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.     

ELECTROLYSIS OF LIQUID FAYALITE SLAGS

Abstract

Electrolysis of liquid fayalite slags was carried out at 1250 °C using a liquid copper cathode and an inert platinum anode. At the cathode, iron precipitated with a current efficiency above 55%. The cathodic current efficiency decreased with increasing slag magnetite content. When Cu₂O was added to the slag, metallic copper was formed at the cathode with current efficiencies as high as 80%. In terms of the recovery of copper from metallurgical slags, electrolysis would be most beneficial for slags with a high dissolved copper content such as slags from direct to copper smelting.

Over time, the cell voltage decreased due to an increase in the effective surface area of the anode and also partly due to an increase in the slag conductivity due to increasing magnetite content. The increasing anode area was caused by a magnetite-rich deposit forming around the platinum wire anode.

On a effectué l’électrolyse de laitiers de fayalite liquides à 1250 °C en utilisant une cathode en cuivre liquide et une anode inerte en platine. Le fer était précipité à la cathode avec un rendement du courant au-dessus de 55%. Le rendement du courant cathodique diminuait avec une augmentation de la teneur en magnétite du laitier. Lorsqu’on ajoutait du Cu₂O au laitier, du cuivre métallique se formait à la cathode avec des rendements de courant aussi élevés que 80%. En ce qui concerne la récupération du cuivre à partir des laitiers métallurgiques, l’électrolyse serait davantage bénéfique pour des laitiers ayant une teneur élevée en cuivre dissous, comme des laitiers du traitement direct de fonte de cuivre.

Avec le temps, le voltage de la cellule diminuait à cause d’une augmentation de la superficie efficace de l’anode et aussi en partie à cause d’une augmentation de la conductivité du laitier résultant d’une augmentation de la teneur en magnétite. L’augmentation de la superficie de l’anode était causée par un dépôt riche en magnétite qui se formait autour du fil en platine de l’anode.     

On enhancement of hypoeutectic aluminium–silicon powder metallurgy alloy

Abstract

Currently, there exists a considerable demand within the automotive industry for the development of aluminium–silicon alloys that can be processed through powder metallurgy (PM) technologies. As such, a study aimed at the development of a new hypoeutectic aluminium–silicon PM alloy (Al–6Si–4·5Cu–0·5Mg–0·2Sn) was recently undertaken. Although the preliminary data were encouraging, it was postulated that a refinement of the bulk alloy chemistry could yield additional gains. In the present work, the sintering response mechanical properties of this alloy were enhanced by making controlled adjustments in composition. The influence of the amount and raw powdered sources of copper, magnesium and tin were the principal variables investigated. Using XRD and metallographic examination, it was determined that a decrease in the copper content to 3·0 wt-% improved ductility significantly. Furthermore, the incorporation of magnesium as an elemental powder versus an Al–Mg master alloy improved sintering behaviour significantly, while tin additions up to 0·2 wt-% increased yield stress and hardness. The optimised alloy exhibited a threefold increase in ductility as well as a 25% gain in yield strength.

Présentement, il existe une grande demande dans l’industrie de l’automobile pour le développement d’alliages aluminium silicium qu’on peut obtenir par les techniques de métallurgie des poudres (PM). Ainsi, on a récemment entrepris une étude visant au développement d’un nouvel alliage hypoeutectique aluminium silicium (Al-6Si-4·5Cu-0·5Mg-0·2Sn) par PM. Bien que les données préliminaires soient encourageantes, on a postulé qu’un raffinement de la chimie de l’alliage brut pourrait produire des gains additionnels. Dans le présent travail, on a amélioré les propriétés mécaniques de la réponse au frittage de cet alliage en faisant des ajustements contrôlés de la composition. L’influence de la quantité et l’influence des sources de poudres brutes de cuivre, de magnésium et d’étain étaient les principales variables examinées. En utilisant la XRD et l’examen métallographique, on a déterminé qu’une diminution de la teneur en cuivre à une valeur de 3·0% en poids améliorait significativement la ductilité. De plus, l’incorporation du magnésium comme poudre élémentaire par rapport à un alliage maître d’Al-Mg améliorait significativement le comportement de frittage, alors que des additions d’étain jusqu’à 0·2% en poids augmentaient la limite élastique et la dureté. L’alliage optimisé exhibait une augmentation triple de la ductilité ainsi qu’un gain de 25% de la limite d’élasticité.     

Direct selective leaching of chalcopyrite concentrate

The ammonium persulphate (APS) leaching of chalcopyrite concentrate in the presence of ammonium carbonate was studied. The effects of ammonium carbonate concentration, APS concentration, leaching time, leaching temperature, solid/liquid ratio and stirring speed were investigated. Optimum leaching conditions were found as follows: APS concentration is 200 g L^?1; ammonium carbonate concentration is 200 g L^?1; leaching time is 180 min; leaching temperature is 60°C; solid/liquid ratio is 0·04 g mL^?1; and stirring speed is 400 rev min^?1. Under these conditions, copper extraction yield was obtained at about 72%. Furthermore, iron extraction yield decreased with increasing ammonium carbonate concentration and iron did not pass into solution under this condition. X-ray and SEM analysis also supported these results. It was determined that the copper extraction results were satisfactory by way of all experiments were performed under atmospheric conditions (i.e. low temperature and atmospheric pressure) and achieved selective copper leaching from chalcopyrite concentrate.

