Freeze lining formation in continuous converting calcium ferrite slags. II

The heat transfer properties of freeze linings generated in laboratory conditions, by industrial calcium ferrite slags from a continuous copper matte flash converting furnace, have been studied in situ in the molten slag using a water cooled probe technique. The measured heat conductivity of the freeze lining formed, estimated from direct measurements in steady state conditions, was 8·0±1·5 W m^?1 K^?1. The obtained heat conductivity of the freeze lining is 50–100% higher than that of the iron silicate slag freeze linings. The calcium ferrite slag forms a fully crystalline freeze lining. Various ferrites and metallic copper develop the observed high heat conductivity when copper precipitated from the slag during solidification fills the intergranular cavities of the ferrite crystals tightly in forming the freeze lining layer.

On a étudié les propriétés de transfert de chaleur de revêtements de gel engendrés en laboratoire par des scories industrielles de ferrite de calcium, à partir d’un four éclair en continu de cémentation de matte de cuivre, dans la scorie fondue en utilisant la technique du capteur refroidi à l’eau. La conductibilité thermique mesurée du revêtement de gel formé, estimée par des mesures directes en conditions de régime permanent, était de 8·0±1·5 W m^?1 K^?1. La conductibilité thermique obtenue du revêtement de gel est de 50 à 100% plus élevée que celle des revêtements de gel de scorie de silicate de fer. La scorie de ferrite de calcium forme un revêtement de gel entièrement cristallin. Les différentes ferrites et le cuivre métallique développent la conductibilité thermique élevée observée lorsque le cuivre précipité à partir de la scorie pendant la solidification remplit hermétiquement les cavités intergranulaires des cristaux de ferrite dans la couche de revêtement de gel en formation.     

THERMODYNAMICS OF COPPER AND LEAD IN ALUMINA SATURATED FLASH SMELTING SLAG

Abstract

The distribution of copper and lead between copper rich alloy and alumina saturated flash smelting slag produced from Polish copper concentrates was investigated at 1673 and 1553 K under controlled oxygen partial pressures in the range from 8.6·10^?13 to 3.1·10^?7 atm in order to obtain fundamental information related to single stage flash smelting of Polish copper concentrates and decopperizing of the flash smelting slags. The slope of the linear relationship between the logarithmic distribution ratio and oxygen partial pressure shows that the predominant species dissolved in the slag are CuO_0.5 and Cu for copper and PbO and Pb for lead. Activity coefficients for all these copper and lead species in the slag were determined and compared with those in synthetic SiO₂-CaO-Al₂O₃-FeOx and SiO₂-CaO-Al₂O₃-MgO-FeO_x slags containing up to 7.5 mass% iron. Existence of a miscibility gap in the flash smelting slag was confirmed at the oxygen partial pressures used in the experiments. The results were used to explain the thermodynamic reasons behind potential problems in the decopperizing of the flash smelting slag.

On a investigué la distribution du cuivre et du plomb entre un alliage riche en cuivre et la scorie de la fusion éclair saturée en oxyde d’aluminium, produite à partir de concentrés de cuivre polonais, à 1673 et 1553 K, sous des pressions partielles contrôlées d’oxygène dans la gamme de 8.6·10^?13 à 3.1·10^?7 atm. L’objectif était d’obtenir l’information fondamentale reliée à la fusion éclair à étape unique des concentrés de cuivre polonais et au décuivrage des scories de la fusion éclair. La pente de la relation linéaire entre le ratio de distribution logarithmique et la pression partielle de l’oxygène montre que les espèces prédominantes dissoutes dans la scorie sont le CuO_0.5 et le Cu pour le cuivre et le PbO et le Pb pour le plomb. On a déterminé les coefficients d’activité de toutes ces espèces de cuivre et de plomb dans la scorie et on les a comparés avec ceux de scories synthétiques SiO₂-CaO-Al₂O₃-FeO_x et SiO₂-CaO-Al₂O₃-MgO-FeO_x contenant jusqu’à 7.5% en masse de fer. On a confirmé l’existence d’une interruption de miscibilité dans la scorie de la fusion éclair aux pressions partielles d’oxygène utilisées dans les expériences. On a utilisé les résultats pour expliquer les raisons thermodynamiques derrière les problèmes potentiels de décuivrage de la scorie de la fusion éclair.     

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.     

Mineral Wool Production from Copper Reverberatory Slag

Abstract

Rapidly increasing energy costs and the introduction of government assistance programmes have stimulated consumer demand for home insulation products in Canada; in recent years, Canadian mineral wool production has increased at an average annual rate of about 20 %. Based on a preliminary economic assessment, which indicated that the manufacture of mineral wool insulation from copper reverberatory furnace slag could be viable ifan acceptable product could be produced using a high percentage of the copper slag in the charge, full-scale tests were conducted at the plant of a major mineral wool producer. The tests were carried out on blowing wool lines equipped with cupola melting furnaces, using charges containing variable amounts of copper reverberatory furnace slag from the Noranda Smelter.

The technology of mineral wool production is reviewed, the plant tests are described, and the test results are presented. In all tests, a product fibre with satisfactory physical properties (fibre length, diameter and strength) was obtained. However, the insulating quality of the product, as measured by a standard blowing test with a commercial mineral wool applicator machine, was found to decrease with increasing FeO content in the wool. In practice, this would limit the percentage of copper slag in the charge to under 40%, under which condition the manufacture of mineral wool insulation from copper slag was found to be economically unattractive. The results underline the importance of evaluating mineral wool produced from alternative raw materials against industry quality control standards.

Résumé

L'accroissement rapide des coûts d'énergie, ainsi que la mise en route de divers programmes d'aide gouvernementale, ont stimulé les demandes du consommateur envers les produits d'isolation des maisons, au Canada. Ces derniéres années, la production canadienne de laine mineralé a augmenté son taux annuel d'environ 20%. Une évaluation économique préliminaire indiquait que la fabrication de laine minérale, à partir de scories de cuivre provenant d'un four à réverbère était concevable, à condition que nous puissions produire un matériau acceptable employant un pourcentage élevé de scorie de cuivre dans la charge. Des tests en usine ont été effectués chez un important manufacturier de laine minérale. Les tests de souffiage de fils de laine en utilisant des cubilots de fusion ont été effectués en utilisant différentes quantites de scories de cuivre provenant du four a reverbere de l'usine de smeltage de Noranda. Une revue de la technologie se rapportant à la production de la laine minérale est faite, les tests en usine sont décrits et les résultats des essais sont présentés. Pour chaque test, une fibre possédant des propriétés physiques satisfaisantes (longueur de la fibre, diamètre et résistance) a été obtenue. Toutefois, des tests standards ont indique que la qualité isolante du produit décroît avec l'augmentation de FeO dans la laine. En pratique, ceci limite l'emploi de scorie de cuivre dans la charge, à un pourcentage inférieur à 40%. Sous cette condition, la fabrication de laine minérale s'avère économiquement non attrayante. Les résultats soulignent l'importance d'évaluer les laines minérals produites à partir de differentes matières brutes, en fonction du contrôle de la qualité et des standards industriels.     

Conductive polymer coating for anodes used in zinc electrowinning

Abstract

In this study polypyrrole was coated on the lead silver alloy (0·5 wt-%) using electrochemical synthesis. The performance of the coating on the lead alloy corrosion behaviour in a severe corrosive electrolyte has been evaluated. Also, the morphology of polypyrrole coating was studied utilising scanning electron microscopy (SEM). The results show that the protective layer of polypyrrole decreases the corrosion rate of the anodes by about 30% for the optimum coating condition.

Dans cette étude, on a recouvert l’alliage de plomb et argent (0·5% en poids) avec du polypyrrole en utilisant la synthèse électrochimique. On a évalué le rendement du revêtement sur le comportement à la corrosion de l’alliage de plomb dans l’électrolyte sévèrement corrosif. On a également étudié la morphologie du revêtement de polypyrrole en utilisant le microscopie électronique à balayage (SEM). Les résultats montrent que la couche protectrice de polypyrrole diminue la vitesse de corrosion des anodes par environ 30% en condition optimale du revêtement.     

EFFECT OF COATING PARAMETERS AND HEAT TREATMENT ON THE ADHESIVE PROPERTIES OF ELECTROLESS Ni-P COATINGS

Abstract

The adhesive properties of coatings have pronounced effects on their quality. The effect of various coating parameters and post-deposition heat treatment on the adhesive properties of low and high phosphorus electroless nickel-phosphorus (EN) coatings was investigated using three-point bending tests. The critical load and mid-span deflection were used as measures of the adhesive strength of the coatings.

A good correlation was found between the coating parameters and the critical load and deflection values at crack initiation. The critical load was found to increase with increasing coating thickness for EN-coated specimens tested in the as-deposited condition. The critical load and mid-span deflection of as-plated EN coatings increased with increasing phosphorus content. However, thick coatings cracked at lower deflection values than thin coatings. Post-deposition heat treatment at 400 °C for 1 hour adversely affected the measured indices due to increase in brittleness of the coatings occasioned by the crystallization of nickel crystals and nickel phosphide (NixPy) precipitates. Further, the critical load and deflection values at cracking were found to be dependent upon the mechanical properties of the substrate material.

Les propriétés adhésives des revêtements ont des effets prononcés sur leur qualité. On a investigué l’effet de divers paramètres du revêtement et du traitement thermique après le dépôt sur les propriétés adhésives de revêtements autocatalytiques de nickel–phosphore (EN) à teneur faible ou élevée en phosphore, en utilisant les essais de flexion en trois points. On a utilisé la charge critique et la flèche à mi-portée comme mesures d’adhérence des revêtements. On a trouvé une bonne corrélation entre les paramètres du revêtement et les valeurs de charge critique et de flèche à l’initiation de fissure.

