The flotation characteristics of magnetic/4C (Fe7S8) and non-magnetic/5C (Fe9S10) pyrrhotite superstructures

Multani, Ravinder; Multani, Ravinder

Thesis

The flotation characteristics of magnetic/4C (Fe7S8) and non-magnetic/5C (Fe9S10) pyrrhotite superstructures

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Creator

Multani, Ravinder

Contributors

Kristian Waters (Supervisor)

Abstract

French

La pyrrhotite (Fe(1-x)S; 0 < x ≤ 0,125) est un minéral de gangue sulfuré courant dans les opérations minières de métaux communs et présente de nombreux défis dans la séparation/concentration des sulfures de métaux précieux lors de la flotation la pentlandite ((Ni,Fe)9S8). Il a plusieurs superstructures (polytypes) qui sont le résultat de sa teneur en fer variable. Comme les superstructures magnétiques/monocliniques (Fe7S8 {4C}) et non-magnétiques/hexagonales (Fe9S10 {5C}) de la pyrrhotite sont les plus courantes et les plus courantes en tant que mélanges intergrands, elles ont fait l'objet de cette recherche. Historiquement, on pensait que les superstructures se comportaient de la même manière pendant la flotation; cependant, on sait maintenant qu'ils présentent des réponses de flotation très différentes (en raison de leur cristallographie), en particulier en ce qui concerne la taille des particules. Cela a suscité des inquiétudes de la part de l'industrie minière, car la différence de flotation de la superstructure signifie que les stratégies de dépression de la pyrrhotite actuellement utilisées peuvent ne pas être adéquates, ce qui produirait des teneurs en concentrés plus faibles que prévu et réduirait sa valeur globale. Ce doctorat l'étude a comblé les lacunes actuelles en matière de connaissances en adoptant une approche en deux étapes; (1) études minérales uniques; et (2) des études de flotation de minéral par lots. Les études minérales uniques à petite échelle (0,25 à 1 g) ont représenté des systèmes idéaux (environnements à faible teneur en oxygène sous lesquels l'oxydation de surface a été minimisée) où des superstructures purifiées avec des surfaces fraîches ont pu être comparées. Les études de flotation des minerais en lots (1 - 2 kg) ont examiné le comportement de la superstructure dans des environnements réactifs (en présence d'oxygène, de broyats, d'ions pulpaires et autres minéraux sulfurés), représentant des systèmes réels pendant lesquels les superstructures étaient en contact étroit lisier et oxygène. Il ressort de ces études que le comportement de flotation de la superstructure de pyrrhotite est régi par leurs différentes réactivités de surface qui deviennent apparentes dans les systèmes réels. Cette différence de réactivité provient de leur cristallographie; la pyrrhotite magnétique (Fe7S8) contient plus de lacunes structurelles et Fe3+ comparé à la pyrrhotite non-magnétique (Fe9S10). Cette différence est suffisante pour que la pyrrhotite magnétique soit plus réactive, surtout vis-à-vis de l'oxygène, entraînant une passivation sévère de la surface par les hydroxydes de fer qui la rendent plus hydrophile par rapport à la pyrrhotite non-magnétique. Les principaux facteurs qui provoquent des différences mesurables dans les réactions de flotation de la superstructure sont: présence d'oxygène (conditions oxydatives), conditions alcalines (pH > 9) et présence d'ions activateurs (par exemple Cu2+ et Ni2+).

English

Pyrrhotite (Fe(1–x)S; 0 < x ≤ 0.125) is a common sulfide gangue mineral (waste) in base metal mining operations, and presents many challenges in the separation/concentration of valuable base metal sulfides during froth flotation, especially pentlandite ((Ni,Fe)9S8). It has several superstructures (polytypes) which are a result of its variable iron content. As the magnetic/monoclinic (Fe7S8 {4C}) and non–magnetic/hexagonal (Fe9S10 {5C}) pyrrhotite superstructures are the most common and typically found as intergrown mixtures, they were the focus of this research. Historically, it was thought that the superstructures behaved similarly during flotation; however, it is now known that they exhibit very different flotation responses (as a result of their crystallography), especially with respect to particle size. This has raised concerns from the mineral processing industry as the superstructure flotation difference means that pyrrhotite depression strategies currently employed may not be adequate, which would yield lower than expected concentrate grades and reduce its overall value. This Ph.D. study addressed the current knowledge gaps with a two-step approach; (1) single mineral studies; and (2) batch ore flotation studies. The small-scale single mineral studies (0.25 – 1 g) represented ideal systems (low oxygen environments under which surface oxidation was minimized) where purified superstructures with fresh surfaces could be compared. Batch ore flotation studies (1 – 2 kg) examined superstructure behaviour in reactive environments (in the presence of oxygen, grinding media, pulp ions, and other sulfide minerals), representing real systems during which the superstructures were in intimate contact with grinding media/slurry and oxygen. It is clear from these studies that pyrrhotite superstructure flotation behaviour is governed by their different surface reactivities which becomes apparent in real systems. This reactivity difference stems from their crystallography; magnetic pyrrhotite (Fe7S8) contains more structural vacancies and Fe3+ compared to non-magnetic pyrrhotite (Fe9S10). This difference is sufficient in causing magnetic pyrrhotite to be more reactive, especially towards oxygen, resulting in severe surface passivation by iron (oxy)hydroxides which renders it more hydrophilic over non-magnetic pyrrhotite. The major contributing factors that cause measurable differences in superstructure flotation responses are: presence of oxygen (oxidative conditions), alkaline conditions (pH > 9), and presence of activating ions (e.g. Cu2+ and Ni2+).

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