A TG/MS and DTA study of the oxidation of pentlandite

Abstract

The oxidative behaviour of natural pentlandite (FeNi)₉S₈ has been studied by thermogravimetry (TG) and differential thermal analysis (DTA) in a dynamic oxygen atmosphere (0.21 min⁻¹) over the temperature range 20–1000°. Gaseous products were analysed by a coupled quadrupole mass spectrometer. The reaction products at various intermediate temperatures were characterised by X-ray diffractometry and chemical analysis. A reaction sequence has been deduced, in which in the temperature range 460–700° pentlandite breaks down with the formation of Fe₂O₃, NiSO₄, NiO, NiS and NiFe₂O₄; FeSO₄ was also formed but decomposed above 640°. Beyond 700° NiS was completely oxidised, and NiSO₄ decomposed slowly. Another sulphide phase, possibly Ni_3±xS₂, was formed at 740° and completely oxidised at 790°, and above 800° NiSO₄ decomposed completely leaving only Fe₂O₃, NiO and NiFe₂O₄ as stable products.

Résumé

On a étudié, par thermogravimétrie (TG) et par analyse thermique différentielle (ATD), en atmosphère dynamique d'oxygène (0.21 min⁻¹) et dans l'intervalle de températures allant de 20 à 1000°, le comportement de la pentlandite (FeNi)₉S₈ vis-à-vis de l'oxydation. On a analysé les produits gazeux formés avec un spectromètre de masse quadrupole couplé. On a caractérisé les produits de réaction à diverses températures intermédiaires par diffractométrie des rayons X et par analyse chimique. On en a déduit une séquence de réaction, dans laquelle la pentlandite se décompose dans l'intervalle 450–700° avec formation de Fe₂O₃, NiSO₄, NiO, NiS et NiFe₂O₄; FeSO₄ se forme également, mais se décompose au-dessus de 640°. Au-dessus de 700° NiS est complètement oxydé, et NiSO₄ se décompose lentement. Une autre phase sulfurée, probablement Ni_3±xS₂ se forme à 740° et est oxydée complètement à 790°. Au-dessus de 800°, NiSO₄ se décompose completèment ne laissant que Fe₂O₃, NiO et NiFe₂O₄ comme produits stables.

Zusammenfassung

Das oxidative Verhalten von natürlichem Pentlandit (FeNi)₉S₈ wurde durch Thermogravimetrie (TG) und Differentialthermoanalyse (DTA) in einer dynamischen Sauerstoffatmosphäre (0.21 min⁻¹) im Temperaturbereich 20–1000° untersucht. Die gasförmigen Produkte wurden durch ein gekoppeltes vierpoliges Massenspektrometer analysiert. Die Reaktionsprodukte bei verschiedenen Zwischentemperaturen wurden durch Röntgen-diffraktometrie und chemische Analyse charakterisiert. Es wurde eine Reaktionssequenz abgeleitet, bei welcher Pentlandit im Temperaturbereich von 450 bis 700° unter Bildung von Fe₂O₃, NiSO₄, NiO, NiS und NiFe₂O₄ zersetzt wird; FeSO₄ wurde auch gebildet, wurde aber bei Temperaturen über 640° zersetzt. Über 700° wurde NiS vollständig oxidiert und NiSO₄ langsam zersetzt. Eine weitere Sulfidphase, möglicherweise Ni_3±xS₂ wurde bei 740° gebildet und bei 790° vollständig oxidiert. Über 800° wurde NiSO₄ vollständig zersetzt, wobei nur Fe₂O₃, NiO und NiFe₂O₄ als stabile Produkte zurückblieben.

Резюме

Было изучено окислит ельное поведение природного пентланд ита (FeNi)₉S₈ с помощью термограви метрии и дифференциа льного термического анализ а в динамической атмосфере кислорода (0.2 1 мин⁻¹) в области темпе ратур 20–1000°. Газообразные продукты анализиров ались квадрупольным масс-спектрометром. П родукты реакции при промежуточных темпе ратурах были охаракт еризованы рентгеновской дифра ктометрией и химическим анализом. Выведена последоват ельность реакций. В области тем ператур 450–700° пенталандит расщ епляется с образован ием Fe₂O₃, NiSO₄ NiO, NiS и NiFe₂O₄. При этом также образу ется FeSO₄, разлагающийся выше 640°. NiS выше 700° полностью окисляется, и NiSO₄ — медле нно разлагается. Друг ая сульфидная фаза, возм ожно состава Ni_3±xS₂, образуется при 740° и полностью разлагает ся при 790°. Выше 800° полностью разлагается NiSO₄ и остаю тся в качестве стабил ьных веществ только Fe₂O₃, NiO и NiFe₂O₄.