An investigation into using ionic liquids for rare earth mineral flotation

Li, Ronghao; Li, Ronghao

Thesis

An investigation into using ionic liquids for rare earth mineral flotation

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Creator

Li, Ronghao

Contributors

Kristian Waters (Internal/Supervisor)

Abstract

French

Les éléments des terres rares (ETR) sont utilisés dans de nombreuses domaines innovatives. Le Bastnaésite, un minéral des terres rares (MTR) fluorocarboné, est l'une des sources principales de production des ETR. La flottation par mousse est l'une des techniques les plus communément utilisées dans le traitement des MTR ainsi que dans l'industrie minéralurgique en général. Une liquide ionique (LI), le tetraethylammonium mono-(2-ethylhexyl)2-ethylhexyl phosphonate ([N2222][EHEHP]), a été étudiée auparavant pour l'extraction par solvant des ETR et s'est démontrée comme étant sélectif et efficace. Ce projet étudie l'utilisation du [N2222][EHEHP] comme collecteur pour la flottation des MTR. Les résultats sont comparés au quartz et à l'hématite (deux minéraux de la gangue couramment associés aux dépôts MTR). Des mesures du potentiel zêta et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) ont été utilisées pour étudier la chimie de surface des minéraux. Ces résultats ont été utilisés pour supporter des données de microflottation obtenus auparavant. Les résultats de microflottation suggèrent que la capacité de collecte du LI est plus élevée pour le quartz et l'hématite que pour le bastnaésite, qui n'a montré qu'une récupération appréciable à un pH de 5 avec 500 g/t de LI. Les résultats du potentiel zêta et de l'IRTF suggèrent une adsorption du groupe phosphonate sur le bastnaésite et l'hématite, probablement par le mécanisme de chimisorption, tandis que pour le quartz, la récupération élevée de la flottation est possiblement due au groupe de l'ammonium faiblement lié. Pour prouver l'efficacité de la séparation, trois dépresseurs ont été testés, soit le silicate de sodium, le NorligH (un dépresseur commercial contenant du lignine sulfonate de calcium) et le chlorure de manganèse. Les résultats des tests de microflottation montrent que les dépresseurs peuvent réduire considérablement le bastnaésite dans toutes les conditions testées, avec peu d'impact sur l'hématite et le quartz. Un mélange synthétique de trois minéraux a été testé par flottation en laboratoire à un pH de 5 avec le silicate de sodium. Les résultats montrent que le bastnaésite a été sélectivement diminué tandis que la récupération de l'hématite et du quartz est restée considérablement stable. Une meilleure séparation pourrait être obtenue en utilisant la méthode de la flottation inverse avec une dose de collecteur plus élevée et un dépresseur plus efficace. Une étape de prétraitement est proposée pour rejeter certains minéraux de la gangue avant la flottation afin d'améliorer l'efficacité de la séparation.

English

Rare earth elements (REE) have been utilized in many cutting-edge applications. Bastnäsite, a flurocarbonate rare earth mineral (REM), is one of the primary sources in REE production. Froth flotation is one of the most commonly applied techniques in REM processing, as well as for the mineral processing industry in general. A type of ionic liquid (IL), tetraethylammonium mono-(2-ethylhexyl)2-ethylhexyl phosphonate ([N2222][EHEHP]), has been investigated previously for REE solvent extraction, and was proven selective and effective. In this work, [N2222][EHEHP] has been investigated as a collector for REM flotation for the first time, with the results compared to quartz and hematite (two gangue minerals commonly associated with REM deposits). Zeta potential measurements and Fourier transfer infrared spectroscopy (FTIR) were used to investigate the surface chemistry of the minerals, the results of which were used to explain microflotation responses. Microflotation results suggest higher collecting ability of IL for quartz and hematite than for bastnäsite, which only showed appreciable recovery at pH 5 with 500 g/t IL. FTIR and zeta potential results suggest adsorption of the phosphonate group onto bastnäsite and hematite, likely through chemisorption; whereas for quartz, the high flotation recovery is likely due to weakly bonded ammonium moiety. To improve the separation efficiency, three depressants, sodium silicate, NorligH (a commercial depressant contains calcium lignin sulfonate), and manganese chloride were tested. Microflotation tests show that the tested depressants can significantly depress bastnäsite at all tested conditions, with limited impact on hematite and quartz. A synthetic mixture of three minerals was tested in bench scale flotation at pH 5 with sodium silicate. Results show that bastnäsite was selectively depressed, with the recovery of hematite and quartz remaining almost unchanged. A better separation could be achieved following such reverse flotation route, possibly with a higher collector dose and a more effective depressant. A pretreatment stage is suggested to reject some of the gangue minerals before flotation in order to improve separation efficiency.

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