M.Sc. (Geology) / This study involves the quantitative analysis of fluorspar-containing slurries by two X-ray diffraction methods, whereby these two methods of on-stream analysis are compared. The first method involves a single counter with a diffracted beam monochromator, and the second method involves a fixed geometry with an incident beam monochromator. The second method is a cheaper and more robust apparatus, which can withstand the harsh environment of the flotation plants. A new algorithm was developed for a more accurate calibration method. Programmes for calibration, recalibration and measuring of unknown samples were developed. The measuring apparatus was interfaced with a microcomputer for computerised operation of the system. Results from both methods were comparable, with more accurate results obtained for the feed and tailings than for the concentrate samples. The single detector apparatus can thus be replaced by the fixed geometry model, which is less expensive and more robust.

A process was developed for the production of hexafluoropropylene oxide via the gas-phase oxidation of hexafluoropropylene with molecular oxygen. The non-catalytic oxidation reaction was investigated in an isothermal, laminar flow reactor at a total pressure of 4.5 bar and over the temperature range of 453 to 503 K. Feed mixtures comprising 20 to 67% HFP in oxygen were used at total flow-rates between 150 and 550 cm3 min-1. The reactor was fabricated from 1/8 inch nominal sized, copper refrigeration tubing and was 114.3 m long. The reactor was used in the form of a helical coil. Gas-chromatographic analysis was used for reactant and stable product quantification. The reaction gave hexafluoropropylene oxide, trifluoroacetyl fluoride and carbonyl fluoride as major products. Minor products included tetrafluoroethylene and hexafluorocyclopropane. The oxidation reaction also produced high molecular weight oligomers that were retained on the inner surface of the reactor tube. The operating conditions for the non-catalytic oxidation were optimized independently for HFPO selectivity and yield using quadratic response surface methodology. A maximum HFPO selectivity of 55.81% was identified at 478.2 K, a HFP/O2 molar feed ratio of 1.34 mol mol-1 and a space time of 113 seconds. An optimum HFPO yield of 40.10% was identified at 483.2 K, a HFP/O2 molar feed ratio of 1.16 mol mol-1 and a space time of 121 seconds. Using the weighted-sum-of-squared-objective-functions (WSSOF) multi-response optimization technique, a combined optimum HFPO selectivity and yield of 56% and 40%, respectively, was obtained at 480 K, with a HFP/O2 molar feed ratio of 1.21 and a space time of 118 seconds. This represented the best trade-off between these two performance criteria. A kinetic reaction scheme involving 8 species and 7 reactions was developed, based on the results of the experimental study, and was used to model the non-catalytic oxidation of HFP. The initial steps in this scheme encompassed the addition of oxygen to the double bond of the fluoro-olefin and transformation of the resultant dioxetane intermediate to form HFPO and the haloacetyl fluorides. Subsequent steps included the thermal decomposition of HFPO to yield CF3COF, C2F4 and c-C3F6, as well as elimination of C2F4, and to a lesser extent CF3COF, through oxidation. Rate parameters for the oxidation reactions were determined through a least-squares minimization procedure. The investigation was extended by considering the catalyzed synthesis of HFPO. Four different catalysts were studied viz., 1wt% Au/A12O3, 1wt% Au/ZnO, 10wt% CuO/SiO2 as well as 10wt% CuO/SiO2 doped with caesium. The gold-based catalysts were found to be completely inactive for the oxidation reaction. The caesium promoted, copper-based catalyst appeared to be the most stable and active, with no observable decomposition to copper fluoride. At 453 K, a HFP/O2 molar feed ratio of 0.86 and a weight-hourly-space-velocity of 0.337 h-1, a HFPO selectivity of 85.88% was obtained. This was significantly greater than what was achieved in the non-catalytic system. / Thesis (Ph.D.)-University of KwaZulu-Natal, Durban, 2012.

