Ionometallurgy is a new trend to utilise ionic liquids as alternative green solvents for oxidic and sulfidic copper minerals. It has broad potential for traditional pyrometallurgy and hydrometallurgy. Ionometallurgy utilises ionic liquids (ILs), highly potent complexing ligands (chloride), to process oxide and copper sulfide minerals. This work focused on using the deep eutectic solvents (DES) of ionic liquids, which and provide alternative options for processing various metals, alloys, and concentrates. For this job, various analytical methods were used to determine the copper concentrate and its residue after leaching (MLA-SEM and XRPD), quantify the elements in the solution (IC and ICP-OES/MS) and explain the oxidation behaviour (CV and UV-Vis spectroscopy). Combining the analytical and electrochemical methods to the leaching experiment provided the control to improve the results and understand its oxidation behaviour. Chosen DES, Oxaline (ChCl + oxalic acid, 1:1), and Ethaline (ChCl + ethylene glycol, 1:2) were tested and enhanced on the actual copper concentrates with and without oxidative additives (FeCl3 and I2). Those oxidative additives are selected for leaching experiments by their redox potential in Ethaline. However, there are many acceptable values; the most exciting result related to Ethaline plus iodine was the potential leaching system for chalcopyrite and copper-gold concentrates leaching. Because ion chromatography (IC) and UV-Vis’s analysis confirm iodine oxidizes the Cu+ species quickly in Ethaline. Whilst identical results and oxidation behaviour appeared in chalcocite (Cu2S), chalcopyrite (CuFeS2) and copper-gold concentrates leaching. During the iodine reduction to iodide in the system, IC proved that chalcopyrite releases the Fe3+, oxidizing the chalcopyrite particles. Also, iodine oxidized the natural gold in copper-gold concentrate successfully, and gold concentration quantified ICP-MS and MLA-SEM proved there is no visible gold in the leaching residue. Based on the optimal Ethaline + I2 leaching condition, the copper concentrate was carried out with the bottle roller leaching to represent the tank leaching. Thus, DES shows that it has a high potential to be continued to scale up the experiment. Also, water was given to the Ethaline leaching system, and water had a good influence on the leaching due to reducing the viscosity and saving the Ethaline amount. Hence Ethaline plus water is used for the copper ore leaching in the column, and it can be seen that Ethaline + I2 with water (up to 20%) has a high potential to process the low-grade copper sulfide ores.:Acknowledgements Abstract Abbreviations TABLE OF CONTENTS CHAPTER ONE – INTRODUCTION OF COPPER PROCESSING TECHNOLOGIES 1.1. Overview 1.2. Copper 1.3. Gold 1.4. Hydrometallurgy and pyrometallurgy of copper and gold 1.5. Current copper and gold concentrate processing methods 1.6. An alternative copper concentrate processing method Summary of chapter 1 CHAPTER TWO – FUNDAMENTALS FOR PROCESS DEVELOPING 2.1. Introduction 2.2. Effect of temperature and stirring in leaching 2.3. Analytical methods and experimental 2.4. Experimental for leaching 2.5. Discussion of experimental errors CHAPTER THREE: ANALYTICAL EXPERIMENTS FOR LEACHING 3.1. Introduction 3.2. Analysis of copper concentrate 3.3. Cyclic voltammetry 3.4. UV-Vis spectroscopy analysis of target metals 3.5. Metals solubility in DES 3.6. Summary and conclusions CHAPTER FOUR: FUNDAMENTAL LEACHING EXPERIMENT AND INITIAL INVESTIGATION 4.1. Introduction 4.2. Initial study and fundamental leaching experiments 4.3. Study of mineral oxidation 4.4. Deep eutectic solvents leaching 4.5. Chapter summary and conclusion CHAPTER FIVE: LEACHING OF MODEL SYSTEMS IN ETHALINE WITH OXIDATIVE ADDITIVES 5.1. Introduction 5.2. Iodine effect on Cu2S and CuS leaching in Ethaline 5.3. Ferric chloride effect on CuS and Cu2S leaching 5.4. Leaching of natural gold in Ethaline with the presence of iodine 5.5. Cyclic voltammetry investigation of Cu+/2+ sulfides in DES 5.6. Chapter summary and conclusion CHAPTER SIX: LEACHING OF COPPER-GOLD CONCENTRATES IN DES AND WITH OXIDATIVE ADDITIVES 6.1. Introduction 6.2. Effect of ferric chloride (FeCl3) 6.3. Effect of iodine (I2) 6.4. Electrochemical and spectroscopic analysis of copper-gold concentrate leachates 6.6. Chapter summary and conclusion CHAPTER SEVEN: OVERALL CONCLUSION AND FUTURE WORK 7.1. Overall conclusions 7.2. Recommendations for future research CHAPTER EIGHT: APPENDIX 8.1. Chemicals and materials 8.2. Appendix References

