Approches innovantes pour la valorisation des skarns à tungstène par flottation

Innovative approaches for the beneficiation of tungsten skarns by froth flotation

• Auteur / Autrice : Vincent Pottier
• Direction : Ndue Kanari, Michaël Badawi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 03/04/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Ressources Minérales (Axe Matières Premières)

Mots clés

Mots clés libres

Traitement des minerais

Flottation

Physico-chimie de surface

Mineral processing

Flotation

Physical-chemistry of surfaces

Résumé

Le tungstène est classé comme une matière première critique dans l'Union européenne, compte tenu de son importance économique élevée, de sa faible substituabilité et du risque lié à son approvisionnement. La scheelite, l'un des deux minéraux économiques contenant du tungstène, est principalement rencontrée dans les skarns, qui sont des roches métamorphiques et métasomatiques formées par intrusion de granite dans des roches sédimentaires calciques ou magnésiennes. Aujourd'hui, les skarns représentent plus de 40 % des ressources mondiales en tungstène et sont largement répartis, avec des gisements de classe mondiale en Europe, au Vietnam, en Russie, au Canada et en Chine. Cependant, le fort potentiel des skarns à tungstène est compromis par leurs associations minéralogiques complexes et leurs textures fines, et la plupart des skarns à tungstène à travers le monde sont encore considérés comme non rentables en raison des minéraux qu'ils contiennent, rendant difficile la séparation sélective de la scheelite. Cette séparation est essentielle car, à partir de teneurs typiques en WO3 de 0,3 à 1 %, le concentré de tungstène doit atteindre plus de 60 % de WO3 pour être commercialisable. En raison des textures fines des skarns de tungstène, la flottation constitue la seule solution technique et industrielle pour la concentration de scheelite à partir des skarns, compte tenu de la finesse des grains de scheelite. La flottation est l'une des méthodes les plus utilisées dans le monde pour l'extraction des métaux à partir des roches, car elle permet de séparer les minéraux contenant les métaux des minéraux de gangue (non valorisables). Plus de 2 milliards de tonnes de minerais sont traitées chaque année dans le monde grâce à cette technique de séparation solide/solide. Elle repose sur l'adsorption sélective de divers réactifs depuis la phase aqueuse sur les surfaces des minéraux cibles (généralement les minéraux contenant les métaux) afin de modifier leur tension superficielle et de les récupérer en injectant des bulles d'air. L'augmentation de la demande en métaux, associée à une diminution constante de la qualité des minerais et à un renforcement des normes environnementales, nécessite le développement de formulations de réactifs innovantes et écologiques pour exploiter des gisements encore considérés comme non exploitables, y compris dans des pays ayant des normes environnementales élevées, comme les pays européens. Il est également d'un intérêt primordial de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux impliqués dans le processus de flottation, encore mal compris, pour intensifier l'innovation dans les formulations de réactifs, en particulier pour les skarns de tungstène. C'est l'objectif du projet InnovTech, qui fait partie du PEPR Sous- Sol, et qui se concentre sur le tungstène, dans lequel s'inscrit cette thèse de doctorat. L'étudiant(e) recruté(e) en doctorat aura pour missions (1) d'étudier l'influence de la composition minéralogique et des textures du minerai sur la réponse à la flottation, (2) de développer des formulations de réactifs innovantes et écologiques (collecteurs et déprimants) pour réaliser efficacement la séparation de la scheelite, (3) d'acquérir une compréhension fine des mécanismes d'adsorption des réactifs et de la chimie de surface des minéraux calciques grâce à des techniques expérimentales et (4) d'explorer les effets synergiques entre collecteurs et co-collecteurs de différents types dans la flottation de la scheelite et des minéraux calciques

Tungsten is classified as a Critical Raw Material in the European Union, considering its high economic importance, low substitutability, and supply risk. Scheelite, one of the two economic tungsten-bearing minerals, is mostly encountered in skarns, which are metamorphic and metasomatic rocks formed by the intrusion of a granite in calcium-rich sedimentary rocks. Today, skarns represent more than 40% of the global tungsten resources and are widely distributed with world-class deposits in Europe, Vietnam, Russia, Canada, and China. However, the high potential of tungsten skarns is deteriorated by their complex mineralogical associations and fine textures and most tungsten skarns worldwide are still considered as non-economic due to their constituting minerals from which the selective separation of scheelite is difficult to achieve. This separation is essential since, from typical WO3 grades of 0.3-1%, the tungsten concentrate has to assay more than 60% WO3 to be marketable. Due to the fine textures of tungsten skarns, froth flotation represents the only technical and industrial solution for the concentration of scheelite from skarns considering the typical low grain size of scheelite. Froth flotation is one of the most used methods worldwide for the extraction of metals from rocks as it allows the separation of the metal-bearing mineral from the gangue (unvaluable) minerals. More than 2 billion tons of ores are processed every year by this solid/solid separation technique worldwide. Froth flotation is based on the selective adsorption of various reagents from the aqueous phase onto the surfaces of the target minerals (generally the metal-bearing minerals) in order to modify their surface tension and to recover them by injecting air bubbles. The increasing demand in metals, associated with a constant decrease in ores quality and an increase in environmental standards, requires the development of innovative and green reagents formulations to make exploitable deposits that are still considered as non- exploitable, including in countries with high environmental friendliness levels such as European countries. Also, it is of paramount interest to gain understanding in the fundamental mechanisms involved in the flotation process, still poorly understood, to intensify the innovation in reagents formulations, particularly for tungsten skarns. It is the objective of the InnovTech project, part of the PEPR Sous-Sol, that focusses on tungsten, within which this PhD position falls. The recruited PhD student will (1) investigate the influence of the mineral composition and ore texture on the froth flotation response, (2) develop innovative and green reagent formulations (including collectors and depressants) to efficiently achieve the separation of scheelite, (3) gain understanding in the adsorption mechanisms of reagents and in the surface chemistry of calcium minerals by experimental techniques, and (4) explore the synergistic effects between collectors and co-collectors of various types in the flotation of scheelite and calcium minerals.