Kinetic Study of the Chlorination of Galena

Abstract

A study of the kinetics of chlorination of the mineral galena (PbS) was conducted using thermogravimetry (TG), supplemented by X-ray diffraction, optical microscopy of polished sections, and scanning electron microscopy. TG experiments were conducted both isothermally and non-isothermally in an assembly specially designed to handle corrosive atmospheres.

The results of the non-isothermal experiments indicated that, due to the highly exothermic nature of the reaction between galena and chlorine, parameters such as particle size, sample geometry, and heat transfer had a substantial influence on the reaction. The isothermal investigations were conducted from 250 to 400°C with an adequate heat sink in contact with the sample and under conditions chosen so that the rate of reaction was independent of gas flow rate. The results were examined on the basis of different kinetic models and were found to be consistent with the “shrinking core” model in which the reaction rate is controlled by diffusion through the PbCl₂ product layer. This model is supported by the relationship between the rate of chlorination and the particle size of the galena and by photomicrographs showing an increase in thickness of an adherent product layer as the degree of chlorination increased. The rate of reaction, at sufficiently high Cl₂ partial pressure, was independent of Cl₂ partial pressure. The activation energy was found to be 113 kJ/mol. A mechanism for the diffusion process is proposed.

Résumé

Une étude cinétique de la chloration du minéral de galéne (PbS) a été effectuée au moyen de la thermogravimétrie (TG), avec diffraction à rayons X, microscopie optique des sections polies et microscopie électronique à balayage comme méthodes supplémentaires. Des expériences thermogravimétriques ont été effectuées isothermiquement et non-isothermiquement dans un appareil destiné spécialement à des atmosphères corrosives.

Les résultats des expériences non-isothermiques ont démontré que puisque la reaction entre la galène et le chlore est très exothermique, des facteurs tels que la granulométrie, la disposition de l'echantillon et le transfert de chaleur avaient grandement influencé la réaction. Les investigations isothermiques ont été effectuées à des temperatures variant entre 250 et 400°C avec un récepteur de chaleur contigu à l'echantillon et à des conditions choisies afin que la vitesse de la réaction soit indépendante du débit de gaz. On a examiné les résultats par différents modèles cinétiques et on a trouve qu'ils étaient compatibles avec le modéle de “noyau rétrécissant” selon lequel la vitesse de réaction est contrô1ée par diffusion à travers une couche de produit PbCl₂. Ce modèle est appuyé par la relation entre la vitesse de chloration et la granulométrie de la galène et par des photomicrographies indiquant une augmentation de l'épaisseur d'une couche adherente du produit au noyau avec l'augmentation du degré de la chloration. A une pression partielle de Cl₂ suffisament élevée, la vitesse de la réaction était indépendante de la pression partielle de Cl₂. On a démontre qué l'energie d'activation était 113 kJ /mol. On propose un mécanisme de diffusion.     

Kinetic investigations of two processes for zinc recovery from zinc plant residue

Abstract

This paper presents a kinetic study of hydrometallurgical and pyrometallurgical processes employed for the recovery of zinc from a zinc plant residue (ZPR). The hydrometallurgical process investigated involved zinc leaching from the ZPR with sulphuric acid solution, while the pyrometallurgical process was based on zinc oxide reduction from the ZPR using activated carbon as the reducting agent. At the optimum leaching conditions, the zinc recovery was 89·5% at 95°C after 60?min. The data obtained for the leaching kinetics indicated that the dissolution of ZPR is a diffusion controlled process and the activation energy is equal to 21±2?kJ?mol^?1. The maximum zinc recovery, obtained during pyrometallurgical treatment was 72% at 1300°C after 60?min. Kinetic investigations revealed that the zinc oxide reduction is carried out in the transient kinetic area, where both diffusion and the chemical reaction control the overall process rate, with an activation energy of 38±5?kJ?mol^?1.

Cet article présente une étude cinétique d'un procédé hydrométallurgique et d'un procédé pyrométallurgique utilisés pour la récupération du zinc du résidu d'une usine de zinc (ZPR). Le procédé hydrométallurgique investigué impliquait la lixiviation du zinc du résidu de l'usine de zinc avec une solution d'acide sulfurique, alors que le procédé pyrométallurgique était basé sur la réduction de l'oxyde de zinc du résidu de l'usine de zinc en utilisant du charbon activé comme agent de réduction. Aux conditions optimales de lixiviation, la récupération du zinc était de 89·5% à 95°C après 60?min. Les données obtenues pour la cinétique de lixiviation ont indiqué que la dissolution du résidu de l'usine de zinc était un procédé contrôlé par la diffusion et l'énergie d'activation est égale à 21±2?kJ?mol^?1. La récupération maximale de zinc, obtenue lors du traitement pyrométallurgique, était de 72% à 1300°C après 60?min. Les investigations de la cinétique ont révélé que la réduction de l'oxyde de zinc était effectuée dans la zone de cinétique transitoire, où tant la diffusion que la réaction chimique contrôlent la vitesse globale du procédé, avec une activation d'énergie de 38±5?kJ?mol^?1.     

