamic diagrams is illustrated. The kinetics section includes rate studies on oxidation, reduction, sulphation and chlorination processes and discussions of some of the proposed mechanisms and rate-controlling steps which are common to many of these processes.

Newer developments in chemical transport, plasmas and computer models are mentioned.

Résumé

Pour souligner les plus récents développements théoriques et pratiques ayant trait aux procédés de grillage, une revue bibliographique a été effectué tant dans le domaine de la métallurgie extractive des ferreux que des non-ferreux. Elle porte d'abord et avant tout sur les aspects concernant la thermodynamique et la cinétique des systémes solide-gaz et liquides-gaz. Dans la partie thermodynamique de cette revue, sont relevées des études ayant trait à la volatilisation de minerais sulfurés, l'oxydation des mattes, le grillage sulfatant selectif et la chlorination des sulfures. L'utilisation de divers diagrammes pour faire la corrélation des données thermodynamiques y est illustrée. Les aspects de la cinétique qui ont été retenus portent sur l'étude du taux des processus d'oxydation, de réduction, de sulfatation et de chlorination et sur la discussion de certains mécanismes et de certaines étapes communes à ces processus et susceptibles d'influehcer le taux global de réaction.     

Extractive metals from metallic powders recovered from waste printed circuit boards

Leaching behaviours of metallic powders were investigated using electrically generated chlorine at the anode chamber containing sulphuric acid solution, NaCl and CuSO₄. Various parameters, which included the solid/liquid ratio, current density, concentration of NaCl, CuSO₄, and H₂SO₄, leaching temperature, particle size, and stirring speed, were studied to understand the mechanism of leaching metallic powders. The capability of dissolved metallic powders increased with the increase in all parameters except the solid/liquid ratio. Leaching metallic powders were transport-controlled with a low activation energy of 14·7 kJ mol^?1. The dissolved copper could be transferred from the anodic chamber to the middle chamber by solvent extraction technology. In the electric field, copper ions are transferred from the middle chamber to the cathodic chamber through a cation exchange membrane (CEM) and electrodeposited to form copper foils. The tensile strength and elongation percentage of 65 μm-thick copper foils were 276 Mpa and 10·66%, respectively. The utilisation of metallic powders recovered from waste PCBs (WPCBs) could produce high-performance copper foil.

On a examiné le comportement de lixiviation de poudres métalliques en utilisant du chlore engendré par électricité dans la chambre de l’anode contenant une solution d’acide sulfurique, du NaCl et du CuSO₄. On a étudié une variété de paramètres, incluant le rapport solide à liquide, la densité de courant, la concentration de NaCl, de CuSO₄ et d’H₂SO₄, la température de lixiviation, la taille de particule et la vitesse d’agitation, afin de comprendre le mécanisme de lixiviation des poudres métalliques. La capacité des poudres métalliques dissoutes augmentait avec l’augmentation de tous les paramètres, sauf le rapport solide à liquide. Les poudres métalliques de lixiviation étaient contrôlées par le transport, avec une faible énergie d’activation de 14·7 kJ/mol. On pouvait transférer le cuivre dissous de la chambre anodique à la chambre du milieu au moyen de la technologie d’extraction par solvant. Dans un champ électrique, les ions de cuivre étaient transférés de la chambre du milieu à la chambre cathodique par une membrane d’échange de cation et étaient déposés par galvanoplastie pour former des feuilles de cuivre. La résistance à la traction et le pourcent d’élongation de feuilles de cuivre de 65 μm d’épaisseur étaient respectivement de 276 MPa et de 10·66%. Les poudres métalliques récupérées de cartes de circuit imprimé de rebut pourraient produire une feuille de cuivre à haute performance.     

Calculations of Thermodynamic Equilibria in Lead Sulfide Surface–Thiol Collector Systems,Part I: Ethyl Xanthate Ion as Collector

Abstract

The chemisorption of ethyl xanthate ion on lead sulfide surface is examined by means of thermodynamic calculations with special attention to the surface behavior. The calculations are based on balance equations written in terms of equilibrium constants and solved to determine the surface coverage and the concentrations of various species under different conditions. The calculations cover various ways of regulating the chemisorption such as the addition of oxygen, sodium sulfide, sulfuric acid, and sodium hydroxide, the evaporation of hydrogen sulfide, and change in the initial concentration of the collector.