On a étudié la lixiviation au persulfate d’ammonium (APS) du concentré de chalcopyrite en présence de carbonate d’ammonium. On a examiné l’effet de la concentration du carbonate d’ammonium, de la concentration d’APS, de la durée et de la température de lixiviation, du rapport solide-liquide et de la vitesse d’agitation. Les conditions optimales de lixiviation suivent: concentration d’APS?=?200 g L^?1; concentration de carbonate d’ammonium?=?200 g L^?1; durée de lixiviation?=?180 min; température de lixiviation?=?60°C; rapport solide-liquide?=?0·04 g mL^?1; et vitesse d’agitation?=?400 rpm. Avec ces conditions, le rendement d’extraction du cuivre était d’environ 72%. De plus, le rendement d’extraction du fer diminuait avec l’augmentation de la concentration de carbonate d’ammonium, qui empêchait également le fer de passer en solution. L’analyse aux rayons x et au SEM supportait également ces résultats. Grâce à toutes les expériences effectuées en conditions atmosphériques (c’est-à-dire à basse température et à pression atmosphérique), on a déterminé que les résultats d’extraction du cuivre étaient satisfaisants et qu’on obtenait une lixiviation sélective du cuivre à partir du concentré de chalcopyrite.     

Linear friction welding of Al–Cu Part 2 – Interfacial characteristics

Abstract

Metallurgically bonded aluminium–copper assemblies are used as electrical transition pieces in high direct current bus systems to transmit electricity. The brittle, high electrical resistance intermetallics that tend to form at the interface between these two materials are problematic for the electrical conductivity and efficiency of the connector. The manufacture of such assemblies therefore requires low heat input during joining so as to minimise the extent of formation of the intermetallic phases. The application of linear friction welding (LFW), an emerging high energy density solid state joining technology, for this purpose limits the formation of the intermetallic phases and produces more promising interfacial characteristics. In this work, aluminium–copper assemblies with two different geometries, namely, laboratory scale and full scale (customised to actual industrial requirements) were produced by LFW. These were characterised using scanning electron microscopy (SEM), electron probe microanalysis (EPMA) and energy dispersive spectrometry (EDS) to identify the phases at the interface. In order to simulate the in-service behaviour of the aluminium–copper assemblies manufactured by LFW, the laboratory scale samples were heat treated at 300°C. The evolution in the interfacial region was compared with that of post-service connectors produced by explosive welding (EW) and LFW.

Les assemblages d’aluminium–cuivre à joint métallurgique sont utilisés comme pièces de transition électrique dans les systèmes de barre omnibus à courant continu élevé pour transmettre l’électricité. Les intermétalliques fragiles, à haute résistance électrique, qui tendent à se former à l’interface entre ces deux matériaux sont problématiques pour la conductivité électrique et pour le rendement du connecteur. La fabrication de tels assemblages requiert donc un faible apport de chaleur lors de l’assemblage afin de minimiser le degré de formation des phases intermétalliques. L’application du soudage linéaire par friction (LFW), une technologie émergeante d’assemblage par diffusion à haute densité d’énergie, pour cet objectif, limite la formation des phases intermétalliques et produit des caractéristiques interfaciales plus prometteuses. Dans ce travail, des assemblages d’aluminium–cuivre à deux géométries différentes, soit à l’échelle du laboratoire et à pleine échelle (adaptés pour des besoins industriels réels), ont été produits par LFW. On les a caractérisés en utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM), la microanalyse par électrons (EPMA) et la spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS) afin d’identifier les phases interfaciales. Afin de simuler le comportement en service des assemblages d’aluminium–cuivre fabriqués par LFW, on a traité thermiquement à 300°C les échantillons à l’échelle du laboratoire. On a comparé l’évolution de la région interfaciale à celle de connecteurs d’après service produits par soudage par explosion (EW) et par LFW.     

Cu-Matrix Composites Produced With Either Coated or Uncoated Reinforcement Powders

Abstract

Copper matrix composites were made by a powder metallurgy route. The reinforcements were SiC and graphite particles of loading of 20 wt.% each in the composites. One set of reinforcement particles was Cu-coated by an electroless method up to 80 wt.%. Asecond set was prepared by the admixture method in which the uncoated reinforcement particles were mixed with 80 wt.% Cu powders in a conical flask attached to a mechanical stirrer operating at 360 rpm for a period of 6 minutes. The Cu-coated reinforcements and the mixture of Cu-uncoated reinforcements were cold pressed individually and sintered at 1000 °C for different periods of time. It was found that the Cu-coated reinforcement compacts were fully sintered in shorter periods of time. Also, it was noted that the Cu-coated reinforcement composites have lower porosity, lower electrical resistivity, higher compressive properties and greater hardness.

