Approches pour la concentration de minerais de fer complexes de basse teneur

Approaches for the concentration of complex low-grade iron ores

• Auteur / Autrice : Josue Mesquita de souza junior
• Direction : Michaël Badawi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2CM - Laboratoire Lorraine de Chimie Moléculaire
• Jury : Président / Présidente : Lev Filippov
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michaël Badawi, Andreia Bicalho henriques, Jean-François Boulanger, Belinda Julie Mcfadzean, Yann Foucaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andreia Bicalho henriques, Jean-François Boulanger

Mots clés

Mots clés libres

Flottation

Minerai de fer

Ultrafine

Characterisation

Minéralogie

Broyage

Characterization

Iron Ore

Grinding

Mineral Procesing

Ultrafines

Flotation

Résumé

L'épuisement des gisements de minerai de fer à haute teneur, associé à une demande croissante de concentrés de haute qualité motivée par la décarbonisation de l'industrie sidérurgique, pose des défis significatifs au secteur de l'extraction des minerais de fer. Le gisement de fer de Mont Reed, un atout stratégique d'ArcelorMittal situé dans la section sud de la Fosse du Labrador (province tectonique de Greenville, Canada), est la parfaite illustration de cette situation. Acquis dans les années 1960 mais resté inexploité depuis en raison de sa composition minéralogique complexe, Mont Reed est désormais considéré comme une alternative viable pour l'extraction de fer, car les réserves du complexe Mont-Wright d'ArcelorMittal (la plus grande mine de minerai de fer de l'entreprise) seront bientôt épuisées. L'objectif de cette thèse est de développer une voie de traitement efficace pour le minerai de Mont Reed afin de produire un concentré de qualité “Réduction Directe” (RD) (< 3% SiO₂ + Al₂O₃), en abordant les enjeux critiques de la valorisation des minerais complexes à faible teneur. Ces travaux abordent les principaux défis en lien avec le traitement des minerais de fer, notamment la nécessité d'une caractérisation minéralogique détaillée, la présence de minéraux de gangue complexes contenant du fer, les petites mailles de libération, les exigences énergétiques élevées, l'importance d'une étape de préconcentration et l'utilisation de multiples techniques de valorisation et de flottation pour obtenir un concentré de haute qualité. Les résultats démontrent la faisabilité d'une voie de traitement sur mesure pour Mont Reed, intégrant des méthodes de valorisation combinées (séparation par gravité, séparation magnétique et flottation) pour répondre aux normes de qualité RD. Le schéma de traitement final, avec des circuits de récupération distincts pour la magnétite et l'hématite, a permis d'obtenir un concentré de haute qualité contenant 69,00% de Fe et 2,21% de SiO₂ + Al₂O₃ combinés, avec un rendement de 35,9% et une récupération de 76,0% de Fe.

The depletion of high-grade iron ore deposits, combined with an increasing demand for high-quality concentrates driven by the decarbonization of the steel industry, presents significant challenges for the iron ore sector. The Mont Reed iron deposit, a strategic asset of ArcelorMittal located in the southern section of the Labrador Trough (Greenville tectonic province, Canada), exemplifies this situation. Acquired in the 1960s but left unexploited since then, due to its complex mineralogy, Mont Reed is now a viable alternative as reserves at ArcelorMittal's Mont-Wright complex (the company's largest iron ore mine) will be depleted in a soon future. The objective of this thesis is to develop an efficient process route for Mont Reed ore to produce a direct reduction (DR) quality concentrate (< 3% SiO₂ + Al₂O₃), addressing the critical issues of complex, low-grade iron ore beneficiation. The research tackles key challenges, including the need for detailed technological characterization, the presence of complex iron-bearing gangue, small liberation sizes, high energy requirements, the importance of pre-concentration, and the use of multiple beneficiation and flotation techniques to achieve a high-grade concentrate. Results demonstrate the feasibility of a tailored process route for Mont Reed, integrating coordinated beneficiation methods (gravity separation, magnetic separation, and flotation) to meet DR quality standards. The final flowsheet, with separate recovery circuits for magnetite and hematite, yielded a high-quality concentrate containing 69.00% Fe and 2.21% combined SiO₂ + Al₂O₃, with a 35.9% yield and 76.0% Fe recovery.