Beneficiation of Nb minerals

Le niobium (Nb) est utilisé principalement dans l'industrie sidérurgique, ainsi que dans d'autres applications de pointe. Niobec (Québec, Canada) est le seul producteur du Nb en activité en Amérique du Nord. Le schéma de traitement chez Niobec comprend les étapes suivantes: la comminution, le déschlammage, la flottation, la séparation magnétique et la lixiviation. Lors de comminution, environ 13% de la charge du broyeur se retrouve dans la fraction granulométrique inférieure à -10 µm comme particules ultrafines. Les particules ultrafines sont nuisibles à la flottation et sont donc retirées lors de l'étape de déschlammage. Cela entraîne des pertes d'environ 15 % de la teneur totale en Nb. Par conséquent, l'objectif de ce projet est de récupérer les minéraux de Nb à partir des particules ultra-fines rejetées par Niobec.Seules certaines techniques sont disponibles pour le traitement des particules ultrafines: la séparation gravimétrique améliorée, la séparation magnétique à haute intensité et la flottation. Ainsi, plusieurs techniques ont été évaluées à l’échelle du laboratoire pour le traitement des particules ultrafines dans ce travail: (1) la séparation gravimétrique améliorée, incluant la séparation en milieu dense (DMS), les concentrateurs Falcon et Knelson et le séparateur multi-gravité (MGS); (2) la séparation magnétique, incluant le séparateur magnétique humide à haute intensité (WHIMS) et une glissade magnétique à faible intensité; (3) la flocflottation. Pour la séparation gravimétrique améliorée, le DMS a produit un concentré avec un taux de valorisation du Nb de 2,77 et une récupération d'environ 50 %, ce qui suggère qu'une séparation gravimétrique améliorée est réalisable pour le traitement des particules ultra-fines. Les concentrateurs Knelson et Falcon fonctionnant à une accélération centrifuge jusqu'à 120 G avec de l'eau comme milieu fluidisé n'ont pas significativement valorisé les minéraux de Nb. Cela pourrait être amélioré en remplaçant l'eau par un milieu dense (ρ = 2,95 g/cm3) dans le même concentrateur Falcon; ainsi, un concentré avec un taux de valorisation du Nb de 7,55 et une récupération de 25,42 % a été produit. Alternativement, un concentrateur Falcon fonctionnant à 300 G utilisant l'eau comme milieu fluidisé pourrait également améliorer la separation. Des concentrés grossiers avec des taux de valorisation du Nb allant 2,15 avec une récupération maximale de 31,44 % ont été produits, ce qui pourrait être encore valorisé par des étapes de nettoyage. Le MGS a également montré une amélioration du taux de valorisation, mais a été moins efficace que le concentrator Falcon. Ceci est peut-être en raison de l'accélération centrifuge plus faible à laquelle il fonctionnait.Comparée à la séparation gravimétrique améliorée, la WHIMS a montré une tendance limitée à la valorisation du Nb, possiblement en raison du piégeage des particules fines et des différentes propriétés magnétiques des minéraux de Nb. Néanmoins, la WHIMS et la glissade magnétique à faible intensité ont permis de récupérer des oxydes de fer tels que l'hématite et la magnétite. L'élimination de la magnétite pourrait favoriser la séparation gravimétrique ultérieure; l'élimination des oxydes de fer serait bénéfique pour la flottation en aval, car ceux-ci peuvent facilement interagir avec les réactifs de flottation.La flottation, et plus précisément la floc-flottation et la flottation en colonne, s'est avérée efficace pour le traitement des particules fines. La floculation augmente la taille des particules et améliore ainsi la collision et l’attachement des particules aux bulles. La flottation en colonne améliore le contact entre les particules et les bulles, ce qui la rend idéale pour le traitement des particules fines. Il a été constaté que le processus de floculation était lié au degré d'hydrophobicité des particules et au floculant utilisé (kérosène). Par conséquent, la clé pour flotter sélectivement les minéraux de Nb de valeur consistait à trouver des schémas de réactifs sélectifs. Pour y parvenir, la microflottation a été réalisée sur des échantillons monominéraux de dolomite, calcite, hématite et pyrochlore. Les mesures du potentiel zêta et les analyses par spectroscopie de photoélectrons X (XPS) ont été utilisées pour comprendre les interactions entre les réactifs de flottation et les minéraux. Des collecteurs différents, dont l'oléate de sodium (NaOL), la dodécylamine (DDA) et l'acide benzohydroxamique (BHA), ont été étudiés. Le NaOL et la DDA ont montré une forte capacité de collecte pour tous les minéraux avec une faible sélectivité. Le BHA seul (sans activateur) ne pouvait flotter que l'hématite. Plusieurs sels métalliques ont été comparés comme activateur du BHA. Parmi eux, PbCl2 a montré la meilleure performance. La récupération du pyrochlore été significativement améliorée tandis que les récupérations des carbonates sont restées faibles. Plusieurs dépresseurs ont été comparés lorsque NaOL et DDA ont été appliqués comme collecteurs. Parmi les combinaisons testées, F100 + DDA et carboxyméthylcellulose + DDA ont montré une sélectivité potentielle pour le pyrochlore. Elles ont été comparées au schéma BHA+PbCl2 dans la flottation des mélanges synthétiques de minéraux. La combinaison du BHA+PbCl₂ semble la plus sélective. Pour cette raison la floc-flottation des particules ultra-fines a été effectuée dans une colonne de flottation à l'échelle du laboratoire en présence de kérosène. Malheureusement, la teneur en Nb n'a pas été significativement améliorée, probablement en raison de la composition complexe des particules ultra-fines et d'une insuffisante sélectivité du schéma réactif

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