Roasting in extractive metallurgy a thermodynamic and kinetic review

Abstract

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

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

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

Résumé

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

The Effect of Oxide Grain Structure on the High-Temperature Oxidation of Fe,Ni and Cr

Abstract

Investigations have shown that the oxidation rate of metals and alloys is strongly influenced by the oxide grain size. This paper summarizes some of our data on the oxidation of Fe, Ni, Cr, and some alloys and relates the observed oxide grain structures to the oxidation kinetics and transport processes. Fine-grained polycrystalline oxide thickens most rapidly because the many oxide grain boundaries act as preferential paths for rapid diffusion. In contrast, monocrystalline oxide such as forms on some orientations of Ni and Cr thickens very slowly and shows the highest activation energy. Oxide grain size is found to depend on such factors as metal orientation, chemical pretreatment of the surface, cold work, and oxidation procedure.

Résumé

Plusieurs programmes de recherche ont montré que le taux d'oxydation des métaux et alliages dépend de la grosseur des grains des oxydes produits. Cet article présente certains des résultats obtenus en oxydant du Ni, du Cr et certains alliages; un rapport entre la structure des grains d'oxydes produits, d'une part, et d'autre part, la cinétique d'oxydation et les processus de transport présents, a été etabli. Les oxides polycristallins é grain serré facilitent l'oxydation, car leurs nombreux joints de grains offrent une route préférentielle à la diffusion rapide de l'oxygéne. Par contre, selon certaines orientations de Ni et de Cr, l'oxide monocristallin formé s'épaissit très lentement et présente les énergies d'activation les plus élevées. La grosseur des grains d'oxydes dépend de certains facteurs tels que l'orientation du metal oxyde, le prétraitement chimique de la surface, le travail à froid et la procédure d'oxydation.     

Autoclave treatment of pyrrhotite for sulphur recovery

Abstract

Oxidation of nickeliferous pyrhotite to Fe₂O₃ and elemental sulphur using 100 psi air as oxidant was investigated on laboratory and pilot plant scale. Because of the poor liquid-solid separation properties of product slurries, attention was, directed to preventing solubilization of nickel by maintaining high concentrations of pyrrhotite in the reacting bath. Operation of a 2 ton per day pilot circuit embodying recycling of magnetically separated un-reacted pyrrhotite from autoclave product slurry indicated that 65% of the nickel was recoverable in a flotation concentrate containing .elemental sulphur amounting to 60% of the sulphur in the pyrrhotite.

Résumé

L'oxydation d'une pyrrhotite nickel-fer en Fe₂O₃ et en soufre élémentaire par de l'acier sous une pression de 100 Ibs/po² a été étudiée en laboratoire et en usine pilote. A cause de la mauvaise séparation du solide des boues, une attention particulière a été portée pour prévenir la solubilisation du nickel en maintenant les concentrations de pyrrhotite élevées dans le bain de réaction. Une opération à 2 tonnes par jour à l'échelle pilote, tout en réalisant une recirculation de la pyrrhotite intacte (séparée magnétiquement des boues de l'autoc1ave) indiquait que 65% du nickel était récupérable en un concentré de flottation contenant 60% de soufre élémentaire par rapport à celui du produit de départ.     

How oxidation affects selective flotation of complex sulphide ores

Abstract

Selective flotation of complex sulphide ores containing Cu-Pb-Zn-Fe sulphide minerals is very difficult. Oxidation is one of the most important factors.

The oxidation of complex sulphide ore is found to be enhanced by the presence of pyrite. Pyritic complex sulphide ore sometimes behaves like elemental sulphur in flotation. Such troublesome behaviour is often experienced for flotation systems in which the natural pH of the. pulp is low.

Elemental sulphur formation can be predicted thermodynamically. The potential-pH diagrams of the Me-S-H₂O systems were constructed to show the stable domain of elemental sulphur. An explanation of enhanced oxidation of sulphide minerals in the presence of pyrite involves an electrochemical mechanism. Pyrite has the highest rest potential among all the sulphide minerals in an acidic solution. Since the condition of pyrite in its natural state may be regarded as electrochemically passive, we may anticipate that when pyrite is in galvanic contact with other sulphide minerals, the oxidation of the other sulphide minerals will.be enhanced under flotation conditions. The enhanced elemental sulphur formation on sulphide minerals in the presence of pyrite was confirmed experimentally.