On a trouvé que la charge critique augmentait avec l’augmentation de l’épaisseur du revêtement pour les spécimens revêtus de EN évalués à l’état brut. La charge critique et la flèche à mi-portée des revêtements EN plaqués bruts augmentaient avec une augmentation de la teneur en phosphore. Cependant, les revêtements épais craquaient à des valeurs plus faibles de flèche que les revêtements minces. Le traitement thermique après dépôt, à 400 °C pendant 1 h, affectait défavorablement les indices mesurés à cause de l’augmentation de la fragilité des revêtements, occasionnée par la cristallisation de cristaux de nickel et de précipités de phosphure de nickel (NixPy). De plus, on a trouvé que les valeurs de la charge critique et de flèche à la fissuration étaient dépendantes des propriétés mécaniques du matériau du substrat.     

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.     

Estimation of liquidus temperature for B2O3- and TiO2- containing fluoride free mould fluxes from activation energy for viscous flow and DTA measurements

Abstract

Liquidus temperatures of fluoride free mould fluxes simultaneously containing B₂O₃ and TiO₂ have been estimated from two methods, the activation energy for viscous flow and the DTA technique. Generally, the liquidus temperatures determined from the two methods are in good agreement. With the increase in B₂O₃ and TiO₂ content, the variation of liquidus temperatures for fluoride free mould fluxes estimated from the two methods is consistent. As the TiO₂ content increases, liquidus temperatures of the slags initially decrease and then increase. With the increase in B₂O₃ content, the liquidus temperatures of the slags decrease. Further quenching experiments reveal that there is no crystal precipitation in the slag at the liquidus temperature determined from DTA, while some crystal can be observed in the slag at the liquidus temperature determined from the activation energy for viscous flow. Superheating and supercooling effects which could bring errors in determining liquidus temperature by using the two methods are discussed.

On a estimé les températures du liquidus de fondants sans fluorure pour moule contenant simultanément du B₂O₃ et du TiO₂, à partir de deux méthodes, l’énergie d’activation pour écoulement visqueux et la technique de DTA. Généralement, les températures de liquidus déterminées à partir des deux méthodes étaient en bon accord. Avec l’augmentation de la teneur en B₂O₃ et en TiO₂, la variation des températures de liquidus des fondants sans fluorure pour moule, estimée à partir des deux méthodes, va de pair. À mesure que la teneur en TiO₂ augmente, les températures de liquidus des scories diminuent initialement et ensuite, augmentent. Avec l’augmentation de la teneur en B₂O₃, les températures de liquidus des scories diminuent. Des expériences additionnelles de trempe révèlent qu’il n’y a pas de précipitation de cristal dans la scorie à la température de liquidus déterminée à partir du DTA, alors qu’on peut observer quelques cristaux dans la scorie à la température de liquidus déterminée à partir de l’énergie d’activation pour écoulement visqueux. On discute des effets de surchauffe et de surfusion qui peuvent conduire à des erreurs dans la détermination de la température de liquidus au moyen de deux méthodes.     

Physical chemistry of copper smelting slags and copper losses at the Paipote smelterPart 1 – Thermodynamic modelling

Abstract

Thermodynamic modelling was used in conjunction with the results of a sampling campaign to investigate the liquidus temperature and the copper losses in slag from the Teniente converter (TC) and from the slag cleaning electrical furnace (EF) at the Paipote smelter in Chile. The present paper (Part 1) describes the smelter flow sheet and discusses the results of thermodynamic calculations. The impact of process parameters such as the Fe/SiO₂ ratio, the minor oxide levels in slag (CaO, Al₂O₃, MgO and ZnO), the sulphur dioxide partial pressure p(SO₂), temperature and matte composition were examined with respect to the slag liquidus and copper level in the slags. The operating window of the Paipote TC to produce good slag quality correspond to a vessel temperature between 1200 and 1250°C, and an Fe/SiO₂ ratio in slag between 1·5 and 1·8 when the iron content of the matte is in the range of 3–6 wt-%Fe (or 76·5–73·2 wt-%Cu). Under these conditions, the TC slag (average total copper in slag ～6 wt-%Cu) contains less than 1 wt-%Cu as soluble copper with approximately 90% of total copper in the slag is entrained matte; it is noted that 0–10 wt-% solid magnetite is in suspension in the slag. As regards the EF, over the nominal temperature range from 1200 and 1270°C, the EF slag is fully molten over a wide range of Fe/SiO₂ ratios for slag containing the present level of minor oxides. An operating temperature of about 1225°C and a Fe/SiO₂ ratio in the range 1·4–1·8 are considered good conditions for optimum EF performance. The EF slag typically averages 0·82 wt-%Cu and it was estimated that under present conditions, about 50% of this copper was as soluble copper with the balance as entrained matte.