On a fabriqué des composites avec matrice en cuivre par voie de métallurgie des poudres. Le renforcement des composites consistait en un chargement de 20% en poids de chaque espèce de particule, soit SiC et graphite. On a déposé jusqu'à 80% en poids de cuivre sur un lot de particules de renforcement, par une méthode sans courant. On a préparé un second lot par la méthode de matière ajoutée par laquelle les particules de renforcement sans rev?tement étaient mélangées avec 80% en poids de cuivre en poudre dans un flacon conique attaché à un agitateur mécanique, opérant à 360 rpm pendant 6 minutes. On a pressé à froid individuellement les renforcements à rev?tement de cuivre et le mélange de renforcements sans rev?tement et on les a frittés à 1000 °C, pour diverses durées. On a trouvé que les comprimés de renforcement avec rev?tement de Cu étaient complètement frittés plus tôt. Également, on a noté que les composites avec renforcement à rev?tement de Cu avaient une plus faible porosité, une plus faible résistivité électrique, des propriétés de compression plus élevées ainsi qu'une dureté plus élevée.     

Linear friction welding of Al–Cu: Part 1 – Process evaluation

Abstract

Aluminium–copper assemblies are used as power connectors in various industrial processes. Fusion welding of aluminium to copper faces two main challenges that are related to the high thermal conductivity of the materials and the aggressive reaction between the materials that forms brittle intermetallic phases at the interface. Though high energy density techniques such as electron beam welding can overcome the thermal conductivity issue, only solid state joining techniques can viably manufacture the aluminium–copper assemblies while minimising the formation of the intermetallic phases that are problematic for the electrical conductivity and efficiency of the connector. In this work, an alternative approach for manufacturing the aluminium–copper assemblies has been developed using linear friction welding, an emergent solid state joining technology. The influence of process conditions on the joint integrity and the characteristics of the interface were studied using optical microscopy and electrical conductivity measurements. Under optimum processing conditions, integral joints with limited intermetallic phases at the interface could be repeatedly produced. In comparison with aluminium–copper assemblies manufactured by explosive welding, the fraction and size of the intermetallic phases located at the interface, as well as the extent of the interfacial region over which changes in the properties occur, were determined to be considerably reduced when employing linear friction welding.

Des assemblages d’aluminium-cuivre sont utilisés comme connecteurs d’alimentation dans divers processus industriels. Le soudage par friction de l’aluminium au cuivre fait face à deux obstacles principaux qui sont reliés (1) à la conductivité thermique élevée des matériaux et (2) à la réaction agressive entre les matériaux, ce qui forme des phases intermétalliques fragiles à l’interface. Bien que des techniques à haute densité d’énergie, comme le soudage par faisceau d’électrons, puissent surmonter le problème de la conductivité thermique, seules les techniques d’assemblage par diffusion peuvent fabriquer de façon viable les assemblages d’aluminium-cuivre tout en minimisant la formation des phases intermétalliques qui sont problématiques pour la conductivité électrique et pour le rendement du connecteur. Dans ce travail, on a développé une approche de rechange pour la fabrication d’assemblages d’aluminium-cuivre en utilisant le soudage par friction linéaire (LFW), une technologie émergente d’assemblage par diffusion. On a étudié l’influence des conditions du processus sur l’intégrité de l’assemblage et sur les caractéristiques de l’interface en utilisant la microscopie optique et des mesures de conductivité électrique. Sous des conditions optimales de traitement, on pouvait produire à répétition des joints intégraux avec des phases intermétalliques limitées à l’interface. Par rapport aux assemblages d’aluminium-cuivre fabriqués par soudage par explosion (EW), on a déterminé que la fraction et la taille des phases intermétalliques situées à l’interface, ainsi que l’étendue de la région interfaciale où il se produit des changements de propriétés, étaient considérablement réduites lorsqu’on utilisait le LFW.     

Effects of compaction technique on processing response of aluminium PM alloys

The objective of this research was to assess the effects of compaction method (uni-axial die compaction and cold isostatic pressing) on two aluminium powder metallurgy alloys. Both systems were mixtures of elemental and master alloy powders. Mechanical and physical properties from samples prepared using both methods were compared. Analyses included the measurement of green and sintered densities, tensile properties and microstructural analyses. Results indicated that sintered products of a largely comparable quality could be realised for both alloys regardless of the compaction approach employed. PM2324 displayed sensitivity to compaction pressure such that low values were preferred for cold isostatic pressing (CIP) whereas higher values yielded superior sintered products when die compaction was implemented. Conversely, compaction pressure had no meaningful impact on the sintering behaviour of PM7075 for CIP or die pressed samples.

Le but de cette recherche consistait à évaluer les effets de la méthode de compaction (compaction uniaxe en moule et compression isostatique à froid) sur deux alliages d’aluminium de la métallurgie des poudres. Les deux systèmes consistaient en mélanges de poudres élémentaires et de poudres d’alliage mère. On a comparé les propriétés mécaniques et physiques des échantillons préparés en utilisant les deux méthodes. Les analyses incluaient la mesure de la densité à cru et frittée, les propriétés de traction et les analyses de la microstructure. Les résultats indiquaient que l’on pouvait réaliser des produits frittés d’une qualité très comparable pour les deux alliages, peu importe l’approche de compaction utilisée. PM2324 démontrait une sensitivité à la pression de compaction de telle sorte que des valeurs faibles étaient préférées pour le CIP alors que des valeurs plus élevées produisaient des produits frittés supérieurs avec la compaction en moule. Inversement, la pression de compaction n’avait pas d’impact significatif sur le comportement de frittage de PM7075 pour les échantillons pressés par CIP ou en moule.     

