Kinetics of Cu(II) cementation on a pure aluminum disc in acidic sulphate solutions

Abstract

The rates of copper cementation on pure aluminum discs were studied as a function of (a) initial copper ion concentration, (b) temperature, (c) initial hydrogen ion concentration, and (d) the effect of the peripheral velocity of the Al disc.

At low initial copper ion concentration (1 × 10^?4M), there are two rate-controlling processes: ionic diffusion control at temperatures. above 40°C, and surface reaction control at temperatures below 40° C. At higher initial copper ion concentrations (5 × 10^?3 M), the rate is controlled by a chemical (surface) reaction.

When the-hydrogen ion concentration is increased to 0.7 M, the cementation rate increases. The pH remains constant during the reaction.

The cemented deposit is pure copper. The structure. of the deposit is dependent on both temperature and the initial copper ion concentration. At high initial copper ion concentration (5 × 10^-3 M) and at high temperatures (75° C), the rate, which was constant initially, increases with increasing deposition.

Résumé

Les taux de cémentation du cuivre sur des disques d'aluminium pur ont été étudié en fonction (a) de la concentration initiale des ions cuivres, (b) de la température, (c) de la concentration initiale des ions hydrogene et (d) de l'effet de la vitesse tangentielle du disque d'aluminium.

Pour une faible concentration initiale d'ions cuivre (1 × 10^?4 M) il y a deux processus régulateurs : à des températures supérieures à 40°C un côntrale de diffusion ionique et à moins de 40°C un côntrale de la réaction de surface. Pour des concentrations d'ions cuivre plus élevées (5 × 10^?3 M), le taux est contrôlé par une réaction chimique (de surface).

Quand la concentration des ions hydrogène est augmentée à 0.7M Ie taux de cémentation augmente, lp. pH demeure constant pendant la réaction.

Le dépôt est du cuivre pur et sa structure dépend à la fois de la température et de la teneur initiale en ions cuivre. A haute concentration initiale d'ions cuivre (5 × 10^-3M) et à haute temperature (75°C), le taux, constant du début, augmente quand le dépôt augmente.     

Mesure du coefficient de diffusion chimique dans le protoxyde de cobalt

Abstract

The chemical diffusion coefficient for cobalt protoxide at 1000°C has been measured by means of the concentration gradient relaxation method. The already predicted vacancy mobility variation is experimentally confirmed. Such a variation may be explained by a modified configuration for the V_M^′ defect within its existence range or, at least, by a modified activation energy for the diffusion jump process. The effective valency measured for the diffusing ion is close to two while, in this case, it should be equal to one according to Wagner's theory. The electrical measurements made close to an oxygen partial pressure of one atmosphere do not reveal the existence of the neutral vacancies V_M^x

Résumé

Le coefficient de diffusion chimique dans le protoxyde de cobalt à 1000°C a été mesuré par la méthode de relaxation du gradient de concentration. La variation de la mobilité des lacunes, prédite par ailleurs, se trouve confirmée expérimentalement et pourraitétre expliquée par une modification de la configuration du défaut V_M^′ aacute; l'intérieur de son domaine d'existence ou, du moins, par une modification de l'énergie d'activation des sauts de diffusion. La valence effective mesurée pour l'ion qui diffuse, est trés voisine de deux tandis que la theorie de Wagner praecute;voit une valence égale a un, dans ce cas. Les mesures de conductibilité electrique au voisinage d'une pression d'oxygene égale à un atm, ne confirment pas l'apparition de lacunes neutres V_M^x.     

Interdiffusion in copper(rich)-chromium solid solutions

Abstract

Interdiffusion was studied in copper (rich)-chromium solid solutions in the composition range approximately 0.2 to 0.8 at% Cr and in the temperature range 852°C – 1050°C. Diffusion couples consisted of cylindrical sections of OFHC copper electroplated with pure chromium. The concentration profiles of the diffusion couples were determined using an electron probe micro analyzer, and the diffusion coefficients were determined by fitting the error function solution of the diffusion equation to the experimental curves. The Arrhenius plot of the diffusion coefficients obtained for five different temperatures gives 48.4 ± 1.2 kcal/mole and 1.11_?0.44^+0.78 cm²/sec for the activation energy (E_D) and frequency factor (D_o) respectively (where the limits given are standard deviations for a 99 per cent confidence level), and approximate published chromium tracer diffusion and copper self diffusion results.

