Phase equilibria and thermodynamics of zinc fuming slags

A range of materials is treated in zinc fuming processes to recover metal values and produce benign slag waste products. The selection of the optimum process conditions in these various technologies can be greatly assisted by the use of a chemical thermodynamic model of the system. In this paper the effects of slag chemistry on the liquidus temperatures, subliquidus phase equilibria and thermodynamic properties are described by the F*A*C*T computer package with the new thermodynamic database of the ZnO-PbO-FeO-Fe2O3-CaO-SiO2 system. The implications of these findings for plant practice are discussed.

Experimental study of phase equilibria in the "FeO"-ZNO-(CaO+SiO2) system with the CaO/SiO2 weight ratio of 0.71 at metallic iron saturation

The pseudoternary section FeO-ZnO-(CaO + SiO2) with a CaO/SiO2 weight ratio of 0.71 in equilibrium with metallic iron has been experimentally investigated in the temperature range from 1000 degreesC to 1300 degreesC (1273 to 1573 K). The liquidus surface in this pseudoternary. section has been determined in the composition range of 0 to 33 wt pct ZnO and 30 to 70 wt pct (CaO + SiO2)The system contains primary-phase fields of wustite (FexZn1-xO1+y), zincite (ZnzFe1-zO), fayalite (FewZn2-wSiO4), melilite (Ca2ZnuFe1-uSi2O7), and pseudowollastonite (CaSiO3). The phase equilibria involving the liquid phase and the solid solutions have also been measured.

Phase equilibrium studies in the "MnO"-Al2O3-SiO2 system

Phase relations and the liquidus surface in the system "MnO"-Al2O3-SiO2 at manganese-rich alloy saturation have been investigated in the temperature range from 1373 to 1773 K. This system contains the primary-phase fields of tridymite and cristobalite (SiO2); mullite (3Al(2)O(3).2SiO(2)); corundum (Al2O3); galaxite (MnO.Al2O3); manganosite (MnO); tephroite (2MnO.SiO2); rhodonite (MnO.SiO2); spessartine (3MnO.Al2O3.SiO2); and the compound MnO.Al2O3.2SiO(2).

Experimental study of phase equilibria in the PbO-ZnO-"Fe2O3"-(CaO+SiO2) system in air for the lead and zinc blast furnace sinters (CaO/SiO2 weight ratio of 0.933 and PbO/(CaO+SiO2) ratios of 2.0 and 3.2)

Experimental studies on phase equilibria and liquidus in the multicomponent system PbO-ZnO-CaO-SiO2-FeO-Fe2O3 in air have been conducted over the temperature range between 1323 K (1050 degreesC) and 1623 K (1350 degreesC) to characterize the phase relations of the complex slag systems encountered in lead and zinc blast furnace sinters. The liquidus in two pseudoternary sections ZnO-Fe2O3-(PbO + CaO + SiO2) with the CaO/SiO2 weight ratio of 0.933 and PbO/(CaO + SiO2) weight ratios of 2.0 and 3.2 have been constructed.

Igneous garnet and amphibole fractionation in the roots of island arcs: experimental constraints on andesitic liquids

To evaluate the role of garnet and amphibole fractionation at conditions relevant for the crystallization of magmas in the roots of island arcs, a series of experiments were performed on a synthetic andesite at conditions ranging from 0.8 to 1.2 GPa, 800-1,000 degrees C and variable H2O contents. At water undersaturated conditions and fO(2) established around QFM, garnet has a wide stability field. At 1.2 GPa garnet ? amphibole are the high-temperature liquidus phases followed by plagioclase at lower temperature. Clinopyroxene reaches its maximal stability at H2O-contents <= 9 wt% at 950 degrees C and is replaced by amphibole at lower temperature. The slopes of the plagioclase-in boundaries are moderately negative in T-XH2O space. At 0.8 GPa, garnet is stable at magmatic H2O contents exceeding 8 wt% and is replaced by spinel at decreasing dissolved H2O. The liquids formed by crystallization evolve through continuous silica increase from andesite to dacite and rhyolite for the 1.2 GPa series, but show substantial enrichment in FeO/MgO for the 0.8 GPa series related to the contrasting roles of garnet and amphibole in fractionating Fe-Mg in derivative liquids. Our experiments indicate that the stability of igneous garnet increases with increasing dissolved H2O in silicate liquids and is thus likely to affect trace element compositions of H2O-rich derivative arc volcanic rocks by fractionation. Garnet-controlled trace element ratios cannot be used as a proxy

