Mechanochemical Reduction of Synthetic Sulphidic Copper-Bearing Minerals in an Industrial Scale

• Autorzy: Tesinsky Matej , Balaz Matej , Rajnak Michal , Kanuchova Maria , Balaz Peter

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2019-01-25

Warianty tytułu

PL

Redukcja mechanochemiczna syntetycznych minerałów siarczkowo-miedziowych w skali przemysłowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper the mechanochemical reduction of binary sulphides chalcocite (Cu2S) and covellite (CuS) by elemental iron were investigated. The composition and properties of nano-powders prepared by high-energy milling were analyzed by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and magnetic measurements. The XRD results showed that in case of chalcocite Cu2S the reaction takes place until 360 minutes, as no elemental iron, could be identified afterwards. In case of covellite CuS, after 480 minutes of mechanochemical reduction, a significant amount of non-reacted elemental iron could still be observed. The investigation of magnetic properties reveals significant decrease of saturation magnetization as a result of milling. XPS results showed a significant surface oxidation in both systems. Unlike the conventional high-temperature reduction of chalcocite and covellite, the mechanochemical reduction is fast and ambient temperature and atmospheric pressure are sufficient for its propagation.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad mechaniczno-chemiczną redukcję dwusiarczkowych chalkozynów (Cu2S) i kowelinu (CuS) przez żelazo pierwiastkowe. Skład i właściwości nanoproszków wytworzonych przez mielenie wysokoenergetyczne analizowano metodą dyfrakcji rentgenowskiej, rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej i pomiarów magnetycznych. Wyniki XRD wykazały, że w przypadku chalkozynu Cu2S reakcja zachodzi do 360 minut, ponieważ później nie można zidentyfikować żelaza pierwiastkowego. W przypadku kowelinu CuS, po 480 minutach redukcji mechaniczno-chemicznej, można było zaobserwować znaczną ilość nieprzereagowanego żelaza pierwiastkowego. Badanie właściwości magnetycznych ujawnia znaczne zmniejszenie podatności magnetycznej w wyniku rozdrabniania. Wyniki XPS wykazały znaczne utlenienie powierzchni w obu przypadkach. W przeciwieństwie do konwencjonalnej wysokotemperaturowej redukcji chalkozynu i kowelinu, redukcja mechano-chemiczna jest szybka, a temperatura otoczenia i ciśnienie atmosferyczne są wystarczające do jej propagacji.

Słowa kluczowe

EN

mechanochemistry; mechanochemical reduction; high-energy milling; sulphides

PL

mechanochemia; redukcja mechaniczno-chemiczna; mielenie wysokoenergetyczne; siarczki

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 21, nr 1
• Strony: 135--140
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Tesinsky Matej

• Department of Mechanochemistry, Institute of Geotechnics SAS, Watsonova 45, 04004 Kosice, Slovakia

autor

Balaz Matej

• Department of Mechanochemistry, Institute of Geotechnics SAS, Watsonova 45, 04004 Kosice, Slovakia

autor

Rajnak Michal

• Department of Magnetism, Institute of Experimental Physics SAS, Watsonova 47, 04001 Kosice, Slovakia

autor

Kanuchova Maria

• Institute of Earth Resources, Technical University of Kosice, Park Komenskeho 19, 04001 Kosice, Slovakia

autor

Balaz Peter

• Department of Mechanochemistry, Institute of Geotechnics SAS, Watsonova 45, 04004 Kosice, Slovakia