La modélisation thermodynamique a été utilisée en conjonction avec les résultats d’une campagne d’échantillonnage pour examiner la température de liquidus et les pertes en cuivre dans le laitier du convertisseur de Teniente (TC) et du four électrique (EF) de nettoyage du laitier de la fonderie de Paipote au Chili. Le présent article (1^iere Partie) décrit le schéma du procédé de la fonderie et discute les résultats des calculs thermodynamiques. On a examiné l’impact des paramètres du procédé, comme le rapport Fe/SiO2 dans le laitier, le niveau de CaO, Al2O3, MgO et ZnO dans le laitier, la pression partielle du dioxyde de soufre p(SO2), la température et la composition de la matte, sur le líquidus du laitier et sur le niveau de cuivre soluble dans le laitier. La fenêtre d’opération du TC de Paipote permettant de produire une bonne qualité de laitier correspond à une température entre 1200 et 1250C et à un rapport Fe/SiO2 dans le laitier entre 1·5–1·8 lorsque la teneur en fer de la matte est dans la gamme de 3 à 6% en poids (ou 76·5 à 73·2%Cu). Sous ces conditions, le laitier du TC contenant un cuivre moyen total d’environ 6% contient moins que 1% en poids de Cu sous forme de cuivre soluble. Ce rapport permet de déduire qu’approximativement 90% du cuivre total dans le laitier est sous forme de matte entraînée. On note également qu’entre 0 et 10% en poids de magnétite solide est en suspension dans le laitier, dans les conditions normales d’opération. En ce qui concerne le EF, le laitier est complètement fondu sur une large gamme de rapports de Fe/SiO2 pour une température comprise entre 1200 à 1270°C en considérant les niveaux actuels en CaO, Al2O3, MgO et ZnO dans le laitier. Une température de fonctionnement d’environ 1225C et un rapport Fe/SiO2 dans une gamme de 1·4 à 1·8 sont considérés comme des bonnes conditions pour le rendement optimal du EF. Le laitier du EF contient typiquement une moyenne de 0·82% Cu et l’on a estimé que sous les conditions présentes, environ 50% de ce cuivre se trouvait sous la forme de cuivre soluble, le reste étant sous la forme de matte entraînée.     

Investigation of effect of colemanite addition on copper losses in matte smelting slag

Abstract

In this study, the aim was to reduce copper losses to slag in copper production by using a boron compound, called colemanite (2CaO.3B₂O₃.5H₂O), as flux, besides silica. In order to achieve this purpose, two different matte–slag couples were used; the flash furnace matte-slag obtained from Eti Copper Inc. (EB?) and a master matte–slag without copper produced synthetically under laboratory conditions. Chemical analyses of flash furnace slag and synthetic master slag were 0·88%Cu–36·1%SiO₂–43·9%FeO–3·7%Fe₂O₃ and 37·6%SiO₂–60·0%FeO–2·4%Fe₂O₃ respectively. In each experiment, the same amounts of slag and matte were mixed with the addition of predefined amounts of colemanite and melted together at 1250°C for different durations under nitrogen atmosphere in a silica crucible. Results showed that it was possible to decrease the copper losses to about 0·3–0·4% by accelerating the settling rate of matte particles by the addition of colemanite, which was attained by the expected increase in flash furnace slag fluidity and lowering of its liquidus temperature.

Dans cette étude, le but était de réduire les pertes de cuivre dans la scorie lors de la production de cuivre en utilisant un composé de bore, appelé colémanite (2CaO.3B₂O₃.5H₂O), comme flux, en plus de la silice. Afin d’atteindre cet objectif, on a utilisé deux couples différents de matte-scorie; la matte-scorie du four éclair obtenu de Eti Copper Inc. (EB?) et une matte-scorie modèle sans cuivre, produite synthétiquement sous conditions de laboratoire. Les analyses chimiques de la scorie du four éclair et de la scorie synthétique modèle étaient de 0·88%Cu–36·1%SiO₂–43·9%FeO–3·7%Fe₂O₃ et de 37·6%SiO₂–60·0%FeO–2·4%Fe₂O₃, respectivement. Dans chaque expérience, on a mélangé la même quantité de scorie et de matte, avec addition de quantités prédéfinies de colémanite, et fondu ensemble à 1250°C à différentes durées sous atmosphère d’azote dans un creuset de silice. Les résultats ont montré qu’il était possible de diminuer les pertes de cuivre à environ 0·3–0·4% en accélérant la vitesse de sédimentation des particules de matte par l’addition de colémanite, ce qui était atteint par l’augmentation attendue de la fluidité de la scorie du four éclair et par l’abaissement de sa température de liquidus.     

Improving corrosion resistance of epoxy coatings modified with silane monomers on AZ31D magnesium alloy

Abstract

In recent years, there has been growing interest in developing high performance silane containing epoxy coatings. In this work, two silane monomers (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and vinyltrimethoxy silane) were incorporated in epoxy coatings. The results demonstrated that the incorporation of 5 wt-% 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane in coating formulation improved the anticorrosive performance of the epoxy coating on AZ31D magnesium alloy. The improving effect of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was much better than that of vinyltrimethoxy silane, which can be ascribed to the compatibility of the former with epoxy vehicle. The adhesion between epoxy coatings and substrate was also strengthened by addition of the two silane monomers.