Résumé

Le triage par flottation des complexes minéralogiques constitués de sulfures de Cu-Pb-Zn-Fe est trés difficile. L'oxidation est un paramétre important.

La pyrite de fer accélère l'oxydation de ces complexes. Un complexe de pyrite parfois se comporte comme du soufre élémentaire lorsque le pH du milieu de flottation est bas.

La formation de soufre élémentaire se prévoit par calcul d' énergétique. Les diagrammes potentiel-pH des systèmes Me-S-H₂O furent établis en vue d'indiquer les domaines de stabilité du soufre élémentaire. L'accélération de l'oxydation des minéraux sulfurés par la pyrite s'explique en se servant d'un mécanisme électrochimique. De tous les minéraux sulfurés, la pyrite possède dans les milieux acides, Ie plus haut potentiel d' équilibre. Puisque la pyrite è l' état naturel semble électrolytiquement passive, l'oxydation des autres sulfures, en conditions de flottation, serait alors accélérée. En présence de pyrite, l'experience conflIme la formation de soufre élémentaire sur les minéraux sulfurés.     

Rate of Transfer of Manganese Across Metal-Slag Interface and Interfacial Phenomena

Abstract

The rate of oxidation of manganese in liquid iron by oxidizing slag and rate of reduction of manganese oxide in liquid slag by liquid iron were measured at 1873 K. At the same time the liquid iron-slag interface was observed by an X-ray TV and the shape of iron drops was photographed on a film to determine the interfacial tension. From the results of the rate measurements it was found that the reaction proceeded rapidly over the initial period in the case of oxidation, but not in the case of reduction. The rate of reaction was analysed on the assumption that the reaction was controlled by simultaneous transport of manganese and oxygen. The change of interfacial tension during a run was small in spite of the transfer of surface active oxygen.

Résumé

Les vitesses d'oxydation et de réduction du manganèse ont été mesurées à l'interface métal-scorie d'un bain de fonte liquide à 1873 K. Simultanément, l'interface fonte-scorie a été observée à l'aide d'une caméra de télévision R-X et les goutelettes de fonte photographiées afin de déterminer la tension interfaciale. A partir des résultats des vitesse de réaction, il s'est avéré que la réaction s'effectue rapidement lors de la période initiale d'oxydation, mais non lors de la réduction. La vitesse de la réaction a été analysée en supposant qu'elle était contrôlée par le transport simultané du manganèse et de l'oxygène. Le changement de tension interfaciale lors d'un essai étai faible malgré le transfert d'oxygène actif en surface.     

Chemical Oxidation Methods for the Treatment of Thiosalt-Containing Mill Effluents

Abstract

The delayed acid generating capacity of milling effluents is caused by the presence of incompletely oxidized sulphur oxyanions, collectively called thiosalts. Wet chemical oxidation processes are among the most reliable and cost effective options available for the treatment of these effluents. Experimental data are presented for the oxidation of thiosalts using hydrogen peroxide, sodium hypochlorite and ozone. Examination of the oxidation reactions under ambient and well-defined conditions provides a better understanding of the fundamental chemistry of thiosalts. As a result, the technical and economic viability of various conceptual process flowsheets can be assessed, and future areas of research can be identified.

Résumé

La capacité des effluents de traitement de produire à retardement des acides est causée par la présence d'oxyanions de soufre dont l'oxydation est incomplète et que l'on appelle collectivement thiosels. Les procédés d'oxydation chimique par voie humide sont parmi les options disponibles les plus fiables et rentables pour le traitement de ces effluents. Dans ce rapport, on présente les donnees expérimentales du procédé d'oxydation des thiosels effectué à l'aide du peroxyde d'hydrogène, de l'hypochlorite de sodium et d'ozone. L'étude des réactions d'oxydation à température ambiante et dans des conditions bien définies fournit une meilleure compréhension de la chimie fondamentale des thiosels. En conséquence, on peut évaluer la viabilité technique et économique de nombreux organigrammes conceptuels d'analyse et identifier les domaines des travaux de recherche futurs.     