Résumé

On étudie la chemisorption de l'ion éthyl xanthate sur la surface du sulfure de plomb par calculs thermodynamiques, en s'intéressant particulièrement au comportement de la surface. On base les calculs sur des équations de bilan fondées sur des constantes d'équilibre et résolues afin de déterminer le degré de recouvrement des surfaces et les concentrations des diverses espèces à différents conditions. Les calculs recouvrent plusieurs facns d'influencer la chemisorption, tels l'addition d'oxygène, de sulfure de sodium, d'acide sulfurique, d'hydroxyde de sodium, l'évaporation de sulfure d'hydrogène, et la variation de la concentration initiale de collecteur.     

Deformation Twinning in Iron Alloys Containing Dispersed Particles

Abstract

Acoustic emission has been used to detect the onset of twinning in iron polycrystals containing dispersions of second phase particles. A new explanation of the grain size dependence of the twinning stress is offered based on the grain size dependence of the twinning intensity. The grain size dependence of the initial twinning stress and the 0.2 % offset stress are similar; however, at larger grain sizes the rate of twin formation is higher which leads to anomalously large values for the grain size dependence of the macroscopic twinning stress.

Twinning appears to occur due to the attainment of a large local stress concentration and thus the twinning stress is independent of the dispersion of second phase particles although the density of twins may differ in single phase and two phase materials and large second phase particles may result in twin fragmentation. The results indicate major differences between the influence of second phase particles and deformation by slip and twinning.

Résumé

On a utilisé l'émission acoustique pour détecter le début du mâclage dans des polycristaux de fer contenant une seconde phase sous la forme de particules dispersées. On propose une nouvelle explication de la relation entre la contrainte de mâclage et la taille de grain, explication fondée sur la relation entre la taille de grain et l'intensité du mâclage. La contrainte initiale de mâclage et la contrainte à 0.2 % d'allongement ont, avec la taille de grain, des relations similaires. Cependant, pour des tailles de grain élevées, le taux de formation des mâcles est plus élevé et ceci conduit à des valeurs anormalement élevée pour la relation entre la taille de grain et la contrainte macroscopique de màclage.

Il semble que l'apparition du mâdage est due à l'existence de grandes concentrations de contraintes locales et que la contrainte de mâclage est indépendante de la dispersion des particules d'une seconde phase quoique la densité des mâcles peut être différente dans des matériaux à une phase ou deux phases et que les grandes particules d'une seconde phase peuvent causer la fragmentation des mâcles. Les résultats indiquent qu'il existe des différences majeures entre l'influence de particules d'une seconde phase et la déformation par mâclage et glissement.     

Austenite particle coarsening and delta-ferrite grain growth in model Fe–Al alloy

Abstract

The grain growth kinetics of delta-ferrite was investigated in a model Fe–Al alloy in which a small volume fraction of austenite particles is used to control grain growth. The specimens were heated to different temperatures in the two phase (delta-ferrite+austenite) region and held for times between 5 min and 288 h followed by water quenching. The coarsening kinetics of the austenite particles could be described both in terms of bulk (t^1/3) and grain boundary (t^1/4) diffusion. The growth of the delta-ferrite grains was dominated by the pinning effect of the austenite particles. When the particle pinning pressure was much larger than the driving force for grain growth, the growth of delta-ferrite grains was completely pinned. Under conditions in which the particle pinning force and the driving force for grain growth were comparable, ferrite grain growth occurred at a rate which is proportional to the rate of coarsening of the austenite particles. When the particle pinning force is smaller than the driving force, grain growth occurs at a rate which is lower than that expected without pinning.

On a examiné la cinétique de croissance de grain de ferrite delta dans un alliage modèle de Fe-Al dans lequel une petite fraction volumique de particules d’austénite est utilisée pour contrôler la croissance de grain. On a chauffé les échantillons à différentes températures dans la région à deux phases (ferrite delta + austénite) et on les a maintenus pour des durées allant de 5 minutes à 288 heures, puis on les a trempés à l’eau. On pourrait décrire la cinétique de grossissement des particules d’austénite tant en fonction de la diffusion volumique (t^1/3) que de la diffusion aux joints de grain (t^1/4). La croissance des grains de ferrite delta était dominée par l’effet d’épinglage des particules d’austénite. Lorsque la pression d’épinglage de particule était beaucoup plus grande que la force motrice pour la croissance de grain, la croissance des grains de ferrite delta était entièrement épinglée. Dans les conditions où la force d’épinglage de particule et la force motrice pour la croissance de grain étaient comparables, la croissance de grain de ferrite se produisait à une vitesse proportionnelle à la vitesse de grossissement des particules d’austénite. Lorsque la force d’épinglage de particule était plus petite que la force motrice, la croissance de grain se produisait à une vitesse plus faible que la vitesse sans épinglage.