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.     

RECOVERY OF RARE EARTHS FROM THE SPENT OPTICAL GLASS BY HYDROMETALLURGICAL PROCESS

Abstract

A hydrometallurgical process involving conversion of rare earths to hydroxides with sodium hydroxide, leaching of the hydroxides by hydrochloric acid, purification of pregnant liquor by selective precipitation and separation of rare earths chlorides by means of solvent extraction using D2EHPAin kerosene as an extractant is developed to recover rare earths (RE) from the spent optical glass containing lanthanum, yttrium and gadolinium. The influence of NaOH concentration, liquid to solid ratio, temperature and time on the conversion of products is investigated by means of an X-ray diffractometer and inductively coupled plasma atomic emission spectrophotometer. The dependence of the RE leaching ratio on HCl concentration, liquid to solid ratio, temperature and time is also examined. Subsequently, the effect of operating parameters in the extraction, scrubbing and stripping on the separation of rare earths is investigated as well. The results show that by using the integrated process, 99.95% pure individual lanthanum chloride solution containing 31.76 g/L La with total recovery of 93.58%, 98.65% pure individual yttrium chloride solution containing 11.45 g/L Y with total recovery of 97.59% and 95.18% pure individual gadolinium chloride solution containing 5.58 g/L Gd with total recovery of 93.61% are obtained.

On développe un traitement par hydrométallurgie pour récupérer les lanthanides (RE) du verre optique usé contenant du lanthane, de l’yttrium et du gadolinium. Ce traitement implique la transformation de lanthanides en hydroxydes avec de l’hydroxyde de sodium, la lixiviation des hydroxydes par de l’acide chlorhydrique, la purification de la liqueur sursaturée par précipitation sélective et séparation des chlorures de lanthanides au moyen de l’extraction par solvant, en utilisant du D2EHPA dans du kérosène comme agent d’extraction. On étudie l’influence de la concentration du NaOH, du rapport de liquide à solide, de la température et de la durée sur la transformation des produits, au moyen d’un diffractomètre à rayons X et d’un spectrophotomètre à émission d’atome couplé à un plasma inductif. On examine également la dépendance du taux de lixiviation des lanthanides sur la concentration de HCl, sur le rapport de liquide à solide et sur la température et la durée. Subséquemment, on étudie également l’effet des paramètres de service lors de l’extraction, de la purification et du lavage sur la séparation des lanthanides. Les résultats montrent qu’en utilisant le traitement intégré on obtient une récupération totale de 93.58% La pour une solution individuelle pure à 99.95% de chlorure de lanthane contenant 31.76 g/L La, une récupération totale de 97.59% Y pour une solution individuelle pure à 98.65% de chlorure d’yttrium contenant 11.45 g/LY et une récupération totale de 93.61% Gd pour une solution individuelle pure à 95.18% de chlorure de gadolinium contenant 5.58 g/L Gd.     

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.     

RESIDENCE TIME OF METAL DROPLETS IN SLAG-METAL-GAS EMULSIONS THROUGH TOP GAS BLOWING

Abstract

A mathematical model for evaluating the residence time of metal droplets in slag-metal-gas emulsions through top gas blowing is proposed. The model is based on the equation of accelerated moving bodies in a moving fluid. The parameters used in the model are based on the available data from both room and high temperature experiments. Using the proposed model provides a formal way to extend the experimental results of the residence time of the droplets for an evaluation of the conditions in an industrial furnace. This connects theoretical understanding, experimental results and plant data in to a coherent and quantitative model of the process.

On propose un modèle mathématique pour évaluer le temps de séjour de gouttelettes de métal dans des émulsions de scorie–métal–gaz par soufflage de gaz vers le haut. Le modèle est basé sur l’équation des corps accélérés en mouvement dans un fluide en mouvement. Les paramètres utilisés dans le modèle sont basés sur les données disponibles provenant tant d’expériences à la température de la pièce qu’à hautes températures. Utilisant le modèle proposé fournit une manière formelle d’étendre les résultats expérimentaux du temps de séjour des gouttelettes à une évaluation des conditions dans un four industriel. Ceci rattache la compréhension théorique, les résultats expérimentaux et les données de l’usine en un modèle cohérent et quantitatif du procédé.     

AMATHEMATICAL MODEL OF A DC ELECTRIC FURNACE FOR RECOVERY OF ZINC FROM LEAD BLAST FURNACE SLAG

Abstract

A mathematical model has been developed for fluid flow and heat transfer in a prospective process to recover lead and zinc by a DC electric fuming process from lead blast furnace slag. The modelling consisted of several steps. Algebraic equations were used to obtain arc momentum and temperature. Fluid flow simulations were performed to calculate the top slag surface depression and the results were then imposed upon the subsequent fluid flow and heat transfer simulation. Using this procedure, a number of simulations of the DC arc furnace operation were carried out for various conditions. Velocities and temperatures in the slag and metal, as well as sidewall heat fluxes were evaluated with the model. The model predicts, in most cases, that the sidewall heat fluxes were less than 200 kW/m² and they would increase with decreasing furnace diameter and decreasing slag solidus temperature. The results of the model have been useful in the design of a furnace.

On a développé un modèle mathématique de l’écoulement des fluides et de la transmission de chaleur pour un procédé prospectif de récupération du plomb et du zinc par un procédé d’ébullition avec courant électrique continu à partir de la scorie de plomb du haut-fourneau. La modélisation consiste en plusieurs étapes. On a utilisé des équations algébriques pour obtenir la quantité de mouvement et la température de l’arc. On a effectué des simulations d’écoulement de fluide pour calculer la dépression de la surface de la scorie et l’on a ensuite imposé les résultats à la simulation subséquente d’écoulement de fluide et de transmission de chaleur. Utilisant cette procédure, on a exécuté un certain nombre de simulations du fonctionnement du four à arc à courant continu sous des conditions variées. Au moyen du modèle, on a évalué la vélocité et la température de la scorie et du métal ainsi que le flux de chaleur des parois latérales. Dans la plupart des cas, le modèle a prédit que le flux de chaleur des parois latérales était moins de 200 kW/m² et qu’il augmenterait avec une diminution du diamètre du four et une diminution de la température de solidus de la scorie. Les résultats du modèle ont été utiles pour la conception d’un four.     

THE TRANSITION FROM FREE STREAM FLOW TO DRIPPING IN DRAINING VESSELS

Abstract

In numerous metals processing operations, molten metal is transferred between furnace and ladle or ladle and tundish. In other operations such as the atomization of melts, the stream is directed from a nozzle into an atomizing chamber. The control of melt flow rate, the generation of a well defined stream and the transition from free stream flow to dripping are useful conditions to quantify. A model is proposed in this work to calculate the height of a fluid in a vessel where the stream flowing from an orifice at the bottom of the vessel will revert to dripping. The model accounts for fluid properties including density, viscosity and surface tension. Model results clearly show that melt viscosity is a critical variable in determining the melt height at which flow reverts from a continuous stream to dripping.

Dans de nombreuses opérations de traitement des métaux, le métal fondu est transféré entre le four et la poche de coulée ou entre la poche de coulée et le distributeur. Pour d’autres opérations comme l’atomisation de métaux fondus, le flot est dirigé d’un injecteur vers une chambre d’atomisation. Le contrôle du débit de métal fondu, la production d’un flot bien défini et la transition d’un écoulement de flot libre en un égouttement sont des conditions utiles à quantifier. Dans ce travail, on propose un modèle pour calculer la hauteur d’un fluide dans une cuve où le flot s’écoulant d’un orifice au bas de la cuve va se changer en un égouttement. Le modèle tient compte des propriétés du fluide, incluant la densité, la viscosité et la tension superficielle. Les résultats du modèle montrent clairement que la viscosité du métal fondu est une variable critique dans la détermination de la hauteur de métal fondu à laquelle l’écoulement se change d’un flot continu en un égouttement.     

Influence of process parameters on reduction contours during production of ferrochromium in submerged arc furnace

Abstract

Contours of iso‐reduction lines in the submerged arc furnace producing ferrochromium were constructed using a mathematical model based on the temperature profile inside the furnace and the kinetics of reduction of chromite ores. The location and the contours of the iso‐reduction lines are significantly influenced by the temperature profile in the furnace. From the model, it is found that ～27% of the furnace volume is used for the reduction of the ore. The contours are significantly influenced by the degree of pre‐reduction of the ore charged into the furnace. The iso‐reduction lines can be used for enhancing the efficiency of the process and for better control of the operation exploiting options such as intelligent distribution of charge materials over the charge bed.

On a construit des lignes de contour d’iso‐réduction dans le four à arc submergé produisant du ferrochrome en utilisant un modèle mathématique basé sur le profil de température à l’intérieur du four et sur la cinétique de réduction des minerais de chromite. La localisation et les contours des lignes d’iso‐réduction sont influencés significativement par le profil de température dans le four. À partir du modèle, on a trouvé qu’environ 27% du volume du four était utilisé pour la réduction du minerai. Les contours sont influencés significativement par le degré de pré‐réduction du minerai chargé dans le four. On peut utiliser les lignes d’iso‐réduction pour augmenter le rendement du traitement et pour mieux contrôler les options d’exploitation de l’opération comme la distribution intelligente des matériaux de la charge sur le lit de chargement.     

Computational study on the behaviours of supersonic jets and their impingement onto molten liquid free surface in BOF steelmaking

A mathematical model is proposed to study the impingement of multiple supersonic jets onto the free surface of the liquid bath containing molten slag and metal in a steelmaking converter by means of volume of fluid (VOF) approach. The applicability of the proposed model is verified by the good agreement with measured and calculated results. The model is then used to study the jet hydrodynamic behaviours such as jet profile, impact force, penetration depth and impact area, as well as time-dependent evolution of cavity, with respect to temperature, operating pressure and lance height. The results show that the temperature effect on total impact force is negligible but significant for penetration depth and impact area. A semi-empirical correlation is used to describe penetration depth under the steelmaking condition of high temperature. It is also shown that the proposed model can reproduce the splashing phenomenon on the bath surface.

On propose un modèle mathématique pour étudier l’impact de jets supersoniques multiples à la surface libre du bain liquide contenant de la scorie et du métal fondus dans un convertisseur de production d’acier, au moyen de l’approche du Volume de Fluide (VOF). On vérifie l’applicabilité du modèle proposé par l’agrément entre les résultats calculés et les résultats mesurés. On utilise ensuite le modèle pour étudier les comportements hydrodynamiques du jet, comme le profil du jet, la force de choc, la profondeur de pénétration et la superficie de l’impact, ainsi que l’évolution de la cavité en fonction du temps par rapport à la température, à la pression d’opération et à la hauteur de la lance. Les résultats montrent que l’effet de la température sur la force totale de choc est négligeable mais qu’il est important pour la profondeur de pénétration et pour la superficie de l’impact. On utilise une corrélation semi-empirique pour décrire la profondeur de pénétration pour la production d’acier à température élevée. On montre également que le modèle proposé peut reproduire le phénomène d’éclaboussement à la surface du bain.     

THE ROLE OF REACTIONS BETWEEN CRUCIBLE AND MELT DURING REFINING OF PLATINUM BY VACUUM INDUCTION MELTING

Abstract

Secondary platinum and Pt alloys can be purified by the selective evaporation of undesirable elements in a vacuum induction melting process. Investigations were made concerning reactions among four different crucible materials and the melt of pure platinum. Relations between the vacuum evaporation of copper, iron, antimony and aluminum additions in a platinum melt and the used crucible were also studied. Minimum enrichments and reactions between the melt and the crucible material are the aim for industrial purposes. The requirements concerning the iron concentration in the cast and resulting devices are especially high. Experimental results show that there can be a marked reaction between the crucibles and the pure Pt melt depending on time, applied atmosphere and the crucible material used. Refining experiments showed that it is possible to reduce the concentration of some elements clearly below 10 ppm, although the complete removal of iron is almost impossible. The refining behaviour can generally be attributed to the nominal composition of the used crucibles, its reactions with the melt and the applied atmosphere.

On peut purifier le platine secondaire et les alliages au Pt par évaporation sélective des éléments indésirables lors d’une opération de fusion par induction sous vide. On a effectué des recherches concernant les réactions entre quatre matériaux différents de creuset et le bain de platine pur. En outre, on a étudié les relations entre l’évaporation sous vide des additions de cuivre, de fer, d’antimoine et d’aluminium dans un bain de platine et le creuset utilisé. Pour fins industrielles, on vise des enrichissements et réactions minimales entre le bain et le matériau du creuset. En particulier, les exigences concernant la concentration du fer dans la coulée et les objets qui en résultent sont élevées. Les résultats expérimentaux montrent qu’il peut y avoir une réaction notable entre les creusets et le bain de Pt pur, dépendant du temps, de l’atmosphère appliquée et du matériau utilisé pour le creuset. Des expériences d’affinage ont montré qu’il est possible de réduire la concentration de certains éléments nettement au-dessous de 10 ppm, bien que l’enlèvement complet du fer est presque impossible. On peut généralement attribuer le comportement d’affinage à la composition nominale des creusets utilisés, aux réactions avec le bain et à l’atmosphère appliquée.     

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.     

Effect of blockage of outlet nozzle on fluid flow and heat transfer in continuously cast multistrand billet caster tundish

Abstract

Shop floor problems like strand breakout, mechanical or electrical failure in the strand or inadequate availability of molten steel from coming ladle sometimes lead to closing one/two strand in a continuous casting unit. Closing any of the outlets affects the flow distribution inside the tundish and so it is important to study which of the outlets should be closed to have proper results in terms of residence time distribution (RTD) and thermal behaviour of the tundish. The present study aims at finding the effect of closing one or two outlets on flow behaviour and heat transfer in a multistrand tundish. Navier–Stokes equation has been solved using standard K–? turbulence model with the help of educational version of computational fluid dynamics software PHOENICS to find the steady state velocity field inside the tundish. Furthermore, tracer dispersion study was carried out using pulse input technique of the tracer to find the RTD curve of the tundish. Mixing parameters, namely ratio of actual to theoretical mean residence time and ratio of mixed volume to dead volume have been found out for different cases when either all the outlets are open or one/two outlets are closed. It was found that closing the near outlet increases the mixing capability of the tundish the most as compared with far or middle outlet. A larger recirculation zone created in the half of the tundish results in better mixing when near outlet is closed. Numerical code was validated against the experimental observation by performing the tracer dispersion study inside a multistrand tundish and reasonably good match between the experimental and numerical results in terms of RTD curves is observed.

Des problèmes d’atelier comme la percée du cordon, la défaillance mécanique ou électrique du cordon ou la disponibilité inadéquate de l’acier fondu de la poche d’arrivée mènent quelquefois à la fermeture d’un ou deux cordons d’une unité de coulée en continu. La fermeture de n’importe laquelle des orifices de sortie affecte la distribution de l’écoulement dans le panier de coulée. Il est donc important de déterminer lequel des orifices de sortie devrait être fermé pour avoir des résultats appropriés par rapport au RTD et au comportement thermique du panier de coulée. La présente étude vise à trouver l’effet de la fermeture d‘un ou deux orifices de sortie sur le comportement de l’écoulement et sur le transfert de chaleur dans un panier de coulée à plusieurs lignes. On a résolu l’équation de Navier-Stokes en utilisant le modèle normal de turbulence K-?, avec l’aide de la version éducationnelle du logiciel de CFD PHOENICS, afin de trouver le champ de vitesse à régime constant à l’intérieur du panier de coulée. En plus, on a effectué une étude de dispersion de traceur en utilisant une technique d’entrée de l’impulsion du traceur afin de trouver la courbe de Distribution du Temps de Séjour (RTD) du panier de coulée. On a trouvé le paramètre de mélange, soit le rapport du temps de séjour moyen actuel à théorique et le rapport de volume mélangé à volume mort, pour différents cas où soit que toutes les sorties étaient ouvertes, soit qu’une ou deux sorties étaient fermées. On a trouvé que la fermeture de la sortie la plus proche augmentait davantage la capacité de mélange du panier de coulée par rapport à la sortie la plus éloignée ou à celle du milieu. Une plus grande zone de re-circulation créée dans la moitié du panier de coulée avait pour résultat un meilleur mélange lorsque la sortie la plus proche était fermée. On a validé le code numérique contre l’observation expérimentale en effectuant l’étude de dispersion du traceur à l’intérieur d’un panier de coulée à plusieurs lignes. On a observé une correspondance raisonnable entre les résultats expérimentaux et numériques par rapport aux courbes de la RTD.     

Optimisation of metallurgical performance of industrial flotation column using neural network and gravitational search algorithm

Abstract

Extensive advances in computational techniques allowed researchers to develop new search strategies to be used in function optimisation problems. In the present study, an optimisation algorithm, which is called gravitational search algorithm (GSA), and neural networks are integrated to optimise the metallurgical performance of an industrial flotation column at a copper concentrator. In this optimisation algorithm, a collection of masses interact with each other based on the Newtonian gravity and the laws of motion. Accordingly, an industrial flotation column is operated at different operating conditions (i.e. gas velocity, slurry solids %, frother dosage and froth depth) and its metallurgical efficiency is modelled using neural networks. The developed neural network models are used as objective functions for optimisation by GSA. The obtained results indicate that industrial operations can be successfully modelled and optimiszed by applying intelligent techniques.

L’avancement extensif des techniques informatiques a permis aux chercheurs de développer de nouvelles stratégies de recherche à utiliser dans les problèmes d’optimisation de fonction. Dans cette étude, on intègre un algorithme d’optimisation, qui s’appelle Algorithme de Recherche Gravitationnelle (GSA), et des réseaux neuronaux pour l’optimisation du rendement métallurgique d’une colonne industrielle de flottation, à un concentrateur de cuivre. Dans cet algorithme d’optimisation, une collection de masses interagissent, en se basant sur la gravité newtonienne et sur les lois du mouvement. Ainsi, on opère une colonne industrielle de flottation avec différentes conditions de fonctionnement (c’est-à-dire vitesse du gaz, % en solides de la suspension, dose de l’agent moussant et profondeur de l’écume) et l’on modélise son efficacité métallurgique en utilisant les réseaux neuronaux. On utilise les modèles développés du réseau neuronal comme fonctions objectives pour l’optimisation par le GSA. Les résultats obtenus indiquent que l’on peut modéliser avec succès et optimiser les opérations industrielles en appliquant des techniques intelligentes.     

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.     

Development of a model for copper converting

Abstract

Building on previous work reported in the literature, a dynamic model of the operation of the Peirce-Smith Converter has been developed to describe the distribution of the major elements present. The fundamental principle of the model was a thermodynamic calculation. The situation of non-equilibrium conditions was considered by dividing the converter into different zones linked by predefined flow parameters. The model was verified against actual converter plant data, with the simulated results for the major elements being in good agreement with the plant data. The agreement between plant and calculated data for Pb, and Zn was not as good and more work is required regarding this aspect.

En se basant sur des travaux antérieurs rapportés dans la littérature, on a développé un modèle dynamique de l’opération du Convertisseur de Peirce-Smith afin de caractériser la distribution des principaux éléments chimiques présents. Le principe fondamental de ce modèle repose sur un calcul thermodynamique. On a considéré la situation des conditions hors d’équilibre en divisant le convertisseur en différentes zones reliées par des paramètres d’écoulement prédéfinis. On a confronté le modèle à des données issues du convertisseur d’une usine existante, les résultats simulés montrant un bon accord avec les données de l’usine en ce qui concerne les éléments majoritaires. La concordance des données de l’usine et des valeurs calculées pour le plomb et le zinc n’était pas aussi bonne et, donc, une investigation plus poussée concernant cet aspect du modèle s’avère nécessaire.     

Microstructure–yield strength models for heat treatment of Al–Si–Mg casting alloys II: modelling microstructure and yield strength evolution

A microstructure–strength mathematical model for the heat treatment for commercially significant Al–Si–Mg casting alloys was developed and validated. As part of the model development, the evolution of microstructure and mechanical properties during heat treatment of an industrially cast A356 aluminium alloy was studied in an experimental investigation. A model framework to predict the evolution of microstructure and yield strength during heat treatment was proposed for hypoeutectic Al–Si–Mg casting alloys and validated against experimental measurements. In part II of this paper, the model framework to predict the evolution of microstructure and yield strength during the ageing process is described. The framework is focussed on the development of strength during natural and artificial ageing and includes the relative influences of alloy chemistry and the prior solution treatment and natural ageing history of the material. Model validation has been done using independent experimental and literature data, and the model has been applied to industrial heat treatment scenarios in order to determine the potential for process optimisation.

On a développé et validé un modèle mathématique de la microstructure-résistance du traitement thermique des alliages de moulage d’Al-Si-Mg ayant une importance commerciale. Faisant partie du développement du modèle, on a étudié, par examen expérimental, l’évolution de la microstructure et des propriétés mécaniques lors du traitement thermique d’un alliage d’aluminium A356 moulé industriellement. On a proposé une structure de modèle prédisant l’évolution de la microstructure et de la limite d’élasticité lors du traitement thermique des alliages de moulage hypo-eutectiques d’Al-Si-Mg et on l’a validé par des mesures expérimentales. Dans la seconde partie de cet article, on décrit la structure du modèle prédisant l’évolution de la microstructure et de la limite d’élasticité lors du traitement de vieillissement. La structure se concentre sur le développement de la résistance lors du vieillissement naturel et artificiel et comprend les influences relatives de la composition chimique de l’alliage et du traitement antérieur de mise en solution et de l’histoire du vieillissement naturel du matériau. On a effectué la validation du modèle en utilisant des données expérimentales indépendantes et des données de la littérature, et on a appliqué le modèle à des scénarios de traitement thermique industriel afin de déterminer le potentiel d’optimisation du procédé.     

Modelling of bubble size in industrial flotation columns

Abstract

One of the commonly used models to estimate the bubble size in flotation columns is the drift–flux model, initially proposed by Wallis in 1962, which estimates the bubble size based on experimental measurements of gas velocity J_g, gas hold-up ?_g and pulp downward velocity J_sl. The model has been considered as an alternative to estimate the average bubble size d₃₂ in flotation cells and columns, when this cannot be measured experimentally, which is usually the case. However, the model has been validated only at laboratory and pilot scale. This paper presents the results of an extensive experimental programme to test the model conducted at the industrial scale. The test programme involved measuring the gas dispersion parameters (J_g, ?_g and d₃₂) in flotation columns at five concentrators. The data collected were used to estimate the average bubble size using the drift–flux model. A good correlation was found between the bubble size estimated with the model and measured experimentally.

L’un des modèles fréquemment utilisés pour évaluer la taille de bulle des colonnes de flottation est le modèle à flux de dérive, proposé initialement par Wallis en 1962, lequel évalue la taille de bulle en se basant sur les mesures expérimentales de la vitesse du gaz (J_g), du volume mort (?_g) et de la vitesse de la pulpe vers le bas (J_sl). On a considéré le modèle comme solution de rechange à l’évaluation de la taille moyenne de bulle (d₃₂) dans les cellules et les colonnes de flottation, lorsque l’on ne peut pas la mesurer expérimentalement, ce qui est habituellement le cas. Cependant, le modèle a été validé seulement à l’échelle du laboratoire et à l’échelle pilote. Cet article présente les résultats d’un vaste programme expérimental pour évaluer le modèle à l’échelle industrielle. Le programme d’évaluation impliquait la mesure des paramètres de dispersion du gaz (J_g, ?_g et d₃₂) dans des colonnes de flottation à 5 concentrateurs. On a utilisé les données captées pour évaluer la taille moyenne de bulle en utilisant le modèle à flux de dérive. On a trouvé une bonne corrélation entre la taille de bulle évaluée avec le modèle et mesurée expérimentalement.     

Modelling of mixing,mass transfer and phase distribution in a Peirce–Smith converter model

Abstract

This study presents a numerical and physical modelling study of flow pattern, mixing, solid–liquid mass transfer and slag matte phase distribution in an industrial Peirce–Smith converter (PSC) slice model. The two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) numerical simulations of the three phase system were carried out using volume of fluid (VOF) and realisable k?? (RKE) turbulence model to account for the multiphase and turbulence nature of the flow respectively. These models were implemented using the commercial computational fluid dynamics (CFD) numerical code FLUENT. In physical simulations, water, kerosene, air and sintered benzoic acid compacts were used to simulate matte, slag, injected gas and solid additions into PSC. Both numerical and physical simulations were able to predict, in agreement, the mixing and dispersion characteristics of the system in relation to different blowing conditions employed in this study. Measurement of dimensionless turbulence characteristic values conclusively indicated that fluid flow in PSC is stratified.

Ce document présente une étude de modélisation numérique et physique de la configuration de l’écoulement, du mélangeage, du transfert de masse solide-liquide et de la distribution de phase scorie-matte dans un modèle en tranches de convertisseur industriel Peirce–Smith (PSC). On a effectué les simulations numériques 2D et 3D du système à trois phases en utilisant le modèle du Volume de Fluide (VOF) et de la turbulence réalisable (RKE) pour tenir compte des phases multiples et de la nature turbulente de l’écoulement, respectivement. On a exécuté ces modèles en utilisant le code numérique commercial de la dynamique numérique des fluides (CFD) FLUENT. Dans les simulations physiques, on a utilisé de l’eau, du kérosène, de l’air et des compacts frittés d’acide benzoïque pour la simulation de la matte, de la scorie, du gaz d’injection et des additions de solide dans le PSC. Les simulations numériques et physiques étaient toutes deux capables de prédire, en accord, les caractéristiques de mélangeage et de dispersion du système en relation avec les différentes conditions de soufflage utilisées dans cette étude. La mesure des valeurs caractéristiques sans dimension de la turbulence indiquait décisivement que l’écoulement du fluide dans le PSC était stratifié.     

DYNAMIC SIMULATION OF A FLASH FURNACE

Abstract

A real time dynamic simulation model has been developed to characterize the flash furnace operation which permits its operation in a stable form that is attuned to the operation of the Pierce Smith converters while satisfying the requirements of gases for the acid plant.

Flash furnace stability is obtained by calculating the key operational parameters (process air enrichment, oxygen coefficient and thermal support) and meeting, the desirable product variables (matte grade, silica in the slag and matte and slag temperatures). These variables are calculated from a real time simulation.

A numerical method allows one to calculate the differences of actual values compared to those predicted by the model based on the minimization of correction factors using the Lagrange multipliers method for the slag, silica, oxygen and furnace heat balance.

The operational control strategy allows the interlocked operation of the flash furnace with the converters to optimize the operational efficiency of the acid plant. This requires one to comply the flash furnace stability parameters with the copper mass flow to converters and the sulphur mass flow to the acid plant which is obtained by calculating the feed composition based on continuous blending dosing instead of fixed blends or layer preparation, as has been done traditionally. This calculation procedure was implemented in the model developed.

On a développé un modèle de simulation dynamique en temps réel pour caractériser le fonctionnement du four éclair, ce qui permet son fonctionnement stable, harmonisé au fonctionnement des convertisseurs Pierce Smith, tout en satisfaisant aux exigences en gaz de l’usine d’acide.

La stabilité du four éclair est obtenue en calculant les paramètres clés du fonctionnement (enrichissement de l’air industriel, coefficient d’oxygène et support thermique) et en obtenant les variables de produit désirées (qualité de la matte, silice dans la scorie et températures de la matte et de la scorie). Ces variables sont calculées à partir d’une simulation en temps réel.

Une méthode numérique nous permet de calculer les différences des valeurs actuelles par rapport à celles qui sont prédites par le modèle, basée sur la minimisation des facteurs de correction en utilisant la méthode des multiplicateurs de Lagrange, pour le bilan thermique de la scorie, de la silice, de l’oxygène et du four.

La stratégie de contrôle opérationnel permet le fonctionnement synchronisé du four éclair et des convertisseurs pour optimiser le rendement opératoire de l’usine d’acide. Pour cela, il est nécessaire que l’on ajuste les paramètres de stabilité du four éclair au débit massique de cuivre vers les convertisseurs et au débit massique de soufre vers l’usine d’acide, ce que l’on obtient en calculant la composition de la charge, basée sur le dosage en mélange continu au lieu de mélanges fixes ou de la préparation en couche, comme cela était fait traditionnellement. Cette procédure de calcul a été mise en application dans le modèle développé.     

Three-dimensional thermal model for vertical direct chill slab casting process

To aid in the designing of an automatic control system, a steady state three-dimensional (3D) thermal model is developed to predict the temperature distributions for an industrial scale vertical direct chill (DC) slab caster for aluminium alloy AA-1050. A single domain approach for the liquid, mushy and solid regions is used by employing the enthalpy porosity technique. The convective heat transfer in the liquid region is taken into account by assuming a slag flow velocity field equal to the casting speed. The predicted thermal field is verified with the numerically predicted temperature field available in the literature and a reasonably good agreement is found. Detailed parametric study is carried out by varying important parameters of this process. Results of the temperature field, sump depth, mushy zone thickness, shell thickness and local surface heat flux are presented and discussed.

Afin d’aider à la conception d’un système de contrôle automatique, on a développé un modèle thermique à 3D en régime permanent pour la prédiction des distributions de température d’une machine de coulée verticale de brames par refroidissement intense et continu (DC) à l’échelle industrielle, pour l’alliage d’aluminium AA-1050. On utilise une approche à domaine unique pour la région liquide, la région pâteuse et la région solide au moyen de la technique d’enthalpie et porosité. On tient compte du transfert de chaleur par convection dans la région liquide en assumant un champ de vitesse d’écoulement de laitier égal à la vitesse de coulage. On vérifie le champ thermique prédit au moyen du champ de température prédit numériquement dans la littérature et l’on obtient un accord raisonnable. On effectue une étude paramétrique détaillée en faisant varier les paramètres importants de ce procédé. On présente et discute les résultats du champ de température, de la profondeur du refoulement, de l’épaisseur de la zone pâteuse, de l’épaisseur de la coquille, et du flux thermique local à la surface.     

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.