Benefication of rare earth minerals from Niobec ore: Froth flotation

Espiritu, Eileen Ross; Espiritu, Eileen Ross

Thesis

Benefication of rare earth minerals from Niobec ore: Froth flotation

Public Deposited

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Creator

Espiritu, Eileen Ross

Contributors

Kristian Waters (Supervisor)

Abstract

English

Rare earth elements are the key components of the emerging green technologies such as wind turbines, hybrid vehicles and storage batteries. The expected demand and current production rate is forecasted to result to a short supply of La, Nd, Pr, Dy, and Tb by 2025. This global demand can only be met with constant development of new mines outside of China. Among the projects being developed outside China located in Canada, Niobec rare earth project of Magris Resources Inc. is found to contain the largest resource of rare earth elements with 1058.6 million tonnes at 1.73% total rare earth oxide. The fine grain sizes (-20 μm) of the rare earth minerals present in this ore makes froth flotation the most applicable beneficiation technique for separation. However, literature regarding rare earth mineral flotation is very limited. To process the rare earth ore, fundamental properties of the pure minerals (monazite, bastnäsite and dolomite) must be first then understood through surface characterization (e.g., ATR-FTIR and XPS), thermodynamic calculations (speciation diagrams), electrophoretic measurements (i.e., zeta potential measurements) and single-mineral microflotation tests using three different rare earth mineral collectors, benzohydroxamate, sodium oleate and organic phosphoric acid. Density Functional Theory (DFT)-based molecular modeling were also utilised and was found useful in validating the experimental results. It provided a deeper understanding of the mineral–collector interaction and presented possible conformation of adsorbed species or collectors on the surface of the minerals. The DFT simulations were also able to provide explanation to phenomena that could not be explained with experimental observations alone. The insights acquired through fundamental investigations and the knowledge of the mineralogy provided guidance in the processing of the ore. The observed concentration of rare earth elements in the fine (-20 μm) fraction led to a decision to split the processing of the ore into two routes. This does not only prevent overgrinding of the -20 μm particles, but also achieves a more efficient grinding of the +20 μm particles. The use of specially designed column cell in processing the fines showed significant enrichment and recovery of the rare earth elements. This result was achieved with only one stage of rougher flotation, which was typically obtained through several stages of roughing and cleaning/scavenging. An improvement in the column cell parameters (mechanical aspect) and further investigations regarding the reagent scheme (chemistry aspect) are suggested for future work.

French

Les terres rares sont les éléments clés des technologies vertes émergentes telles que les éoliennes, les véhicules hybrides et les batteries d'accumulateurs. La demande prévue et le taux de production actuel devraient entraîner une pénurie de La, Nd, Pr, Dy et Tb d'ici 2025. Cette demande mondiale ne peut être satisfaite que par le développement constant de nouvelles mines en dehors de la Chine. Parmi les projets développés en dehors de la Chine au Canada, le projet Niobec des terres rares de Magris Resources Inc. contient la plus grande ressource d'éléments de terres rares avec 1 058,6 millions de tonnes à 1,73% d'oxyde de terre rare total. Les granulométries fines (-20 μm) des minéraux des terres rares présents dans ce minerai font de la flottation par mousse la technique d'enrichissement la plus applicable pour la séparation. Cependant, la littérature concernant la flottation des minéraux des terres rares est rare. Pour traiter le minerai de terres rares, les propriétés fondamentales des minéraux purs (monazite, bastnäsite et dolomite) doivent d'abord être comprises par la caractérisation de surface (p.ex. ATR-FTIR et XPS), calculs thermodynamiques (diagrammes de spéciation), mesures électrophorétiques (c.-à-d. mesures du potentiel zêta) et des essais de microflottation sur un seul minéral utilisant trois différents collecteurs de minéraux de terres rares, le benzohydroxamate, l'oléate de sodium et l'acide phosphorique organique. La modélisation moléculaire à base sur la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) a également été utilisée et s'est avérée utile pour valider les résultats expérimentaux. Il a fourni une compréhension plus profonde de l'interaction minéral-collecteur et présenté la conformation possible des espèces ou des collecteurs adsorbés sur la surface des minéraux. Les simulations DFT ont également permis d'expliquer des phénomènes qui ne pouvaient pas être expliqués par des observations expérimentales seules. Les connaissances acquises grâce à des études fondamentales et la connaissance de la minéralogie ont fourni des indications pour le traitement du minerai. La concentration observée d'éléments des terres rares dans la fraction fine (-20 μm) a conduit à la décision de scinder le traitement du minerai en deux voies. Cela empêche non seulement le surgrémentage des particules de -20 μm, mais permet également un broyage plus efficace des particules de +20 μm. L'utilisation d'une cellule à colonne spécialement conçue pour traiter les fines a montré un enrichissement et une récupération significatifs des éléments des terres rares. Ce résultat a été obtenu avec une seule étape de flottation plus grossière, généralement obtenue par plusieurs étapes d'ébauche et de nettoyage / balayage. Une amélioration des paramètres des cellules de la colonne (aspect mécanique) et d'autres investigations concernant le schéma de réactif (aspect chimique) sont suggérées pour les travaux futurs.

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