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In dieser Arbeit wird die Synthese neuartiger 5-monosubstituierter Barbituratfarbstoffe mit elektronenziehenden Substituenten in 5-Position beschrieben. Durch diese Funktionalisierung entstehen schaltbare Farbstoffe mit einer farblosen Ketoform und einer farbigen Enolform. Die Einflüsse verschieden stark elektronenziehender Substituenten sowie unterschiedlich großer konjugierter π-Systeme auf die Keto-Enol-Tautomerie wurden untersucht. Dies erfolgt einerseits mittels Röntgeneinkristallstrukturanalysen der Festkörper und andererseits mit solvatochromen Untersuchungen in Lösung. Durch die Keto-Enol-Tautomerie der Barbituratfarbstoffe wird die Wasserstoffbrücken¬bindungssequenz beim Übergang zwischen Keto- und Enol-Form verändert. Es wurde gezeigt, dass durch Zugabe von Rezeptoren mit komplementärer Wasserstoffbrückenbindungssequenz zur Enol-Form das tautomere Gleichgewicht der Barbitursäuren hin zur Enol-Form verschoben werden kann. Um hierzu verlässliche Aussagen zu erhalten wurden vergleichende Experimente mit N,N´-dialkylierten Barbituratfarbstoffen durchgeführt. Aufgrund der Synthesestrategie der Barbituratfarbstoffe, welche ausgehend von Barbituratanionen über nukleophile aromatische Substitutionsreaktionen hergestellt wurden, war es zweckmäßig die Nukleophilieparameter der Barbituratanionen zu ermitteln. Dazu wurde der Ansatz von Mayr gewählt und die Nukleophilie von vier Barbituratanionen bestimmt. Weiterhin konnte in dieser Arbeit die Charakterisierung von ionischen Flüssigkeiten nach der 4-Parameter-Gleichung von Catalán umgesetzt werden. Dabei gelang es erstmal für eine vielzahl verschiedener ionischer Flüssigkeiten die Polarisierbarkeit und Dipolarität getrennt voneinander mit Hilfe zweier solvatochromer Farbstoffe zu ermitteln.

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Diese Arbeit stützt sich auf die theoretische und experimentelle Untersuchung der Thermodiffusion im Magnetfeld. Bei magnetischen Flüssigkeiten als kolloidalen Suspensionen versteht man unter der Thermodiffusion einen durch einen Temperaturgradienten angestoßenen unidirektionalen Partikeltransport, der zur Separation des Fluids führt. Beschrieben wird die Thermodiffusion theoretisch über das Konzentrationsprofil der Partikel in Abhängigkeit von Zeit und Ort in einer Fluidschicht. Die Experimente detektieren die Separation des Fluids über die Konzentrationsdifferenz zwischen zwei Fluidkammern. Die Bestimmung des Soret-Koeffizienten erfolgt über einen Datenfit zwischen experimentellen und theoretischen Daten. Für das kerosinbasierte Ferrofluid EMG905 wurden zwei Effekte festgestellt. Bei kleinen Magnetfeldstärken wandern die Partikel zum kalten Rand der Schicht (ST>0), bei steigenden Feldstärken kehrt sich diese Richtung um (ST<0). Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Thermodiffusion gehen dann in eine lineare Stabilitätsanalyse einer Ferrofluidschicht bei anliegendem Temperaturgradienten und Magnetfeld ein. Dabei wird festgestellt, dass die kritische Rayleigh-Zahl als charakteristische Größe zum Einsetzen von Konvektion von dem Soret-Koeffizienten abhängt. Ist letzterer positiv, wird das Einsetzen von Konvektion begünstigt, ist er wiederum negativ, so kann Konvektion vollständig unterdrückt werden.