The effects of microwave pretreatment on the processing of a sulphide ore

Rodrigues da Silva, Gilberto; Rodrigues da Silva, Gilberto

Thesis

The effects of microwave pretreatment on the processing of a sulphide ore

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Creator

Rodrigues da Silva, Gilberto

Contributors

Kristian Waters (Supervisor)

Abstract

English

The mining industry is one of the most energy intensive sectors of the economy, accounting for almost 2% of the world's electrical consumption. In a mill, most of this energy is spent in comminution processes, especially grinding. As the conventional grinding techniques are reported to present low efficiency, new methods have been proposed to pre-treat the ore, making it easier to grind. Among these techniques, Microwave Assisted Comminution (MAC) has presented great potential to reduce the energy required in grinding and also to improve liberation and flotation. MAC relies on the fact that minerals present different heating rates when microwave-treated. Therefore, due to thermal gradients, stresses can develop at grain boundaries within the ore, forming intergranular fractures which enhance the liberation of valuable minerals. Since the heat can cause oxidation, flotation of sulphide ores is affected by MAC. This Ph.D. research studied how microwave irradiation affects the phase composition, surface chemistry, surface charge, hydrophobicity and morphology of the main sulphide minerals present in the Discovery Hill Cu-Ni sulphide ore: pyrrhotite, chalcopyrite and pentlandite. The effects of the treatment on the adsorption and floatability of these minerals with potassium amyl xanthate and sodium oleate were also examined. Finally, the effects of the treatment on the Bond Work Index, liberation and flotation performance of the ore were investigated. The results of this study indicate that chalcopyrite, pyrrhotite and pentlandite are oxidized differently by microwave treatment. While chalcopyrite and pyrrhotite presented no phase transformation, a S-rich mineral phase was formed onto the surface of pentlandite. Chalcopyrite had its collectorless floatability enhanced and its surface energy decreased by short time exposure to microwave radiation. Longer exposure times made chalcopyrite more hydrophilic and decreased its floatability, whereas any exposure time led to an increase in the hydrophilicity of pyrrhotite and pentlandite. The surface of all the minerals became more positively charged at acidic pH. In addition, microwave irradiation increased the minerals' specific surface area, especially that of pentlandite. It was also observed an increase in the average pore diameter in the surface of chalcopyrite and a decrease for pyrrhotite and especially pentlandite. Greater adsorption of potassium amyl xanthate was noticed although the recovery pyrrhotite and chalcopyrite decreased. In the presence of sodium oleate, the recovery of all minerals dropped significantly, with the exception of pyrrhotite at acidic and neutral pH. The Discovery Hill Cu-Ni ore presents a favorable mineralogy to benefit from MAC. Exposure time, power level, samples mass, particle size and the use of quenching with water were important variables affecting both the ore's Bond Work Index (Wi) and flotation performance. While coarser particles showed greater decrease in the Wi, the finer samples presented significant increase in the enrichment ratio after being irradiated. The occurrence of melting/sintering was observed to be detrimental to both grinding and flotation, suggesting homogeneity to be of primary importance for the future development of MAC.

French

L'industrie minière est l'un des secteurs les plus énergivores de l'économie, représentant près de 2% de la consommation électrique mondiale. Dans une usine d'enrichissement, la majeure partie de cette énergie est utilisée dans les procédés de broyage, en particulier le meulage. Comme les techniques de broyage classiques présentent une faible efficacité, de nouvelles méthodes ont été proposées pour prétraiter le minerai, ce qui facilite la broyage. Parmi ces techniques, la Broyage Assistée par Micro-ondes (BAM) a offert un grand potentiel pour réduire l'énergie nécessaire au broyage et aussi pour améliorer la libération et la flottation. BAM repose sur le fait que les minéraux présentent des taux de chauffage différents lorsqu'ils sont irradiés avec des micro-ondes. Par conséquent, en raison des gradients thermiques, des contraintes peuvent se développer aux limites des grains dans le minerai, formant des fractures intergranulaires qui améliorent la libération de minéraux utiles. Comme le chauffage oxyde les sulfures, la flottation des minerais sulfurés est affectée par la BAM. Ce doctorat a examiné comment l'irradiation par micro-ondes affecte la composition de phase, la chimie de surface, la charge de surface, l'hydrophobie et la morphologie des principaux minéraux sulfureux présents dans le minerai sulfuré de Cu et Ni de Discovery Hill: pyrrhotite, chalcopyrite et pentlandite. Les effets du traitement sur l'adsorption et la flottabilité de ces minéraux avec du xanthate d'amyle de potassium et de l'oléate de sodium ont également été examinés. Enfin, les effets du traitement sur l'index de travail de Bond, la libération et la performance de la flottation du minerai ont été étudiés. Les résultats de cette étude indiquent que la chalcopyrite, la pyrrhotite et la pentlandite sont oxydées différemment avec le traitement par micro-ondes. Tandis que la chalcopyrite et la pyrrhotine n'ont présenté aucune transformation de phase, une phase minérale riche en soufre a été formée sur la surface de la pentlandite. La chalcopyrite a vu sa capacité de flottabilité sans collecteur améliorée et son énergie de surface réduite par une exposition de courte durée aux rayonnements micro-ondes. Les temps d'exposition plus long ont rendu la chalcopyrite plus hydrophile et ont diminué sa flottabilité, tandis que tout les temps d'exposition ont entrainé une augmentation du comportement hydrophile de la pyrrhotite et de la pentlandite. La surface de tous les minéraux sont devenus plus positivement chargé au pH acide. En outre, l'irradiation par micro-ondes a augmenté la surface spécifique des minéraux, en particulier celle de la pentlandite. Une augmentation du diamètre moyen des pores dans la surface de la chalcopyrite et une diminution du diamètre moyen des pores de la pyrrhotine et surtout de la pentlandite on également été observée. Une plus grande adsorption de xanthate a été notée bien que la récupération de la pyrrhotite et de la chalcopyrite ait diminué. En présence d'oléate de sodium, la récupération de tous les minéraux a considérablement diminué, à l'exception de la pyrrhotite au pH acide et neutre. Le minerai Discovery Hill présente une minéralogie favorable au traitement par BAM. Le temps d'exposition, le niveau de puissance, la masse, la granulométrie et l'utilisation de la trempe étaient des variables importantes affectant à la fois le index de travail de Bond (Wi) du minerai et le performance de la flottation. Tandis que les particules plus grossières présentaient une diminution plus importante de cet index, les échantillons plus fins présentaient une augmentation significative du taux d'enrichissement après irradiation. On a constaté que l'apparition de la fusion/frittage était préjudiciable à la fois au broyage et à la flottation, ce qui indique que l'homogénéité du traitement est d'une importance primordiale pour le développement de la Broyage Assistée par Micro-ondes.

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