Bibliografia

• 1. BALÁŽ, Peter., et all. Mechanochemical reduction of copper sulphide. Materials Science Forum. Volume 386-388. 2002. p. 257-262.
• 2. BALÁŽ, Peter. Extractive Metallurgy of Activated Minerals. Elsevier. 2000a. Amsterdam.
• 3. BALÁŽ, Peter. Mechanical activation in technology of metals extraction. Metall. 54. 2000b. p. 190– 195.
• 4. BALÁŽ, Peter., et all. Semi-industrial Green Mechanochemical Syntheses of Solar Cell Absorbers Based on Quaternary Sulfides. American Chemical Society. 2018. p. 2132-2141.
• 5. BOLDYREV, Elena.: Mechanical activation and its application in technology. Material Science Forum. 269–272. 1998. p. 227– 234.
• 6. BOLDYREV, Eva., Mechanochemistry and mechanical activation. Mat. Sci. Forum 225–227. 1996a. p. 511 –520.
• 7. BOLDYREV, Vladimir.. Reactivity of solids and new technologies. In: Boldyrev, V. (Ed.), Reactivity of Solids: Past, Present and Future. Blackwell Science. Oxford. Great Britain. 1996b. p. 267– 286.
• 8. BOLDYREV, Vladimir., TKÁČOVÁ, K., Mechanochemistry of solids: past, present, and prospects. J. Mater. Synth. Process. Volume 8. 2000. 121–132.
• 9. CUEVAS, Ana., et all.: Spectrally selective nanowire solar cells by piezo-phototronic effect. Surface and Interface Analysis, Volume 48. Issue 7. 2016. p. 649-653.
• 10. FARHADI, Saeed., SIADATNASAB, Firouzeh.: Copper (I) sulfide (Cu2S) nanoparticles from Cu(II) diethyldith- iocarbamate: synthesis, characterization and its application in ultrasound-assisted catalytic degradation of organic dye pollutants. Material research bulletin. Volume 83. 2016. p. 345-353.
• 11. FOLMER, Jacob., JELLINEK, Franz. The valence of copper in sulphides and selenides: An X-ray photoelectron spectroscopy study. Journal of the Less-Common Metals. Volume 76. Issue 1-2. 1980. p. 153-162.
• 12. GOEL, Shreya., et all.: Sumthesis and biomedical applications of copper sulphide nanoparticles: from sensors to theranostics. Small, Volume 10. Issue 4. 2014. p. 631-645.
• 13. GROSVENOR, Andrew., et all. Investigation of multiplet splitting of Fe 2p XPS spectra and bonding iron compounds. Surface and Interface Analysis. Volume 36. Issue 12. 2004. p. 1564-1574.
• 14. HOWARD, Evans,. The crystal structures of low chalcocite and djurleite. Zeitschrift fur Kristallographic. Volume 150. 1979. p. 299-320.
• 15. IDCZAK, Karolina., IDCZAK, Rafal., KONIECZNY, Robert. An investigation of the corrosion of polycrystalline iron by XPS, TMS and CEMS. Physica B: Condensed Matter. Volume 491. 2016. p. 37-45.
• 16. KRYLOVA, Valentina., ANDRULEVIČIUS, Mindaugas. Optical, XPS and XRD studies of semiconducting copper sulfide layers on a polyamide film. International Journal of Photoenergy. Volume 2009. Article 304308. p. 8.
• 17. NDUNA, Moses., LEWIS, Alison., NORTIER, Patrice. A model for zeta potential of copper sulfide. Colloids and Surface A: Physicochemical and Engineering Aspects. Volume 441. 2014. p. 643-652.
• 18. PARMIGIANI, Fulvio., et all. Studies of the Cu-O bond in cupric oxide by X-ray photoelectron spectroscopy and ab initio electronic structure models. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. Volume 59. 1992. p. 255-269.
• 19. SABAH, Fayroz., et all.: High performance CuS p-type thin film as a hydrogen gas sensor. Sensor and Actuators. A-Physical., Volume 249. 2016. p. 68-76
• 20. SALAVATI-NIASARI, Masoud, et all. Surfactant-Free Fabrication of Copper Sulfides (CuS, Cu2S) via Hydrothermal Method. Journal of Cluster Science. Volume 24. 2013. p. 1181-1191.
• 21. SKINNER, William., et all. XPS identification of bulk hole defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS). Geochimica et Cosmochimica Acta. Volume 68. 2004. p. 2259-2263.
• 22. TKÁČOVÁ, Klára. Mechanical Activation of Minerals. Elsevier. 1989. Amsterdam.
• 23. TODD, Emma., SHERMAN, David. Surface oxidation of chalcocite (Cu2S) under aqueous (pH = 2-11) and ambient atmospheric conditions: Mineralogy from Cu L- and O K-edge X-ray absorption spectroscopy. American Mineralogist. Volume 88. Issue 11-12, PART 1. 2003. p. 1652-1656.
• 24. WU, Yang., et all.: Synthesis and photovoltaic application of copper (I) sulfide nanocrystals. Nano Letters, Volume 8. 2008. p. 2551-2555.
• 25. YANG, Zhen. Kun., et all.: Ethylenediamine-modulated synthesis of highly mono disperse copper sulfide micro-flowers with excellent photocatalytic performance. Journal of Material Chemistry. 2014. p. 20004-20009.
• 26. YE, Meidan, et all. In situ growth of CuS and Cu1.8S nanosheet arrays as efficient counter electrodes for quantum dot-sensitized solar cells. Journal of Material Chemistry. Volume 3. 2015. p. 9595-9600.
• 27. ZHENG, Lijun., et all.: CuxS superionic compounds: electronic structure and thermoelectric performance enhancement. Journal of Alloys and Comppounds. Volume 722. 2017. p. 17-24.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).