Thermal decomposition of pyrite in fluidized beds

Abstract

The thermal decomposition of pyrite concentrate into sulphur arid synthetic pyrrhotite was investigated in bench and semi-pilot scale fluidized bed reactors fired with methane or fuel oil. The pyrite was decomposed in a bed of coarse sand and the product pyrrhotite was carried over with the fluidizing gases and separated in hot cyclones. The effects of fuel/air ratio, reactor temperature, superficial gas velocity, particle size and feed rate on the elimination of labile sulphur were studied. Conversion was enhanced by slightly reducing atmospheres, low feed rates, high gas velocities and reaction temperature (in the range 740° to 830°C). Elutriation rates of pyrrhotite particles from the fluidized bed were measured and mean residence times determined as a function of particle size and superficial gas velocity. Conversion rates are considered with regard to possible rate-controlling steps in the thermal decomposition of pyrite.

Résumé

La décomposition thermique de concentré de pyrite en soufre et en pyrrhotite synthétique a été étudiée en laboratoire et à une échelle semi-pilote dans des réacteurs à lit fluidisé chauffés avec du méthane ou de l'huile combustible. On a décomposé la pyrite sur un lit de sable grossier et la pyrrhotite produite a été entraînée avec le gaz fluidisant et séparée dans des cyclones chauds. Les effets du rapport combustible/air, de la température du réacteur, de la vitesse superficielle du gaz, de la taille des particules et de la vitesse d'alimentation sur l'élimination du soufre labile ont été étudiés. On a amélioré la transformation avec des atmosphàres légàrement réductrices, des vitesses d'alimentation lentes, de grandes vitesses pour le gaz fluidisant et une élévation de la température (dans le domaine 740 à 830°C). La vitesse d'élution des particules de pyrrhotite dans le lit fluidisé à été mesurée et on a déterminé des temps moyens de résidence en fonction de la taille des particules et de la vitesse superficielle du gaz. On a aussi étudié les changements de vitesses afin de déterminer les étapes pouvant contrôler la vi tesse de décomposition thermique de la pyrite.     

Kinetics of sulphur segregation at grain boundaries and the mechanical properties of nickel

Abstract

The prior Petch study by the authors of segregated Ni-S alloys containing <1-50 ppm S is extended here to examination of the kinetics of grain boundary hardening and of the effects of thermal history in these same alloys. It is demonstrated that the kinetics of segregation as inferred from boundary hardening are quite complex and much too rapid to be accoun ted for by normal volume diffusion. However, segregation kinetics become sufficiently slow below room temperature that quenching to, and testing at, cryogenic temperatures permit comparison of the tensile properties of bulk specimens of the nickel alloys in the condition with sulphur dispersed and that with sulphur segregated near the grain boundaries. Even the purest nickel tested (<1 ppm S) exhibits a significant increase in reduction-in-area and an increase in the .2% flow stress in the dispersed state relative to the segregated state. The present results are shown to be most fully consistent with a vacancy assisted, non-equilibrium segregation model rather than one of precipitation or equilibrium segregation.

Résumé

Pour faire suite à leur précédente étude de la relation de Petch dans les alliages Ni-S contenant 0–50 ppm, les auteurs ont étudié la cinétique de durcissement des joints de grains et les effets de l'histoire thermique dans ces meme alliages. La cinétique de ségrégation telle que déduite du durcissement du joint est quelque peu complexe et beaucoup trop rapide pour être interprétée en termes de diffusion volumique normale. Cependant, au-dessous de la température ambiante, la cinétique de ségrégation devient suffisamrtlent lente pour que, par trempe et essais à des tempéraptures cryogéniques, une comparaison puisse être établie entre les propriétés en traction D'échantillons d'alliages de nickel soit con tenant du soufre sous forme dispersée soit contenant du soufre ségrégé prés des join ts de grains. Même le nickel le plus pur (S < 1 ppm) révèle une augmentation significative de la réduction de section et une augmentation de la limite d'élasticité à 0.2% quand le soufre est à l'etat disperse plutot qu'a l'état ségrégé. Ces résultats se révèlent beaucoup plus compatibles avec un modèle de ségrégation de non-équilibre assistée par les lacunes plutôt qu'avec un modèle de ségrégation d'équilibre ou un modèle de précipitation.     

