Solid structural changes during the reduction of iron oxides

Abstract

The changes in the solid structure, i.e., grain size, shape and pore structure, during the reduction. of reagent-grade hematite to iron by CO?CO₂ mixtures at temperatures between 725 and 925°C were investigated. The reduction of hematite to wustite was found to produce little structural change. In contrast, three mechanisms of structural change occurred during the reduction of wustite to iron. These included the thermal sintering of the wustite, the growth of fibrous iron filaments from the partially reduced wustite grains, and the sintering or “coarsening” of the reduced iron. A quantitative model for the sintering of the wustite is described.

The effects of the structural changes on the reduction kinetics are reviewed. The sintering of the wustite reduced the over-all rate of reduction; the growth of the fibrous iron increased the rate of reduction. The sintering of the iron had little effect on the kinetics. The interaction between the sintering of the wustite and the growth of the fibrous irons, which change the character of the reduction from nontopochemical to topochemical, is also discussed.

Résumé

Les variations de la structure solide, i.e., la grosseur du grain, la forme et la porosité,ont été étudiées au moment de la réduction d'hématite en fer, dans des mélanges de CO?CO₂ aux températures comprises entre 725 et 925°C. La réduction de l'hématite à la wustite s'accompagne d'un léger changement de structure. Au contraire, trois mécanismes de changements structuraux se sont présentés au cours de la réduction de la wustite en fer. Ce sont: le frittage thermique de la wustite, la croissance des filaments fibreux de fer provenant des grains de wustite partiellement réduits et aussi le frittage du fer réduit. Un modéle quantitatif décrit Ie frittage de la wustite.

Les effets des variations structurales sur la cinétique de réduction sont revisés. Le frittage de la wustite a diminué le taux de réduction, alors que la croissancé du fer fibreux a augmente ce taux. Le frittage du fer a un effet minime sur la cinétique. L'interaction entre le frittage de la wustite et la croissance des fibres de fer fait varier Ie caractère de la réduction, de non-topochimique à topochimique.     

Solid state and smelting reduction of Panzhihua ilmenite concentrate with coke

Abstract

Solid state and smelting reduction of ilmenite is an important process of upgrading ilmenite to high titania feedstock. In this study, an ilmenite concentrate supplied by Panzhihua Iron and Steel (Group) Co. was first reduced at solid state in an electric resistance furnace, followed by smelting reduction in an induction furnace. The effects of reducing agent (carbon) amount on the chemical composition of the solid state reduction sample and the titania slag reduced from them, were analysed. It was found that the metallisation of iron in the solid reduction samples and the grade of titania slag generally increased with increasing carbon amount from 8 to 12%, and then remained constant when the carbon amount was increased above 12%. The content of metallic iron in the titania slag increased with increasing carbon amount, because the slag viscosity and liquidus temperature increased with decreasing FeO content. It was also known that the content of Ti₂O₃ increased with decreasing the content of FeO in the slag. Some metallic iron particles were found in the high titania slag samples. The liquidus lines and viscosity of the slag were calculated using FactSage to explain the experimental results.

La réduction à l’état solide et par fusion de l’ilménite est un procédé important de valorisation de l’ilménite pour charge d’alimentation à haute teneur en dioxyde de titane. Dans cette étude, un concentré d’ilménite fourni par le groupe Panzhihua Iron and Steel Co. a d’abord été réduit à l’état solide dans un four électrique à résistances, suivi par la réduction par fusion dans un four à induction. On a analysé les effets de la quantité d’agent réducteur (carbone) sur la composition chimique de l’échantillon de réduction à l’état solide et de la scorie de dioxyde de titane réduit à partir de lui. On a trouvé que la métallisation du fer dans les échantillons de réduction solide et la qualité de la scorie de dioxyde de titane augmentaient généralement avec une augmentation de la quantité de carbone de 8 à 12%, et ensuite restaient constantes lorsqu’on augmentait la quantité de carbone au-delà de 12%. La teneur en fer métallique dans la scorie de dioxyde de titane augmentait avec l’augmentation de la quantité de carbone, parce que la viscosité de la scorie et la température du liquidus augmentaient avec une diminution de la teneur en FeO. On sait également que la teneur en Ti₂O₃ augmentait avec une diminution de la teneur en FeO dans la scorie. On a trouvé quelques particules de fer métallique dans les échantillons de scorie à haute teneur en dioxyde de titane. On a calculé les lignes de liquidus et la viscosité de la scorie en utilisant FactSage pour expliquer les résultats expérimentaux.     