Résumé

Les auteurs ont étudié l'interdiffusion dans des solutions solides, riches en cuivre et con tenant environ 0.2 à 0.8% atomique de chrome, pour une gamme de temp;amp;#x00E9;ratures de 852 agrave; 1050°c. Les couples de diffusion étaient des sections cylindriques de cuivre OFHC électroplaqués avec du chrome pur. Les profils de concentration des couples ont été mesurés par microsonde électronique et les coefficients de diffusion ont été déterminés en lissant les courbes expérimentales grâce à la solution de la fonction erreur pour l'équation de diffusion. La courbe déArrhenius des coefficients de diffusion obtenus à cinq températures différentes donne une énergie d'activation (ED) de 48.4 ± 1.2 kcal/mole et un facteur de fréquence (Do) de 1.11 _?0.44^+0.78 cm²/sec. (oú les limites indiquées sont les déviations standards pour un niveau de con fiance de 99%). Ces valeurs sont approximativement égales à celles publiées pour la diffusion de traceur de chrome et pour l'autodiffusion du cuivre.     

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.     

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.     

Effect of silicon on the rate of de-sulphurization of liquid Fe-S alloys by argon-hydrogen at 1550°C

Abstract

The passivation of copper anodes due to precipitation of copper sulfate on the anode surface was investigated as a function of electrolyte composition and temperature, and of anode composition. The slime layer present on the anode surface was shown to be the primary factor in causing passivation by inhibiting the diffusion of copper ions. Factors such as temperature, free acid level, Ni²⁺ and Cu²⁺ ion levels were also important in so far as they affected the mass transfer characteristics of Cu²⁺ ions and the solubility of copper sulfate.

Résumé

La passivation des anodes de cuivre due à la précipitation du sulfate de cuivre sur la surface de l'anode a été étudiée en fonction de la composition et la température de l'électrolyte et aussi en fonction de la composition de l'anode. Nous avons montré que la couche d'impuretés présente sur la surface de l'anode est la cause première de la passivation car elle empêche la diffusion des ions cuivre. D'autres facteurs tels que la température, le niveau d'acide libre, le niveau d'ions Ni²⁺ et Cu² sont également importants en ce qu'ils affectent les caractéristiques de transport de matière des ions Cu²⁺ et la solubilitédu sulfate de cuivre.     

Superplasticity in a commercial copper dispersion alloy

Abstract

The high-temperature ductility of a fine-grained commercial copper dispersion alloy (CDA 638 - Cu - 2.8% Al - 1.8% Si - 0.4%. Co) has been investigated in the temperature range 400°–800°C at strain rates of 10-2 to 1 min-I. Ductility was markedly temperature and strain rate dependent with a maximum of 320 % at 550°C and 3.9 × 10^?2 min^?1. The strain rate sensitivity of the flow stress was about 0.5 under these conditions and the behaviour can be termed ‘superplastic’. Extensive intergranular cavitation was observed which restricts the ductility; to optimize ductility in this alloy the factors of both cavitation and strain rate sensitivity must be evaluated.

Résumé

La ductilite d'un alliage commercial de cuivre à particules dispersées (CDA 638 – Cu: 2.8% Al, 1.8% Si, 0.4% Co) a été étudiée dans l'intervalle de température 400–800°C pour des vitesses de déformation entre 10^?2 et 1 min^?1. La ductilityé dépendant fortement de la température et de la vitesse de déformation avec une valeur maximale de 320% à 500°C pour une vitesse de 3.9 × 10^?2 min^?1. Ce comportement est considéré comme superplastique dans le mesure où l'exposant reliant la contrainte et la vitesse de déformation a une valeur de ～0.5 dans ces conditions. La ductilité est limitée par une cavitation intergranulaire importante et pour l'augmenter il faut tenir compte de ce facteur aussi.     