The influence of viscous and latent heating on crystal-rich magma flow in a conduit

The flow dynamics of crystal-rich high-viscosity magma is likely to be strongly influenced by viscous and latent heat release. Viscous heating is observed to play an important role in the dynamics of fluids with temperature-dependent viscosities. The growth of microlite crystals and the accompanying release of latent heat should play a similar role in raising fluid temperatures. Earlier models of viscous heating in magmas have shown the potential for unstable (thermal runaway) flow as described by a Gruntfest number, using an Arrhenius temperature dependence for the viscosity, but have not considered crystal growth or latent heating. We present a theoretical model for magma flow in an axisymmetric conduit and consider both heating effects using Finite Element Method techniques. We consider a constant mass flux in a 1-D infinitesimal conduit segment with isothermal and adiabatic boundary conditions and Newtonian and non-Newtonian magma flow properties. We find that the growth of crystals acts to stabilize the flow field and make the magma less likely to experience a thermal runaway. The additional heating influences crystal growth and can counteract supercooling from degassing-induced crystallization and drive the residual melt composition back towards the liquidus temperature. We illustrate the models with results generated using parameters appropriate for the andesite lava dome-forming eruption at Soufriere Hills Volcano, Montserrat. These results emphasize the radial variability of the magma. Both viscous and latent heating effects are shown to be capable of playing a significant role in the eruption dynamics of Soufriere Hills Volcano. Latent heating is a factor in the top two kilometres of the conduit and may be responsible for relatively short-term (days) transients. Viscous heating is less restricted spatially, but because thermal runaway requires periods of hundreds of days to be achieved, the process is likely to be interrupted. Our models show that thermal evolution of the conduit walls could lead to an increase in the effective diameter of flow and an increase in flux at constant magma pressure.

Cordierite-bearing lavas from Jaguarao, southern Brazil: Petrological evidence for crustal melts during early rifting of Gondwana

The Jaguarao stratoid dacites (Rio Grande do Sul, Brazil) are limited in areal extent, are comprised of about 3.2 km(3) of preserved erupted material, and outcrop only in areas of the region underlain by mylonitic and ultramylonitic rocks. They are S-type volcanic rocks containing cordierite, orthopyroxene, plagioclase, and ilmenite as liquidus phases, and partially melted granite, gneiss, and migmatite enclaves that are very similar to the Precambrian basement rocks. The Jaguarao lavas have distinct geochemical signatures and Sr-Nd isotopes with respect to other volcanic rocks of the region. Available geochronological data for Jaguarao dacites range between 157 +/- 5 Ma and 139.6 +/- 7.4 Ma. Considering the errors, the younger ages obtained for Jaguarao lavas overlap the 138-128 Ma age of rocks of the Serra Geral Group, and thus indicate that the dacites were erupted prior to the break-up of Gondwana in this region. Petrographic, mineralogical, and petrochemical data, as well as the tectonic context of the Jaguarao lavas, suggest that magma genesis was linked, at least in part, to friction melts. The dacitic magma was generated by partial melting reactions involving biotite breakdown in a dominantly quartz-feldspathic source terrane, leaving a granulite facies residue in subsurface. These melts were probably generated as a consequence of crustal thinning linked to simple shear extension just prior to Gondwana break-up and rifting of the southern Atlantic Ocean. (C) 2009 International Association for Gondwana Research. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Análise numérica e experimental da solidificação das ligas Al 3,5% Cu e AA36

A formação interna da estrutura de uma peça fundida deve determinar as características mecânicas dessa peça, quando em serviço. Dessa forma, torna-se fundamental conhecer e parametrizar os elementos que influem na formação da estrutura do componente sólido, para o desenvolvimento adequado de sistemas de solidificação que permitam conduzir a melhoria da qualidade de uma peça no processo de solidificação. Modelos numéricos podem ser empregados para a determinação da formação estrutural, entretanto estes devem ser aferidos adequadamente para garantir sua aplicabilidade. No trabalho em questão, desenvolveu-se uma metodologia que permitiu a aferição de um modelo numérico para a previsão das condições de resfriamento de ligas de alumínio. Elaborou-se um conjunto de coquilhas e moldes que permitiram o acoplamento e verificação da estrutura formada na solidificação em diferentes situações de resfriamento, observando principalmente a direção de extração de calor e a taxa de resfriamento associada. O modelo numérico aplicado respondeu coerentemente aos resultados obtidos permitindo a previsão da estrutura solidificada pela observação dos resultados de evolução das isotermas solidus e liquidus no interior dos sistemas.