Thermodynamics of Calcium Ferrite Slags at 1200 and 1300°

Abstract

Oxygen isobars and liquidus isotherms of the system CaO-FeO-Fe₂O₃ at 1200 and 1300°C were determined by quenching samples equilibrated with CO₂–CO mixtures, The iron liquidus and the melt coexisting with two solids were carefully examined in terms of their composition as well as the equilibrium oxygen partial pressures, p _o2 . At 1200°C, p _o2 was 10^?7.70 atm when the slag coexisted with magnetite and dicalcium ferrite, At 1300°C, the melt region extends to the CaO–Fe₂O₃ join, where p _o2 was 10^?0.68 atm (air) or higher. Within the range of p _o2 from one order above that at iron saturation to 10^?4 atm, the slag composition, p _o2 , and the temperature T are related by the equation:

log (Fe^{+ + +} /Fe^{+ +} ) ? 0.170logp _O2 + 0.018 (wt% CaO) + 5500/T ? 2.52.

Activities of CaO(s), FeO(l), and Fe₃O₄ (S) in the slag were calculated from the p _o2 data by combining the available thermal data and/or by Gibbs-Duhem equation.

Résumé

Les isobares d'oxygene et les isothermes du liquidus du systeme CaO–FeO–Fe₂O₃ à 1200 et 1300°C ont été déterminées en trempant des échantillons équilibrés avec des mélanges CO₂–CO. Le liquidus du fer et le mélange coexistant avec deux solides ont été soigneusement étudiés en terme de composition et de pression partielle d'oxygène à l'équilibre, p _o2 . A 1200°C, p _o2 était de 10^?7.7 atm quand la scorie était en équilibre avec la magnétite et la ferrite de dicalcium. A 1300°C, le domaine du liquide s'étend jusqu'au joint CaO–Fe₂O₃ où p _o2 valait 10^?0.68 atm (air) ou plus. A l'intérieur du domaine de p _o2 qui s'étend d'un ordre au dessus de celle à la saturation en fer jusqu'à 10^?4 atm, la composition de la scorie, p _o2 et la température T sont reliées par l'équation:

log(Fe³⁺/Fe²⁺) ? 0.170logp _o2 + 0.018(pd %CaO) + 5500/T ? 2.52.

Les activités de CaO(s), FeO(l) et Fe₃O₄(S) dans la scorie ont été calculées a partir des valeurs de p _o2 en combinant les données thermodynamiques disponibles et/ou l'équation de Gibbs-Duhem.     

Oxygen gradient in the diffusion layer above graphite undergoing oxidation at 1425 C

Abstract

A tall crucible with a disc of graphite at the bottom was exposed to flowing mixtures of argon-oxygen. A lime-stabilized zirconia oxygen probe was used to determine the oxygen gradient within the crucible. The results are compatible with mass transfer in the gas phase being by Stefan diffusive flow. A slight degree of non-equilibrium among CO, CO₂ and O₂ was detected.

Résumé

Un disque de graphite repose au fond d'un creuset profound autour duquel circule un mèlange gazeux d'oxygène et d'argon.Une sonde à oxygène à base de zircone stabilisé à la chaux a été employèe pour la détermination du gradient d'oxygène à l'intérieur du creuset. Les résultats expérimentaux sont en accord avec les valeurs calculées pour le transfert de masse contrôlè par la diffusion des gaz selon le modèle de Stefan. On constate que le mèlange de CO, CO ₂ et O₂ est légèrement hors d'équilibre.     

Titanium deoxidation reactions in liquid iron

Abstract

An experimental study has been made of the equilibrium between titanium and oxygen in liquid iron at 1625° and 1700°C. Equilibrium was established between liquid Fe-Ti-O alloys held in Ti₃O₅ or Al₂O₃ crucibles and water vapor-hydrogen gas mixtures which were used to control the oxygen potential of the melt. The gas mixture was bubbled through the melt to give good gas-metal contact and to avoid thermal diffusion effects. In the reaction

Ti₃O₅(s) + 5H₂(g) ? 3 Ti + 5H₂O(g)

equilibrium was attained both by reduction of the solid oxide crucible and by oxidation of titanium in the alloy. Quenched samples obtained by suction into SiO₂ tubes were analyzed chemically for titanium and by vacuum fusion for oxygen. X-ray diffraction techniques were used to identify the products of deoxidation. Thermodynamic data for Fe-Ti-O alloys are presented and the use of SiO₂ sampling tubes at low oxygen potentials is discussed. Results are compared with published data and it is suggested that titanium decreases appreciably the activity coefficient of oxygen in liquid iron and that the deoxidizing power of titanium is closer to that of aluminum than that of silicon or vanadium.

