A mineralogical investigation into the beneficiation of a rare-earth mineral deposit using physical separations

Marion, Christopher; Marion, Christopher

Thesis

A mineralogical investigation into the beneficiation of a rare-earth mineral deposit using physical separations

Public Deposited

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Creator

Marion, Christopher

Contributors

Kristian Waters (Supervisor)

Abstract

English

This thesis examines the application of physical separations to the Nechalacho deposit in the Northwest Territories of Canada. It is specifically focused on relating the deposits mineralogical characteristics to quantify mineral separation behaviour in various processes; and ultimately proposing an industrially applicable beneficiation process for the ore. The valuable REE-bearing minerals in this ore are allanite, bastnӓsite, columbite (Fe), fergusonite, monazite, synchysite and zircon; and the primary gangue minerals are quartz, feldspars and iron oxides.Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electron Microscopy (QEMSCAN) results indicate the grain size distributions and association behaviour of valuable minerals in the deposit cause them to be concentrated in high specific gravity (SG) particles, at particle sizes well above their liberation size. To take advantage of this property, a Knelson Concentrator and spiral are examined as methods to preconcentrate the ore at a relatively coarse particle size; with the goal of rejecting low SG silicate gangue minerals (quartz and feldspars) early in the beneficiation process. Both techniques are determined to be effective. However, due to its simplicity, the spiral is recommended as the more applicable process in an industrial setting. The optimization and application of such a process could have profound effects on any downstream processing, as well as in the overall economics, as it would minimize the energy required for comminution. Following the preconcentration test work, a Knelson Concentrator, Multi-Gravity Separator (MGS) and Mozley Laboratory Shaking Table are studied to assess their ability to produce a bulk heavy mineral (REM, zircon and iron oxides) concentrate, at particle sizes much closer to the liberation size of the valuable minerals. All three techniques are effective at upgrading zircon and REM. But, the MGS is recommended as the superior process. The MGS is particularly effective at recovering and concentrating zircon. Although REM are effectively upgraded, their recovery was relatively low. Mineralogical analysis indicates that with optimization of the comminution process and the MGS operating conditions, satisfactory recovery targets are likely to be achieved. However, it is noted that allanite recovery may remain depressed due to its relatively low SG compared to the other valuable minerals in the Nechalacho deposit. Gravity concentrates from the MGS and Mozley Laboratory Shaking Table are then processed using a low-intensity magnetic separator, to remove iron oxide gangue, and a wet high intensity magnetic separator (WHIMS), to produce separate REM and zircon concentrates. Iron oxide gangue is effectively removed. But, its association with REM and zircon indicates that some losses of valuable material in this step may be unavoidable. The WHIMS is capable of producing a high-grade REM concentrate; with the relative magnetic response of REM following allanite > fergusonite > columbite (Fe) > monazite > bastnӓsite > synchysite. However, a significant portion of REM remain in the non-magnetic fraction with zircon. Concluding that a magnetic separation step which can induce a high magnetic force on REM through high magnetic field gradients should be examined. These metallurgical tests coupled with the use of automated mineralogy, along with other characterization techniques, led to the eventual proposal of a flowsheet to beneficiate the Nechalacho deposit

French

Cette thèse examine l’application de méthodes de séparations physique sur le gisement Nechalacho situé dans les Territoires du Nord-Ouest, au Canada. La concentration est surtout sur l’utilisation des propriétés minéralogiques des gisements pour quantifier le comportement séparatoire des minéraux à travers une variété de procédés. Le but ultime est de proposer un procédé d’enrichissement du minerai pertinent pour l’industrie. Les minéraux contenant des REE de valeur sont l’allanite, le bastnäsite, le colombite (Fe), le fergusonite, la monazite, le synchysite et le zircon, et les minéraux de gangue primaire sont le quartz, le feldspath et les oxides de fer. Les résultats de l’analyse QEMSCAN indiquent que les distributions des tailles de grains et le comportement d’association des minéraux de valeur dans le gisement causent une concentration de ces minéraux dans des particules ayant une gravité spécifique (GS) haute et à des tailles de particule au-dessus de leur taille de libération. Pour prendre avantage de cette propriété, un concentrateur Knelson et un spiral sont examinés comme possibilités de méthode pour préconcentrer le minerai à des tailles de particule corses, avec le but de rejeter les minéraux de gangue à GS basse (le quartz et le feldspath) tôt dans le processus d’enrichissement. Les deux techniques ont prouvé être efficaces. Or, le spiral est recommandé d’autant plus comme procédé applicable à l’industrie dû à sa simplicité. Optimiser et appliquer un tel procédé peut avoir des effets profonds sur tous procédés postérieurs; et autant plus dans l’économie globale parce que l’énergie requise pour la comminution serait minimisée.Après un travail d’investigation de la préconcentration, un concentrateur Knelson, un séparateur multi-gravitationnel (MGS) et une table vibratoire du laboratoire Mozley ont été étudiés pour évaluer leur habileté à produire un concentré en frac de minéraux lourds (REM, zircon et oxides de fer) à des tailles de particules beaucoup plus proche de la taille de libération des minéraux de valeur. Les trois techniques sont efficaces pour valoriser le zircon et les REM. Par ailleurs, le MGS est recommandé comme procédé supérieure. Le MGS est particulièrement efficace pour le recouvrement et le concentrement du zircon. Outre, même si les REM sont effectivement valorisés, leur récupération était plutôt base. Une analyse minéralogique indique que, avec une optimisation du procédé de comminution et des conditions d’opération du MGS, des cibles de récupération satisfaisantes peuvent être atteintes. Cependant, ce fut noté que la récupération de l’allanite peut rester réduit dû à une GS relativement base comparer aux autres minéraux de valeur dans le gisement Nechalacho.Par après, les concentrés obtenus par séparation gravitationnelle provenant du MGS et de la table vibratoire du laboratoire Mozley sont procédés en utilisant un séparateur magnétique à bas intensité, pour enlever la gangue d’oxides de fer, et un séparateur magnétique mouillé à haute intensité (WHIMS), pour produire des concentrés distincts de REM et de zircon. La gangue d’oxide de fer est effectivement enlevée. Or, son association avec les REM et le zircon indique qu’une quantité minime de perte de matériel de valeur est inévitable. Le WHIMS peut produire un concentré de REM de haute qualité avec une réponse magnétique relative suivante : allanite > Fergusonite > colombite (Fe) > monazite > bastänite > synchysite. Par ailleurs, une quantité significative de REM reste dans la fraction non-magnétique du zircon. Par conséquence, une étape de séparation magnétique qui peut induire une grande force magnétique sure les REM à travers des gradients de haut champ magnétique doit être examinée. Ces analyses métallurgiques couplé avec la minéralogie automatisé et d’autres méthodes de caractérisations, ont éventuellement amené vers une proposition d’un schéma d’enrichissement pour le gisement Nechalacho

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