Kinetics and mechanism of vacuum isothermal reduction of magnesia by aluminium

The kinetics and mechanism of vacuum isothermal reduction of calcined magnesite by Al were studied in the present paper. The results showed that the aluminothermic reduction process was divided into two stages. The apparent activation energy values of the two stages were determined to be 144.4 and 235.3?kJ?mol^?1, respectively. The phase MgAl₂O₄ was formed in the first stage. In the second stage, the intermediate phase Mg_0.4Al_2.4O₄ was formed and the phase Al₂O₃ was obtained from the further reduction of Mg_0.4Al_2.4O₄. The diffusion of molten aluminium is the rate-determining step of the reduction process. The out diffusion of magnesium vapour has some effect on the reduction ratio at the briquetting pressure between 60 and 120?MPa, but it is not the major rate-limiting step.

Dans cet article, on a étudié la cinétique et le mécanisme de réduction isotherme sous vacuum de la magnésite calcinée par l’Al. Les résultats ont montré que le procédé de réduction aluminothermique était divisé en deux étapes. On a déterminé les valeurs d’énergie d’activation apparente des deux étapes à 144.4 et 235.3?kJ/mol, respectivement. La phase de MgAl₂O₄ était formée dans la première étape. La phase intermédiaire de Mg_0.4Al_2.4O₄ était formée dans la seconde étape et l’on a ensuite obtenu la phase d’Al₂O₃ par réduction additionnelle du Mg_0.4Al_2.4O₄. La diffusion de l’aluminium fondu est l’étape cinétiquement déterminante du procédé de réduction. La diffusion vers l’extérieur de la vapeur de magnésium a un certain effet sur le taux de réduction à la pression de briquetage entre 60 et 120?MPa, mais il ne s’agit pas de l’étape majeure cinétiquement limitante.     

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.     

Removal of Cr(VI) ions from aqueous solution using foundry waste material: Kinetic and equilibrium studies

Abstract

In the present paper, Cr(VI) ions removal from aqueous solutions by adsorption on waste mould (green) sand was investigated. Waste mould sand is byproduct of the grey iron foundry. Batch adsorption test was carried out to determine the removal characteristic for Cr(VI) ions from aqueous solution. The obtained results are promising in the use of waste mould sand as an efficient low cost and non-conventional adsorbent for the removal of Cr(VI) ions from aqueous solutions. The second order kinetics produced better fitting of results in terms of correlation coefficient which suggests that the adsorption kinetics of Cr(VI) ions on the waste mould sand followed the second order kinetic model. In the isotherm studies, Freundlich, Langmuir, Dubin–Radushevich and Redlich–Peterson isotherm models were applied and it was determined that the experimental data conformed to Langmuir isotherm model.

Dans cet article, on examine l’enlèvement d’ions Cr(VI) de solutions aqueuses par adsorption sur le sable (vert) à moulage résiduel. Le sable à moulage résiduel est un sous-produit de la fonderie de fonte grise. On a effectué un essai d’adsorption en discontinu afin de déterminer les caractéristiques d’enlèvement des ions Cr(VI) d’une solution aqueuse. Les résultats obtenus sont prometteurs quant à l’utilisation du sable à moulage résiduel comme adsorbant efficace non conventionnel et à faible coût pour l’enlèvement des ions Cr(VI) de solutions aqueuses. La cinétique de second ordre a produit un meilleur ajustement des résultats par rapport au coefficient de corrélation, ce qui suggère que la cinétique d’adsorption des ions Cr(VI) sur le sable à moulage résiduel suivait le modèle cinétique de second ordre. Dans les études d’isothermes, on a appliqué les modèles d’isotherme de Freundlich, Langmuir, Dubin, – Radushevich et Redlich – et de Peterson et l’on a déterminé que les données expérimentales se conformaient au modèle d’isotherme de Langmuir.     

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

Abstract

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

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

Résumé

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

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

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.     

A new insight into grain growth kinetics in terms of polygonized sub-structure development

Abstract

Multi- and double-annealing techniques have been used to study modifications in grain growth kinetics due to thermal cycling in aluminum, lead and tin of different purities.