A review of problems in iron-ore reduction by solid-state processes

Abstract

This paper reviews the problems involved in iron-ore reduction by the solid-state processes. These processes are mostly limited to a 700°–1100°C temperature range. Because the rate of chemical reactions is relatively slow within this range compared with the blast furnace in which temperatures are much higher, the kinetics of iron-ore reduction assumes great importance.

The generally accepted reduction mechanisms are described as well as the reaction rate-controlling steps and chemical equilibria. With this background as a basis for comparison, the problems in reduction of iron ores in rotary kilns using solid fuel reductants, in shaft furnaces using gaseous reductants and in fluid-bed reactors are analyzed. This analysis shows that rotary kilns present the most problems and fluid-bed reactors the least.

Résumé

Dans cet article on examine les problèmes que comportent les procédés de réduction de minerai de fer à l'etat solide. Pour de tels procédés, la réduction se fait, en général, entre 700 et 1100°C. Les vitesses de réaction sont lentes à de telles températures, en comparaison avec le haut-fourneau où la température est beau coup plus elevee; de ce fait, la cinétique de la réduction du minerai de fer revêt une grande importance.

On décrit les méchanismes de la réduction généralement acceptés, les étapes limitant la vitesse de réaction et les équilibres chimiques, on examine les problèmes que comportent la réduction de minerais de fer en four rotatif avec agents reducteurs solides, en fours verticaux avec gaz réducteurs et en réacteurs à lits fluidisés. De cela on conclut que ce sont les fours rotatifs qui présentent le plus de problèmes et les réacteurs à lits fluidisés qui en présentent le moins.     

Carbothermic reduction of siderite ore with high phosphorus content reinforced by sodium carbonate

Abstract

A dressing metallurgy flowsheet, which consists of a sodium salt added reinforced reductive roasting–magnetic separation process, is proposed in this paper for the treatment of siderite ore with high phosphorous content. The sodium salt added reinforcement reductive roast process is accomplished by the addition of an appropriate amount of sodium carbonate, which reacts with SiO₂ preventing its counter catalysis on FeO, thereby increasing the reducing reaction activity of FeO and further reinforcing the reduction of siderite. The phosphorus compounds were not reduced in the low temperature reduction process and remained as fluorapatite in the gangue phases. Ultrafine grinding–magnetic separation of magnetic minerals is an efficient way to obtain qualified iron concentrate. It is therefore believed that, with an emphasis on the effect of Na₂CO₃ and its dosage on the reduction of siderite, the technology proposed in this paper will be of benefit to the exploitation of similar refractory iron ore.

Dans cet article, on propose un schéma de procédé de préparation métallurgique, consistant d’un procédé de grillage réductif renforcé d’un sel de sodium ajouté et de séparation magnétique, pour le traitement du minerai de sidérite à haute teneur en phosphore. Le procédé de grillage réductif à renforcement de sel de sodium ajouté est accompli par l’addition d’une quantité appropriée de carbonate de sodium qui réagit avec le SiO₂, empêchant sa ‘contre catalyse’ du FeO, augmentant donc l’activité de la réaction de réduction du FeO et renforçant davantage la réduction de la sidérite. Les composés de phosphore n'étaient pas réduits dans le procédé de réduction à basse température et restaient sous forme de fluorapatite dans les phases de gangue. Le broyage utrafin-séparation magnétique des minéraux magnétiques est une manière efficace d’obtenir un concentré qualifié de fer. En portant l’emphase sur l’effet du Na₂CO₃ et de son dosage sur la réduction de la sidérite, on croit donc que la technologie proposée dans cet article bénéficiera l’exploitation de minerai similaire de fer réfractaire.     