Résumé

Les auteurs ont étudié l'équilibre entre le tatane et l'oxygène dans le fer liquide à 1625 et 1700°C. Des mélanges vaporeux d'eau-hydrogène ont servi à contrô1er le potentiel d'oxygène dans les alliages liquides Fe-Ti-O dans des creusets de Ti₃O₅ ou de Al₂O₃. Le mélange gazeux circulait à travers le bain liquide pour favoriser les échanges gaz-métal et éviter des effets de diffusion thermique.

Le point d'équilibre de la réaction:

Ti₃O₅(s) + 5H₂(g) ? 3 Ti + 5H₂O(g)

a été atteint par réduction du creuset d'oxyde solide et par oxydation du titane de l'alliage. Le titane a été dosé par voie chimique et l'oxygéne par fusion sous vide. Les échantillons pour le dosage ont été prélevés par aspiration de l'alliage dans des tubes de silice. Les produits de désoxydation ont été identifiés par diffraction des rayons-X. Les auteurs présentent des données thermodynamiques et discutent de l'utilisation des tubes de silice pour l'echantillonnage.

Ils comparent leurs résultats aux données de la littérature: ils rapportent que le titane abaisse le coefficient d'activité de l'oxygéne dans le fer liquide et que le pouvoir désoxydant du titane se rapproche plus de celui de l'aluminiumque de celui du silicium ou du vanadium.     

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.     

Metallurgical developments in the continuous casting of austenitic stainless steel slabs

Abstract

The design concept of Atlas Steels’ new integrated sheet/strip mill at Tracy, Quebec involved direct conversion of continuously cast austenitic stainless steel slabs to coiled hot bands. In early production, a high incidence of surface defects, commonly called ‘slivers’, necessitated hotband conditioning greatly in excess of the anticipated level. Electron probe microanalysis of nonmetallics found in the slivers revealed that the majority of such defects resulted from subsurface entrapment of pouring stream reoxidation products in the continuously cast slabs. The problem was brought under operational control by improved steelmaking practice and modifications of the casting operation to permit pouring through refractory stream protection tubes.

Résumé

Aux usines d'Atlas Steel situées it Tracy dans le Québec, le procédé de production prévoit la coulée continue suivie de laminage à chaud de tôles et de bandes. Dès la mise en marche des usines, le trop grand nombre d'inclusions de surface imposa un parachévement imprévu des bandes laminées à chaud. Des analyses faites par micro-sonde ont fait voir que la plupart des inclusions provenaient d'oxydation au jet de la coulée continue. Des modifications apportées à l'élaboration de l'acier et l'emploi de tubes réfract aires au jet de coulée surmonterent les difficultés occasionnées par les inclusions de surface.     

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.     

Principles of metal oxidation

Abstract

The principles governing formation of superficial oxides on metal surfaces are surveyed. Oxide crystals grow on a metal surface by rearrangement and place exchange within metal-oxygen substructures arising from the accumulation of oxygen by adsorption processes. The rate-controlling steps for growth of films are discussed by means of film models describing ion and electron migration under the influence of electrical potential gradients. These condiderations give rise to inverse logarithmic, direct logarithmic, cubic and parabolic time equations for film growth. The most rigorously tested theoretical basis in metal oxidation is that for the parabolic growth of scales based upon ambipolar diffusion of the reactants by point defects in oxides such as interstitials and vacancies. In several instances low resistance diffusion paths in oxides, such as grain boundaries and dislocations, cause leakage paths in films and short-circuit paths in scales. Several cases are discussed, where oxidation is controlled to linear kinetics by phase boundary reaction steps.