The results indicate that thermal cycling brings about polygonization in high purity aluminum, lead and tin. The evolution of this substructure depends on the nature and amount of impurities as well as on the parameters of the annealing treatment.

The observed changes in the growth kinetics are a direct result of the development of the polygonized substructure which interacts with the grain boundaries and leads to modification of their topography, as revealed by the liquid gallium grain boundary separation technique.

A physical model based on the gradual evolution of this substructure and its interaction with the grain boundaries has been put forward to explain qualitatively the observed modifications in the grain growth kinetics.

Résumé

Dans l'aluminium, le plomb et l'étain de différentes puretés, les auteurs ont utilisé les techniques de recuits double et multiple pour étudier les modifications dans la cinétique de croissance du grain, dues au cyclage thermique.

Les résultats expérimentaux révèlent que le cyclage thermique induit une polygonisation dans l'aluminium, le plomb et l'étain de haute pureté. L'évolution de cette sous-structure dépend de la nature et du niveau d'impuretés, ainsi que des paramètres du traitement de recuits.

Les modifications observées dans la cinétique de croissance sont des effets directs du développement de la sous-structure polygonisée, qui interagit avec les join ts de grains et conduit à une modification de leur topographie, comme le révèle la technique de décohesion intergranulaire au gallium liquide.

Un modèle physique faisant appel à l'évolution graduelle de cette sous-structure et à son interaction avec les joints de grains est proposé par les auteurs pour expliquer qualitativement les modifications observées dans la cinétique de croissance du grain.     

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

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

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

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

Abstract

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

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

Effect of ultrasound on kinetics of scheelite leaching in sodium hydroxide

Abstract

This paper deals with the dissolution of scheelite in sodium hydroxide, in the absence and presence of ultrasound. The experimental data agreed quite well with the shrinking core model. The leaching rate was controlled by surface chemical reaction, with an apparent activation energy of 80 mol kg^?1 in both cases, but the reaction order was reduced from 1·3 to 0·8 in the presence of ultrasound. The effect of ultrasound is mainly focused on the pre-exponential factor A in the Arrhenius equation, which embraces the collision factor. The kinetics equations of the processes are established.

Cet article porte sur la dissolution de la schéelite dans l’hydroxyde de sodium, en absence ou en présence d’ultrasons. Les données expérimentales étaient en très bon accord avec le modèle de rétrécissement du noyau. La réaction chimique superficielle contrôle la vitesse de lixiviation, avec une énergie d’activation apparente de 80 mol kg^?1 dans les deux cas, mais l’ordre de la réaction était réduit de 1·3 à 0·8 en présence d’ultrasons. L’effet des ultrasons est principalement centré sur le facteur pré-exponentiel A de l’équation d’Arrhenius, qui comprend le facteur de collision. On a respectivement établi les équations cinétiques des procédés.     

Oxide nickel ores smelting of ferronickel in two-zone Vaniukov Furnace

Abstract

Gipronickel Institute is developing a brand new process of Kempirsay Deposit’ nickel oxide ore treatment to ferronickel based on Vaniukov Furnace smelting technology. Results of the extended laboratory scale tests using the pilot Vaniukov two-zone Furnace are presented. It is demonstrated that treatment of relatively poor nickel oxide ore (Ni, 1·05 mass-%) according to the abovementioned technology can result in production of high grade ferronickel (Ni?20%) at high nickel recovery (>90%). Technological peculiarities of the processes taking place in the furnace’ smelting and reduction areas are considered.

L’Institut Gipronickel est en train de développer un procédé entièrement nouveau pour le traitement du minerai d’oxyde de nickel en ferronickel du dépôt de Kempirsay, basé sur la technologie de fonte du four Vaniukov. On présente les résultats des essais approfondis à l’échelle du laboratoire utilisant le four pilote Vaniukov à deux zones. On démontre que le traitement de minerai d’oxyde de nickel à teneur relativement faible (1·05% en masse de Ni) peut aboutir, d’après la dite technologie, en une production de ferronickel de haute qualité (?20% de Ni) avec récupération élevée du nickel (>90%). On considère les particularités technologiques des procédés qui ont lieu lors de la fonte dans le four et dans les zones de réduction.     

