Reduction of Ilmenite Concentrates By Methane Containing Gas,Part II: Effects of Preoxidation and Sintering

Abstract

Reduction of preoxidized and sintered ilmenite concentrates by a CH₄-H₂-Ar gas mixture was investigated in a laboratory fixed bed reactor in temperature programmed experiments. The ilmenite concentrates contained different concentrations of TiO2 (55.6-71.5wt%) and iron oxide (Fe_total 14.5-28.2wt%).

In the reduction of ilmenite by hydrogen, during ramping reduction temperature from 230 to 1100 °C, only iron oxides were reduced to metallic iron and the reduction was not complete. The reduction of titania was slight. The ilmenite concentrates were reduced by CH₄-H₂-Ar gas mixture to metallic iron and titanium oxycarbide. Preoxidation and sintering of ilmenite concentrates changed their phase composition and caused a sharp decrease in specific surface area of raw materials and an increase in carburization temperature. Sintering also increased the metallization temperature of iron.

On a étudié, dans un reacteur de laboratoire à lit fixe, lors d'experiences à températures programmées, la réduction de concentrés d'ilménites pre-oxydes et frittes par un melange de gaz de CH4-H2-Ar. Les concentres d'ilmenites contenaient differentes concentrations de TiO2 (55.6-71.5% en poids) et d'oxyde de fer (Fetotal 14.5-28.2% en poids).

Au cours de la réduction de l'ilménite par l'hydrogene, lors de l'augmentation de temperature de réduction de 230 à 1100 °C, seuls les oxydes de fer etaient réduits en fer métallique et, de plus, la réduction n'était pas compléte. La réduction du dioxyde de titane était faible. Les concentrés d'ilménites ont été réduits par le mélange de gaz CH₄-H₂-Ar en fer métallique et en oxycarbure de titane. La préoxydation et le frittage des concentrés d'ilménite ont change leur composition de phase et ont causé une diminution marquée de la surface specifique des matériaux bruts ainsi qu'une augmentation de la température de cémentation. Le frittage a également augmenté la température de métallisation du fer.     

Thermal Shock Behaviour of Particle Reinforced 2618 Al/Al2O3 MMC

Abstract

Discontinuously reinforced metal matrix composites (DRMMCs) based on aluminum alloys are fast becoming the materials of choice in many structural and non-structural applications. They have the unique combination of strength, stiffness, coefficient of thermal expansion and affordability as well as the capability to be manufactured by conventional metal processing methods. The most notable production applications are found in the aerospace, automobile, electronics and sports equipment industries. Despite the great potential possessed by MMCs, there are still some concerns regarding the effect of the reinforcements, which are mostly ceramics, on the properties of the matrix alloys. Among these is the thermal shock resistance of the matrix material.

Some of the applications in which DRMMCs are bound to find themselves will inevitably involve an element of thermal cycling where components will be subjected to rapidly changing stress states and thus thermal shock damage. In the present study, the thermal shock behaviour of 2618 Al alloy and its composite containing 10 vol.% Al₂O₃ particles was investigated using hardness measurements, scanning electron microscopy (SEM) and differential scanning calorimetry (DSC). Under cyclic thermal shock conditions, the matrix alloy failed by matrix cracking at the surface, whereas the reinforcing Al₂O₃ particles simply shattered. Also, thermal shock treatment affected the precipitation kinetics and the volume fraction of the precipitate phases formed in both materials.

Les composites à matrice métallique à renforcement discontinu (CMMRDs) basés sur les alliages d'aluminium deviennent rapidement les matériaux de choix de plusieurs applications structurales et non-structurales. Ils ont une combinaison unique de résistance, de rigidité, de coefficient d'expansion thermique, de bas prix ainsi que la capacité d'être fabriqués par des méthodes conventionnelles de traitement du métal. Les applications les plus remarquables en production se trouvent au niveau des industries de l'aérospatial, de l'automobile, de l'électronique et d'équipement de sports. En dépit de l'énorme potentiel des CMMRDs, il y a encore des inquiétudes en ce qui a trait à l'effet des renforcements, qui sont principalement des céramiques, sur les propriétés des alliages de la matrice. Parmi celles-ci, on trouve la résistance aux chocs thermiques du matériel de la matrice.