Kinetics of the Lime Enhanced Reduction of Cu2S With Carbon

Abstract

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

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

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

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

The kinetics of dissolution of covellite in acidified ferric sulphate solutions

Abstract

Pure synthetic CuS disks and high-grade natural covellite were dissolved in acidified ferric sulphate solutions in the temperature range 25 to 95°C. For both materials, the rates were relatively slow and increased during the initial stages of the dissolution, eventually becoming nearly linear. The activation energy, as determined from the initial dissolution rates of the synthetic covellite, was 17.8 ± 2.0 kcal/mole. Microscopic examination of both the natural and the synthetic sulphide revealed that the attack occurred preferentially in certain areas. It was felt that the progressive development of such pits was responsible for the gradual rate increase observed during the initial leaching stage. From 0 to 6° of the leached sulphur reported in the sulphate form. The rate of copper dissolution decreased sharply with increasing ferrous sulphate concentrations in the leaching medium. The rate varied directly with the ferric concentration for initial concentrations below 0.005 M Fe³⁺ but was insensitive to higher ferric strengths. Natural covellite dissolved at approximately the same rate and with essentially the same temperature dependence as the synthetic material. The rate controlling step for the dissolution of CuS was felt to be a chemical reaction occurring on the surface of the sulphide.

Résumé

Des disques de CuS synthétique pur et de la covelline naturelle de haute qualité ont été dissous dans des solutions acidifiées de sulfate ferrique entre 25 et 95°C. Pour les deux matériaux, les vitesses étaient relativement lentes et augmentaient durant la période initiale de dissolution, pour finalement devenir presque linéaires. L'énergie d'activation, déterminée à partir de la vitesse de dissolution initiale de la covelline synthétique était de 17.8 ± 2.0 kcal/mole. L'examen microscopique des sulfures naturel et synthétique a révélé que l'attaque se produit de préférence dans certaines régions. On pense que le développement progressif de telles piqûres etait responsable de l'accroissement graduel observé durant le lavage initial. Zéro à 6% du soufre dissous l' était sous forme de sulfate. La vitesse de dissolution du cuivre diminuait rapidement avec l'accroissement de concentration en sulfate ferreux dans la solution. La vitesse variait directement avec la concentration ferrique pour des concentrations initiales inférieures à 0.005 M Fe³⁺, et était insensible aux plus fortes concentrations ferriques. La covelline naturelle se dissolvait avec approximativement la même vitesse, et avec la meme dépendance de la température que le matériau synthétique. On pense que l' étape contrôlant la vitesse de dissolution du CuS est une réaction chimique se produisant à la surface du sulfure.     

Mechanical properties and structure of as-received,heat-treated and hydrided Zr-1.5 wt% Cr-0.1 wt% Fe alloy tubing

Abstract

The mechanical properties or both unhydrided and hydrided Zr-Cr-Fe alloy tubing have been evaluated using ring tensile, tube burst and Charpy impact tests over a range of temperatures from room up to 400°C. Aspects of the recovery and recrystallization or two batches or tubing were studied. Stress relieving cold-worked tubing between 450° and 575°C gave stronger, less ductile material compared with recrystallized tubing but the actual tensile values depended critically on the stress-relieving temperature. Beta quenching and ageing thin-walled tubing resulted in poor ductility, variabk strength and structure with some massive grain coarsening. The tensile duct iii ty or Zr-Cr-Fe tubing was lowered by circumferentially aligned hydride although the drop was not serious at least up to 400 ppm hydrogen. Hydride had little effect on tensik stength up to 300 ppm hydrogen but there was an increase in strength at higher hydrogcn levels.

Résumé

Les propriétés mécaniques du Zr-Cr- Fe, hydruré ct non-hydruré, ont été évaluées en utilisant des essais de traction sur anneaux, d'eclatement de tubes et l'essai Charpy dans une gamme de température variant de l'ambiante a 400°C. Des aspects de la restauration ct la recristallisation de deux séries de tubes ont été étudiés. Un recuit entre 450° et 575°C pour éliminer les contraintes résiduelles a donné un matériau plus résistant et moins ductile en comparaison aux tubes recristallisés, mais les valeurs obtenues en traction dépendaient fortement de la température de ce recuit. Dans les tubes à paroi mince, une trempe de la phase β (suivie d'un vieillissement a diminué la ductilité et donné une résistance mécanique variable et une structure contenant des régions à trés gros grains. Des hydrures alignés circumférentiellement ont réduit la ductilité en traction des tubes de Zr-Cr-Fe, mais cette réduction était mineure, du moins jusqu'à 400 ppm d'hydrogène. Jusqu'è 300 ppm d'hydrogène, les hydrures ont peu intluencé la résistance en traction, mais ont causé une augmentation de la résistance mécanique à des teneurs plus élevées.     

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.     