Résumé

Les auteurs passent en revue les principes régissant la formation d'oxydes superficiels sur des surfaces métalliques. Les cristaux d'oxyde croissent sur une surface métallique par un réarrangement et un changement de site à l'interieur de la sous-structure métal-oxygène provenant de l'accumulation d'oxygène par adsorption. Ces étapes controllant le taux de croissance des films sont discutées en fonction de modèles decrivant la migration des ions et des électrons sous l'effet de gradients de potentiel électrique. Ces considérations donnent des équations de temps de fonne logarithmique, inverse ou direct, cubique et parabolique pour la croissance des films. La base théorique la plus rigoureuse pour l'oxydation d'un métal est la croissance parabolique de l'oxyde basée sur la diffusion ambipolaire des réactifs par défauts ponctuels dans l'oxyde, interstitiels et lacunes. Dans plusieurs cas, des chemins de diffusion facHes dans les oxydes, joints de grain ou dislocations, fonnent des chemins de fuite dans les films et des courts-circuits dans la calamine. Plusieurs cas pour lesquels l'oxydation est controllée par des réactions en joints de phases amenant une cinétique linéaire sont étudiés.     

Interaction of amine and starch in quartz flotation

Abstract

The adsorption characteristics of tritiated dodecylamine and carbon-14 tagged starch on quartz were determined over a wide range of concentrations and pH. The effect of adsorption on floatability was determined using a modified Hallimond tube.

Amine adsorption was found to obey the equation Γ = k cⁿ. Starch additions increased the slope in dilute amine solutions and decreased the slope in concentrated amine solutions. Adsorption of amine increased with pH, with a sharp rise occurring between pH 8 and pH 10.

Starch adsorption increased with concentration. Increasing amine concentrations up to 10^?4 molar amine increased the starch adsorption. Further amine additions decreased starch adsorption.

Floatability increased with amine concentration up to 10^?3 molar amine but decreased in 10^?2 molar amine solutions. A flotation peak was observed in slightly alkaline solutions. The depressant effect of starch is related to the relative amounts of amine and starch adsorbed.

The mutual adsorption effects of amine and starch are explained in terms of complex formation.

Résumé

Les auteurs ont déterminé les caractéristiques de l'adsorption de la dodécylamine au tritium et de l'amidon marqué au carbone 14 sur le quartz, dans des conditions diverses de concentration et de pH. Les effets de ces réactifs sur la flotation ont été étudiés dans un tube ”Hallimond“ modifie.

L'adsorption de l'amine satisfait l'équation Γ = k cⁿ. Dans les solutions diluées de l'amine, la pente de la courbe augmente avec l'addition d'amidon tandis que dans les solutions concentrées, elle diminue. Le degré d'adsorption de l'amine croît avec le pH. Une augmentation plus marquée se produit dans l'intervalle de pH 8 à 10.

Plus la concentration de l'amidon augmente, plus le degré d'adsorption augmente. Il augmente également avec des concentrations croissantes d'amine. Au delà d'une concentration de 10^?4 moles/litre toute addition d'amine fait décroître le degre d'adsorption de l'amidon.

Lorsqu'on augmente la concentration de l'amine jusqu'a 10^?3 mole/litre la flotabilité est améliorée; toutefois, elle diminue dans des solutions 10^?2 molaire. On observe un maximum dans la courbe de flotabilite pour des solutions légèrement alkalines. L'effet dépressif de l'amidon est relie aux quantités relatives adsorbées d'amine et d'amidon.

Les effets combinès d'adsorption de l'amine et de l'amidon sont expliquées en termes de formation de corps complexes.     

Activity of oxygen in Cu-Au,Cu-Ag,Cu-Pt,Cu-Ni,Cu-Co and Cu-Fe alloys

Abstract

Thermodynamic properties of dilute solutions of oxygen in liquid Cu-Au, Cu-Ag, Cu-Pt, Cu-Ni, Cu-Co and Cu-Fe alloys have been studied by means of the hydrogen water vapour equilibrium. The following reaction

H₂(g)+[O]soln = H₂O(g)

was studied for which an equilibrium ratio can be written:

K = P_H2O/ P_H2 [at. %O]

where P_H2O and P_H2 are the partial pressures of water vapour and hydrogen and [at. %O} is the amount of dissolved oxygen in atomic per cent. The equilibrium reaction 1 was investigated over a wide range of temperatures. Equations are presented which show the variation of equilibrium constant 1 as a function of composition and temperature.

The interaction parameters are also given for the various alloys.

Résumé

Les propriétés thermodynamiques de solutions diluées d'oxygène dans les alliages liquides Cu-Au, Cu-Ag, Cu-Pt, Cu-Ni, Cu-Co et Cu-Fe ont été étudiées par l' équilibre entre l'hydrogène et la vapeur d'eau.