Ces dernières années, on note un intérêt grandissant dans le développement de revêtements à haute performance de résine époxy contenant du silane. Dans ce travail, on a incorporé deux monomères de silane (3-glycidoxypropyltriméthoxysilane et vinyltriméthoxy silane) dans des revêtements de résine époxy. Les résultats ont démontré que l’incorporation de 5% en poids de 3-glycidoxypropyltriméthoxysilane dans la formule du revêtement améliorait le rendement anti-corrosif du revêtement de résine époxy sur l’alliage au magnésium AZ31D. L’amélioration du 3-glycidoxypropyltriméthoxysilane était bien meilleure que celle du vinyltriméthoxy silane, ce que l’on peut attribuer à la compatibilité du premier avec le véhicule de la résine époxy. L’adhésion entre les revêtements de résine époxy et le substrat était également renforcée par l’addition des deux monomères de silane.     

A study of ancient slags from Oman

Abstract

Microscopic, chemical and X-ray techniques were used to examine slags from an extensive ancient mining site in the Persian Gulf area. The experimental results indicated that the samples were pieces of tapped slag and furnace slag from a production of copper matte. Such copper mattes could have been smelted in furnaces similar to those used during the Roman period in Timna, Israel.

Résumé

Les auteurs ont utilisé des techniques microscopiques, chimiques et de rayon-X pour examiner les laitiers provenant d'un ancien site minier de grande envergure de la région du Golfe Persique. Les résultats expérimentaux ont révélé que les échantillons étaient des morceaux de laitier de perçage et de laitier de fourneau venant de la production d'une matte de cuivre. Le smeltage de telles mattes de cuivre aurait pu se faire dans des fourneaux semblables à ceux utilises dans la période romaine à Timna en Israel.     

Formation mechanism of IDZ during coating of IN738 by single step gas phase aluminising

Abstract

The formation mechanism of interdiffusion zone (IDZ) during gas phase aluminising of nickel based superalloy IN738LC and the effects of temperature and Al activity on the microstructure of IDZ were investigated in this research. For this purpose, a single step gas phase aluminising technique was applied for coating the surfaces of IN738LC specimens at two different processing temperatures (i.e. 850 and 1050°C) and various pack compositions. Then the coating microstructures were evaluated using a scanning electron microscope, an energy dispersive spectrometer and an X‐ray diffractometer. The results showed that at the low temperature, coating was formed by inward diffusion of Al, whereas at the high temperature, both outward diffusion of Ni and inward diffusion of Al occurred, resulting in the formation of a columnar structure or an IDZ. By increasing the Al activity in the powder mixture, it is shown that the amount of Al within the inner layer of the coating increased.

Au cours de cette recherche, on a étudié le mécanisme de formation de la zone d’interdiffusion (IDZ) lors de la calorisation en phase gazeuse du superalliage à base de nickel, IN738LC ainsi que les effets de la température et de l’activité de l’Al sur la microstructure de l’IDZ. Dans ce dessein, on a appliqué une technique de calorisation en phase gazeuse à étape unique pour revêtir les surfaces des échantillons d’IN738LC à deux températures différentes de traitement (i.e. 850 et 1050°C) et avec diverses compositions de poudre. Ensuite, on a évalué les microstructures du revêtement en utilisant les techniques du microscope électronique à balayage, de l’EDS et de l’XRD. Les résultats ont montré qu’à basse température, le revêtement était formé par diffusion de l’Al vers l’intérieur alors qu’à haute température, tant la diffusion du Ni vers l’extérieur que la diffusion de l’Al vers l’intérieur se produisaient, résultant en la formation d’une structure en colonnes ou IDZ. En augmentant l’activité de l’Al dans le mélange en poudre, on montre que la quantité d’Al à l’intérieur de la couche interne du revêtement augmentait.     

Solid state and smelting reduction of Panzhihua ilmenite concentrate with coke

Abstract

Solid state and smelting reduction of ilmenite is an important process of upgrading ilmenite to high titania feedstock. In this study, an ilmenite concentrate supplied by Panzhihua Iron and Steel (Group) Co. was first reduced at solid state in an electric resistance furnace, followed by smelting reduction in an induction furnace. The effects of reducing agent (carbon) amount on the chemical composition of the solid state reduction sample and the titania slag reduced from them, were analysed. It was found that the metallisation of iron in the solid reduction samples and the grade of titania slag generally increased with increasing carbon amount from 8 to 12%, and then remained constant when the carbon amount was increased above 12%. The content of metallic iron in the titania slag increased with increasing carbon amount, because the slag viscosity and liquidus temperature increased with decreasing FeO content. It was also known that the content of Ti₂O₃ increased with decreasing the content of FeO in the slag. Some metallic iron particles were found in the high titania slag samples. The liquidus lines and viscosity of the slag were calculated using FactSage to explain the experimental results.