Lateritic saprolite leaching in concentrated magnesium chloride media

Magnesium chloride brines present a number of potential advantages for the processing of lateritic saprolite ores for nickel production. Concentrated MgCl₂ solutions enhance the activity of acid used, allow atmospheric leaching at elevated temperature, and inhibit magnesium dissolution, which reduces acid consumption and increases metal selectivity. However, with a chloride based leach it is economically requisite to recover hydrochloric acid, conventionally accomplished by pyrohydrolysis. This work was performed in conjunction with a novel flowsheet for the processing on saprolite ores, which recovers HCl by the precipitation and subsequent decomposition of magnesium hydroxychlorides, alleviating some of the issues with pyrohydrolysis. Leaching experiments have been conducted in concentrated MgCl₂ brines, up to 4·5 m, to determine the amenable process conditions and explore the kinetics of the process. It was determined that >95% extraction of metals was possible using both aqueous and gaseous HCl, while suppressing the dissolution of Mg from the ore.

Les saumures de chlorure de magnésium présentent un nombre d’avantages potentiels dans le traitement des minerais de saprolite latéritique pour la production du nickel. Les solutions concentrées de MgCl₂ augmentent l’activité de l’acide utilisé, permettent la lixiviation atmosphérique à haute température, et inhibent la dissolution du magnésium, ce qui réduit la consommation d’acide et augmente la sélectivité du métal. Cependant, avec une lixiviation à base de chlorure, on doit récupérer l’acide hydrochlorique pour raison économique, ce qui est accompli conventionnellement par pyrohydrolyse. On a effectué ce travail en conjonction avec un nouveau schéma de procédé pour le traitement des minerais de saprolite, lequel récupère le HCl par précipitation et par décomposition subséquente des hydroxychlorures de magnésium, ce qui atténue certains des problèmes reliés à la pyrohydrolyse. On a effectué des expériences de lixiviation dans des saumures concentrées de MgCl₂, jusqu’à 4·5 m, afin de déterminer les conditions favorables du procédé et d’explorer la cinétique du procédé. On a déterminé qu’il était possible d’extraire >95% des métaux en utilisant à la fois le HCl aqueux et gazeux, tout en supprimant la dissolution du Mg du minerai.     

Dissolution kinetics of chromium ore in slag system for stainless steelmaking

Abstract

To reveal the smelting reduction mechanism of chromium ore for producing stainless steel in converter, the dissolution behaviour of chromium ore in CaO–SiO₂–MgO–Al₂O₃ slag system was studied by laboratory experiments, and the effects of different temperatures and slag compositions on the dissolution rate of chromium ore in slag were investigated. A kinetic model for the dissolution process of chromium ore was developed for the first time. The dissolution process of chromium ore is controlled by the surface dissolution reaction under the conditions of the present experiments. The effects of temperature, slag composition and particle size of chromium ore on the dissolution rate of chromium ore are relatively great. The chromium ore sand is suggested to be used as raw material in the smelting reduction converter.

Afin de révéler le mécanisme de réduction de la fusion du minerai de chrome pour la production d'acier inoxydable dans un convertisseur, on a étudié le comportement de dissolution du minerai de chrome dans le système de laitier CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃, par des expériences en laboratoire. On a examiné l'effet des différentes températures et compositions de laitier sur la vitesse de dissolution du minerai de chrome dans le laitier. Pour la première fois, on a développé un modèle cinétique du procédé de dissolution du minerai de chrome. Le procédé de dissolution du minerai de chrome est contrôlé par la réaction de dissolution à la surface sous les conditions des présentes expériences. Les effets de la température, de la composition du laitier et de la taille de particule du minerai de chrome sur la vitesse de dissolution du minerai de chrome sont relativement importants. On suggère que le sable de minerai de chrome soit utilisé comme matériau brut dans le convertisseur de réduction de fusion.     