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

Abstract

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

Résumé

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

Application of fracture mechanics to high-temperature creep rupture

Abstract

This paper reviews the crack opening displacement approach to fracture testing of materials at ambient temperature and considers extension of the work to higher temperatures, as one phase of an approach aimed at bringing various cracking behaviours within the same over-all fracture mechanics treatment.

Testing procedure uses BS 15 mild steel as l-inch plate at 350°C, with loading times up to 1000 hours. A rectangular specimen about 18 × 6 inches is slit for three quarters of its length along the centre of width, and the notched region is immersed at high temperature. The split ends protruding from the furnace are strained apart, and a transducer is projected into the furnace to provide a continuous measurement of crack opening displacement. CaDs produced are in reasonable agreement with values predicted by the general yielding theory. Intergranular crack extensions occurred at CODs of 14 to 17 × 10^?3 inches, were of the ‘pop-in’ type.

One specimen was cooled to 0°C after test so that the crack could be extended by cleavage. The COD at initiation was 5 × 10^?3 inches, indicating that the material had been substantially embrittled by hot straining.

Résumé

Après avoir revu l'ouverture et le déplacement des fissures pour des essais de rupture à température ambiante, les auteurs considèrent l'élargissement de ces conclusions a haute température comme approche pour examiner divers comportements des fissures dans un mécanisme global de la rupture.

Pour les essais, une tôle d'un pouce d'épaisseur d'acier doux BS?15 a été utilisée a 350°C, le temps maximal de mise en charge étant de 1000 heures. L'éprouvette rectangulaire déenviron 18 po. × 6 po. est entaillée en son centre sur les trois quarts de sa longueur; la région entaillée est maintenue à haute température. Les extrémités fendues de la tôle sont écartées l'une de l'autre hors du four et un palpeur dans le four donne en continu la propagation de la fissure. La propagation des fissures est en bon accord avec les valeurs données par la théorie de l'écoulement. L'extension de fissure intergranulaire se produit pour des valeurs de la propagation des fissures de 14 à 17 × 10^?3 pouces et sont réentrantes. Une éprouvette fut refroidie à 0°C aprés l'essai de fa?on à pouvoir faire avancer la fissure par clivage. La propagation de la fis sure était de 5 × 10^?3 pouces indiquant une fragilisation du métal par deformation à chaud.     

The annealing of bainite while being concurrently deformed

Abstract

Annealing with oncurrent deformation has been carried out on a bainitic high-carbon steel in a temperature range just below the lower transformation temperature, i.e. ～850 – 975K.

The enhancement of carbide coarsening was measured during hot torsion under conditions of (a) constant strain rate and (b) constant experiment duration. The carbide coarsening rates are compared with results obtained from earlier experiments employing isothermal annealing without deformation, and the enhancement of coarsening due to concurrent deformation is quantitatively assessed from measurements of the mean particle radius and mean free ferrite path.

From kinetic data, the rate limiting step in coarsening during concurrent deformation is identified as the self-diffusion of iron and two dominant mechanisms are proposed which result in a discontinuity of coarsening rate at critical strain levels. The effective diffusion coefficient for coarsening is shown to be a linear function of strain rate and the strain rate coefficient is evaluated from the present data for bainitic 1070 steel.

Résumé

Un traitement de revenu associé à une déformation simultanée a été appliqué à un acier bainitique à haut carbone dans une gamme de températures juste inférieures à la température de transformation (850–975K).

L'accélération de la coalescence des carbures pendant la torsion à chaud a été mesurée soit àvitesse de déformation constante, soit à temps d'expérience constant.

Les lois de coalescence des carbures sont comparées àcelles obtenues au cours d'un traitement isotherme sans déformation et l'accélération de la croissance due àune déformation simultanée est évaluée quantitativement grâce aux mesures du rayon moyen des particules et de la longueur moyenne de ferrite libre.