La réduction à l’état solide et par fusion de l’ilménite est un procédé important de valorisation de l’ilménite pour charge d’alimentation à haute teneur en dioxyde de titane. Dans cette étude, un concentré d’ilménite fourni par le groupe Panzhihua Iron and Steel Co. a d’abord été réduit à l’état solide dans un four électrique à résistances, suivi par la réduction par fusion dans un four à induction. On a analysé les effets de la quantité d’agent réducteur (carbone) sur la composition chimique de l’échantillon de réduction à l’état solide et de la scorie de dioxyde de titane réduit à partir de lui. On a trouvé que la métallisation du fer dans les échantillons de réduction solide et la qualité de la scorie de dioxyde de titane augmentaient généralement avec une augmentation de la quantité de carbone de 8 à 12%, et ensuite restaient constantes lorsqu’on augmentait la quantité de carbone au-delà de 12%. La teneur en fer métallique dans la scorie de dioxyde de titane augmentait avec l’augmentation de la quantité de carbone, parce que la viscosité de la scorie et la température du liquidus augmentaient avec une diminution de la teneur en FeO. On sait également que la teneur en Ti₂O₃ augmentait avec une diminution de la teneur en FeO dans la scorie. On a trouvé quelques particules de fer métallique dans les échantillons de scorie à haute teneur en dioxyde de titane. On a calculé les lignes de liquidus et la viscosité de la scorie en utilisant FactSage pour expliquer les résultats expérimentaux.     

AIR ASSISTED SOLVENT EXTRACTION

Abstract

Solvent extraction using a solvent coated bubble (air assisted solvent extraction) is introduced. Coating of a bubble with an organic solvent consisting of 3 v/v% (di-(2-ethylhexyl)-phosphoric acid) DEHPA in kerosene is shown to be thermodynamically favourable and is demonstrated experimentally. Aset up to generate a single stream of solvent coated bubbles is described. Trials to extract copper (Cu⁺⁺) from acidified copper sulphate solution illustrate the concept.

On introduit l’extraction par solvant utilisant une bulle revêtue de solvant (“extraction par solvant assistée à l’air”). On montre que le revêtement d’une bulle avec un solvant organique consistant de 3% v/v de DEHPA dans du kérosène est favorable thermodynamiquement et on le démontre expérimentalement. On décrit un montage produisant un courant unique de bulles revêtues de solvant. Des essais d’extraction de cuivre (Cu⁺⁺) d’une solution acidifiée de sulfate de cuivre illustre le concept.     

The Effect of Certain Surfactants on the Cementation of Cobalt From Zinc Sulphate Solutions By Suspended Zinc Particles in the Presence of Copper or Antimony

Abstract

The effect of surfactants nonylphenolpolyethylene glycol with molecular weight 900 (D1), dinaphthylmethane-4,4'-disulphonic acid (D2) and polyethylene glycol with molecular weight 400 (D3) on both cobalt-zinc dust cementation kinetics and the structure of obtained deposits was investigated in the presence of copper or antimony. The reaction of cobalt cementation was found not to follow first-order kinetics due to the hydrogen evolution which takes place along with cementation reaction.Two rate regions were observed. Surfactants D1 and D3 inhibit but D2 has no effect on cobalt cementation rate. Copper increases but antimony decreases cobalt deposition. On the other hand, the presence of antimony substantially increases the inhibition effect of D1 and D3 on cobalt cementation. A higher temperature improves cobalt cementation.

D1 and D3 inhibit antimony cementation.The effect of D1 is substantially higher and contributes to a large decrease of antimony deposition by zinc dust.

The influence of copper and antimony on the structure of obtained deposits is strikingly different. The presence of copper causes the deposition of coarser products containing massive formations of lamellar crystallites. The addition of antimony contributes to the formation of compact uniform layers of deposits with a low porosity on the surface of zinc particles. Surfactants D1 and D3 decrease the crystallite size and deposit porosity and their effect is substantially larger in the presence of antimony. The lowest porosity is found in the presence of both D1 and antimony.

According to the obtained results, the concentration of antimony during the cobalt cementation by zinc dust from the solutions containing surfactants D1 and D3 must be lower than that of copper.

On a étudié l'effet d'agents de surface sur la cinétique de cémentation de la poussière de cobaltzinc et sur la structure des dépôts obtenus, en présence de cuivre ou d'antimoine. Les agents étudiés incluent le glycol nonylphénolpolyéthylénique, avec un poids moléculaire de 900 (D1), l'acide dinaphthylméthane-4,4'-disulfonique (D2) et le polyéthylène-glycol, avec un poids moléculaire de 400 (D3). On a trouvé que la réaction de cémentation du cobalt ne suivait pas une cinétique de premier ordre à cause du dégagement d'hydrogène qui se produit en même temps que la réaction de cémentation. On a observé deux régions avec différents taux. Les agents de surface D1 et D3 inhibent le taux de cémentation du cobalt, mais le D2 n'a aucun effet sur celui-ci. Le cuivre augmente la formation de cobalt mais l'antimoine la réduit. D'un autre côté, la présence d'antimoine augmente substantiellement l'effet d'inhibition du D1 et du D3 sur la cémentation du cobalt. Une température plus élevée améliore la cémentation du cobalt.

