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

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.

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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.

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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.

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(FeNi)₉S₈ (0.2 1 ^–1) 20–1000°. -. . . 450–700° Fe₂O₃, NiSO₄ NiO, NiS NiFe₂O₄. FeSO₄, 640°. NiS 700° , NiSO₄ — . , Ni_3±xS₂, 740° 790°. 800° NiSO₄ Fe₂O₃, NiO NiFe₂O₄.

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We wish to thank Dr. W. Barker (CSIRO) for the sample of pentlandite and valuable information, Dr. B. O'Conner (Physics) for XRD work, and Messrs. K. Oliver, B. Sturman and I. Twaddle (Chemistry) for technical assistance.