A partir des résultats de cinétique, le facteur limitant la coalescence sous déformation est identifie comme étant l'auto-diffusion du fer et les auteurs proposent deux mécanismes prédominants qui conduisent à une discontinuité de la vitesse de coalescence pour des niveaux critiques de la déformation. Le coefficient effectif de diffusion pour la coalescence est une fonction linéaire de la vitesse de déformation et le coefficient de vitesse de déformation est évalué à partir de ces résultats expérimentaux pour un acier bainitique 1070.     

The nature of coloured films produced on copper by selenious acid

Abstract

The composition and thickness of coloured films produced on copper by selenious acid have been studied. The composition of the films has been determined by a combination of electron and X-ray .diffraction techniques and was found to be Cu_1.8Se. The colour produced by the copper selenide is due to interference effects. The thicknesses of these films required to produce various colours were determined by an electrometric technique and were found to vary approximately in the same manner as for copper(I) sulphide and copper(I) oxide. A given thickness of the copper selenide produced approximately the same colour as an equal thickness of copper(l) sulphide or copper(I) oxide.

Résumé

Cette étude porte sur la composition et l'épaisseur de fums colorés produit sur du cuivre par l'acide sélénieux. Deux techniques, la diffraction des électrons et celIe des rayons-X a permis d'établir que la composition des films est Cu^1.8Se. La couleur du sélénate de cuivre est due à des phénomènes d'interférence. Les épaisseurs de ces films nécessaires à donner différentes couleurs ont été mesurées par une technique électrométrique et il a été etabli qu'elles varient de façon analogue à celle du sulfure cuivreux et de l'oxyde cuivreux. A épaisseur égale, la couleur du film de sélénate de cuivre est à peu prés la même que celle de films de sulfure cuivreux ou d'oxyde cuivreux.     

Effect of dissolved oxygen on the surface tension of liquid iron

Abstract

The oscillating drop technique was used to measure the surface tension of liquid iron-oxygen alloys in the temperature range 1560–1645°C. No noticeable temperature dependence of the surface tension was observed. The surface activity of oxygen in iron was determined to be 2.1 × 10⁶ dynes/cm. This value is twice as large as the accepted value in the literature. According to the monolayer approximation, the liquid iron surface becomes saturated with oxygen when each adsorbed oxygen atom occupies an area of 11.4 Ų. Data-analysis suggests that saturation of the surface of liquid iron with oxygen results from the formation of a two-dimensional ionic compound. This compound seems to correspond to Fe₂O or FeVO, where V stands for a vacancy.

Résumé

La technique de la goutte oscillante a ét é employ ée pour mesurer la tension superficielle des alliages liquides fer-oxyg ène entre 1560°C et 1645°C. Aucune variation de la tension superficielle avec la temperature n'a été observée. L'activité suferficielle de l'oxygéne dans le fer a été établie comme étant 2.1 × 10⁶ dynes/cm. Cette valeur est deux fois celle admise dans la littéature. Selon l'approximation d'une monocouche, la surface du fer liquide sera saturée d'oxygé ne quand chaque at orne d'oxygene absorbe occupe une superficie de 11.4 A². L'analyse des données indique que la saturation de la surface du fer liquide par l'oxygéne résulte de la formation d'un composé ionique bi-dimensionnel. Il semble que ce compose corresponde à Fe₂O ou FeVO, ou V est une lacune dans le réseau.     