Dans certaines applications, on trouve inévitablement un élément de cycle thermique où les composantes sont exposées à des états de contrainte changeant rapidement et, par conséquent, à un endommagement par choc thermique. Dans cette étude, on a étudié le comportement de choc thermique de l'alliage d'aluminium 2618 et de son composite contenant 10% en volume de particules d'Al₂O₃. On a utilisé les mesures de dureté, la microscopie électronique à balayage (SEM) ainsi que la calorimétrie par analyse différentielle (DSC). Sous conditions de choc thermique cyclique, l'alliage de la matrice a fait défaut par fissuration de la matrice à la surface alors que les particules de renforcement d'Al₂O₃ se sont simplement brisées en éclats. Le traitement de choc thermique a également affecté la cinétique de précipitation et la fraction volumique des phases de précipité formées dans les deux matériaux.     

Electrolytic deposition of silicon and of silicon alloys Part II: Decomposition voltages of components and current efficiency in the electrolysis of the Na3AlF6-Al2O3-SiO2 mixtures

Abstract

The decomposition voltages E_d of SiO₂ and Al₂O₃, dissolved in molten cryolite, were measured using the I-E curve method. Several series of experiments were carried out using a graphite anode and graphite, aluminum and Al-Si cathodes alternatively. The E_d values for SiO₂ ranged between 1.00 – 1.25 V according to the experimental conditions. For Al₂O₃, the values were 1.25 – 1.45 V.

In the second part, the current efficiency (CE) in the electrolysis of Na₃AlF₆ - Al₂O₃-SiO₂ mixtures was studied. On the basis of the experimental results, CE was estimated to be around 90%.

Résumé

Les tensions E_d de décomposition du SiO₂ et de Al₂O₃ dissouts dans de la cryotite fondue ont été mesurées par la méthode de la courbe I-E. Plusieurs séries d'expériences ont été faites en utilisant comme anode du graphite et comme cathode, du graphite, de l'aluminium et du Al-Si. Les valeurs de E_d pour le SiO₂ varient de 1.00 à 1.25 V, selon les conditions expérimentales. Pour Al₂O₃ ces valeurs sont de 1.25 – 1.45 V.

Dans la seconde partie, le rendement en courant CE lors de l'électrolyse de mélanges Na₃AlF₆-Al₂O₃-SiO₂ a été étudié. D'après nos expériences, CE est d'environ 90%.     

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.     

Role of Cr2O3 on formation of reaction sintered dense ZrO2–Al2O3–SiO2 based refractory materials

Abstract

Extremely dense zirconia–mullite composites were developed by reaction sintering of microcalcined fine alumina powder and zircon flour taken in different ratios with Cr₂O₃ as an additive. The powder mixes were isostatically pressed and sintered at 1550°C. The sintered compacts were characterised by different physicomechanical properties, microstructure developed and phase compositions. Cr₂O₃ exhibited positive influence up to certain level of addition on the thermomechanical properties of reaction sintered zirconia–mullite composites including corrosion resistance and microstructure.

On a développé des composites extrêmement denses de zircone et mullite par frittage réactif de poudre fine d’alumine micro calcinée et de farine de zircone en différentes proportions, avec du Cr₂O₃ comme adjuvant. On a pressé les mélanges de poudres au moyen d’une presse isostatique et on les a frittés à 1550°C. On a caractérisé les différentes propriétés physico mécaniques, la microstructure développée et la composition de phases des compacts frittés. Le Cr₂O₃ exhibait une influence positive jusqu’à un certain niveau d’addition sur les propriétés thermomécaniques des composites de zircone et mullite à frittage réactif, incluant la résistance à la corrosion et la microstructure.     

Activities and oxygen transport in PbO-SiO2-P2O5 melts

Abstract

Activities of PbO in PbO-SiO₂-P₂O₅ melts with up to 12.5 mole % of P₂O₅ were measured at 1050 to 1350°K by an electrochemical method. The results were used to estimate activities in the binary PbO-P₂O₅ over a wider range of composition than reported in a previous study. In contrast with the system PbO-SiO₂, the binary PbO-P₂O₅ shows pronounced negative deviations from Temkin's Law. Substitution of SiO₂ by P₂O₅ lowers the 'activity and leads to increasingly negative partial heats of mixing of PbO. Transport of oxygen through these melts was shown, by emf measurements, to occur by at least two mechanisms, one of which is associated with the presence of dissolved lead in the slags and the other with the formation of Pb⁴⁺ ions.