Role of ferric ions in bioleaching of uranium from low tenor Indian ore

Abstract

The role of biogenic ferric ions in leaching of uranium by Acidithiobacillus ferrooxidans from a low grade ore of Turamdih mines, India, has been investigated. Using the enriched culture of bacterial isolate containing mainly A. ferrooxidans from the source mine water, biorecovery of 98% uranium at 20% (w/v) pulp density, pH 1·7 and 35°C temperature using <76 μm particles in 40 days was obtained. The effect of temperature on bioleaching of uranium showed higher recovery at 35°C. The uranium dissolution was facilitated by iron(III) available in the leach liquor because of bacterial oxidation of pyrite and chemical dissolution of magnetite present in the ore under acidic conditions. The biogenically generated Fe(III) ions enhanced uranium dissolution from the uraninite ore. The bioleaching of uranium appeared to follow a chemical control kinetic model with the reaction of lixiviant, Fe(III) and acid on the surface of the solid in the temperature range 25–35°C. Phase identification by XRD and the study of surface morphology of the ore and the residue by SEM study corroborated the above mechanism of uranium leaching.

On a étudié le rôle des ions ferriques biogènes dans la lixiviation de l’uranium par A. ferrooxidans d’un minerai pauvre des mines de Turamdih, en Inde. En utilisant la culture enrichie d’isolat bactérien contenant principalement Acidithiobacillus ferrooxidans de l’eau de source de la mine, on a obtenu une biorécupération de 98% d’uranium à 20% de densité de la pulpe (poids/vol), avec un pH de 1·7 et une température de 35°C, en utilisant des particules de <76 μm, en 40 jours. L’effet de la température sur la biolixiviation de l’uranium montrait une récupération plus élevée à 35°C. La dissolution de l’uranium était facilitée par le fer(III), disponible dans la liqueur de lixiviat grâce à l’oxydation bactérienne de la pyrite et à la dissolution chimique de la magnétite présentes dans le minerai en conditions acides. Les ions Fe(III) engendrés biogéniquement augmentaient la dissolution de l’uranium du minerai d’uraninite. La biolixiviation de l’uranium semblait suivre un modèle cinétique à contrôle chimique avec la réaction du lixiviant – Fe(III) et de l’acide à la surface du solide dans la gamme de température de 25 à 35°C. L’identification de phase par XRD et l’étude de la morphologie de la surface du minerai et du résidu par étude au SEM corroboraient le mécanisme ci-dessus de lixiviation de l’uranium.     

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.     

Effect of blockage of outlet nozzle on fluid flow and heat transfer in continuously cast multistrand billet caster tundish

Abstract

Shop floor problems like strand breakout, mechanical or electrical failure in the strand or inadequate availability of molten steel from coming ladle sometimes lead to closing one/two strand in a continuous casting unit. Closing any of the outlets affects the flow distribution inside the tundish and so it is important to study which of the outlets should be closed to have proper results in terms of residence time distribution (RTD) and thermal behaviour of the tundish. The present study aims at finding the effect of closing one or two outlets on flow behaviour and heat transfer in a multistrand tundish. Navier–Stokes equation has been solved using standard K–? turbulence model with the help of educational version of computational fluid dynamics software PHOENICS to find the steady state velocity field inside the tundish. Furthermore, tracer dispersion study was carried out using pulse input technique of the tracer to find the RTD curve of the tundish. Mixing parameters, namely ratio of actual to theoretical mean residence time and ratio of mixed volume to dead volume have been found out for different cases when either all the outlets are open or one/two outlets are closed. It was found that closing the near outlet increases the mixing capability of the tundish the most as compared with far or middle outlet. A larger recirculation zone created in the half of the tundish results in better mixing when near outlet is closed. Numerical code was validated against the experimental observation by performing the tracer dispersion study inside a multistrand tundish and reasonably good match between the experimental and numerical results in terms of RTD curves is observed.