Le D1 et le D3 inhibent la cémentation de l'antimoine. L'effet du D1 est substantiellement plus élevé, contribuant à une grande diminution de la formation d'antimoine par la poussière de zinc.

L'influence du cuivre et de l'antimoine sur la structure des dépôts obtenus est remarquablement différente. La présence de cuivre entraîne la formation de produits plus grossiers contenant des structures massives de cristallites lamellaires. L'addition d'antimoine contribue à la formation de couches uniformes compactes de dépôts ayant une faible porosité à la surface des particules de zinc. Les agents de surface D1 et D3 diminuent la taille de cristallite et la porosité du dépôt et leur effet est substantiellement plus important en présence d'antimoine. La porosité la plus faible se trouve en présence simultanée du D1 et de l'antimoine.

D'après les résultats obtenus, la concentration de l'antimoine, lors de la cémentation du cobalt par la poussière de zinc à partir de solutions contenant les agents de surface D1 et D3, doit être plus faible que celle de cuivre.     

The recovery of non-ferrous metals from secondary copper smelter discard slags

Abstract

The use of carbothermic reduction as a method of recovering copper and other non-ferrous metals from smelter discard slags has been examined. Although several pilotscale tests (referred elsewhere) showed that the recovery of copper into a base metal can exceed 70%, even for a slag originally containing only 1.5% copper, it was considered that further studies under controlled laboratory conditions were necessary to obtain a better understanding of the reduction mechanisms involved. Results from these laboratory studies show that not only is the extraction of copper related to the copper and iron contents of the original slag, but the initial slag composition also influences the composition of the base-metal. With the data obtained it is now possible to estimate the grade-recovery relationship from slags of different compositions. The physical and chemical nature of the slags after treatment is also discussed and it is concluded that refractory attack, and the subsequent assimilation of the refractory into the slag matrix may play a significant role in the mechanism by which metals are retained in slags.

Résumé

La méthode de réduction carbothermique pour la récupération du cuivre et d'autres métaux non ferreux des laitiers mis au rebut d'une fonderie a été examinée. Plusieurs essais à l'échelle pilote ont démontré que la récuperation du cuivre au moyen d'un vil métal peut excéder 70%, même pour un laitier contenant seulement 1.5% eu au départ. On considère alors que les etudes approfondies dans les conditions contrôlées en laboratoire étaient nécessaires pour obtenir une meilleure connaissance des mécanismes de la réduction. Les résultats expérimentaux montrent que l'extraction du cuivre dépend de la teneur originale en cuivre et en fer dans Ie laitier. De plus, la composition initiale du laitier a une influence sur la composition du vil métal. Avec les données expérimentales on peut estimer le rapport teneur-récupération des laitiers aux differentes compositions. Les comportements physique et chimique sont aussi abordés et on constate que l'usure du réfractaire aussi bien que la dissolution subséquente du réfractaire vers la matrice du laitier peuvent jouer un rôle significatif dans le mécanisme de retenu des métaux par les laitiers.     

DYNAMIC SIMULATION OF A FLASH FURNACE

Abstract

A real time dynamic simulation model has been developed to characterize the flash furnace operation which permits its operation in a stable form that is attuned to the operation of the Pierce Smith converters while satisfying the requirements of gases for the acid plant.

Flash furnace stability is obtained by calculating the key operational parameters (process air enrichment, oxygen coefficient and thermal support) and meeting, the desirable product variables (matte grade, silica in the slag and matte and slag temperatures). These variables are calculated from a real time simulation.

A numerical method allows one to calculate the differences of actual values compared to those predicted by the model based on the minimization of correction factors using the Lagrange multipliers method for the slag, silica, oxygen and furnace heat balance.

The operational control strategy allows the interlocked operation of the flash furnace with the converters to optimize the operational efficiency of the acid plant. This requires one to comply the flash furnace stability parameters with the copper mass flow to converters and the sulphur mass flow to the acid plant which is obtained by calculating the feed composition based on continuous blending dosing instead of fixed blends or layer preparation, as has been done traditionally. This calculation procedure was implemented in the model developed.

On a développé un modèle de simulation dynamique en temps réel pour caractériser le fonctionnement du four éclair, ce qui permet son fonctionnement stable, harmonisé au fonctionnement des convertisseurs Pierce Smith, tout en satisfaisant aux exigences en gaz de l’usine d’acide.

La stabilité du four éclair est obtenue en calculant les paramètres clés du fonctionnement (enrichissement de l’air industriel, coefficient d’oxygène et support thermique) et en obtenant les variables de produit désirées (qualité de la matte, silice dans la scorie et températures de la matte et de la scorie). Ces variables sont calculées à partir d’une simulation en temps réel.