Stress Corrosion Crack Propagation in Annealed and Cold Worked 310 and 316 Austenitic Stainless Steels in Boiling (154°C) Aqueous MgCl2 Solution

Abstract

The crack propagation velocity, v, was determined as a function of the opening mode stress intensity factorK_I , for stress corrosion cracking (SCC) of annealed and cold-worked 310 and 316 austenitic stainless steels exposed to hot (154°C) solutions of aqueous McCl₂. A specimen geometry and experimental procedure was employed to minimize macro-crack branching. The log υ vs K_I curves were of the three-stage type, with υ independent of K_I in stage II. All curves belonged to a single family in which stage I approached a limiting value of stress intensity, K _ISCC? 9 MN·m^?3/2, below which crack propagation was less than 10^?9 or 10^?10 m s^?1. Cold work increased stage II crack velocities in 316, but did not influence stage II velocities in 310. A fractographic study was carried out by scanning electron microscopy which showed that the fine details of opposite, matching fracture surfaces interlocked. Also, evidence was obtained for corrosion slotting effects.

Résumé

On présentera ici la variation de la vitesse de propagation des fissures υ en fonction du facteur d'intensité de contraintes K_I ; ceci pour la fissuration par corrosion sous tension des aciers inoxydables 310 et 316 soumis à l'action d'une solution aqueuse de MgCl₂ portée à son point d'ébulition (154°C). Nous avons utilisé une géométrie d'éprouvette et une procédure expérimentale qui réduisent la ramification des fissures.

Les courbes de log υ en fonction de K_I présentent trois stades, υ étant indépendant de K_I au stade II. Toutes les courbes appartiennent à une même famille pour laquelle on atteint au stade I une valeur limite du facteur d'intensité de contrainte (K _ISCC = 9 MN.m^?3/2) en dessous de laquelle la propagation devient inférieure à 10^?9 ou 10^?10ms^?l. Le laminage à froid a augmenté la valeur de la vitesse de fissuration à laquelle se produit le stade II pour l'acier 316 mais n'a pas influencé cette vitesse pour l'acier 310.

A l'aide du microscope électronique à balayage nous avons mene une etude fractographique et celle-ci montre bien que de fins détails des surfaces opposées s'emboitent. Nous avons également pu observer la présence de fentes d'orientations cristallographiques produites par la corrosion.     

LIX-65N and Dowfax 2AO interaction in copper solvent extraction and electrolysis

Abstract

The acid mist generated during copper electrowinning can be effectively suppressed by a froth covering the electrolyte surface stabilized by the addition of the sulphonic acid, Dowfax 2AO. If the spent electrolyte is then used to strip copper from the loaded solvent extraction reagent LIX65N, these two organics and any degradation products will be mixed. In order to determine whether these organics are compatible, a small-scale continuous solvent extraction/electrowinning system was therefore studied for an extended period.

Successive passes of organic around the circuit resulted in decomposition of the LPX65N such that its ability to extract copper was greatly reduced. After seven hundred organic phases, the phase separation in both the loading and stripping stages seriously deteriorated and even with the addition of impractical amounts of Dowfax 2AO it was impossible to maintain the froth over the electrowinning cell. Thus, it is clear that Dowfax 2AO cannot be allowed to contaminate a copper solvent extraction system which employs LIX65N. It has also been proved that two other organic acids, dinonylnaphthalene sulphonic acid and di(2-ethylhexyl)phosphoric acid, also cause decomposition of LIX65N.

Résumé

La bruine d'acide se dégageant à la surface de la solution pendant l' électrolyse du cuivre peut être éliminé par une mousse stabilisée par l'acide sulfonique, Dowfax 2AO.

Si, à la suite, l' électrolyte epuise sert a extraire le cuivre d'une solution de LIX-65N, les deux composés organiques et leurs produits de décomposition sont mélangés. Afin de déterminer la compatibilité de ces substances, on a étudié à échelle réduite, en système continu pendant une longue période, la combinaison extraction par solvant-électrodéposition du cuivre.

Les retours répétés du milieu organique dans le circuit aboutissent à une décomposition du LIX-65N à tel point que sa capacité d'extraire est fortement réduite. Aussi après sept cents contacts avec le milieu organique, les separations des phases à l'extraction et au dégarnissage sont rendues très difficiles. De plus, il est impossible d'obtenir une mousse à la surface de l' électrolyte même en employant des quantités exagérées de Dowfax 2AO. Il faut conclure que ce dernier ne doit pas être employé dans un circuit d'extraction du cuivre par le LIX-65N.