Die drei Flußspatlagerstätten Schönbrunn, Bösenbrunn/Grüne Tanne und Wiedersberg befinden sich auf drei generell Nordwest verlaufenden regionalen Bruchstörungen. Die genannten Lagerstättenstrukturen sind in einem System, vorwiegend herzyn streichender Mineralgänge integriert, von denen einige wegen ihrer Eisen-, Kupfer- und Zinnerzführung bereits seit dem ausgehenden Mittelalter Anlass zu bescheidendem Bergbau gaben. Interessant ist, dass die gesamte Lagerstättenstruktur ein Großscherlinsengefüge aufweist und sie somit zu den Scherlinsengroßstörungssystemen gehört. Dementsprechend besitzen die Flußspatkonzentrationen linsenartige Konturen, die voneinander durch taube, quarzige oder karbonatische Gangabschnitte getrennt sind. Die Gangmineralisationen der drei Flußspatlagerstätten sind prinzipiell gleich, wobei zwei Hauptperioden der hydrothermalen Mineralisierung unterschieden werden können: Entsprechend der mineralischen Gangzusammensetzung müssen in allen drei Lagerstätten zwei Rohspattypen unterschieden werden: Die Lagerstättenstruktur ist durch Bohrungen und Schürfe auf rund 3 km Länge und bis 1.000 m Teufe geologisch erkundet. Die Erkundungsteufe entspricht noch nicht der unbekannt gebliebenen Teufengrenze der Lagerstätte. Der Abbau der Fluoritmittel erfolgte in allen drei Lagerstätten i. w. im Firstenstoßbau bei Schachtförderung. Die Vorratssituation ist für jede Lagerstätte spezifisch: Auf der Flußspatlagerstättenstruktur Schönbrunn wurde bis zur Einstellung des Gewinnbetriebes 1991 insgesamt 2.230 kt Rohspat mit 1.450 kt Fluoritinhalt abgebaut. Auf der Flußspatlagerstättenstruktur Bösenbrunn/Grüne Tanne wurden bis zur Einstellung des Gewinnungsbetriebes 1991 insgesamt 250 kt Rohspat mit 94 kt Fluoritinhalt abgebaut. Auch hier sind noch Fluoritvorräte vorhanden. Auf der Fluoritlagerstättenstruktur Wiedersberg wurde bis zur Einstellung der Gewinnung 1960 127,3 kt Rohspat mit ca 94,4 kt Fluoritinhalt abgebaut. Restvorräte sind ebenfalls vorhanden. Die Aufbereitung des Rohflußspats erfolgte auf der Grubenanlage Schönbrunn bis 1959 durch einfache Absiebung, Läutertrommeln und Klaubung. In Wiedersberg wurden bis 1959 auch Setzmaschinen benutzt. Später, ab 1969, wurde der Rohspat von Schönbrunn und Bösenbrunn in der neu eingerichteten zentralen Spataufbereitung in Legenfeld flotativ aufbereitet. Nach der Einstellung des Gewinnungsbetriebes in den südwestvogtländischen Lagerstätten besteht folgende Situation Flußspatgrube Schönbrunn: Die ursprüngliche Verwahrungs- und Sanierungskonzeption sah eine Flutung des Grubengebäudes vor. Im März 1993 übernahm die Firma Hartsteinwerke Oelsnitz/Vogtl. GmbH die Flußspatgrube Schönbrunn (mit der daran gebundenen Flußspatgrube Bösenbrunn). Die Flutung wurde im Niveau der 453 m-Sohle gestoppt. Die Hartsteinwerke sehen eine Nutzung des Grubengebäudes zu verschiedenen Zwecken (Freizeitbetrieb, balneologische Nutzung u. a.) vor. Flußspatgrube Wiedersberg: Schächte und Stollen wurden ordnungsgemäß verwahrt. Nach derzeitigem Wissensstand sind die Flußspatlagerstätten des Südwestvogtlandes hydrothermale Mineralbildungen, die sich seit Perm bis zum Tertiär aus Hydrothermen in Hohlräumen des gezerrten Bruchstörungsinventars der regionalen Störungssysteme bei Temperaturen zwischen 300 und 50°C abschieden. Als Lieferanten der abscheidbaren Stoffe der Hydrotherme, darunter die ionaren Komponenten des Fluorits, werden Krustengesteine, darunter der fluoritspezialisierte Schönbrunner Granit angesehen.