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

Abstract

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

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

Fundamental studies related to the development of the smelting reduction of iron oxide and carbon-constant volume studies

Abstract

Today, most of the iron-making capacity of the world is still dependent upon the blast furnace process, although the production of sponge iron by direct reduction processes is gaining acceptance in many areas. Another method of making iron, known as smelting reduction, is receiving attention, and pilot-plant scale operations are being developed in Europe and possibly elsewhere. In this method, iron oxide is reduced with carbon (coal) by a fast reaction such that liquid iron is the product, heat being provided to the reaction by the exothermic oxidation of carbon monoxide by oxygen within the reaction vessel.

In the present investigation, an attempt has been made to study the behaviour of composite pellets of wüstite and carbon in the region of 1500°C in various gas atmospheres at constant volume. Reaction rates were followed within the constant-volume system by measuring the increase in pressure with time using a pressure transducer. Composite pellets containing slightly more than the stoichiometrically required amount of carbon were reacted to form liquid iron in an argon atmosphere; to achieve melting, good mixing of the pellets was a critical requirement. Melting conditions were also obtained in carbon monoxide-carbon dioxide mixtures between 100 per cent CO and 100 per cent CO₂ When composite pellets, surrounded by a protective layer of carbon, were introduced into an atmosphere containing free oxygen, it was again possible to obtain melting and reduction to liquid iron. The activation energy for the reaction was approximately 15 kcal/mole. Possible reaction mechanisms are discussed.

Résumé

De nos jours, la réduction des oxydes de fer s'accomplit en grande partie au haut foumeau. On note toutefois une implantation graduelle des procédés de réduction directe des oxydes en fer éponge. Une autre méthode de production du fer, connue sous Ie nom de smeltage réducteur, est actuellement à l'étude. Des essais à l'échelle de l'usine pilote se font actuellement en Europe et possiblement ailleurs. La méthode consiste à produire du fer liquide en réduisant rapidement l'oxyde de fer par du carbone. L'énergie requise pour la réaction vient de l'oxydation exothermique du monoxyde de carbone par l'oxygène présént dans l'enceinte réactionnelle.

Les auteurs ont étudié le comportement de boulet1es composées de wüstite et de carbone en présence de diverses atmosphères gazeuses dans une enceinte fermée à 1,500°C. Les vitesses de réaction ont été détérminées en mesurant l'augmentation de la pression dans l'enceinte au moyen d'un transducteur de pression. Des boule1tes composées comportant un peu plus que la quantité stoechiométrique de carbone ont été réduites en fer liquide dans une atmosphère d'argon. La fusion n'avait lieu que si les constituants des boulet1es étaient intimement mélangés. La fusion de boulet1es a été réalisée dans des atmosphères constituées de melanges CO-CO₂, les proportions variant entre 100% CO et 100% CO₂. Le fer liquide a aussi été obtenu en faisant réagir des boulettes d'oxyde et de carbone entourées d'une couche protectrice de carbone, dans une atmosphère contenant de l'oxygène libre. L' énergie d'activation de la réaction était d'environ 15 kcal/mole. En fin, les auteurs discutent des mécanismes de la réaction.     

Reduction Roast and Magnetic Separation of Oxidized Iron Ores for the Production of Blast Furnace Feed

Abstract

Low grade oolitic iron ore from the Aswan locality, assaying 45.23% Fe and 23.93% insoluble residue, was tested for concentration using reduction roasting and subsequent low intensity magnetic separation for the production of blast furnace feed. The ore is a low grade, high phosphorus, and high alumina oolitic hematite. Fine grinding of the ore was found to be imperative due to the fine dissemination characteristics of the ore. The application of reduction roasting-low intensity magnetic separation process for high grade concentrate production and minimum hot metal costs was investigated. The studies included the use of gaseous reductants such as H₂ or CO, and the different parameters affecting the process were verified. Optimization of the process was demonstrated on a bench scale. Quality magnetic concentrates assaying 59.6% FE with recoveries of about 90% were obtained from a run of mine ore assaying 45.23% Fe.