Résumé

Les activités de PbO dans les melanges fondus PbO–SiO₂–P₂O₅, contenant 12.5% molaire au moins de P₂O₅, ont été mesurées de 1050 à 1350 K par une méthode électrochimique. Les résultats ont permis d'évaluer les activités dans le système binaire PbO-P₂O₅ sur une gamme de composition plus étendue que celle signalée dans une etude précédente. Au contraire du système PbO-SiO₂ le binaire PbO-P₂O₅ présente des deviations negatives prononcées à la loi de Temkin. La substitution de SiO₂ par P₂O₅ diminue l'activite de PbO et fait que les chaleurs partielles de mélange de PbO sont de plus en plus négatives. Il a été démontré par les mesures de f.e.m. que le transport d'oxygene dans ces mélanges se produit au moins par deux mécanismes, un est associé à la présence de plomb dissout dans les scories et l'autre à la formation des ions Pb⁴⁺.     

Application du chauffage par concentration de rayonnement (four à image) à l'élaboration de matériaux réfractaires nouveaux

Abstract

An image furnace has been applied to floating zone experiments on refractory oxides.

(1) High purity alumina has been obtained by the zone melting process. The distribution of impurities during the different stages of the process has been studied by activation analysis.

(2) Large single crystals of refractory oxides (MnO, FeO, CoO, NiO, Al₂O₃, Ga₂O₃, TiO₂, ruby, spinel) have been grown and characterized. (3) Bicristals of the same materials have also been grown in order to study the grain boundary properties.

(4) Oxide eutectics have been grown by unidirectional solidification in the systems Al₂O₃-TiO₂, Al₂O₂-ZrO₂, NiO-CaO and NiO-Al₂O₂

These very diverse materials obtained by the same technique make possible a broad study of the influence on ultra pure single crystals, of defects (impurities, grain boundary, second phase).

Résumé

Un four à image a été appliqué à la réalisation d'expériences de zone flottante effectuées sur des matériaux réfractaires.

(1) Des expériences de purification D'oxydes par la méthode de la zone fondue ont permis l'elaboration de barreaux d'alumine de très grande pureté. La ségrégation des impuretés au cours de passages de zone successifs a été etudiée par analyse par activation.

(2) Des monocristaux de grandes dimensions d'oxydes réfractaires simples ou mixtes (MnO, FeO, CoO, NiO, Al₂O₃, Ga₂O₃, TiO₂, rubis, spinelle) ont été élavorés.

(3) Des bicristaux des mêmes matériaux ont également été préparés en vue d' étudier les propriétés du joint de grains.

(4) Des matériaux composites réfractaires

ont été élaborés par solidification dirigée de mélanges d'oxydes de compo s ition eutectique (Al₂O₃-TiO₂; Al₂O₂-ZrO₂; NiO-CaO ; NiO-Al₂O₂).

Ces rnatériaux tres divèrs, obtenus par une même methode permettent d' étudier, à partir de monocristaux ultra-purs, l'influence sur les propriétés de la présence d'impuretés, de joints de grains, ou d'autres phases.     

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.     

Silicon reduction of alkali metal oxides of the type Na2O·Al2O3–xSiO2

Abstract

During the silicothermic production of magnesium from dolomite, alkali metals are produced. Assuming that these metals are present in the ore as complex oxides, the silicon reduction of the mineral nepheline syenite was examined.

This mineral was very resistant to reduction by silicon. At. 1150°C, reaction was 65% complete in seven hours. When MgO and CaO were added, the reaction was 50% complete in two hours. It is suggested that the magnesium gas produced by the reduction of MgO reduces the alkali metal silicate.

Résumé

Au cours de la préparation du magnésium par silicothermie il y a production de métaux du groupe alcalin. En faisant l'hypothese que ces métaux proviennent d'oxydes complexes compris dans le minerai il devenait intéressant d'examiner la réduction de la syénite néphélénique par sillcothermie.

Cette espèce minérale est très refractaire à la réduction par le silicium. A 1150°C la réaction était à 65 p. 100 complétée en sept heures. En présence de MgO et de CaO la réaction était à 50 p. 100 complétée en deux heures. Il semblerait que la vapeur de magnésium provenant de la réduction du MgO réduise le silicate du métal alcalin.     

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.     