Une méthode numérique nous permet de calculer les différences des valeurs actuelles par rapport à celles qui sont prédites par le modèle, basée sur la minimisation des facteurs de correction en utilisant la méthode des multiplicateurs de Lagrange, pour le bilan thermique de la scorie, de la silice, de l’oxygène et du four.

La stratégie de contrôle opérationnel permet le fonctionnement synchronisé du four éclair et des convertisseurs pour optimiser le rendement opératoire de l’usine d’acide. Pour cela, il est nécessaire que l’on ajuste les paramètres de stabilité du four éclair au débit massique de cuivre vers les convertisseurs et au débit massique de soufre vers l’usine d’acide, ce que l’on obtient en calculant la composition de la charge, basée sur le dosage en mélange continu au lieu de mélanges fixes ou de la préparation en couche, comme cela était fait traditionnellement. Cette procédure de calcul a été mise en application dans le modèle développé.     

Influence of stirring conditions on hard anodising of aluminium A6061-T6 shapes

Hard anodising is used to produce relatively thick and adherent coatings in order to improve the hardness, abrasion and corrosion resistance of aluminium components. In typical industrial conditions, the local variation of anodic oxide film thickness is often significant and it affects the dimensional tolerances and reliability of coating thickness. Electrolyte stirring is a simple and effective way to improve the uniformity of the oxide layer thickness. However, very little practical information is available in the literature to guide industry in this regard. In this work, extruded A6061-T6 specimens were anodised in industrial conditions. To reduce the thickness variability of the coating, three methods of electrolyte stirring were studied and compared. Air bubble stirring showed the best coating thickness uniformity and improved control over anodising parameters. However it did not reduce the variability due to metal forming texture.

On utilise l’anodisation dure afin de produire un revêtement d’oxyde épais et adhérent à la surface de pièces en alliage d’aluminium. Ce revêtement accroît la dureté, la résistance à l’abrasion et la résistance à la corrosion des composantes. En milieu industriel, l’épaisseur de la couche d’oxyde a tendance à varier en fonction de la position dans la cellule et même d’un endroit à l’autre sur une pièce, ce qui réduit la précision dimensionnelle. L’agitation de l’électrolyte dans la cellule est un moyen simple et efficace d’améliorer l’uniformité de l’épaisseur du revêtement. Toutefois, très peu d’information est disponible dans la littérature pour guider les industriels et déterminer dans quelle mesure l’agitation permet de réduire cette variabilité. Dans ce travail, des composantes extrudées en alliage A6061-T6 ont été anodisées en milieu industriel. Afin de réduire la variabilité de l’épaisseur de la couche anodisée, trois types d’agitation d’électrolyte dans la cellule ont été étudiés et comparés. L’agitation par bulles d’air a permis d’obtenir la meilleure uniformité de l’épaisseur de la couche anodisée et le meilleur contrôle sur les paramètres d’anodisation. Toutefois, les résultats montrent aussi que l’agitation accentue la différence d’épaisseur de la couche anodisée occasionnée par la texture de laminage ou d’extrusion.     

Kinetics of Cu(II) cementation on a pure aluminum disc in acidic sulphate solutions

Abstract

The rates of copper cementation on pure aluminum discs were studied as a function of (a) initial copper ion concentration, (b) temperature, (c) initial hydrogen ion concentration, and (d) the effect of the peripheral velocity of the Al disc.

At low initial copper ion concentration (1 × 10^?4M), there are two rate-controlling processes: ionic diffusion control at temperatures. above 40°C, and surface reaction control at temperatures below 40° C. At higher initial copper ion concentrations (5 × 10^?3 M), the rate is controlled by a chemical (surface) reaction.

When the-hydrogen ion concentration is increased to 0.7 M, the cementation rate increases. The pH remains constant during the reaction.

The cemented deposit is pure copper. The structure. of the deposit is dependent on both temperature and the initial copper ion concentration. At high initial copper ion concentration (5 × 10^-3 M) and at high temperatures (75° C), the rate, which was constant initially, increases with increasing deposition.

Résumé

Les taux de cémentation du cuivre sur des disques d'aluminium pur ont été étudié en fonction (a) de la concentration initiale des ions cuivres, (b) de la température, (c) de la concentration initiale des ions hydrogene et (d) de l'effet de la vitesse tangentielle du disque d'aluminium.

Pour une faible concentration initiale d'ions cuivre (1 × 10^?4 M) il y a deux processus régulateurs : à des températures supérieures à 40°C un côntrale de diffusion ionique et à moins de 40°C un côntrale de la réaction de surface. Pour des concentrations d'ions cuivre plus élevées (5 × 10^?3 M), le taux est contrôlé par une réaction chimique (de surface).

Quand la concentration des ions hydrogène est augmentée à 0.7M Ie taux de cémentation augmente, lp. pH demeure constant pendant la réaction.

Le dépôt est du cuivre pur et sa structure dépend à la fois de la température et de la teneur initiale en ions cuivre. A haute concentration initiale d'ions cuivre (5 × 10^-3M) et à haute temperature (75°C), le taux, constant du début, augmente quand le dépôt augmente.