Les mêmes phenomenes de décomposition sont constatés avec deux autres acides organiques: l'acide dinonyle-naphtholène sulfonique et l'acide di(2-ethylhexyl) phosphorique.     

Copper cementation on nickel discs

Abstract

The cementation of copper on various types of nickel discs has been studied in dilute cupric sulphate solutions. Activation of the cathode nickel discs with Te⁺⁴ was necessary to achieve reproducible rates, whereas satisfactory results were obtained with mint nickel discs using only a chemical polishing treatment Attempts to cement copper on discs of nickel-copper alloys were unsuccessful.

The cementation process on pure nickel takes place by two different rate-controlling mechanisms. At low temperatures the process is probably controlled by a surface reaction, whereas at higher temperatures the process is probably controlled by diffusion through surface layers. When the acidify of the solution is increased, the cementation rate increases. The rate decreases with increasing thickness of the cemented deposit.

Résumé

Le dépôt de cuivre sur divers types de disques de nickel a été étudié en solution diluée de sulfate cuivrique. Afin d'obtenir des taux reproductibles il a été nécessaire d'activer les disques de nickel cathodique avec du Te⁺⁴ alors que pour du nickel à monnaie des résultats satisfaisants étaient atteints apnès un polissage chimique. Les essais de dépôt de cuivre sur des alliages de nickel-cuivre se sont avénés infructueux.

Le processus du dépot sur du nickel pur se fait par deux mécanismes différents. A basses températures le processus est probablement contrôlé par une réaction de surface tandis qu'a plus haute température il serait contrôle par diffusion au travers de la surface. Quand l'acidité de la solution est augmentée, le taux de dépôt augmente également. Ce taux diminue au fur et à mesure que l'épaisseur du dépôt augmente.     

Growth of wustite scales on steels

Abstract

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

Résumé

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

The role of plastic deformation in liquid metal embrittlement

Abstract

Tensile and four-point bend tests on specimens of polycrystalline copper – 8 wt% aluminum coated with mercury have shown that plastic deformation is a necessary precursor to intergranular fracture. The existence of long cracks associated with unfailed notches indicates that a period of stable crack growth precedes failure. X-ray line broadening and microhardness measurements indicate considerable plastic deformation in the region of the fracture path and an effective surface energy of 10⁹ ergs/cm² is estimated. It is suggested that there is no critical applied stress criterion for this type of fracture, but that decohesion is due to the creation of a localized condition of instability at the crack tip from the creation of dislocation pile-ups against the grain boundary just ahead of the crack and the weakening of cohesive bonds in this area by the penetration of liquid metal atoms into it.

Résumé

Des essais de traction et de flexion entre 4 points sur du cuivre polycristallin contenant 8% poids d'aluminium et recouvert de mercure ont démontré qu'il est nécessaire d'avoir une déformation plastique pour obtenir une rupture intergranulaire. La présence de longues fissures associées à des entailles non rompues indique qu'une période de croissance stable de la fissure précède la rupture. Un élargissement des raies de diffraction et des mesures de microdureté montrent une déformation plastique importante dans le voisinage de la propagation de la rupture et une énergie de surface effective de 10⁹ ergs/cm² est estimée. Il est suggéré qu'il n'y a pas, pour ce type de rupture, de critère de contrainte critique, mais plutôt que la décohésion est causée par la création d'une condition localisée d'instabilité en tête de la fissure due à des empilements de dislocations aux joints de grain, immédiatement en avant de la fissure et é l'affaiblissement des liaisons dans cette région par la pénétration d'atomes de métal liquide.     

Modeling of Casting Solidification Stochastic or Deterministic?

Abstract

Solidification modeling has had a phenomenal impact on metalcasting in the last decade. Following its initial success in predicting the occurrence of porosity defects, it has grown to be an essential casting engineering tool. As more complex models have been developed (in response to the realization that simple heat flow models were not adequate to solve the shrinkage problem), they are being used to design more efficient gating and risering systems, which minimize the amount of metal poured to produce a good casting. Models today include predictions of fluid flow during mold filling, casting distortion, mold-metal interface reactions and cast structure.