Some tensile and fatigue properties of Zn-ZnO powder composites at various temperatures

Abstract

The tensile and fatigue properties of rods which were extruded from Zn-ZnO powder composites were determined at temperatures between 150°C and ?196°C. Different particle sizes were used in the powders and the amount of 0₂ was varied from 0.12 to 1.71 weight per cent (w/o): The effect of ball-milling the powder prior to compaction was also studied.

In general, the specimens of powder origin were stronger than fine-grained pure zinc and those made from powder containing very small particles (～3 μm) displayed good ductility, particularly at room temperature. However, they possessed poor work-hardening properties so that the UTS was never more than 4000 psi above the 0.2% proof stress. Specimens of ball-milled powder origin were stronger and more brittle than other specimens. The superior tensile strengths of the powder composites over pure zinc were reflected by superior fatigue (push-pull) properties. The improvement at higher temperatures is surprising, in view of the very fine grain size of the composite specimens, so the results are rationalized in terms of oxide pinning of the grain boundaries.

Résumé

Des propriétés mécaniques en traction et en fatigue dans la gamme de temperature de 150°C à ?196°C ont été déterminées pour des tiges du matériau composite Zn-ZnO, extrudées à partir de poudres. Des particules de différents diaméters ont été employees lors de la préparation des poudres, ainsi que diverses proportions d'O₂ variant de 0.12 à 1.71% en poids. L'effet d'un broyage à boulets de la poudre avant compactage a également été étudié.

D'une façon générale, les échantillons préparés à partir de poudres ont montré une plus grande résistance que ceux préparés à partir de zinc pur à grain fin; ceux contenant des particules trés fines ont montré une bonne ductilité, surtout à la température ambiante. Cependant, Ie taux de consolidation des composites demeure faible, ce qui explique que l' écart entre la résistance à la traction et la limite élastique à 0.2% d'allongement ne dépasse pas 4,000 psi Les échantillons dont la poudre a subi un broyage à boulets étaient plus résistants et plus fragiles que les autres échantil1ons. Le fait que la résistance à la traction des composites soit supérieure à celle du zinc pur s'est manifesté par de meilleures propriétés en fatigue (tension-compression). L'amélioration des propriétés mécaniques aux températures plus élevées est étonnante, compte tenu de la grosseur du grain tres faible des échantillons composites. Cette amélioration est expliquee en termes d'un piégeage des joints de grains par des oxydes.     

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.     

Use of Thermal Conductivity Gas Analysis for Thermodynamic Measurements on the Dissociation of CuO,Mn2O3 and MnO2

Abstract

Continuous gas analysis by thermal conductivity has been combined with the transport technique for making measurements of the decomposition pressures of some metal oxides. The method was checked against the available data for the CuO-Cu₂O equilibrium, and was judged reliable. From experimental work on the MnO₂-Mn₂O₃ system, which showed lower pressures and a greater temperature coefficient than equilibrium measurements, it was concluded that Mn₂O₃ exists in an active metastable state from which about 6 kcal per mole can be ‘annealed’ by prolonged equilibration.

Based on the experimental work included in this and other recent publications, the following equation is suggested for the free energy of the reaction:

3Mn₂O₃ (a) ? 2Mn₃O₄ (β) + 1/2 O₂

?G_T^o = 25,623 ? 20.54T (950 ? 1150°K)

Résumé

On a combiné l'analyse continue du gaz par conductivité thermique avec la technique de transport pour mesurer des pressions de décomposition de quelques oxydes métalliques. La méthode a été comparée avec les résultats connus pour l' équilibre CuO-Cu₂O et elle fut jugée digne de confiance. D'après les expériences sur le système MnO₂-MnO₃, qui ont révelé des pressions inférieures et un coefficient de température plus grand que les mesures à l'équilibre, on a conclu que le Mn₂O₃ existe dans un état actif métastable, d'où environ 6 kcal per mole peuvent être ‘recuites’ par équilibration prolongée.

En se basant sur les travaux expérimentaux inclus ici et dans d'autres publications récentes, on suggère l' équation suivante pour l'énergie libre de la réaction:

3Mn₂O₃ (a) ? 2Mn₃O₄ (β) + 1/2 O₂

?G_T^o = 25,623 ? 20.54T (950 ? 1150°K)     

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.     

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.     