Des problèmes d’atelier comme la percée du cordon, la défaillance mécanique ou électrique du cordon ou la disponibilité inadéquate de l’acier fondu de la poche d’arrivée mènent quelquefois à la fermeture d’un ou deux cordons d’une unité de coulée en continu. La fermeture de n’importe laquelle des orifices de sortie affecte la distribution de l’écoulement dans le panier de coulée. Il est donc important de déterminer lequel des orifices de sortie devrait être fermé pour avoir des résultats appropriés par rapport au RTD et au comportement thermique du panier de coulée. La présente étude vise à trouver l’effet de la fermeture d‘un ou deux orifices de sortie sur le comportement de l’écoulement et sur le transfert de chaleur dans un panier de coulée à plusieurs lignes. On a résolu l’équation de Navier-Stokes en utilisant le modèle normal de turbulence K-?, avec l’aide de la version éducationnelle du logiciel de CFD PHOENICS, afin de trouver le champ de vitesse à régime constant à l’intérieur du panier de coulée. En plus, on a effectué une étude de dispersion de traceur en utilisant une technique d’entrée de l’impulsion du traceur afin de trouver la courbe de Distribution du Temps de Séjour (RTD) du panier de coulée. On a trouvé le paramètre de mélange, soit le rapport du temps de séjour moyen actuel à théorique et le rapport de volume mélangé à volume mort, pour différents cas où soit que toutes les sorties étaient ouvertes, soit qu’une ou deux sorties étaient fermées. On a trouvé que la fermeture de la sortie la plus proche augmentait davantage la capacité de mélange du panier de coulée par rapport à la sortie la plus éloignée ou à celle du milieu. Une plus grande zone de re-circulation créée dans la moitié du panier de coulée avait pour résultat un meilleur mélange lorsque la sortie la plus proche était fermée. On a validé le code numérique contre l’observation expérimentale en effectuant l’étude de dispersion du traceur à l’intérieur d’un panier de coulée à plusieurs lignes. On a observé une correspondance raisonnable entre les résultats expérimentaux et numériques par rapport aux courbes de la RTD.     

Reciprocating wear response of Ti(C,N)–Ni3Al cermets

Abstract

Ti(C,N) based cermets have received significant attention due to their enhanced mechanical properties at elevated temperatures, low mass and increased chemical stability, when compared to WC–Co hardmetals. These properties have been found to be superior in many cases to traditional hardmetal replacements, such as TiC–Ni. The current study focuses on Ti(C,N)–Ni₃Al cermets formed through melt infiltration (with binder contents ranging from 20 to 40 vol.-%Ni₃Al). Comparison is made with TiC–Ni₃Al cermets using an identical binder alloy. The reciprocating ball on flat wear properties of the cermets were evaluated as a function of applied load (using a WC–Co counterface), together with the composite hardness and indentation fracture resistance. It is shown that nitrogen content negatively affects infiltration, resulting in non-infiltrated areas within low binder content cermets, which decreases the indentation fracture resistance and hardness. This problem can be largely mitigated by increasing binder content. When comparing fully infiltrated cermets, increasing nitrogen content decreases hardness and increases toughness, while all Ti(C,N) cermets outperform TiC (at 40 vol.-% binder). Reciprocating wear increased with increasing load, and typically was the most severe for the lowest binder contents. A combination of wear mechanisms were apparent, including both abrasive and adhesive wear, with the formation of an oxide tribolayer containing components from both the tested cermets and the WC–Co counterface material.

Les cermets à base de Ti(C,N) ont reçu une attention importante grâce à leurs propriétés mécaniques améliorées aux températures élevées, à leur faible masse et à leur stabilité chimique augmentée, lorsque comparés aux carbures métalliques de WC–Co. Dans plusieurs cas, on a trouvé que ces propriétés étaient supérieures à celles des remplacements traditionnels de carbures métalliques, comme le TiC–Ni. La présente étude se concentre sur les cermets de Ti(C,N) –Ni₃Al formés par infiltration du bain (la teneur du liant variant de 20 à 40% en volume de Ni₃Al). On les compare aux cermets de TiC–Ni₃Al en utilisant un alliage de liaison identique. On a évalué les propriétés d’usure par déplacement alternatif de bille sur disque des cermets en fonction de la charge appliquée (utilisant un antagoniste en WC–Co), ainsi que de la dureté du composite et de la résistance à la fracture d’indentation. On montre que la teneur en azote affecte négativement l’infiltration, ayant pour résultat des régions non infiltrées à l’intérieur des cermets à faible teneur en liant, ce qui diminue la résistance à la fracture d’indentation et la dureté. On peut largement atténuer ce problème en augmentant la teneur en liant. Lorsque l’on compare des cermets entièrement infiltrés, l’augmentation de la teneur en azote diminue la dureté et augmente la ténacité, alors que tous les cermets de Ti(C,N) surpassent le TiC (à 40% en volume de liant). L’usure par déplacement alternatif augmentait avec une augmentation de la charge, et était typiquement plus sévère pour les plus faibles teneurs en liant. Une combinaison de mécanismes d’usure était apparente, incluant tant l’usure par abrasion que l’usure d’adhérence, avec formation d’une couche tribologique oxyde contenant des composantes tant des cermets évalués que du matériau antagoniste en WC–Co.     