H₂(g)+[O]soln = H₂O(g)

La réaction permet d' établir la constante d' équilibre:

K = P_H2O/ P_H2 [at. %O]

P_H2O et P_H2 sont les pressions partielles de la vapeur d'eau et de l'hydrogène, [at% 0] est la quantité d'oxygène dissous en pourcentage atomique. La reaction d' équilibre 1 a été étudiée dans un domaine étendu de températures. L'auteur présente des relations montnlnt la variation de la con stante d' équilibre 1 en fonction de la composition et de la température.

Les paramètres d'interactions des différents alliages sont également présentés.     

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.     

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.     

Electrophoretic properties of the oxides NiO,Fe2O3, Cr2O3, MnO2 and TiO2 in aqueous suspension

Abstract

The electrophoretic properties of the oxides NiO, Fe₂O₃, Cr₂O₃, MnO₂ and TiO₂, present as an aqueous colloidal suspension in a polyacrylic acid-methylamine dispersant medium, have been investigated. Electrophoretic mobilities and zeta potentials were determined as a function of composition and pH of the solution. Optimum conditions for the electropainting of these oxides on steel have been determined. The colloidal particles depositing during the electropainting stage consist of hydrated acrylic acid -metal oxide agglomerates.

Résumé

On a étudié les propriétés d' électrophorèse des oxydes NiO, Fe₂O₃,Cr₂O₃, MnO₂ et TiO₂ en suspension colloïd ale dans un milieu aqueux en présence d'un mélange dispersant composé d'un acide polyacrylique et de la méthylanline.

Les mobilités électrophorétiques et les potentiels zéta ont été mesurés en fonction de la composition et du pH de la solution.

Les conditions optimales pour l' électrodéposition de ces oxydes sur l'acier ont été déternlinées.

Les particules colloidales se déposant sont des agglomérats formés d'acide acrylique hydraté et d'oxydes de métaux.     

Constant true strain rate compression: The cam plastometer

Abstract

A cam plastometer is a constant true strain rate compression testing machine used in studying the hot-working behaviour of metals. The reasons for the constant true strain rate testing procedure are discussed. The recently completed machine at the Mines Branch, Ottawa, Canada is described in detail This new machine has advanced the technology of cam plastometers mainly in the ease of testing and machine controls and also in the accuracy of the test results. Tests can be conducted at constant strain rates between 0.1 and 200 per second. The maximum load at all strain rates is 0.45 MN (100,000 lb). Several true stress-strain curves obtained from this machine are presented for an Al-Cu alloy.

Résumé

Le plastomètre à came est un appareil permettant d' étudier le comportement à chaud des matériaux à taux constant de déformation rationnelle. Les raisons pour lesquelles on recherche un tel taux sont présentées. Le plastomètre qui vient d'être installé à la Direction des Mines à Ottawa est décrit en détail. La mise au point a permis de réaliser des progrès dans la technologie des plastometrès surtout en ce qui a trait à la facilité d'effectuer les essais, à l'accés aux contrôles et à la précision des résultats. On peut utiliser des taux de déformation entre 0.1 et 200 sec^?1. A tous les taux, la charge maxima le est de 0.45 MN. L'artic1e inclut plusieurs courbes rationnelles contrainte déformation obtenues pour un alliage Al-Cu.     

Solubility of iron in liquid selenium below 585°C

Abstract

With the use of a JXA-3A microprobe the diffusion characteristics of indium in lead single crystals were determined in the temperature range from 160 to 200°C. For the temperature dependence of the heterodiffusion coefficient of indium in lead in dilute solid solution the relation

D = 33.exp {?(26.79 ± 0.76)/RT} cm²/sec

was found. A special technique for measuring the concentration gradient was developed. This enables one to eliminate the influence of surface relief, formed during the microtome preparation of the sample, on the microprobe measurements.

Résumé

Au moyen d'une micro-sonde JXA-3A les auteurs ont détermine les caractéristiques de diffusion de l'indium dans des cristaux uniques de plomb, entre 160°C et 200°C. En solution étendue, le coefficient de diffusion hétérdgène de l'indium dans le plomb est relié à la température par la relation

D = 33.exp {?(26.79 ± 0.76)/RT}cm²/sec

Une technique nouvelle mise au point par les auteurs élimite l'influence de la rugosité de surface produite au cours de la préparation d'éprouvettes par microtome.