Dissolution Kinetics of Ulexite in Aqueous Edta Solutions

Abstract

The dissolution kinetics of ulexite in aqueous disodium Ethylene Diamine Tetra Acidic Acid (EDTA) solutions has been investigated with respect to the effects of particle size, solution concentration, pH of solution, calcination temperature and reaction temperature. The rate of the reaction decreases as the particle size and pH of the solution increase, but the rate increases with an increase in both solution concentration and reaction temperature. The sample pre-heated at 140 °C has the highest dissolution rate. The rate of the dissolution can be expressed according to the unreacted shrinking core model with changing fluid phase concentration.

On a étudié la cinétique de dissolution de l'ulexite dans des solutions de bisodium aqueux d'EDTA, en rapport avec l'effet de taille de particule, de concentration et de pH de la solution ainsi que des températures de calcination et de réaction. Le taux de réaction diminue avec une augmentation de la taille de particule et de pH de la solution, mais le taux augmente avec une augmentation de la concentration de la solution et de la température de réaction. L'échantillon préchauffé à 140 °C a le plus haut taux de dissolution. On peut exprimer le taux de dissolution d'après le modèle de rétrécissement du noyau non réagi en fonction du changement de concentration de la phase fluide.     

The kinetics of dissolution of enargite in acidified ferric sulphate solutions

Abstract

Over the temperature range 60° to 95°C, sintered discs of synthetic enargite (Cu₃AsS₄) were dissolved slowly in acidified ferric sulphate solutions, yielding both elemental and sulphate sulphur, together with soluble copper and arsenic. The dissolution kinetics were linear and this was interpreted as indicating rate control by a reaction occurring on the surface of this sulphosalt. The activation energy associated with this reaction was 13.3 kcal/mole. The rate of copper extraction increased according to the 0.55 power of the ferric sulphate concentration and the 0.20 power of the sulphuric acid concentration. The rate decreased in a complex manner with increasing strengths of the ferrous sulphate reaction product. Natural enargite dissolves like the synthetic sulphosalt and at approximately the same rate.

Résumé

A des températures variant entre 60°C et 95°C, des disques frittés d'énargite synthétique (Cu₃AsS₄) ont été dissous lentement dans des solutions acides de sulfate ferrique, pour produire du soufre élémentaire et sous forme de sulfate, ainsi que du cuivre et de l'arsenic soluble. Les cinétiques de dissolution suivent une loi linéaire, due à la réaction qui a lieu en surface de ce sulfosel et qui, semble-t-il, contrôlerait la dissolution. L'énergie d'activation associée à la réaction est de 13.3 kcal/mole. Le taux d'extraction du cuivre croît comme la puissance 0.55 de la concentration en sulfate ferrique et la puissance 0.20 de la concentration en acide sulfurique. La vitesse décroît de façon complexe lorsque augmente la concentration du produit de la réaction du sulfate ferreux. L'énargite naturelle se dissout de la même manière que le sulfosel synthétique, et à sensiblement la même vitesse.     

Ammoniacal Percolation Leaching of Copper Ores

Abstract

The general feasibility of ammoniacal percolation leaching of copper sulphide ores has been demonstrated. The rates are comparable to those of conventional ferric sulphate-sulphuric acid systems, but without the attendant problems of carbonate or iron dissolution, For the ore column heights studied, the copper leaching rate increased approximately as the square root of the total NH₃ concentration, but was independent both of the ratio of ammonium carbonate to ammonium hydroxide and of solution pH's above 9,5, There was no dependence on the solution flow rate over a broad flow regime, and the rate increased only very slightly with increasing temperatures. Initially, increasing the ore column height or finer comminution of the ore were beneficial, but the percolation leaching rate soon became essentially independent of both variables. The percolation leaching rate under the test conditions employed was controlled by both chemical kinetics and oxygen transport; it was concluded that the oxygen transport mechanism would become more significant as the scale of operations was increased. Ammonia gas losses appear to be the most significant technical barrier to commercial adoption of ammoniacal percolation leaching.

Résumé

La possibilité de lixiviation par percolation ammoniacale de minerais sulfureux a été démontreé. Ses performances sont comparables aux systèmes sulfate ferrique-acide sulfurique, sans les inconvénients des dissolutions de fer ou de carbonate. Selon la hauteur de la colonne de minerais qui a servi de modéle dans cette étude, le taux de lixiviation du cuivre augmentait proportionnellement selon la racine carré de la concentration totale de NH₃, mais était indépendante de la proportion carbonate d'ammonium-hydroxide d'ammonium et du pH de la solution au dessus de 9.5. La variation dans le volume du flot de la solution n'affectait pas le rendement, et la performance était un peu sensible à l'augmentation de la température. Une augmentation de la hauteur de la colonne de minerais ou la réduction de la grosseur du minerai était bénéfique ou début, mais bientôt le rendement de la lixiviation par percolation s'avèrait indépendant de ces deux variables. Le rendement de la lixiviation par percolation suivant les conditions choisies pour les présents essais était dépendant de la cinétique-chimique et de l'approvisionnement d'oxygène. Avec un accroissement dans l'échelle des opérations on conclu que cet approvisionnement d'oxygène prendre une importance majeure. La perte de l'ammoniaque gazeux semble être le problème technique le plus sérieux à résoudre dans l'adaptation de la lixiviation par percolation ammoniacale.     