Réesumé

On a évalué la concentration de minerai de fer oolithique de basse qualité de la localité d'Aswan, essayant à 45.23% Fe et 23.93% de résidus insolubles. On a utilisé le grillage par réduction et une séparation magnétique subséquente à basse intensité pour la production d'alimentation de haut fourneau. Le minerai est une hématite oolithique de basse qualité, haute en phosphore et en oxyde d'aluminium. On a trouvé que le meulage fin du minerai était impératif dû aux caractéristiques de dissémination fine du minerai. On a étudié l'application du procédé de grillage par réduction-séparation magnétique, à faible intensité, a la production de concentré de haute qualite et des couts minimums de métal chaud.

L'etude inclue l'utilisation d'agents réducteurs gazeux tels que H₂ ou CO. On a vérifié les différents parametres affectant le procede. On a optimise le procédé à l'echelle du laboratoire.     

The sticking of iron ore during reduction by hydrogen in a fluidized bed

Abstract

Sticking of particles in the fluidized bed reduction of iron ore at temperatures above 600°C will occur whenever clean iron surfaces impinge. Some as-received ores are sufficiently dirty that iron-iron contact does not take place at low temperatures. However, as the temperature of reduction is raised, there is an increasing tendency for the iron nucleating on the surface of particles to grow into nodules which pierce the dirt film allowing iron-iron contact and hence sticking. Silica in the surface film stops iron nucleation near the surface of particles and thereby prevents iron nodule formation. Ores with silicacontaining coatings can be fully reduced in a fluidized bed at temperatures up to 840°C without sticking.

Résumé

Les particules de minerai de fer au cours de la réduction en lit fluidisé aux températures supérieures à 600°C ont tendance à s'agglomerer aussitôt que des surfaces de fer sont en contact. Quelques minerais utilisés comme tels sont suffisamment impurs pour que le contact fer sur fer ne se produise pas aux basses températures. Cependant, quand la température est élevée, la nucléation du fer a la surface des particules se prolonge par la formation des modules qui percent la couche d'impuretés et favorisent l'agglomération. La présence de silice dans la couche superficielle empêche la nucléation du fer au voisinage de la surface donc aussi la formation de modules de fer. Les minerais contenant de la silice peuvent être réduits complètement dans un lit fluidise a des températures allant jusqu'à 840°C sans s'agglomérer     

Chemical breakdown of pyrochlore concentrates with concentrated hydrochloric acid

Abstract

In a single step, pyrochlore concentrates (55–65% Nb₂O₅) can be reacted with concentrated hydrochloric acid to yield a residue containing 90–97% Nb₂O₅. The quantity of acid plays an important role on quality of residue. The duration of the reaction depends on the temperature: at 125°C it is very slow; at 200°C it is complete in one hour. Laboratory experimentation gave good recovery of Nb₂O₅ under the following conditions: 100 ml HCl 37%, 50 g pyrochlore, 150°C and seven hours of reaction time.

Résumé

En une seule étape, la réaction des concentrés de pyrochlore avec l'acide chlorhydrique concentre, a des tempéraptures au-dessus de 125°C, permet de dissoudre plusieurs constituants et de laisser tout Ie Nb₂O₅ dans le résidu. La quantité d'acide joue un rôle important sur la qualité du résidu et sur le rendement en Nb₂O₅ La durée de la réaction dépend de la quantité d'acide et de la température. A l'échelle du laboratoire les conditions opératoires cidessous ont permis de préparer des concentrés titrant 90 – 97% Nb₂O₅ à partir de pyrochlores n'en renfermant que 55 – 65%: 100ml HCl 37%,50 g pyrochlore, 150°C, et sept heures de réaction. A une température de 200°C, la réaction est complète après une heure.     