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die UV/Vis-spektroskopische Bestimmung der Kamlet-Taft-Polaritätsparameter von strukturell unterschiedlichen Ionischen Flüssigkeiten (ILs), mit Hilfe von spezifischen solvatochromen Sondenmolekülen. Dabei wurden der Einfluss des Anions und Kations auf die Polarität, sowie die Stärke der Wechselwirkung zwischen beiden Ionen untersucht. Es konnte für Ionischen Flüssigkeiten mit dem 1-Butyl-3-methylimidazoliumkation eine 1H-NMR-spektroskopische Methode zur Ermittlung der Polaritätsparameter entwickelt werden. Diese bietet den Vorteil, dass sie auch bei farbigen, hydrolyseempfindlichen oder höher schmelzenden ILs eingesetzt werden kann, wenn die Anwendung solvatochromer Sondenmoleküle nicht möglich ist. Ein weiteres Augenmerk lag auf der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen den ILs und silikatischen Oberflächen. Neben der Studie der anionenvermittelten starken Physisorption von 1-Methylimidazoliumchlorid an Aerosil®300 konnte auch eine neuartige Methode zur gezielten Chemisorption von Imidazolium- und Phosphoniumkationen an Siliziumdioxidoberflächen entwickelt werden. Dabei wurden verschieden Carbene und Ylide als basische IL-typische Kationenprecursoren eingesetzt. Die Analyse der erhaltenen Materialien erfolgte mit Hilfe verschiedener Methoden der Festkörper-NMR-Spektroskopie.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die UV/Vis-spektroskopische Bestimmung der Kamlet-Taft-Polaritätsparameter von strukturell unterschiedlichen Ionischen Flüssigkeiten (ILs), mit Hilfe von spezifischen solvatochromen Sondenmolekülen. Dabei wurden der Einfluss des Anions und Kations auf die Polarität, sowie die Stärke der Wechselwirkung zwischen beiden Ionen untersucht. Es konnte für Ionischen Flüssigkeiten mit dem 1-Butyl-3-methylimidazoliumkation eine 1H-NMR-spektroskopische Methode zur Ermittlung der Polaritätsparameter entwickelt werden. Diese bietet den Vorteil, dass sie auch bei farbigen, hydrolyseempfindlichen oder höher schmelzenden ILs eingesetzt werden kann, wenn die Anwendung solvatochromer Sondenmoleküle nicht möglich ist. Ein weiteres Augenmerk lag auf der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen den ILs und silikatischen Oberflächen. Neben der Studie der anionenvermittelten starken Physisorption von 1-Methylimidazoliumchlorid an Aerosil®300 konnte auch eine neuartige Methode zur gezielten Chemisorption von Imidazolium- und Phosphoniumkationen an Siliziumdioxidoberflächen entwickelt werden. Dabei wurden verschieden Carbene und Ylide als basische IL-typische Kationenprecursoren eingesetzt. Die Analyse der erhaltenen Materialien erfolgte mit Hilfe verschiedener Methoden der Festkörper-NMR-Spektroskopie.

In dieser Arbeit wird die Synthese neuartiger 5-monosubstituierter Barbituratfarbstoffe mit elektronenziehenden Substituenten in 5-Position beschrieben. Durch diese Funktionalisierung entstehen schaltbare Farbstoffe mit einer farblosen Ketoform und einer farbigen Enolform. Die Einflüsse verschieden stark elektronenziehender Substituenten sowie unterschiedlich großer konjugierter π-Systeme auf die Keto-Enol-Tautomerie wurden untersucht. Dies erfolgt einerseits mittels Röntgeneinkristallstrukturanalysen der Festkörper und andererseits mit solvatochromen Untersuchungen in Lösung. Durch die Keto-Enol-Tautomerie der Barbituratfarbstoffe wird die Wasserstoffbrücken¬bindungssequenz beim Übergang zwischen Keto- und Enol-Form verändert. Es wurde gezeigt, dass durch Zugabe von Rezeptoren mit komplementärer Wasserstoffbrückenbindungssequenz zur Enol-Form das tautomere Gleichgewicht der Barbitursäuren hin zur Enol-Form verschoben werden kann. Um hierzu verlässliche Aussagen zu erhalten wurden vergleichende Experimente mit N,N´-dialkylierten Barbituratfarbstoffen durchgeführt. Aufgrund der Synthesestrategie der Barbituratfarbstoffe, welche ausgehend von Barbituratanionen über nukleophile aromatische Substitutionsreaktionen hergestellt wurden, war es zweckmäßig die Nukleophilieparameter der Barbituratanionen zu ermitteln. Dazu wurde der Ansatz von Mayr gewählt und die Nukleophilie von vier Barbituratanionen bestimmt. Weiterhin konnte in dieser Arbeit die Charakterisierung von ionischen Flüssigkeiten nach der 4-Parameter-Gleichung von Catalán umgesetzt werden. Dabei gelang es erstmal für eine vielzahl verschiedener ionischer Flüssigkeiten die Polarisierbarkeit und Dipolarität getrennt voneinander mit Hilfe zweier solvatochromer Farbstoffe zu ermitteln.