Sintering and Ferrite Formation During High Temperature Roasting of Sulfide Concentrates

Abstract

The newly developed toroidal fluidized bed reactor has potential for improving sulfide roasting efficiency due to its unique and good mass/heat transfer characteristics. To achieve effective roasting at high temperature using the toroidal fluidized bed reactor, engineering issues associated with sintering and ferrite formation are investigated in this study by roasting industrial sulfide concentrates of zinc and copper. Laboratory tests are conducted at 800–1100°C by using an electric tube furnace under controlled roasting conditions. The test program is based on statistical design, and the products are characterized by XRD, SEM and EDX. It is revealed that the oxygen concentration plays an important role in promoting roasting. Roasting temperatures higher than 950°C do not favor roasting conversion due to the sintering of sulfide particles which inhibits oxygen diffusion into the particle core. Close contact of the oxidized particles favors the atomic interdiffusion between particles, leading to the formation of undesired zinc ferrite. Roasting in toroidal fluidized bed reactor results in zinc calcines with increased surface area and reduced zinc ferrite formation, thus improving zinc recovery. © 2000 Published by Elsevier Science Ltd on behalf of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy. All rights reserved.

Résumé

Le réacteur toroïdal à lit fluidisé, développé récemment, a le potentiel d'améliorer l'efficacité du grillage du sulfure à cause de ses caractefristiques uniques de bon transfert de masse/chaleur. Afin d'obtenir un grillage efficace à haute température avec le reacteur toroïdal à lit fluidisé, on a examiné,dans cette étude, des questions d'ingénierie associées avec le frittage et la formation de ferrite, en grillant des concentrés industriels de sulfure de zinc et du cuivre. On a effectué des épreuves de laboratoire entre 800–1100°C avec une fournaise électrique tubulaire sous conditions controlées de grillage. Le plan d'évaluation est basé sur la conception statistique. On a caratérisé les produits par XRD, SEM et EDX. On revele que la concentration d'oxygene joue un role important dans l'activation du grillage. Les temperatures de grillage de plus de 950°C ne favorisent pas la transformation du grillage à cause du frittage des particules de sulfure, ce qui inhibe la diffusion d'oxygene au coeur de la particule. Le contact etroit entre les particules oxydees favorise l'inter-diffusion atomique entre les particules, conduisant à la formation de ferrite de zinc indesirable. Le grillage dans le reacteur toroidal à lit fluidise resulte en zinc de calcination ayant une plus grande superficie et en une réduction de la formation de ferrite de zinc, améliorant ainsi la récuperation du zinc. © 2000 Published by Elsevier Science Ltd on behalf of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy. All rights reserved.     

The effect of various rolling conditions on the properties of a C-Mn structural steel With an appendix by W.R. Tyson

Abstract

A commercial C-Mn (0.17%C-1.2%Mn) steel was soaked at different temperatures between 1200°C and 680°C and then continuously rolled (finishing temperatures ?980°C to ～680°C) through a total reduction of ～67% to 3/4 in thickness. Various rolling schedules were employed and two cooling rates used after the last pass.

Air-cooled plates had an equiaxed, recrystallized structure for finishing temepratures ≥790°C. The grain size decreased, yield strength and toughness increased with decreasing finishing temperature. Layered, substructured grains appeared for finishing temperatures ≤760°C, and under these conditions good yield strengths and longitudinal toughness were obtained, but transverse toughness decreased significantly. Room temperature impact absorption energies of normalized Charpy specimens decreased for lower plate finishing temperatures. Oil-quenching improved tensile properties by ～3–10 ksi and decreased the grain size. Oil-quenched plates had good longitudinal toughness; however, transverse toughness tended to be inferior to that possessed by air-cooled plates.

It was concluded that it would be worthwhile to explore methods to finish-roll at low temperatures but to have initial reductions at high temperatures.

Résumé

Un acier commercial au C-Mn (0.17%C–1.2%Mn) a été prechauffe à diverses temperatures dans l'intervalle 1200°C à 680°C puis laminé en continu jusqu'à 3/4 po. D'épaisseur (réduction d'environ 67%); les temperatures de finition ont varié entre environ 680°C et 980°C. On a utilisé divers programmes de laminage et deux taux de refroidissement après la dernière passe.