Kinetics of the Lime Enhanced Reduction of Cu2S With Carbon

Abstract

The rate of reduction of Cu₂S with carbon in the presence of lime was investigated in the temperature range of 900 to 1050 °C by means of thermogravimetric analysis.

The composition of the gas phase evolving during the reduction of Cu₂S was determined. The effects of temperature, the amount of carbon and the amount of CaO on the reduction rate were also determined. The results indicate that reduction of Cu₂S to Cu proceeded through the gaseous intermediates of CO and CO₂. The controlling step of the overall kinetics was the oxidation of carbon by CO₂. Temperature had the largest influence on the reduction rate. An energy of activation of 363 kJ/mol was calculated for the reduction of Cu₂S with carbon in the presence of CaO within the temperature range of 900 to 1050 °C.

On a étudié le taux de réduction du Cu₂S par le carbone, en présence de chaux, dans la gamme de température allant de 900 à 1050 °C, au moyen d'analyse thermogravimétrique.

On a déterminé la composition de la phase gazeuse dégagée lors de la réduction du Cu₂S. On a également déterminé l'effet de la température et de la quantité de carbone et de CaO sur le taux de réduction. Les résultats indiquent que la réduction du Cu₂S en Cu passait par les intermédiaires gazeux CO et CO₂. L'étape de contrôle de la cinétique était l'oxydation du carbone par le CO₂. La température avait la plus grande influence sur le taux de réduction. On a calculé une énergie d'activation de 363 kJ/mole pour la réduction du Cu₂S par le carbone, en présence de CaO, dans la gamme de température de 900 à 1050 °C.     

Reduction roasting of high iron bearing zinc calcine for recovery of zinc and iron

High iron bearing zinc sulphide ore is an important resource for zinc, and the reserve is very great in the world. It is very difficult to effectively obtain zinc and iron from the source by traditional technology. In this study, a novel method was proposed for recovery of zinc and iron from high iron bearing zinc calcine, and the key procedure, reduction roasting, was investigated. The effects of CO concentration, CO₂ concentration, temperature and time on reduction roasting were studied respectively. The experimental results show that the content of soluble zinc and magnetic susceptibility reached 91·15% and 4·1×10^?4 m³ kg^?1 under the optimum conditions respectively. About 90%Zn and 9·5%Fe were dissolved from the reduction roasted zinc calcine by low acid leaching, and simultaneously, 84·3%Fe was recycled to the iron concentrate containing iron of 53·2% from zinc leaching residue by low intensity magnetic separation.

Le minerai de sulfure de zinc à haute teneur en fer est une ressource importante du zinc et il en existe une grande quantité dans le monde. Il est très difficile d’obtenir efficacement le zinc et le fer de cette source par la technologie traditionnelle. Dans cette étude, on propose une nouvelle méthode pour la récupération du zinc et du fer à partir de produit calciné de zinc à haute teneur en fer, et on examine la procédure clef, le grillage réducteur. On a étudié respectivement les effets de la concentration de CO, de la concentration de CO₂, de la température et de la durée sur le grillage réducteur. Les résultats expérimentaux montrent que la teneur en zinc soluble et la susceptibilité magnétique atteignaient respectivement 91·15% et 4·1×10^?4 m³ kg^?1 en conditions optimales. Environ 90% du Zn et 9·5% du Fe étaient dissous à partir du produit calciné de zinc de grillage réducteur par lessivage à acide faible, et simultanément, 84·3% du Fe était recyclé en concentré de fer contenant 53·2% de fer à partir du résidu de lessivage du zinc par séparation magnétique à faible intensité.     

Reduction of chromites to sponge ferrochromium in methane-hydrogen mixtures

Abstract

Reduction of synthetic and natural chromites in methane-hydrogen mixtures obtained by the hydrogenation of carbon and carbides has been studied by reducing chromite-carbon composite pellets in hydrogen.

Kinetic data from temperature-programmed and isothermal reduction experiments indicate favourable conditions for the production of sponge ferrochromium. Reduction starts above 800°C, with high reduction rates obtainable at temperatures as low as 1000°C.

Reduction of the iron and chromium components of synthetic chromites proceeds simultaneously; other oxides present are not reduced at these temperatures. The product gases have a high reducing potential and consist of a mixture of CO, H₂ and CH₄, with no CO₂ or H₂O. Ferrochromium with controlled carbon content can be produced by adjusting reduction parameters.

The reduction occurs in a single step if sufficient carbon is available for complete reduction of FeO.Cr₂O₃ to Fe₃C,Cr₃C₂. When the stoichiometric amount of carbon is added to the composite pellet for reduction to Fe,Cr, the reduction proceeds in steps. In the first step, Fe₃C and CraC₂ are formed; methane is produced by the hydrogenation of the added carbon, with some of the chromite remaining unreduced. In the subsequent steps, reduction of the remaining chromite proceeds, with methane formed by the hydrogenation of Fe₃C, Cr₃C₂ and lower carbides, ultimately giving ferrochromium with almost no carbon.

The reduction proceeds topochemically and a shrinking-core kinetic model is applicable. From isothermal experiments, activation energies for the reduction of FeO.Cr₂O₃ were found to be 47 and 67 kcal/mole for the first and second steps, respectively.

Résumé

La réduction des chromites synthétiques et naturelles par des mélanges méthane-hydrogéne, obtenue par l'hydrogénation de carbone et de carbures, a été étudiée en réduisant les boulettes composites chromite-carbone dans l'hydrogène.

Les données cinétiques des expériences, à température constante et à. température programmée, indiquent les conditions favorables pour la production du ferro chrome spongieux. La réduction deb ute au-dessus de 800°C, on attaint des taux de reduction eleves3. partir de 1000°C.

La réduction des constituants de fer et de chrome, des chromites synthétiques, se produit simultanément; les autres oxydes présents ne sont pas réduits à. ces températures. Les gaz produits ont un haut potentiel réducteur et consistent en un mélange de CO, H₂ et CH₂, sans CO₂ ou H₂O. Le ferrochrome, avec des quantités de carbone contrôlées, peut être produit en ajustant les paramètres de réduction.

La réduction se déroule en une seule étape s'il y a suffisamment de carbone disponible pour la réduction complète du FeO.Cr₂O₃ au Fe₃C.Cr₃C₂. Lorsque la quantité stoëchiométrique de carbone est ajoutée aux boulettes composites pour la réduction au Fe,Cr, cette réduction procède en plusieurs étapes. Au moment de la première étape, Fe₃C et Cr₃C₂ sont formés avec Ie méthane produit par l'hydrogénation du carbone ajouté, et avec quelques chromites restantes non-réduites. Aux étapes subséquentes, la réduction des chromites sa produit avec le méthane formé par l'hydrogénation de Fe₃C₁Cr₃C₂ et de carbures non saturés, finalement donnant du ferro chrome sans carbone en excès.

La réduction est topochimique et un modéle de réaction purement interfaciale est applicable. A partir d'expériences isothermes, les énergies d'activation pour la réduction de FeO.Cr₂O₃ sont 47 et 67 Kcal/mole pour la prèmiere et seconde étape respectivement.     

Factors Affecting the Coercivity and Remanence of Artificial Magnetite

Abstract

Sintered chemically pure ferric oxide particles were reduced by a mixture of carbon monoxide and carbon dioxide in a rotary drum furnace. The product was then concentrated in a Davis tube and from the hysteresis loop of the minus 65 plus 100 mesh particles of the magnetics, the volume average remanence and coercivity were obtained.

It was found that the residual magnetism and coercive force of the particles were inversely proportional to the reduction temperature. Reduction time had no significant effect on either coercive force or residual magnetism.