Leaching chalcopyrite with sodium chlorate in hydrochloric acid solution

Abstract

Sodium chlorate was used as an oxidant for the chalcopyrite leaching in a hydrochloric acid solution. The hydrochloric acid concentration has an important effect on the dissolution of chalcopyrite. The results indicate that stirring speed has a negligible effect on copper dissolution, suggesting that the reaction is not controlled by liquid phase diffusion. Chalcopyrite leaching is also affected by temperature. X-ray diffraction studies show that sulphide is oxidised to sulphate at temperatures less than or equal to 65°C, and at 85°C, it is oxidised to elemental sulphur during the leaching process. Studies of the effect of temperature on dissolution indicate that the leaching process is highly dependent on temperature for the range of 25–65°C. This result is consistent with the values for the activation energy at 25–45°C (60·0 kJ mol^?1) and 45–65°C (57·7 kJ mol^?1). Within these temperature ranges, the leaching process is controlled by a chemical reaction. However, at temperatures of 65–85°C, the activation energy in (0–180 min) is 28·17 kJ mol^?1, which suggests that the reaction is diffusion and chemically controlled during this stage. During the last stage (180–300 min) of the process at 65–85°C, the activation energy is only 0·55 kJ mol^?1. At this point, it appears that diffusion predominates. Scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy results are consistent with the abovementioned kinetic data.

On a utilisé du chlorate de sodium comme oxydant pour le lessivage de la chalcopyrite dans une solution d’acide chlorhydrique. La concentration de l’acide chlorhydrique a un effet important sur la dissolution de la chalcopyrite. Les résultats indiquent que la vitesse d’agitation a un effet négligeable sur la dissolution du cuivre, suggérant que la réaction ne serait pas contrôlée par la diffusion en phase liquide. Le lessivage de la chalcopyrite est également affecté par la température. Des études de diffraction des rayons X ont montré que le sulfure était oxydé en sulfate à des températures égales à ou à moins de 65°C, et à 85°C, il était oxydé en soufre élémentaire lors du procédé de lessivage. Les études de l’effet de la température sur la dissolution indiquent que le procédé de lessivage est hautement dépendant de la température dans la gamme de 25 à 65°C. Ce résultat est compatible avec les valeurs de l’énergie d’activation à 25–45°C (60·0 kJ mol^?1) et à 45–65°C (57·7 kJ mol^?1). Dans ces gammes de température, le procédé de lessivage est contrôlé par une réaction chimique. Cependant, à des températures de 65 à 85°C l’énergie d’activation au début (0–180 min) est de 28·17 kJ mol^?1, ce qui suggère que la réaction est contrôlée par diffusion et chimiquement lors de cette étape. Lors de la dernière étape (180–300 min) du procédé à 65–85°C, l’énergie d’activation est seulement de 0·55 kJ mol^?1. À ce point, il semble que la diffusion domine. Les résultats de microscopie électronique à balayage et de spectroscopie à dispersion d’énergie sont compatibles avec les données cinétiques mentionnées ci-haut.     

Electric resistivity of fine chromite ore: measurement and prediction

Abstract

Fine chromite ore is a common raw material used to produce ferrochrome alloy by submerged electric arc furnace process. The electric resistivity of fine chromite ore determines current distribution, which in turn, affects operation efficiency during the process. The effects of particle size and contact area of the particles on the electric resistivity of several types of chromite were investigated at room temperature. The relationship between the electric resistivity of mixed particles and the volume fraction of lump ore to fine ore was also studied. Contact resistivity decreases with increasing box-counting dimension. Finally, a ‘parallel connection circuit model’ for predicting the electric resistivity of the chromite mixture was developed. Results show that electric resistivity increases as particle size increases, and that the electric resistivity of the mixture decreases with increasing volume ratio of fine ore. The electric resistivity calculated by the parallel connection circuit model is consistent with measurements.