Petrologia do plúton granitico serra verde, porção lestre do domínio seridó

The study area is located at the eastern-central portion of the Seridó Belt, on the interface between the Seridó Group Metasediments and the crystalline basement rocks of the Caicó Complex (RN). Petrographic and geochemical data allow us to define aspects related to the genesis and evolution of the Serra Verde Pluton magmas, which composes the goal of this dissertation The Serra Verde Pluton is a stock with outcropping area of about 25 km², which is intrusive into metasedimentary sequence and the basement gneisses. The pluton intrusion is sintectonic to the Brasiliano event, elongated along the NE direction, developing a cornue geometry. The rock is a monzogranite mainly composed by K-feldspar, plagioclase and quartz, which usually compose more than 85% of the modal analisys. The main mafic mineral is the biotite, while amphibole, sphene, epidote, opaque minerals, allanite, zircon and apatite occur as accessory minerals. It features still a latemagmatic paragenesis composed by chlorite, granular epidote, carbonates and muscovite, developed through the percolation of late CO2 and H2O rich fluids. Chemically, the Serra Verde Pluton rocks may be classified as metaluminous, of calc-alkaline affiliation, sometimes showing trondhjemític characteristics, with high Na2O (>4,5%), Sr (>400ppm) and Ba (>800ppm) and low K2O (≤3,0%), MgO (<1,0%), TiO2 (<0,5%), Rb (<90ppm), Y (≤16ppm) and Zr (≤13ppm). Micropetrographic evidences (mineral assembly and microtextures) indicate that the magma evolution occurred in moderated to high fO2 conditions, above the FMQ buffer. Thermo-barometric data obtained by minor elements geochemistry and the CIPW data, suggest a final/minimal pressure crystallization for the Serra Verde Pluton samples of about 3 to 5 kbar, liquidus temperature around 800o C, solidus temperature between 680o and 660o C. This data is compatible with those observed by many authors for the Neoproterozoic granites of the Seridó Belt. The group of analyzed data (Petrographic, microtextural and geochemical), suggests that the dominant process of the generation and evolution of the Serra Verde Granite magma was the fractional crystallization, probably from basement quartz-dioritic and tonalitic orthogneisses source

Flow evolution of a metallic slurry during thixoextrusion of an automotive valve

The aim of this work is to characterize a metallic slurry (Al-4.5%Cu) flow during thixoforming of an automotive valve. The necessary globular structure was obtained by first inoculating the alloy with TIBAL (5%Ti, 1%B, Al - rest) at 750.0°C, and then reheating to a state between liquidus and solidus prior to thixoforming. Two metallic slurries, with a solid phase of approximately 86.1 and 78.2 percent, were used to generate different experimental flow patterns during the thixoforming process. The flow of the material into the die was observed for total, and partial displacement (2.7, 5.4, 7.5mm) of the punch. The first displacement shows formation of the valve rod. The patterns at each step of displacement of the punch were preserved by quenching in water, thus revealing the profile of the die fill and microstructural evolution. Degeneration of the globular phase was observed along the piece thixoextruded. Thixoextrusion forces versus time curves were generated for partial and full displacement of the punch. Porosity was visible along the billet prior to thixoforming. However, some areas show that the porosity gradually decreased to zero as the thixoextrusion pressure increased. Turbulent, transient and laminar flow are analyzed in this work.

Utilização da curva de resfriamento na análise do refino de grão da liga AA 356

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Projeto, construção de equipamento para obtenção de compósitos de matriz metálica particulados, utilizando o processo de fundição com agitação mecânica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Avaliação das propriedades mecânicas e elétricas da liga 6201 não refinada, modificada com os teores de cobre (0,05 e 0,3)% para transporte de energia elétrica

