Récupération du tungstène à partir d'un skarn à faible contraste de séparation : apport de la modélisation moléculaire dans la flottation des minéraux calciques

Tungsten recovery from a skarn with a low separation contrast : Contribution of molecular modelling in the flotation of calcium minerals

• Auteur / Autrice : Yann Foucaud
• Direction : Lev Filippov, Inna Vladimirovna Filippova
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 25/10/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GéoRessources (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Vanessa Fierro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lev Filippov, Inna Vladimirovna Filippova, Jean-François Paul, Martin Rudolph
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Paul, Jan D. Miller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séparation (technologie)

Sélectivité moléculaire

Théorie de la fonctionnelle de densité

Acides gras

Flottation

Skarn

Tungstène -- Gisements

Mots clés libres

Acides gras

Concentré par gravité

Effets synergiques

Théorie de la Fonctionnelle de la Densité

Scheelite

Fluorite

Fatty acids

Gravity separation

Synergistic effects

Density Functional Theory

Scheelite

Fluorite

Résumé

Aujourd’hui, plus de 40 % des ressources mondiales en tungstène sont contenues dans les skarns, dont le gisement de Tabuaço (Portugal) constitue un archétype. Ce minerai contient de fortes teneurs en minéraux calciques (fluorite, apatite et vésuvianite) en association fine avec la scheelite (CaWO4) qui, étant donné leurs propriétés de surface proches, sont difficiles à séparer par flottation aux acides gras. Au cours de cette étude, ancrée dans le projet européen H2020 FAME, un procédé économique, écologique et transférable a été développé sur le minerai de Tabuaço afin de prouver la faisabilité minéralurgique de l’exploitation des skarns à tungstène, classé parmi les métaux critiques en Europe. En flottation, le système Na2CO3/Na2SiO3 a montré la meilleure efficacité en matière de dépression, obtenue grâce à des effets synergiques considérables. Ces derniers ont été décrits par des méthodes statistiques, spectroscopiques et atomistiques. En parallèle, l’influence des ratios entre différents acides carboxyliques au sein des formulations de collecteurs (huiles de tall) a été évaluée avec pour objectif d’améliorer la sélectivité de la flottation. La séparation par gravité augmentée (concentrateur centrifuge Falcon) a été examinée, optimisée puis combinée avec la flottation afin de produire un concentré commercialisable de scheelite titrant 63 % WO3 pour 59 % de récupération. Par ailleurs, en vue d’appréhender les mécanismes moléculaires impliqués dans la flottation, les interfaces de la fluorite et de la scheelite ont été modélisées en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité. Cette étude a permis de caractériser l’état d’hydratation des deux minéraux, qui présentent des affinités différentes pour les molécules d’eau. En outre, l’adsorption des acides gras sur la fluorite a été étudiée afin de fournir des éléments de réponse, confirmés expérimentalement, au sujet des mécanismes d’adsorption de ces molécules sur les minéraux calciques.

Nowadays, skarns represent more than 40% of the global resources in tungsten, which has been classified as a critical raw material in the European Union. In particular, the Tabuaço deposit constitutes an archetype of tungsten skarns and contains high amounts of calcium minerals, including fluorite, apatite, and vesuvianite, in close association with scheelite (CaWO4). According to their similar surface properties, the separation of these minerals by flotation with fatty acids is significantly difficult and, therefore, remains a scientific challenge. In this study, which has been conducted within the framework of the FAME H2020 European project, an economic, environment friendly, and transferable process has been developed for the Tabuaço ore to demonstrate the feasibility of the tungsten skarns processing. In the froth flotation process, the Na2CO3/Na2SiO3 system has exhibited the best efficiency in terms of gangue minerals depression due to considerable synergistic effects that have been subsequently described by statistical, spectroscopic, and atomistic methods. Meanwhile, the influence of the ratios between different carboxylic acids in the collector formulations (Tall Oil Fatty Acids) has been assessed to improve the flotation selectivity. In addition, the enhanced gravity separation (Falcon centrifuge concentrator) has been investigated, optimised, and combined with the flotation to produce a marketable scheelite concentrate assaying 63% WO3 with 59% recovery. Besides, to gain understanding in the molecular mechanisms involved in the flotation process, the fluorite and scheelite interfaces have been modelled using the density functional theory. This study has allowed to characterise the hydration state of these minerals, which display different affinities for water molecules. Furthermore, the adsorption of fatty acids on fluorite has been studied to unravel the adsorption mechanisms of these molecules on calcium minerals, confirmed by experimental investigations.