Les plaques refroidies à l'air, à partir de températures de fmition ≥90°C avaient une structure de grains équiaxiaux, recristallisés. La grosseur du grain était plus petite, la limite élastique et la résilience augmentaient lorsqu'on diminuait la temperature de fmition. Pour des temperatures de finition ≤760°C la structure était formée de grains disposés en couches et contenant une sous-structure; à cette structure étaient associees de bonnes limites élastiques et une bonne resiliénce longitudinale mais une résilience transversale appréciablement plus faible. L' énergie absorbée par des échantillons Charpy normalisés ruptures à l'ambiante a diminué avec un abaissement de la température de fmition. Une trempe à l'huile a amélioré les propriétés en traction d'environ 3 à 10 ksi et a contribué à réduire la grosseur du grain. Les plaques ainsi trempees possédaient une bonne résilience longitudinale; cependant, leur résilience transversale tendait à être plus faible que celle des plaques refroidies à l'air.

On en a conclu qu'il serait utile d' étudier des méthodes ou la température de fm de laminage serait relativement basse mais où les premières réductions seraient effectuées à des températures élevées.     

Influence of resistive forces on grain boundary motion

Abstract

Velocity of a grain boundary is determined by a balance between the driving force and the sum of all resistive forces acting on the boundary. In addition to the intrinsic resistive (drag) force, at least four unique extrinsic resistive forces can be identified: a surface pinning force, a surface drag force, an impurity pinning force, and an impurity drag force. Although the impurity drag force has been analyzed extensively, similar attention to other resistive forces thus far has been neglected. It is the purpose of this communication to describe the aforementioned resistive forces and indicate how their presence leads to a dynamic model for grain boundary motion involving both grain boundary pinning and drag. It is suggested that motion is effected by formation of impurity clusters at the boundary, thus permitting breakaway to proceed more easily. Accordingly, resultant properties are affected not only by final grain boundary configuration but also by kinetics of cluster dissolution in the wake of the moving boundary.

Résumé

La vitesse de migration d'un joint de grain est déterminée par l'équilibre qui s'ètablit entre la force motrice et la somme de to utes les forces résistives agissant sur le joint. En plus de la force résistive intrinséque (trainage), au moins quatre autres forces extrinsèques peuvent être identifiées: une force d'épinglage de surface, une force de trainage de surface, une force d'épinglage par les impuretés et une force de traînage due aux impuretés. Alors que cette dernière a été étudiée de façon intensive les autres forces ont été jusqu'a présent négligées. Le but de cette communication est de décrire les forces ci-dessus mentionnées et d'indiquer comment leur présence conduit à un modèle dynamique de la migration des joints incluant le traînage et l'épinglage du joint. L'auteur suggère que la migration est influencée par la formation d'amas d'impuretes au joint, ce qui permet un désépinglage plus aisé. Il s'ensuit que les propriétés de la migration ne sont pas seulement affectées par la configuration finale du joint de grain, mais aussi par la cinétique de dissolution des amas dans le sillage du joint migrant.     

HYDROGEN REDUCTION OF INDUSTRIAL NICKEL OXIDES

Abstract

Thermal gravimetric analysis (TGA) was used to investigate the reduction behaviour of three industrial nickel oxides. Both isothermal and non-isothermal reduction experiments were carried out. Due to the low BET surface area and relative dense structure of the Goro NiO, it was reduced at a slower rate than both Tokyo NiO and Sinter 75 which were the two other nickel oxides investigated.

In the temperature range from 400 to 600 °C, the rate of reduction increased with increasing temperature and increasing hydrogen pressure. Microscopic analysis showed that in this temperature range, the reaction followed the topochemical model. When the temperature was increased to 700 and 800 °C, the reduction rate decreased noticeably. Microscopy showed inner bands of metallization inside the outer metallic rim seen at lower temperatures indicating partial blockage of the interface between the reacted and unreacted NiO core.

On a utilisé la gravimétrie thermique (TGA) pour étudier le comportement de réduction de trois oxydes de nickel industriels. On a effectué des expériences de réduction isotherme et non isotherme. À cause de la faible superficie BET et de la structure relativement dense du NiO Goro, celui-ci était réduit à un taux plus faible que le NiO Tokyo ou le Sinter 75, les deux autres oxydes de nickel étudiés.

Dans la gamme de température de 400 à 600 °C, le taux de réduction augmentait avec une augmentation de la température et une augmentation de la pression d’hydrogène. L’analyse de microscopie a montré que dans cette gamme de température, la réaction suivait le modèle topochimique. Lorsqu’on augmentait la température à 700 et à 800 °C, le taux de réduction diminuait significativement. La microscopie a montré des bandes internes de métallisation à l’intérieur de la bordure métallique externe observée aux plus basses températures, indiquant un blocage partiel de l’interface entre la région ayant réagi et le noyau de NiO n’ayant pas réagi.     