No presente trabalho, foram feitos experimentos com a liga de Al – 0,6%Mg - 0,8%Si não refinada, com variações no teor de cobre (0,05% e 0,3%), que objetivaram avaliar dois aspectos do comportamento da liga. O primeiro aspecto diz respeito a afinidade entre esta e o molde, no qual busca se observar o efeito das variáveis térmicas de solidificação sobre a estrutura do fundido e sua correlação com propriedades mecânicas e elétricas, o segundo aspecto está relacionado com o comportamento intrínseco da variação da composição química quando submetida a baixas velocidades e taxas de resfriamento. Para a avaliação das variáveis térmicas de solidificação (velocidades das isotermas liquidus, taxas de resfriamento) utilizouse um dispositivo de solidificação unidirecional horizontal. Os lingotes produzidos a partir da solidificação da liga passaram pelos processos mecânicos de usinagem, laminação e trefilação, examinados em diferentes posições e diâmetros, através do ensaio de tração e condutividade elétrica. Foram analisadas as fraturas em função das microcavidades e diferentes concentrações de teores de cobre constatando-se que em relação ao material deformado a frio, o LRT tem uma tendência de crescimento para a liga de maior concentração de cobre. Os valores avaliados também possibilitaram concluir que a condutividade elétrica cresce quanto maior for o diâmetro das microcavidades e menor o teor de cobre. Com o objetivo de se avaliar somente o comportamento intrínseco da variação da composição química da liga, foi utilizado um segundo dispositivo de solidificação, molde em “U”, pintado internamente com solução de caulim que atribui ao molde baixas velocidades de resfriamento. Os resultados mostram que para os dois teores de cobre há uma tendência de crescimento do LRT com o aumento da redução sofrida pelas amostras, sendo o LRT maior para a liga com maior teor de cobre. Atribuímos este comportamento ao maior teor de soluto que por sua vez apresentou melhor resposta a deformação plástica, encruando mais o material. Entretanto, a caracterização elétrica ocorre de modo inverso, a exemplo do constatado na solidificação unidirecional, onde o menor teor de cobre foi mais eficiente.

Caracterização da liga 6101 refinada com a adição de diferentes teores de cobre e solidificadas em molde unidirecional horizontal e em molde "U"

A liga 6101 (série 6xxx) foi modificada através da adição de cobre nos percentuais de 0,05%Cu e 0,3%Cu, e também de refinadores de grão à base de uma pré-liga Al-Ti-B. As ligas foram caracterizadas termicamente (coeficiente de transferência de calor metal/molde, Velocidade de deslocamento da isoterma liquidus e taxa de resfriamento), mecanicamente (limite de resistência à tração e módulo de tenacidade) e eletricamente (resistência, resistividade e condutividade elétrica) utilizando duas formas de vazamentos: uma sendo através de solidificação em molde unidirecional horizontal e a outra através do molde em “U”. Para a solidificação em molde unidirecional horizontal as caracterizações mostraram-se bastante influenciadas pelos refinadores de grão e pela viscosidade que o cobre exerce na eficiência do contato metal/molde das ligas, alterando significativamente suas propriedades térmicas, mecânicas e elétricas. Por outro lado, na solidificação em molde “U” as ligas foram avaliadas apenas através de caracterização mecânica e elétrica, tendo em vista a preocupação sobre as variáveis do processo de conformação da liga metálica, tais como, a avaliação da taxa de deformação, do limite de resistência a tração, da tenacidade e da resistência, resistividade e condutividade elétrica, do perfil metálico produzido, para corpos de prova de diferentes diâmetros. Para o molde em “U” houve ainda a adição e avaliação de mais duas ligas sendo a Al-0,6Mg-0,4Si-0,1Cu e Al-0,6Mg-0,4Si-0,2Cu. As propriedades mecânicas e elétricas sofreram forte influência do encruamento, do teor de cobre e das microcavidades existentes nas estruturas das ligas.

Influência da convecção termossolutal nos espaçamentos dendríticos primários durante a solidificação direcional horizontal de ligas Sn-Pb

Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre os efeitos da convecção termossolutal sobre os espaçamentos dendríticos primários de ligas hipoeutéticas Sn-Pb. Assim, um dispositivo experimental de configuração horizontal refrigerado a água foi construído e amostras do referido sistema de ligas foram solidificadas direcionalmente sob condições transientes de extração de calor. Um método teórico-experimental é aplicado para determinar as velocidades de deslocamento da isoterma liquidus, os gradientes térmicos e as taxas de resfriamento. São também apresentados resultados para os respectivos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde os quais foram calculados a partir de uma análise comparativa realizada entre os perfis experimentais de temperatura e valores teóricos fornecidos por um método numérico baseado em volumes finitos. Alguns modelos teóricos para a previsão dos espaçamentos dendríticos primários são comparados com os resultados experimentais obtidos. Finalmente, um estudo comparativo é realizado entre resultados encontrados neste trabalho e aqueles apresentados na literatura para os espaçamentos dendríticos primários das ligas Sn-Pb investigadas quando solidificadas direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições. A análise das microestruturas indica que os espaçamentos dendríticos primários são bastante influenciados pela direção de crescimento do sólido.