Until a few years ago solidification simulation was based only on deterministic models. As prediction of microstructural evolution became a contemporary problem, the limitation of deterministic models in predicting such features as dendrite coherency, columnar-to-equiaxed transition, dendrite fragmentation

and movement of dendrites by the liquid, became evident. Recently developed stochastic models for solidification are capable of simulating and displaying the growth of columnar and equiaxed grains. However, the physics of dendritic growth is rather approximate. The growth of dendrite arms and their branching are ignored, and only a bulk representation of the grain growth is provided.

A micro-scale approach for more accurate dendritic growth simulation in casting processes is presented in this paper. The model couples stochastic modeling at a length scale of 10^?6 m, with deterministic modeling at a length scale of 10^?4 m. A deterministic tip-velocity model is used to calculate the advance of the dendrite tip. Arm thickening is also calculated with a deterministic law derived from the dendrite tip velocity law and crystallographic considerations in combination with a deterministic coarsening model. However, the overall growth of dendrite arms is derived from probabilistic calculations. Branching of dendrites arm is allowed to occur based on morphologic instability. Thus the dendrite morphology, rather than the gain structure can be simulated.

A discussion on the advantages and limitations of contemporary deterministic and stochastic models is also included. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

La modélisation de la solidification a eu un impact phénomenal sur le coulage des metaux au cours de la derniere decennie. A la suite de son succes initial a predire l'occurrence de porosite, la modelisation est devenue un outil d'ingenierie essentiel pour lecoulage. Puisque des modeles plus complexes ont été développes (suite à la réalisation que de simples modéles d'écoulement de chaleur n'étaient pas adequats pour la resolution du probleme de retrait), ceux-ci sont utilises pour concevoir des systemes plus efficaces d'attaqué de coulée et de disposition de masselottés. Ces systemés minimisént ainsi la quantité de metal versée pour la production d'un bon coulage. Les modéles d'aujourd'hui peuvent prediré l'écoulement de fluide lors du remplissage du moulè, la distorsion des coulages, les réactions à l'interface moule-metal et la structure du coulage.

Jusqu'à il y a quelques années, la simulation de la solidification était basée uniquement sur des modèles déterministes. Puisque la prediction de l'évolution de la microstructure est devenue un probleme contemporain, la limitation des modéles déterministes à prédire des caracteristiques telles que la coherence des dendrites, la transition basaltique-à-équiaxe, la fragmentation et le mouvement des dendrites par le liquide, est devenue evidente. Les modeles stochastiques de solidification, développes recemment, sont capables de simuler et d'exposer la croissance de grains basaltiques et équiaxes. Cependant, la physique de la croissance des dendrités est plutot approximative. La croissance des dendrites et de leurs embranchements est ignorée et seulement une representation en vrac de la croissance de grain est fournie.

Dans ce document, on présente une approche à l'échelle microscopique afin de fournir une simulation plus exacte de la croissance de dendrite, dans les procedes de coulage. Le modele associé la modélisation stochastique, à une echelle de longueur de 10⁶ m, avec la modelisation deterministe, à une échelle de longueur de 10⁴m. Un modele deterministe de velocite a l'éxtremite est utilise pour calculer l'avance de l'extremite du dendrite. L'épaississement du bras est aussi calcule avec une loi deterministe derivée de la loi de velocité a l'extremité du dendrite et de considerations cristallographiques en combinaison avec un modéle de grossissement deterministe. Cependant, la croissance generale des dendrites est derivée de calculs probabilistes. L'embranchement des dendrites est permis en se basant sur l'instabilite morphologiqué. Ainsi, on peut simuler la morphologie de dendrite, plutot que la structure de grain.

On inclut également une discussion des avantages et des limites des modéles deterministes et stochastiques contemporains. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

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

Abstract

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

Résumé

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

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

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

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