METAL RECOVERY FROM KIVCET SLAG

Abstract

Following work on the recovery of metallic values from final fumer slag in lead-zinc refineries [1,2], a study was conducted on the potential to reduce lead and zinc directly from Kivcet slag and potentially obviate the need for slag fuming. Slag from the Kivcet process for lead production is an FeO(Fe₂O₃)-CaO-SiO₂ slag containing roughly 16% zinc, 10% lead and some trace elements such as antimony, arsenic, indium and germanium. Metal recovery from this slag was examined using three methods employed for the fumer slag study: 1) holding at temperature to allow the divalent iron to reduce the metal ions into the gas phase; 2) equilibration with a copper “getter” and 3) electro reduction into a liquid copper cathode using a graphite anode.

The presence of metallic lead and carbon in the Kivcet slag has a significant influence on the recovery of metal from the slag in subsequent processing. Holding of the slag at temperature permitted the recovery of much of the metallic lead as vapour and some small recovery of zinc as fume. When copper was used as a getter, more zinc and lead were recovered. In electrorefining, lead recovery was much higher than that in equilibrating with copper, but there was no obvious enhancement in zinc recovery. Aseries of experiments were also conducted in which Kivcet slag was treated to remove some of the zinc and the lead and then was electrorefined three times. The zinc and lead contents in the final slag decreased to 5.9 and 0.3%, respectively. Although most of the lead was recovered, further refining would still be required to capture the remaining zinc metal.

À la suite du travail de récupération des valeurs métalliques de la scorie finale de “fumer” des raffineries de plomb–zinc, on a effectué une étude sur la possibilité de réduire le plomb et le zinc directement à partir de la scorie de Kivcet et possiblement d’éliminer la réduction des scories. La scorie du procédé de Kivcet pour la production de plomb est une scorie de FeO(Fe₂O₃)-CaO-SiO₂ contenant approximativement 16% de zinc, 10% de plomb et quelques éléments trace comme l’antimoine, l’arsenic, l’indium et le germanium. On a examiné la récupération du métal de cette scorie en utilisant trois méthodes employées dans l’étude de scorie de “fumer”: 1) maintenir à la température pour permettre au fer divalent de réduire les ions de métal dans la phase gazeuse; 2) équilibration avec un “getter” de cuivre et 3) réduction électrolytique dans une cathode de cuivre liquide en utilisant une anode en graphite.

La présence de plomb et de carbone métalliques dans la scorie de Kivcet a une influence importante sur la récupération du métal de la scorie dans un traitement subséquent. Le maintien de la scorie à la température a permis la récupération de presque tout le plomb métallique sous forme de vapeur et d’une petite partie du zinc sous forme de fumée. Lorsque l’on a utilisé le cuivre comme getter, on récupérait une plus grande quantité de zinc et de plomb. Avec l’électroaffinage, la récupération du plomb était beaucoup plus élevée qu’avec la méthode d’équilibration avec le cuivre, mais il n’y avait pas d’amélioration évidente pour la récupération du zinc. On a également effectué une série d’expériences où la scorie de Kivcet était traitée afin d’enlever une partie du zinc et du plomb et était ensuite électroaffinée trois fois. La teneur en zinc et en plomb de la scorie finale était réduite à 5.9 et à 0.3%, respectivement. Bien que presque tout le plomb était récupéré, un raffinage additionnel serait encore nécessaire pour capturer le reste de zinc métallique.     

Wear Characteristics of a Zinc-Based Alloy Compared With a Conventional Bearing Bronze Under Mixed Lubrication Conditions: Effects of Material and Test Parameters

Abstract

This study discusses the sliding wear response of a zinc-based alloy (conforming to ZA 27) in mixed lubrication conditions at different sliding pressures and speeds. A conventional bearing bronze (conforming to SAE 660) was also tested under identical test conditions for comparison purposes.

Wear rate increased with speed and pressure. Further, the zinc-based alloy attained superior wear response (less wear rate and frictional heating) than the bronze at all test speeds except prior to seizure (occurring at 7.0 MPa) at the speed of 4.60 m/s. The trend reversed in the latter case. Wear rate of the specimens also agreed with the degree of frictional heating experienced by them. A higher wear rate corresponded to larger frictional heating and vice versa. Wear behaviour of the samples improved considerably in the present study due to the presence of the oil lubricant as compared to the study in dry conditions.

Wear behaviour of the samples has been discussed in terms of the nature and response of their various microconstituents and the effects produced by varying test speeds and pressures under mixed lubrication conditions. Features of wear surfaces, subsurface regions and debris particles generated during the testing of the specimens further substantiated the observed wear behaviour of the samples and were helpful in understanding the operating wear mechanisms.

Cette étude discute de la réponse à l'usure par glissement d'un alliage à base de zinc (seconformant à ZA 27) sous condition de lubrification mixte à différentes pressions et vitesses de glissement. On a aussi évalué un bronze conventionnel pour palier (se conformant à SAE 660) sous des conditions identiques pour fin de comparaison.