Le minerai fin de chromite est un matériau brut commun utilisé dans la production d’alliage de ferrochrome par le procédé du four électrique à arc submergé. La résistivité électrique du minerai fin de chromite détermine la distribution du courant, qui, à son tour, affecte l’efficacité de l’opération lors du procédé. On a examiné, à la température de la pièce, l’effet de la taille de particule et de l’aire de contact des particules sur la résistivité électrique de plusieurs types de chromite. On a également étudié la relation entre la résistivité électrique de particules mélangées et la fraction volumique du minerai en bloc par rapport au minerai fin. La résistivité par contact diminuait avec une augmentation de la dimension de boîtes. Finalement, on a développé un ″modèle de circuit à connexions en parallèle″ pour la prédiction de la résistivité électrique du mélange de chromites. Les résultats montrent que la résistivité électrique augmente avec une augmentation de la taille de particule et que la résistivité électrique du mélange diminue avec une augmentation de la densité relative de minerai fin. La résistivité électrique calculée au moyen du modèle de circuit à connexions en parallèle est en accord avec les mesures.     

A FIRST PRINCIPLE SIMULATOR OF AN IRON OXIDE PELLET INDURATION FURNACE – AN APPLICATION TO OPTIMAL TUNING

Abstract

First principle models are useful tools to increase the comprehension of complex processes such as the hematite pellet induration furnace that is simulated in this study. The first principle model of the furnace integrates heat transfer phenomena between the solids and the gas, mass transfer phenomena due to the pellet drying, coke combustion, carbonate decomposition, magnetite oxidation, gas flow phenomena in the pellet bed and piping system as well as pellet sintering mechanisms. A steady state simulator was constructed that generates gas and pellet temperatures in the pellet bed and gas flow rates and pressures in the different zones of the furnace. The simulator also calculates the statistical distribution of the sintered pellet mechanical properties. The simulator capabilities are illustrated by several optimization tests using different performance criteria and constraints. These simulation tests help to generate furnace operating guidelines to select air flow and fuel distributions inside the furnace as well as the grate speed and the bed height.

Les modèles phénoménologiques sont des outils puissants pour la compréhension des procédés à comportements complexes comme le four de frittage de boulettes d’hématite qui fait l’objet de cette étude de simulation. Le modèle décrit les phénomènes de transfert de chaleur entre le gaz et les solides, les phénomènes de transfert de masse se produisant dans les réactions chimiques comme le séchage, la combustion du coke, la calcination des fondants, l’oxydation de la magnétite, les phénomènes d’écoulement des gaz dans les tuyauteries et à travers le lit de boulettes, et enfin les phénomènes de frittage. Un simulateur est construit permettant de simuler les régimes stationnaires de fonctionnement du four et donc de générer les températures et pression du gaz ainsi que les températures des boulettes en tout point du lit de boulettes. Le simulateur génère aussi la distribution de la résistance en compression des boulettes frittées. L’utilisation du simulateur est illustrée succinctement pour aider à la conduite de l’opération, déterminer les goulots d’étranglement limitant son fonctionnement et rechercher un réglage optimal du four pour différents critères de performance contraints.     

Use of waste anode dust for sorption of Ni(II) from aqueous solution

Abstract

This study was aimed at investigating the sorption of Ni(II) ions on anode dust which is an industrial waste material of aluminium production. The effects of various parameters such as the initial pH, contact time, temperature and initial concentration were studied. The thermodynamic parameters were determined. The positive values of enthalpy change ΔH suggested the endothermic nature of the sorption process. The sorption kinetic data could be described well using a pseudo‐second‐order model and the equilibrium data could be fitted well to the Langmuir and Freundlich isotherm. It can be concluded that the obtained sorption capacity for Ni(II) ions is a good indicator of the anode dust potential for use in an aqueous sorption system.

Cette étude avait pour but l’investigation de la sorption des ions de Ni(II) sur la poussière d’anode, un matériau de rejet industriel de la production de l’aluminium. On a étudié l’effet de divers paramètres comme le pH initial, la durée de contact, la température, et la concentration initiale. On a déterminé les paramètres thermodynamiques. Les valeurs positives du changement d’enthalpie ΔH suggéraient la nature endothermique du procédé de sorption. On pourrait bien décrire les données cinétiques de la sorption en utilisant un modèle de pseudo deuxième ordre et l’on pourrait bien ajuster les données d’équilibre à l’isotherme de Langmuir et Freundlich. On peut conclure que la capacité de sorption obtenue pour les ions de Ni(II) est un bon indicateur du potentiel de la poussière d’anode pour utilisation dans un système aqueux de sorption.     