Hicks Dome is a mineralized intrusive center of alkaline ultramafic dikes, plugs and diatreme breccias that produced ~1200 m of structural doming of Paleozoic sedimentary rocks in southeastern Illinois. It is part of an igneous province referred to as the "Wauboukigou Alnöite Province" or "Middle Mississippi Alkaline Province". The 40Ar/39Ar dating of biotite and hornblende from igneous rocks throughout the region has consistently produced crystallization ages of 270 +/- 2 Ma (Early-Middle Permian). Hicks Dome lies near the intersection of two aulacogens, the Reelfoot Rift and the Rough Creek Graben. The igneous rocks in the Hicks Dome area range from dark-green, porphyritic dikes, through dikes with pelletal lapilli, to carbonate cemented breccias with country rock fragments and, locally, phenocrysts or xenocrysts and pelletal lapilli. Magmatic minerals include diopside, pargasite, phlogopite-biotite, titanomagnetite, ilmenite, and apatite, as well as carbonate (ferroan-dolomite - ankerite and calcite) of possible magmatic origin. This mineral assemblage only partly corresponds with other occurrences in the middle Mississippi Valley region igneous province as melilite, garnet, olivine, and perovskite were not identified in the Hicks Dome samples. The Hicks Dome igneous lithotype is defined here as a minette, a type of calc-alkaline lamprophyre. Evidence for this classification includes abundant Al-rich phlogopite-biotite, diopside, and pargasite, and the absence of melilite, garnet, and perovskite. Additionally, plotted Al2O3 vs. TiO2 compositions of biotite-phlogopite form a trend subparallel to that of minettes and alnöites, and Al vs. Ti values for most clinopyroxenes fall in the minette field. Some other igneous occurrences in the region are classified as types of ultramafic lamprophyres. For example, the North Hutson mine (Kentucky) and the Cottage Grove (Illinois) dikes are identified as alnöites and the Wildcat Hills dike (Illinois) is regarded as an aillikite. The Hicks Dome igneous suite contains 23 - 25 wt. % SiO2 and 13 - 21 wt. % CO2, whereas regional igneous rocks contain 33 - 36 wt. % SiO2 and 1 - 2 wt. % CO2. Such high CO2 values and inferred carbonate abundance is likely related to the elevated REE values at Hicks Dome. Finally, Hicks Dome samples show relative depletions in Ti, Nb, Ta, Zr, and Hf on a spider diagram compared to other regional igneous occurrences. These data indicate more variability among provincial igneous rocks than previously realized and perhaps two types of lamprophyres, one a calc-alkaline such as at Hicks Dome, and the other an alkaline ultramafic type. Rock samples from Hicks Dome and the surrounding region that were analyzed far exceed the silica cut-off to be considered a carbonatite (sensu stricto), yet a strong, consistent spatial association of abundant carbonate with igneous rocks throughout the region and similar patterns in LIL (large ion lithophyle), HFS (high field strength) and RE (rare earth) elements with carbonatites worldwide supports that magmatic carbon was part of the lamprophyre system at Hicks Dome. Carbon and oxygen isotope values for carbonate from Hicks Dome and other regional igneous samples do not plot within the field for primary carbonatite or the field for unaltered Mississippian limestone and instead form a broad linear trend between these two reference fields. The observed isotopic trend was possibly due to alteration of primary carbonatite by magmatic-hydrothermal and later low-temperature connate fluids. Parisite and/or synchysite, two REE fluorocarbonates of the bastnäsite group, and xenotime, a