Résumé

Des particules d'oxyde ferrique aggloméré, chimiquement pur, ont été réduites par un mélange de monoxyde de carbone et bioxyde de carbone dans un four à tambour rotatif. Le produit fut ensuite concentré dans un tube Davis, et la rémanence moyenne par volume ainsi que la coercivité furent obtenues du cycle d'hystérésis des particules entre 65 et 100 mailles de la fraction magnétique.

On trouva que la magnétisme residuel et la force coercive des particules étaient inversement proportionnels à la température de réduction. La durée de la réduction n'avait guère d'effet sur la force coercive ou Ie magnétisme résiduel.     

Review of the hydrometallurgy of chalcopyrite concentrates

Abstract

A critical appraisal has been made of methods that have been proposed for the hydro metallurgical treatment of chalcopyrite concentrates. Those methods in which the primary breakdown of chalcopyrite is effected by leachants are discussed. Methods in which leaching is preceded by pyrometal-lurgical decomposition of the mineral include selective sulphation and nonoxidizing treatments in which the ratios of copper, iron and sulphur are changed. No process has yet been found that can replace conventional pyrometallurgical processing, although several have reached the pilot plant stage. The incentives for devising an economic hydrometallurgical process for extracting copper from sulphide ores are the avoidance of air pollution and the possibility of recovering iron, elemental sulphur and other nonferrous metals.

Résumé

Une appréciation critique a été faite des méthodes proposees pour le traitement hydrométallurgique des concentrés de chalcopyrite. Les méthodes par lesquelles la deécomposition originale de la chalcopyrite est affectée par les lixiviants, sont décrites. Les méthodes selon lesquelles la lixiviation est précédée par la décomposition pyrométa1lurgique du minerai comprennent la sulphatation sélective et les traitements non-oxydants dans lesquels les concentrations relatives de cuivre, fer et souffre sont changées. Aucun procédé pouvant remplacer les procédés pyrométallurgiques conventionnels n'a encore été trouvé, bien que plusieurs soient parvenus au stade de l'exploitation sur pilote. L'intérêt d'un procédé hydrométallurgique économique, pour l'extraction du cuivre, à partir des minerais de souffre, serait la non-pollution de l'air et la possibilité de récupération du fer, du souffre élémentaire et des autres métaux non-ferreux.     

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.     

The Kinetics of Slag-Metal Reactions

Abstract

The experimental techniques which are available for the study of the kinetics of slag-metal reactions are considered. The possible rate controlling mechanisms are briefly reviewed. An analysis is made of the various studies of slag-metal reaction kinetics and attempts are made to correlate the results of different investigations. Of particular interest in this context are the studies of silica reduction by carbon in iron and sulphur transfer studies between slag and metal. Studies of manganese, phosphorus and chromium transfer in ferrous systems are briefly reviewed as well as the reduction of ferrous oxide from slags.

Résumé

Dans cet article, les méthodes expérimentales disponibles pour l'etude de la cinétique des réactions métal-scorie sont exposées. Les mécanismes possibles pouvant contrôler les taux de réaction sont briévement revus. Une analyse des diverses études sur la cinétique des réactions métal-scorie est faite. De plus, des corrélations entre les résultats des différentes études ont tente d'etre obtenues. Un intérét dans ce domaine est l'etude de la réduction de la silice par le carbone present dans le fer, ainsi que les études du transfert du soufre entre le métal et la scorie. Les études sur le transfert du manganése, du phosphore et du chrome en présence de fer sont briévement revus ainsi que la réduction de l'oxyde de fer contenu dans la scorie.     

Thermal reduction of olivine by calcium carbide and by silicon in the presence of calcium oxide

Abstract

The vapour pressures over the reactants olivine - calcium-carbide and olivine - silicon - calcium oxide have been measured over the temperature ranges 1115 to 1190°C and 1045 to 1165°C, respectively. The equilibrium reactions do not involve olivine since this material readily decomposes in the presence of CaC₂ or CaO. In the calcium carbide reduction, the reaction mechanism depends on the ratio of olivine to calcium carbide in the charge. In the silicon reduction, the equilibrium-pressures are essentially the same as those for the corresponding reduction of dolomite. The possible role of an intermediate calcium-silicon alloy in the latter case is discussed.

Résumé

Les auteurs ont mesuré les tensions de vapeur au-dessus des réactifs olivine - carbure de calcium et olivine - silicium - oxyde de calcium à des intervalles de température de 1115 à 1190°C et de 1045 a 1165°C respectivement. Les réactions de'équilibre n'impliquent pas l'olivine car ce composé se décompose en présence du CaC₂ ou du CaO. Dans le cas de la réduction du carbure de calcium, les mécanismes de réaction dépendent de la proportion d'olivine et du carbure de calcium dans la charge. Pour la réduction du silicium, les pressions à l'equilibre sont essentiellement les mêmes que celles pour la réaction équivalente avec la dolomite. Le rôle possible d'un composé intermédiaire calcium - silicium dans le dernier cas est discuté.     

Furnace refractory practice at Manitoba Rolling Mills

Abstract

Iron is considered as an impurity in aluminium alloys due to its detrimental impact on strength and ductility. Much work has been carried out to reduce the iron levels in recycled aluminium alloys. In this investigation, the influence of Mn additions for reducing the Fe content in an Al–Si alloy has been studied. The experimental results and thermodynamic calculations revealed that a reduction of up to 62%Fe content can be achieved. The major mechanism of iron removal is the formation of the primary α-AlFeMnSi particles when held at lower temperatures. The characteristics and compositions of these particles, which settle on the bottom of the alloy melts, were confirmed using optical microscopy and X-ray diffraction techniques.

Dans les alliages d’aluminium, le fer est considéré comme une impureté en raison de son effet négatif sur la résistance et la ductilité. Des travaux ont été menés pour réduire la quantité de fer dans les alliages d’aluminium recyclé. L’étude menée porte sur l’influence des ajouts de manganèse visant à réduire la teneur en fer dans un alliage Al–Si. Les résultats expérimentaux et les calculs thermodynamiques ont révélé qu’il est possible d’atteindre une réduction de 62% de la teneur en Fe. Le principal mécanisme d’extraction du fer est la formation de particules d’alliage α-AlFeMnSi lorsque des températures plus basses sont maintenues. Les caractéristiques et la composition de ces particules, qui se déposent au bas des fontes d’alliage, ont été confirmées à l’aide de microscopie optique et de techniques de diffraction des rayons X.     

Studies on the Removal of Harmful Elements During Sintering of Siderite Iron Ore

Abstract

Addition of small amounts of calcium and magnesium chlorides to the sinter charge of siderite iron ore, to minimise the percentages of harmful elements such as Pb, Zn, Cu, Sb and As was successfully performed. Remarkable removal of these elements was achieved during sintering. The produced sinter acquired good physical characters, like Iso tumbler index. The oxidation, desulphurization and reducibility of sinters were satisfactory. X-ray analysis and microscopic examinations indicated the nature and kind of minerals already present in sinters.

Résumé

On a, par l'addition de faibles quantités de chlorures de calcium et de magnésium à la charge lors du frittage d'un minerai de fer et de sidérite, réussi à minimiser les pourcentages d'éléments nocifs tels Pb, Zn, Cu, Sb et As. Pendant le frittage une élimination remarquable de ces éléments a été réalisée. Le produit fritté possède de bonnes caractéristiques physiques, surtout en ce qui a trait à sa résistance à l'abrasion (essais de chutes ISO). L'oxydation, la désulfuration et la réductibilité des produits frittés est satisfaisante. Des analyses par rayons X et des examens microscopiques indiquent la nature et le genre des minéraux présents dans les produits frittés.     

Novel Concept of An Alumina Emf Sensor For Cryolite Melts

Abstract

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

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

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

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