Enhancement of leaching refractory gold concentrate with high arsenic and sulphur content by ultrasonic electro-oxidation technology

Abstract

The ultrasonic leaching behaviour of refractory gold concentrate has been investigated simultaneously at the anode in hydrochloric acid solution and at the cathode in sodium hydroxide solution. An electrochemical reactor divided into three compartments (anode, middle and cathode compartment) by anion and cation exchange membrane is employed for these experiments. Various parameters, which include solid–liquid ratio, current density, leaching temperature, particle size, ultrasonic power and concentrations of HCl and NaOH, are studied to understand the leaching mechanism of the refractory gold concentrate. The gold leaching recovery of 98% in the anode compartment is more than double than that of 46% in the cathode compartment. The leaching kinetics is analysed by using a shrinking rim model given by: 1?(1?X)^1/3?=?kt and 1?3(1?X)^2/3+2(1?X)?=?kt. The kinetics appears to be chemically controlled in the anode compartment and to be diffusively controlled in the cathode compartment respectively. Surface examinations of the samples leached in electro-oxidation and ultrasonic electro-oxidation conditions are carried out by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. These results can be considered as a basic understanding for leaching refractory gold concentrate by ultrasonic electro-oxidation.

On a examiné le comportement de lixiviation ultrasonique de concentré d’or réfractaire, simultanément à l’anode, en solution d’acide chlorhydrique, et à la cathode, en solution d’hydroxyde de sodium. Pour ces expériences, on emploie un réacteur électrochimique divisé en trois compartiments (compartiment de l’anode, du milieu, et de la cathode) par une membrane d’échange d’anion et de cation. On a étudié divers paramètres, incluant le rapport solide-liquide, la densité de courant, la température de lixiviation, la taille de particule, la puissance ultrasonique, et la concentration de HCl et de NaOH, afin de comprendre le mécanisme de lixiviation du concentré d’or réfractaire. La récupération de l’or, par lixiviation, de 98% dans le compartiment de l’anode est plus que le double de celui de 46% du compartiment de la cathode. La cinétique de lixiviation est analysée avec le modèle du retrait de la bordure donné par: 1?(1?X)^1/3?=?kt et 1?3(1?X)^2/3+2(1?X)?=?kt. La cinétique est contrôlée par la chimie dans le compartiment de l’anode et par diffusion dans le compartiment de la cathode, respectivement. L’examen de la surface des échantillons lixiviés sous des conditions d’électro-oxydation ou d’électro-oxydation ultrasonique est effectué par XRD (diffraction des rayons X) et par SEM (microscopie électronique à balayage). On peut considérer ces résultats comme base de la compréhension de la lixiviation de concentré d’or réfractaire par électro-oxydation ultrasonique.     

Influence of welding parameters on peak load and energy absorption of dissimilar resistance spot welds of DP600 and AISI 1008 steels

Abstract

This paper addresses the mechanical performance of dissimilar resistance spot welds between DP600 and AISI 1008 low carbon steels. The weldability lobe was established and proper welding conditions to produce welds with sufficient size and without expulsion were determined. Correlations among the process parameters (welding current and welding time), physical spot weld attributes (fusion zone size and electrode indentation depth) and mechanical performance (peak load and energy absorption) were analysed. It was shown that the increases in welding current and welding time result in increases in fusion zone size and electrode indentation depth. In the low heat input welding condition, welds failed in interfacial failure mode. Increasing welding heat input results in sufficient weld size and promotes pullout failure mode with improved mechanical properties in terms of peak load and failure energy. However, a further increase in heat input caused metal expulsion and the failure mode was changed to partial pullout–partial thickness mode with reduced energy absorption capability.

Cet article discute du rendement mécanique de soudures dissimilaires par points entre les alliages à faible carbone DP600 et AISI 1008. On a établi le lobe de soudabilité et l’on a déterminé les conditions appropriées de soudage afin de produire des soudures d’une taille suffisante et sans expulsion. On analyse la corrélation entre les paramètres du processus (courant de soudage et temps de soudage), les attributs physiques de la soudure par points (taille de la zone de fusion et profondeur d’indentation de l’électrode) et le rendement mécanique (charge maximale et absorption d’énergie). On a montré qu’une augmentation du courant de soudage et du temps de soudage avait pour résultat une augmentation de la taille de la zone de fusion et de la profondeur d’indentation de l’électrode. Sous condition de soudage à faible apport de chaleur, les soudures défaillaient en mode de défaillance à l’interface. L’augmentation de l’apport de chaleur de soudage avait pour résultat une taille de soudure suffisante et favorisait le mode de défaillance par arrachement avec des propriétés mécaniques améliorées quant à la charge maximale et à l’énergie de défaillance. Cependant, une augmentation additionnelle de l’apport de chaleur résultait en l’expulsion du métal et le mode de défaillance se changeait en un mode d’arrachement partiel-épaisseur partielle avec capacité réduite d’absorption d’énergie.     

Freeze lining formation in continuous converting calcium ferrite slags. I

The initial freeze-lining growth rate in calcium ferrite slags at copper saturation is high and comparable to iron silicate slags. The entire freeze-lining layer is crystalline, from the cold end to its hot-face in contact with the molten slag. Industrial copper converting slags from a continuous flash converting furnace, processing solid high-grade matte to blister copper, generate a thin calcium sulphate bonding layer against the water-cooled metal surface during the very first minutes of the slag-to-cooling element contact. The rare solidification behaviour was observed using the water-cooled probe technique in rotating MgO crucibles, at slag temperatures of 1325°C when liquidus temperature of the flash converting slag was estimated to locate at about 1245°C. The body of the freeze lining is mostly composed of magnetite, various mixed calcium–copper ferrites and delafossite embedded in an intergranular phase of metallic copper and some copper oxide. The arsenic oxides dissolved in the slag are precipitated as solid calcium arsenates in the freeze lining.

