Sulphide self-heating: moisture content and sulphur formation

• Main Author: Jung, Sarah
• Other Authors: James A Finch (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Health And Environmental Sciences - Environmental Sciences
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=114249

Spontaneous or self-heating of sulphides can occur under certain conditions of moisture, temperature and oxygen concentration. This can lead to emission of toxic gases such as SO2 and if uncontrolled, to ignition. Research has established that self-heating divides into three stages: A (below 100 oC), B (above 100 oC) and C (above 350 oC). The understanding is that conditions in stage A promote oxidation of sulphides to elemental sulphur which in stage B oxidizes to SO2. A standard test based on air injections is used to measure stage A and stage B self-heating. In this thesis, a mitigation method using hygroscopic reagents to control moisture has been tested on a pyrrhotite-rich material. Water retention capacity was determined to select reagents for application in the standard self-heating test. Tests showed that the water retention capacity correlated with mitigation of self-heating. Two reagents that showed the best mitigating effect were silica gel and poly (acrylic acid sodium salt).It is hypothesized that temperature and relative humidity have an effect on elemental sulphur production in stage A. To test, pyrrhotite (Fe1-xS) samples were exposed (weathered) at temperatures of 40 oC and 60 oC and relative humidities of 100%, 70% and 30% for 31 days. The weathering apparatus and sulphur analysis method are described. At the end of weathering (31 days), samples were subjected to stage B self-heating test. Self-heating rate and total number of air injections until heating ceased were determined. Both measurements showed that sulphur formed at 40 oC in stage A gave higher heating response than sulphur formed at 60 oC. This observation raises two possibilities that are discussed: there are different types of sulphur formed at the two temperatures; and there is a factor other than just sulphur content that controls stage B self-heating. === L'autochauffage spontané des sulfures peut se produire sous certaines conditions d'humidité et d'oxygène. Cela peut entraîner l'émission de gaz toxiques tel que le SO2. Si l'autochauffage n'est pas contrôlé, la combustion peut se produire spontanément. La recherche a établi que l'autochauffage se divise en trois étapes, soit : l'étape A (en dessous de 100 oC), l'étape B (plus de 100 oC) et l'étape C (plus de 350 oC). Nous comprenons que l'oxydation des sulfures en soufre élémentaire survient lors de l'étape A. Le soufre élémentaire s'oxyde pour produire le SO2 dans l'étape B. L'autochauffage lors des étapes A et B est mesuré en utilisant un test standard qui injecte l'air dans les échantillons.Dans ce mémoire, la méthode testée pour l'atténuation des sulfures autochauffantes consistait à contrôler l'humidité en utilisant des produits hygroscopiques sur des échantillons riches en pyrrhotite. Le facteur de sélection des produits hygroscopiques utilisés lors des tests d'autochauffage était leur capacité de rétention d'eau. Les tests ont montré qu'il y a une corrélation entre la rétention d'eau et l'atténuation d'autochauffage. Le gel de silice et le polymère superabsorbant ont montré le meilleur effet d'atténuation. L'hypothèse émise était que la température et l'humidité relative ont un effet sur la production de soufre élémentaire lors de l'étape A. Pour vérifier l'hypothèse, l'échantillon de pyrrhotite (Fe1-xS) était exposé (érodée) à des températures de 40 oC et 60 oC et à une humidité relative de 100%, 70%, 30% pendant 31 jours. L'appareil d'érosion et la procédure d'analyse de soufre ont été décrits dans ce document. Suite à l'étape A (31 jours), les échantillons étaient soumis lors de l'étape B à un test d'autochauffage. Le taux d'autochauffage et le nombre total d'injections d'air avant que le chauffage cesse ont été déterminés. Les deux mesures ont démontré que le soufre qui est formé à 40 oC lors de l'étape A a donné une réponse de chauffage plus élevée que le soufre qui est formé à 60 oC. Cette observation permet de conclure à deux possibilités qui seront discutées : premièrement, des types de soufre différents se forment aux deux températures et deuxièmement, il y a un autre facteur d'autochauffage que la formation de soufre qui contrôle l'étape B.