Kinetic Modelling of Different Bauxite Types in the Bayer Leaching Process

Abstract

The dissolution of aluminum hydroxides from bauxite ores constitutes a key process in the aluminum industry. Generally, aluminum minerals in bauxites are present in the form of gibbsite, boehmite or diaspore. Usually, these mineral forms are mixed in bauxite as a boehmite-diaspore or a gibbsite-boehmite mixture with different weight ratios. The Al₂O₃ recovery, as well as the kinetic parameters, during the Bayer leaching process of different bauxite types strongly depends on their mineralogical composition. In this paper an attempt was made to develop a mathematical model which enables calculation of the Al₂O₃ recovery from boehmite-diaspore or gibbsite-boehmite bauxite based on kinetic parameters available for leaching the “pure” bauxite types (containing only diaspore, boehmite or gibbsite as the main alumina bearing mineral form) and the mineral composition of the bauxite mixture.

Résumé

La dissolution des hydroxydes d'aluminium à partir de minéraux de bauxite constitue un procédé clé de l'industrie de l'aluminium. Généralement, les minéraux d'aluminium dans la bauxite sont présents sous forme d'hydrargillite, de boehmite ou de diaspore. Habituellement, ces formes minérales sont mélangées dans la bauxite en un mélange de boehmite-diaspore ou d'hydrargillite-boehmite, avec différents ratios en poids. La récupération de l'Al₂O₃, ainsi que les paramètres de la cinétique lors du procédé de lixiviation de Bayer de différents types de bauxite, dépend fortement de leur composition minéralogique. Dans ce document, on a essayé de développer le modèle mathématique qui rend possible le calcul de la récupération de l'Al₂O₃ à partir de bauxite de boehmite-diaspore ou d'hydrargilliteboehmite, basé sur les paramètres cinétiques disponibles pour la lixiviation des types “purs” de bauxite (contenant seulement du diaspore, de la boehmite ou de l'hydrargillite comme forme minérale principale porteuse d'alumine) et sur la composition minérale de la bauxite mélangée.     

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.     

AMATHEMATICAL MODEL OF A DC ELECTRIC FURNACE FOR RECOVERY OF ZINC FROM LEAD BLAST FURNACE SLAG

Abstract

A mathematical model has been developed for fluid flow and heat transfer in a prospective process to recover lead and zinc by a DC electric fuming process from lead blast furnace slag. The modelling consisted of several steps. Algebraic equations were used to obtain arc momentum and temperature. Fluid flow simulations were performed to calculate the top slag surface depression and the results were then imposed upon the subsequent fluid flow and heat transfer simulation. Using this procedure, a number of simulations of the DC arc furnace operation were carried out for various conditions. Velocities and temperatures in the slag and metal, as well as sidewall heat fluxes were evaluated with the model. The model predicts, in most cases, that the sidewall heat fluxes were less than 200 kW/m² and they would increase with decreasing furnace diameter and decreasing slag solidus temperature. The results of the model have been useful in the design of a furnace.

On a développé un modèle mathématique de l’écoulement des fluides et de la transmission de chaleur pour un procédé prospectif de récupération du plomb et du zinc par un procédé d’ébullition avec courant électrique continu à partir de la scorie de plomb du haut-fourneau. La modélisation consiste en plusieurs étapes. On a utilisé des équations algébriques pour obtenir la quantité de mouvement et la température de l’arc. On a effectué des simulations d’écoulement de fluide pour calculer la dépression de la surface de la scorie et l’on a ensuite imposé les résultats à la simulation subséquente d’écoulement de fluide et de transmission de chaleur. Utilisant cette procédure, on a exécuté un certain nombre de simulations du fonctionnement du four à arc à courant continu sous des conditions variées. Au moyen du modèle, on a évalué la vélocité et la température de la scorie et du métal ainsi que le flux de chaleur des parois latérales. Dans la plupart des cas, le modèle a prédit que le flux de chaleur des parois latérales était moins de 200 kW/m² et qu’il augmenterait avec une diminution du diamètre du four et une diminution de la température de solidus de la scorie. Les résultats du modèle ont été utiles pour la conception d’un four.     

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.