La vitesse initiale de croissance du revêtement de gel des scories de ferrite de calcium saturées en cuivre est élevée et comparable à celle des scories de silicate de fer. Toute la couche du revêtement de gel est cristalline, de l’extrémité froide jusqu’à sa face chaude en contact avec la scorie fondue. Les scories industrielles de cémentation de cuivre d’un four éclair de cémentation en continu, transformant une matte solide de haute qualité en un cuivre ampoulé, engendrent une mince couche de liaison de sulphate de calcium contre la surface de métal refroidie à l’eau lors des toutes premières minutes du contact de la scorie avec l’élément de refroidissement. On a observé ce comportement rare de solidification en utilisant la technique de la sonde refroidie à l’eau dans des creusets de MgO en rotation. La température de la scorie était de 1325°C alors que la température de liquidus de la scorie de cémentation éclair était estimée à environ 1245°C. Le corps du revêtement de gel est composé principalement de magnétite, de diverses ferrites mélangées de calcium et cuivre et de délafossite, qui sont incluses dans une phase intergranulaire de cuivre métallique et d’un peu d’oxyde de cuivre. Les oxydes d’arsenic dissous dans la scorie sont précipités dans le revêtement de gel sous forme d’arséniates solides de calcium.     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL BEHAVIOUR OF Ni-ALLOYED AUSFORMED AUSTEMPERED DUCTILE IRON

Abstract

The abrasion wear behaviour of ausformed austempered ductile iron (AADI) as well as conventional austempered ductile iron (ADI) was investigated. The effects of both Ni content and rolling reduction during the ausforming process on wear resistance of AADI and ADI were studied thoroughly. The ausforming process has created a finer and more homogeneous ausferrite structure that has a direct influence on the mechanical properties of AADI. Maximum hardness and tensile strength were obtained with a 35% rolling reduction. On the other hand, ductility and impact strength were reduced with increasing rolling reduction during the ausforming process. AADI showed superior abrasion wear resistance due to its finer and harder structure.

On a investigué le comportement de résistance à l’abrasion de la fonte ductile austénitoformée, à trempe étagée bainitique (AADI) ainsi que de la fonte ductile conventionnelle à trempe étagée bainitique (ADI). On a étudié à fond l’effet de la teneur en Ni ainsi que de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage sur la résistance à l’usure de l’AADI et de l’ADI. Le traitement d’austénitoformage créait une structure ausferritique plus fine et plus homogène qui a une influence directe sur les propriétés mécaniques de l’AADI. On a obtenu une dureté et une résistance à la traction maximales avec une réduction par laminage de 35%. D’un autre côté, la ductilité et la résistance à l’impact étaient réduites avec une augmentation de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage. L’AADI a montré une résistance supérieure à l’abrasion, grâce à sa structure plus fine et plus dure.     

Weld nugget formation and mechanical properties of three-sheet resistance spot welded low carbon steel

Abstract

In this paper, weld nugget formation and mechanical properties of 1·25/1·25/1·25 mm three-sheet low carbon steel resistance spot welds are investigated. Heat conduction from sheet/sheet interfaces (i.e. places with higher electrical resistance) to the geometrical centre of the joint and heat dissipation via water cooled electrodes play an important role in weld nugget growth of three-sheet resistance spot welding. It was shown that the fusion zone size along the sheet/sheet interface was greater than that of along geometrical centre of the joint leading to high tendency to interfacial failure. Fusion zone size at the sheet/sheet interface proved to be the most important controlling factor of mechanical performance of three-sheet spot weld in terms of peak load and energy absorption.

Dans cet article, on examine la formation du noyau de soudure et les propriétés mécaniques de trois tôles d’acier de 1·25–1·25–1·25 mm à faible teneur en carbone, soudées par points par résistance. La conduction de chaleur des interfaces tôle - tôle (c’est-à-dire les endroits ayant une résistance électrique plus élevée) vers le centre géométrique du joint et la dissipation de chaleur par l’intermédiaire d’électrodes refroidies à l’eau jouent un rôle important dans la croissance du noyau de soudure du soudage à trois tôles par points par résistance. On a montré que la taille de la zone de fusion au long de l’interface tôle - tôle était plus grande que la taille de la zone de fusion au long du centre géométrique du joint, donnant naissance à une tendance élevée à la défaillance interfaciale. Il s’est avéré que la taille de la zone de fusion à l’interface tôle - tôle était le facteur de contrôle le plus important du rendement mécanique de la soudure par points à trois tôles en ce qui a trait à la charge de pointe et à l’absorption d’énergie.     