Mass Spectrometry Measurements of CaF2 and CaO Activities in CaF2–CaO–Al2O3 Slags at 1700K

Abstract

Differential measurements were made using multiple effusion cells coupled to a mass spectrometer. This technique allows direct comparison between vapours produced by slags of various composition from which component activities can be deduced. Measurements were carried out on the CaF₂–CaO–Al₂O₃ system at 1600 K and 1700 K. CaF₂ and CaO activities were independently determined. Results show that the strong interaction between CaO and Al₂O₃ is not greatly affected by CaF₂ up to 60 wt %. The system exhibits a tendency to immiscibility between CaF₂ rich slags and CaF₂ lean slags with an Al₂O₃/CaO ratio close to unity or higher. This may be the result of a maximum interaction between CaO and Al₂O₃ for binary mixtures, the compositions of which correspond to Al₂O₅^4? ions or more likely AlO₂^?.

Résumé

Des mesures differentielles on été faites à l'aide de cellules d'effusion multiples couplées a un spectromètre de masse. Cette technique permet une comparaison directe entre les vapeurs produites par des laitiers de compositions diverses a partir de laquelle les activités des constituants peuvent être.déduites. Des mesures ont été effectuées sur le système CaF₂-CaO-Al₂O₃ à 1600 K et 1700 K. Les activitées de CaF₂ et CaO ont été déterminées indépendament. Les résultats montrent que la forte interaction entre CaO et Al₂O₃ n'est pas grandement affectée par la présence de CaF₂ jusqu'à des teneurs de 60% en poids. Le systéeme présente une tendance à l'immiscibilité entre les laitiers les plus riches en CaF₂ et les laitiers pauvres en CaF₂ pour lesquels le rapport Al₂O₃/CaO est proche de l'unité ou plus grand. Ceci peut être le résultat d'une interaction entre CaO et Al₂O₃ maximale pour les mélanges binaires dont les compositions correspondent aux ions Al₂O₅^4? ou plus probablement AlO₂^?.     

Thermodynamics of lead silica-fluoride melts

Abstract

Activities of PbO in PbO-PbF₂ and PbO-PbF₂-SiO₂ melts were determined in the temperature range 1050–1250K using a galvanic cell incorporating a calcia-stabilized zirconia solid electrolyte. Compositions investigated included slag mixtures containing up to 30 mole % PbF₂ for the PbO-PbF₂ binary, and up to 20 mole % PbF₂ for the PbO-PbF₂-SiO₂ ternary. Results for the binary were in agreement with previously published values. An electron microprobe was used to examine for slag-electrolyte interactions, and necessary restrictions on run times and temperatures were noted. For melts in which the mole fraction of silica exceeded about 0.2, the activity of PbO was raised by the addition of PbF₂; the reverse was true at lower silica contents. The results are discussed with reference to the anionic constitution of the melts described in terms of O^2? and F^? ions and an array of silicate and silico-fluoride ions the chain members of which have the general formula Si_nO_3n+1?m F_m^(2n+2?m)?, where 1 ≤ n ≤ ∞ and 0 ≤ m ≤ 2n+2.

Résumé

Les activités de PbO dans les mélanges fondus PbO-PbF₂ et PbO-PbF₂-SiO₂ ont été déterminées entre 1050 et 1250 K par une cellule galvanique comprenant un électrolyte solide de zircone stabilisée avec CaO. Les compositions investiguées des mélanges de scories contiennent au moins 300% molaire de PbF₂ pour le binaire PbO-PbF₂ et au moins 200% molaire pour le ternaire PbO-PbF₂-SiO₂. Les résultats pour le système binaire sont en accord avec les valeurs déjà publiées. Dne microsonde a été utilisée pour examiner les interactions scories-électrolyte et d'évidentes restrictions de temps et de températures ont été notées. Pour les mélanges contenant plus de 20% molaire de silice, l'activite de PbO a augmenté avec l'addition de PbF₂ alors que l'effet inverse a été noté lorsque les quantités de silice étaient inferieures à 0.2. Les résultats ont été interprétés en se reférant à la constitution anionique des mélanges fondus décrite de la façon suivante: des ions O^2? et F^? et un arrangement de silicates et de silicates fluorés dont la chaîne a comme formule Si_nO_3n+1?m F_m^{(2n+ 2?m)?}, où 1≤ n ≤ ∞ et O≤ m ≤ 2n+2.     