Y-(REE) phosphate, were identified in the Hicks Dome samples and occur as fibroradial aggregates in dissolution cavities in fluorite and carbonate and as anhedral crystals infilling microfractures and cleavage planes of phlogopite-biotite and paragasite. These textures clearly indicate the REE minerals are secondary phases most likely resulting from hydrothermal alteration-replacement by magmatic-hydrothermal fluids. A fertile (LREE enriched) lithospheric metasomatized mantle likely sourced the Hicks Dome carbonated alkaline silicate magma that, during emplacement, domed and brecciated the Paleozoic strata, expelled magmatic-hydrothermal fluids, and generated a F-REE mineralizing fluid with abundant carbonate. Igneous activity at Hicks Dome is genetically related to F-REE-base metal mineralization hosted by diatreme breccias, and likely contributed fluorine to the connate brines responsible for the F-base metal mineralization of the surrounding Illinois-Kentucky Fluorspar District (IKFD). Although resource estimates for the Hicks Dome area are beyond the scope of this work, an economic deposit of F, REEs, and/or base metals may be present at Hicks Dome and other igneous occurrences. The igneous lithotype, mineralogy, whole rock geochemistry, and regional geologic context support such a conclusion.

Die drei Flußspatlagerstätten Schönbrunn, Bösenbrunn/Grüne Tanne und Wiedersberg befinden sich auf drei generell Nordwest verlaufenden regionalen Bruchstörungen. Die genannten Lagerstättenstrukturen sind in einem System, vorwiegend herzyn streichender Mineralgänge integriert, von denen einige wegen ihrer Eisen-, Kupfer- und Zinnerzführung bereits seit dem ausgehenden Mittelalter Anlass zu bescheidendem Bergbau gaben. Interessant ist, dass die gesamte Lagerstättenstruktur ein Großscherlinsengefüge aufweist und sie somit zu den Scherlinsengroßstörungssystemen gehört. Dementsprechend besitzen die Flußspatkonzentrationen linsenartige Konturen, die voneinander durch taube, quarzige oder karbonatische Gangabschnitte getrennt sind. Die Gangmineralisationen der drei Flußspatlagerstätten sind prinzipiell gleich, wobei zwei Hauptperioden der hydrothermalen Mineralisierung unterschieden werden können: Entsprechend der mineralischen Gangzusammensetzung müssen in allen drei Lagerstätten zwei Rohspattypen unterschieden werden: Die Lagerstättenstruktur ist durch Bohrungen und Schürfe auf rund 3 km Länge und bis 1.000 m Teufe geologisch erkundet. Die Erkundungsteufe entspricht noch nicht der unbekannt gebliebenen Teufengrenze der Lagerstätte. Der Abbau der Fluoritmittel erfolgte in allen drei Lagerstätten i. w. im Firstenstoßbau bei Schachtförderung. Die Vorratssituation ist für jede Lagerstätte spezifisch: Auf der Flußspatlagerstättenstruktur Schönbrunn wurde bis zur Einstellung des Gewinnbetriebes 1991 insgesamt 2.230 kt Rohspat mit 1.450 kt Fluoritinhalt abgebaut. Auf der Flußspatlagerstättenstruktur Bösenbrunn/Grüne Tanne wurden bis zur Einstellung des Gewinnungsbetriebes 1991 insgesamt 250 kt Rohspat mit 94 kt Fluoritinhalt abgebaut. Auch hier sind noch Fluoritvorräte vorhanden. Auf der Fluoritlagerstättenstruktur Wiedersberg wurde bis zur Einstellung der Gewinnung 1960 127,3 kt Rohspat mit ca 94,4 kt Fluoritinhalt abgebaut. Restvorräte sind ebenfalls vorhanden. Die Aufbereitung des Rohflußspats erfolgte auf der Grubenanlage Schönbrunn bis 1959 durch einfache Absiebung, Läutertrommeln und Klaubung. In Wiedersberg wurden bis 1959 auch Setzmaschinen benutzt. Später, ab 1969, wurde der Rohspat von Schönbrunn und Bösenbrunn in der neu eingerichteten zentralen Spataufbereitung in Legenfeld flotativ aufbereitet. Nach der Einstellung des Gewinnungsbetriebes in den südwestvogtländischen Lagerstätten besteht folgende Situation Flußspatgrube Schönbrunn: Die ursprüngliche Verwahrungs- und Sanierungskonzeption sah eine Flutung des Grubengebäudes vor. Im März 1993 übernahm die Firma Hartsteinwerke Oelsnitz/Vogtl. GmbH die Flußspatgrube Schönbrunn (mit der daran gebundenen Flußspatgrube Bösenbrunn). Die Flutung wurde im Niveau der 453 m-Sohle gestoppt. Die Hartsteinwerke sehen eine Nutzung des Grubengebäudes zu verschiedenen Zwecken (Freizeitbetrieb, balneologische Nutzung u. a.) vor. Flußspatgrube Wiedersberg: Schächte und Stollen wurden ordnungsgemäß verwahrt. Nach derzeitigem Wissensstand sind die Flußspatlagerstätten des Südwestvogtlandes hydrothermale Mineralbildungen, die sich seit Perm bis zum Tertiär aus Hydrothermen in Hohlräumen des gezerrten Bruchstörungsinventars der regionalen Störungssysteme bei Temperaturen zwischen 300 und 50°C abschieden. Als Lieferanten der abscheidbaren Stoffe der Hydrotherme, darunter die ionaren Komponenten des Fluorits, werden Krustengesteine, darunter der fluoritspezialisierte Schönbrunner Granit angesehen.

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South Africa has natural resources in mineral feedstock containing gold, manganese, chromium, vanadium, copper, antimony, phosphate rock, uranium, fluorspar and titanium. A high percentage of these ores are exported in unbeneficiated form. There are beneficiation opportunities to transform the raw materials to value-added products, thus increasing employment and stimulating the South African economy. Fluorocarbon (CxFy) gases can be produced via high-temperature plasma processes, where fluorspar and carbon (CaF2 + C) react at -6000K. These gases are traditionally separated by means of costly and unsafe cryogenic distillation. The focus of this project is to propose a feasible separation process and to interlink it to a plasma system in order to develop a conceptual plant that can produce 2500 t/a C2F4 and 625 t/a C3F6 safely and cost-effectively, both with 96% purity. To execute the above a literature survey was done giving vital information on absorption and distillation systems as well as membranes that can be used to separate CF4 from CxFy gas streams at acceptable pressures and temperatures. / Thesis (M.Sc. Engineering Sciences (Chemical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus,

South Africa has natural resources in mineral feedstock containing gold, manganese, chromium, vanadium, copper, antimony, phosphate rock, uranium, fluorspar and titanium. A high percentage of these ores are exported in unbeneficiated form. There are beneficiation opportunities to transform the raw materials to value-added products, thus increasing employment and stimulating the South African economy. Fluorocarbon (CxFy) gases can be produced via high-temperature plasma processes, where fluorspar and carbon (CaF2 + C) react at -6000K. These gases are traditionally separated by means of costly and unsafe cryogenic distillation. The focus of this project is to propose a feasible separation process and to interlink it to a plasma system in order to develop a conceptual plant that can produce 2500 t/a C2F4 and 625 t/a C3F6 safely and cost-effectively, both with 96% purity. To execute the above a literature survey was done giving vital information on absorption and distillation systems as well as membranes that can be used to separate CF4 from CxFy gas streams at acceptable pressures and temperatures. / Thesis (M.Sc. Engineering Sciences (Chemical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus,