Self-heating of sulphide ores: transition from stage A to B and evaluating reliability of U.N. test protocol

Moon, Sungjae; Moon, Sungjae

Thesis

Self-heating of sulphide ores: transition from stage A to B and evaluating reliability of U.N. test protocol

Public Deposited

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Creator

Moon, Sungjae

Contributors

James A Finch (Internal/Supervisor)

Abstract

English

Some materials when exposed to the atmosphere can exhibit a rise in temperature without requiring an external heat source. These materials are generally referred to as pyrophoric or self-heating substances. The handling, storage, and transportation of these products has been, and continues to be, a challenge. Reliably assessing the self-heating potential of these products is an essential first step. Over the years, a number of test methodologies have been developed and successfully used to "raise a red flag" when a material exhibits self-heating properties. A widely accepted test method recommended by United Nations is routinely used to certify the safety of shipping pyrophoric goods. Test work conducted at McGill University has shown that the U.N. approved test and other single stage testing methods can yield diametrically opposed test results when evaluating the self-heating properties of sulphides. Depending on the degree of oxidation (weathering), an active sulphide can exhibit a level of self-heating values ranging from less than 5J/g to 50J/g. Under the currently accepted analysis, a sulphide concentrate could be tested and shown to be negative (exhibiting minimal heating) which would be considered safe for shipping. If, however, that concentrate is stored over an extended period of time in a weathering favorable environment, the concentrate could oxidize and present a handling, storage, or shipping problem. To make the U.N. and other single stage self-heating procedure more reliable when testing of sulphides, it is suggested that a pre-weathering step is incorporated with the self-heating testing.The second study focuses on the transition of sulphide containing material from heating in Stage A (low temperature heating) to Stage B (mid-high temperature heating). With increasing sample temperature, sample moisture decreased leading to elimination of water which is a key reactant in stage A. Stage B reactions are independent from Stage A reactions and moisture is not required. It has been hypothesized that transition zone results from orthorhombic sulphur (stable below 95.3C) transforming into monoclinic (beta) sulphur (stable from 95.3C to 119.6C). FR-test technique was used to determine this transition zone. Past studies by F. Rosenblum have shown that transition from Stage A to Stage B is unclear. A study was undertaken to examine the relationship between the Stage transition and various factors including weathering duration, ambient temperature and initial element sulphur content of a sample. Results suggest that self-heating capacity measurements do not indicate whether a sample will progress to Stage B.

French

Lorsqu'ils sont exposés à l'atmosphère, certains matériaux peuvent présenter une élévation de température sans influence d'une source de chaleur externe. Ces substances sont généralement désignées sous le nom de substances pyrophoriques, ou auto-échauffantes. La manipulation, le stockage et le transport de ces matériaux constituent depuis de nombreuses années un défi qui se pose aujourd'hui encore. Évaluer de façon fiable le potentiel d'auto-échauffement de ces produits représente une première étape essentielle. Au fil des ans, plusieurs méthodologies de test ont été élaborées et employées avec succès afin de « sonner l'alarme » lorsqu'un matériau présente des propriétés auto-échauffantes. Une méthode de test largement reconnue et recommandée par les Nations Unies est habituellement utilisée pour certifier que les produits pyrophoriques sont transportés en toute sécurité. Cependant, une série d'essais menée à l'Université McGill a montré que le test approuvé par l'ONU, tout comme d'autres méthodes de test en une seule étape, pouvaient produire des résultats diamétralement opposés lorsqu'on les appliquait pour déterminer les propriétés auto-échauffantes des sulfures. En fonction de son degré d'oxydation (ou altération), un sulfure actif peut présenter un pouvoir calorifique d'auto-échauffement allant de moins de 5 J/g à 50 J/g. D'après l'analyse actuellement reconnue, un concentré de sulfure peut être testé négatif (montrant un échauffement moindre) et son transport jugé sûr. Cependant, si ce concentré est stocké pendant une période prolongée dans un environnement favorisant son altération, il peut s'oxyder et présenter des problèmes de manipulation, stockage ou transport. Afin de rendre le test de l'ONU et les autres procédures d'auto-échauffement à une étape plus fiables lors de l'évaluation des sulfures, il est donc suggéré d'intégrer une étape de pré-altération dans le test d'auto-échauffement.La seconde étude se penche sur la transition d'une substance contenant du sulfure de l'étape A (chauffage à basse température) à l'étape B (chauffage à moyenne température). L'augmentation de la température de l'échantillon provoque une réduction de son taux d'humidité conduisant à la disparition de l'eau, qui est un réactif-clé durant l'étape A. Les réactions intervenant durant l'étape B sont indépendantes de l'étape A et ne nécessitent pas d'eau. Il a été supposé que la zone de transition est causée par la transformation du soufre orthorhombique (stable en-dessous de 95,3°C) en soufre monoclinique (ou soufre bêta, stable entre 95,3°C et 119,6°C). La technique de test FR a été utilisée pour déterminer cette zone de transition. Des études passées menées par F. Rosenblum ont montré que la transition de l'étape A à l'étape B est ambigüe. Une étude a été entreprise afin d'examiner la relation entre la transition d'une étape à l'autre et de nombreux facteurs tels que la durée d'altération, la température ambiante, et la quantité de soufre initialement présente dans l'échantillon. Les résultats suggèrent que la mesure de la capacité d'auto-échauffement ne permet pas de déterminer si un échantillon va progresser à l'étape B.

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