THE TRANSITION FROM FREE STREAM FLOW TO DRIPPING IN DRAINING VESSELS

Abstract

In numerous metals processing operations, molten metal is transferred between furnace and ladle or ladle and tundish. In other operations such as the atomization of melts, the stream is directed from a nozzle into an atomizing chamber. The control of melt flow rate, the generation of a well defined stream and the transition from free stream flow to dripping are useful conditions to quantify. A model is proposed in this work to calculate the height of a fluid in a vessel where the stream flowing from an orifice at the bottom of the vessel will revert to dripping. The model accounts for fluid properties including density, viscosity and surface tension. Model results clearly show that melt viscosity is a critical variable in determining the melt height at which flow reverts from a continuous stream to dripping.

Dans de nombreuses opérations de traitement des métaux, le métal fondu est transféré entre le four et la poche de coulée ou entre la poche de coulée et le distributeur. Pour d’autres opérations comme l’atomisation de métaux fondus, le flot est dirigé d’un injecteur vers une chambre d’atomisation. Le contrôle du débit de métal fondu, la production d’un flot bien défini et la transition d’un écoulement de flot libre en un égouttement sont des conditions utiles à quantifier. Dans ce travail, on propose un modèle pour calculer la hauteur d’un fluide dans une cuve où le flot s’écoulant d’un orifice au bas de la cuve va se changer en un égouttement. Le modèle tient compte des propriétés du fluide, incluant la densité, la viscosité et la tension superficielle. Les résultats du modèle montrent clairement que la viscosité du métal fondu est une variable critique dans la détermination de la hauteur de métal fondu à laquelle l’écoulement se change d’un flot continu en un égouttement.     

Silver cementation from thiocyanate solutions by magnesium

Abstract

The cementation of silver on rotating magnesium disc from 0·005–0·02M thiocyanate solution was studied. It was established that the process proceeded with a high rate in the absence of the induction period. Metal recovery was >99%. The formation of dispersed porous deposits and the dependence of their structures on the initial concentration of silver ions were shown using SEM. The cementation product is silver powders with purity ≥99·9 mass-%. Consumption of magnesium is 0·15–0·2 g magnesium in account of 1 g of obtained silver.

On a étudié la cémentation de l’argent sur disque rotatif en magnésium à partir d’une solution de thiocyanate de 0·005–0·02M. On a établi que le procédé se produisait à grande vitesse sans période d’induction. La récupération du métal était >99%. On a démontré la formation de dépôts poreux dispersés et la dépendance de leurs structures sur la concentration initiale d’ions d’argent en utilisant le SEM. Les produits de cémentation sont des poudres d’argent ayant une pureté de ≥99·9% (en masse). La consommation de magnésium était de 0·15 à 0·2 g par g d’argent obtenu.     

Isothermal oxidation behaviour of beta gamma powder metallurgy TiAl–4Nb–3Mn alloys

Abstract

A new TiAl–4Nb–3Mn beta gamma alloy was synthesised by a powder metallurgy process. HIPed and vacuum heat treated specimens were isothermally oxidised at 800 and 900°C in air up to 500 h. The TiAl–4Nb–3Mn alloys oxidised parabolically up to 500 h at both 800 and 900°C. The oxides consisted of outer TiO₂ layer, intermediate Al₂O₃ layer and inner TiO₂ rich mixed layer and the oxidation mechanisms of the alloy were identical at both temperatures. During oxidation, the degradation of α₂ lamellae in the vicinity of the interface forms a diffusion zone (lamellar depleted zone) leading to the formation of Nb and Mn rich white layers just below the interface by outward diffusion of Nb and Mn which are released from breakdown of α₂ lamellae. As exposure time increases, Nb begins to diffuse earlier than Mn and diffuses more actively at higher temperature. The activation energy for oxidation of TiAl–4Nb–3Mn alloy was lower than that of Ti–48Al alloy and was higher than those of Ti–48Al–2Nb–2Cr and Ti–48Al–2Nb–2Cr–W alloys.

On a synthétisé un nouvel alliage TiAl–4Nb–3Mn de type bêta gamma par un procédé de métallurgie des poudres. On a oxydé en isotherme à 800 et à 900°C à l’air, jusqu’à une durée de 500 heures, les spécimens pressés par HIP et traités thermiquement sous vide. Les alliages de TiAl-4Nb-3Mn s’oxydaient paraboliquement jusqu’à 500 heures tant à 800°C qu’à 900°C. Les oxydes consistaient en une couche externe de TiO₂, en une couche intermédiaire d’Al₂O₃ et en une couche interne mixe riche en TiO₂ et les mécanismes d’oxydations de l’alliage étaient identiques aux deux températures. Lors de l’oxydation, la dégradation de lamelles d’α₂ dans le voisinage de l’interface forme une zone de diffusion (zone lamellaire appauvrie) menant à la formation de couches blanches riches en Nb et en Mn juste au-dessous de l’interface par diffusion vers l’extérieur du Nb et du Mn, qui sont relâchés par la dégradation des lamelles d’α₂. À mesure que la durée de l’exposition augmente, le Nb commence à se diffuser plus tôt que le Mn et se diffuse plus activement à une température plus élevée. L’énergie d’activation pour l’oxydation de l’alliage de TiAl–4Nb–3Mn était plus basse que celle de l’alliage de Ti–48Al et était plus élevée que celle des alliages de Ti–48Al–2Nb–2Cr et de Ti–48Al–2Nb–2Cr–W.