Reaction-Inhibition During Sintering of SiC with Al2O3 Additions

Abstract

The mechanisms and products of the reactions which occur during the sintering of SiC with Al₂O₃ as a sintering aid were analysed. The effects of two sintering atmospheres, namely pressurised CO and Ar gases, on the reaction thermodynamics and reaction products were investigated. Thermodynamically predicted reaction products were correlated with experimentally determined reaction products. The observed weight losses and the final sintered densities are explained on the basis of the proposed reaction mechanisms. The major finding of the present analysis is that a pressurised CO gas atmosphere greatly enhances the densification characteristics of SiC ceramics.

Résumé

Nous avons analysé les mécanismes et les produits des réactions qui se produisent lors du frittage du SiC avec du Al₂O₃ comme aide de frittage. Nous avons étudié les effets de deux atmospheres de frittage: du CO gazeux pressurisé et du Ar gazeux pressurisé, sur la thermodynamique des réactions et les produits de ces réactions. Les produits des réactions prédits par la thermodynamique ont été mis en corrélation avec les analyses expérimentales de ces produits. Sur les bases des mécanismes de réactions proposées, nous avons expliqué les pertes de poids observées et les densités de frittage finales. La découverte la plus importante de la présente analyse est qu'une atmosphère de CO gazeux pressurisé ameliore beaucoup les caractéristiques de densification des céramiques SiC.     

On the origin of oxide inclusions in ingots made by the electroslag process

Abstract

A study of the reactions leading to production of oxide inclusions in electroslag remelted ingots of pure iron. The material was prepared by 60Hz electroslag melting under argon using slags in the system CaF₂ + CaO + Al₂O₃. The possible chemical paths open to the system were calculated using available thermochemical data, but none of these paths could account for the experimental analyses. It is suggested that a small amount of rectification, arising in asymmetric electrochemical reactions, would lead to the observed ingot compositions. Examination of the ingot inclusion compositions suggests that the oxide particles are precipitated within the freezing metal interface. Since both the reaction path and the inclusion precipitation mechanism are inherent in the electroslag method, it is concluded that the small oxide particles are a necessary result of electro slag melting.

Résumé

Les auteurs ont étudié la formation d'inclusions d'oxides dans des lingots de fer pour être refondus sous laitier électroconducteurs. Ces lingots ont été préparés par fusion sous laitier électroconducteur à 60 Hz sous argon et en utilisant des laitiers du système CaF₂ + CaO + Al₂O₃. Les différentes voies chimiques possibles pour Ie système ont été calculées en utilisant les données thermodynamiques disponibles mais aucune ne ref1était les résultats. Il est alors suggéré qu'une faible rectification se produisant par des réactions électrochimiques assymétriques, conduise à la composition observée. La composition des inclusions permet de penser que les oxydes sont précipités à l'interface de solidification. Comme le chemin de la réaction et le mécanisme de précipitation des inclusions sont inhérents a cette méthode de fusion, il appert que les petites particules d'oxyde sont necesairement produites lors de la fusion sous laitier électroconducteur.     

The electrophoretic clarification of colloidal suspensions

Abstract

The clarification of colloidal suspensions using electrophoretic ally assisted gravitational sedimentation was investigated. Tests were carried out in a 2-foot-diameter continuous thickener which was equipped with electrodes and a D.C. power source. A minus 400 mesh silica suspension was used for the elucidation of the operating characteristics of the system. Among the variables studied were feed rate, power, pulp density and ionic concentration of the suspension. Experiments were also carried out using bentonite and a sample of tailings-pond sludge obtained from Great Canadian Oil Sands at Fort McMurray.

The results showed that good clarification can be achieved with silica, but that only limited clarification is achieved with bentonite and tar sands tailings. This method of treatment appears to be economically impractical for the treatment of bentonite and tar sands tailings.

Résumé

Cette recherche porte sur la clarification des suspensions colloïdales lorsque le déplacement électrophorétique s'ajoute à la sédimentation par gravité. Les essais ont étés faits dans un basin de 2 pieds de diamètre muni d'électrodes reliées à une source de courant continuo Les caractéristiques du système furent déterminées à l'aide d'une poudre de silice ?400 mailles, les variables étudiées étant le taux d'aliment: ation, le pouvoir, la densité de la pulpe et la concentration ionique de la solution. Des essais ont été effectués aussi avec de la bentonite et avec les rejets du traitement des sables bituminuex de Great Canadian Oil Sands, Fort McMurray.

Les résultats indiquent une bonne clarification de la silice; dans le cas de la bentonite et des sables bitumineux, cependant, la méthode est peu efficace et ne serait pas utili sable économiquement.