Le taux d'usure augmentait avec la vitesse et la pression. De plus, l'alliage à base de zinc démontrait une réponse supérieure à l'usure (i.e. un plus bas taux d'usure et moins de chaleur de friction) en comparaison avec le bronze, à toutes les vitesses d'évaluation sauf juste avant qu'il ne grippe (ce qui se produit à 7.0 MPa), à la vitesse de 4.60 m/s; la tendance s'inversait dans ce dernier cas. Le taux d'usure des spécimens était aussi en accord avec leur degré d'échauffement par friction, i.e. un plus haut taux d'usure correspondait à un échauffement plus important par friction et vice-versa. Le comportement d'usure des échantillons s'est amélioré considérablement dans la présente étude à cause de la présence de l'huile lubrifiante en comparaison avec l'étude en condition sèche.

On a discuté du comportement d'usure des échantillons en termes de la nature et de la réponse de leurs divers micro constituants ainsi que des effets produits en variant la vitesse et la pression d'évaluation sous condition de lubrification mixte. Les caractéristiques des surfaces d'usures, des régions sous la surface ainsi que des débris de particules générés lors de l'évaluation des spécimens ont davantage établi le comportement observé d'usure des échantillons et étaient utiles pour comprendre les mécanismes d'usure en opération.     

Kinetics of mild steel corrosion in aqueous formic acid solutions

Abstract

The kinetics of the corrosion of mild steel in formic acid solutions of different concentrations has been studied at 25, 35 and 45°C. The corrosion rate was evaluated by weight loss and electrochemical polarisation techniques. There is good agreement between the data obtained by the two techniques. The maximum corrosion rate was observed in close vicinity of 20% formic acid solution. The anodic polarisation curves show active corrosion behaviour of mild steel over the whole range of potential at each concentration and temperature. The shape of anodic and cathodic polarisation curves was found to be almost independent of the temperature and the concentration of formic acid. However, the curves bodily shift towards the lower or higher current density side with the change in the concentration of the electrolyte. With the increase in temperature, the shift of polarisation curve regularly occurs towards the higher current density side. The surface morphology of the specimens has been studied by scanning electron microscopy. The micrographs indicate uniform corrosion of mild steel in formic acid solution.

On a étudié la cinétique de corrosion de l’acier au carbone en solutions d’acide formique à différentes concentrations, à 25, 35 et 45°C. On a évalué la vitesse de corrosion par des techniques de perte de poids et de polarisation électrochimique. Il y a un bon accord entre les données obtenues par les deux techniques. On a observé la vitesse maximale de corrosion dans une solution de près de 20% d’acide formique. Les courbes de polarisation anodique montrent un comportement de corrosion active de l’acier au carbone pour la gamme complète de potentiel à chaque concentration et température. On a trouvé que la forme des courbes de polarisation anodique et cathodique était presque indépendante de la température et de la concentration de l’acide formique. Cependant, le c?ur des courbes se déplace du côté d’une densité de courant plus faible ou plus élevée avec un changement de concentration de l’électrolyte. Avec une élévation de la température, le déplacement de la courbe de polarisation se produit régulièrement du côté d’une densité de courant plus élevée. On a étudié la morphologie de la surface des échantillons au moyen du microscope électronique à balayage. Les micrographes indiquent une corrosion uniforme de l’acier au carbone dans une solution d’acide formique.     

Study of drop motion in the mild steel-argon arc welding system

Abstract

High-speed cinephotography was used to investigate the mechanical characteristics of the free translational motion of molten metal drops as it occurs within the column of a mild steel-argon arc. The drops were found to undergo considerable acceleration across the arc gap before reaching a terminal velocity at the weld pool. The current intensity had a controlling effect on both quantities. The experimental results are analyzed on the basis of the existing drag theory whereby the high-velocity plasma jet exerts an entraining force on the metal drops. Reasonable correlation is obtained between the experimental values and the drag equation as adapted from hydromechanics.

Résumé

Les caractéristiques mécaniques du mouvement libre de translation des gouttes de métal liquide tel qu'il se produit dans un arc avec de l'acier doux sous argon, a été étudié par cinématographie rapide. Les goutellettes subissent une accélération considérable dans l'intervalle de l'arc avant d'atteindré une vitesse limite dans la zone de soudage. L'intensité du courant détermine ces deux facteurs. Les résultats expérimentaux sont analysés par la théorie du trainage par laquelle la grande vitesse du plasma exerce une force d'entraînement sur les gou tellettes de métal. Une corrélation raisonnable est obtenue entre les valeurs expérimentales et celles données par la théorie du traîage telle qu'adaptée de l'hydro-mécanique.