Development of a Process for the Recovery of Tin, Niobium, and Tantalum from Unconventional Lithium Deposits : A Case Study on the Beauvoir Granite (Allier, France)
Développement d'un procédé de récupération de co-produits (Sn, Nb, Ta) à partir de gisement de lithium non-conventionnels : le cas du granite de Beauvoir (Allier, France)
Résumé
Tin (Sn), niobium (Nb), and tantalum (Ta) are essential metals for many industrial sectors, with extraction and refining currently performed outside the European Union. These elements can be found in low, uneconomical concentrations in rare metal granite (RMG) deposits, which could soon become potential targets for lithium (Li) extraction in Europe. During this study, conducted as part of the Horizon Europe EXCEED project, a process was developed to demonstrate the feasibility of recovering Sn, Nb, and Ta as by-products of the Li recovery process from RMGs, using the Beauvoir granite (Allier, France) as an example. To achieve the joint liberation of cassiterite (SnO₂), coltan ((Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆), and lepidolite (K₂(Li₄Al₂)Si₈(OH,F)₄O₂₀), the implementation of a high-voltage pulsed fragmentation step during crushing improved the recovery of Sn, Nb, and Ta without affecting that of Li. The process development highlighted the necessity to recover metallic by-products before Li. Using a semi-continuous centrifugal Falcon separator demonstrated that this latest generation of gravity separation equipment provided excellent efficiency for concentrating heavy minerals containing Sn, Nb, and Ta, which are finely disseminated in granite, prior to Li flotation. The recoveries obtained after optimization with design of experiment methodology reached 67 %, 56 %, and 52 % for Sn, Nb, and Ta, respectively, with enrichment ratios of 15.5, 13.5, and 12.0, while losing only 3 % of the total Li. A multi-stage gravity treatment circuit produced a commercial-grade mixed Sn-Nb-Ta concentrate at pilot scale, grading 45.1 % SnO₂, 7.1 % Nb₂O₅, and 5.6 % Ta₂O₅. Additionally, a study of the evolution of the Falcon concentrates characteristics enhanced the understanding of recovery mechanisms already described in the literature, such as infiltration and plating. Finally, an analysis of georeferenced samples showed that, for Sn, the parameters with the most significant influence on recovery and concentrate grade were cassiterite liberation, the degree of kaolinization, and the sample grade. The perspectives opened by this work could serve as a foundation for developing a future geometallurgical model to ensure optimized recovery of the by-products and potentially for other types of deposits with similar mineralogical characteristics, such as pegmatites.
L'étain (Sn), le niobium (Nb) et le tantale (Ta) sont des métaux essentiels à de nombreux secteurs industriels dont l'extraction et le raffinage se font en dehors de l'Union Européenne. Ces éléments peuvent se trouver en faible teneur, non économique, dans des gisements de type granite à métaux rares (GMR) qui pourraient prochainement devenir des cibles potentielles pour l'extraction du lithium (Li) en Europe. Au cours de cette étude, menée le cadre du projet européen Horizon Europe EXCEED, un procédé a été développé pour montrer la faisabilité de la récupération du Sn, Nb et Ta en tant que co-produits du procédé de récupération du Li à partir des GMR sur l'exemple du granite de Beauvoir (Allier, France). Pour la libération conjointe de la cassiterite (SnO₂), du coltan ((Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆) et du lépidolite (K₂(Li₄Al₂)Si₈(OH,F)₄O₂₀) l'implémentation d'une étape de fragmentation par champs électriques pulsés à l'étape de concassage a permis d'augmenter la récupération du Sn, Nb et Ta sans affecter celle du Li. Le travail de développement des procédés a souligné la nécessité de récupérer les co-produits métalliques avant le Li. L'utilisation d'un séparateur centrifuge semi-continu de type Falcon a démontré que cette dernière génération d'équipements gravimétriques fournissait une excellente efficacité pour concentrer les minéraux lourds porteurs de Sn, Nb et Ta finement disséminés dans le granite, ceci avant la flottation du Li. Les récupérations obtenues après optimisation par la méthodologie des plans d'expérience ont atteint 67 %, 56 % et 52 % pour Sn, Nb et Ta, avec des ratios d'enrichissement de 15,5, 13,5 et 12,0, tout en ne perdant que 3 % du Li total. Un circuit de traitement par gravité multi-étapes a produit à l'échelle pilote un concentré mixte Sn-Nb-Ta commercial titrant 45,1 % SnO₂, 7,1 % Nb₂O₅ et 5,6 % Ta₂O₅. Aussi, une étude de l'évolution des caractéristiques du concentré de Falcon a permis de compléter la compréhension des mécanismes de récupération déjà décrits dans la littérature comme l'infiltration et le placage. Enfin une analyse d'échantillons géoréférencés a montré que, pour Sn, les paramètres ayant le plus d'influence sur la récupération et la teneur des concentrés obtenus sont la libération de la cassitérite, le taux de kaolinisation et la teneur de l'échantillon. Les perspectives ouvertes par ce travail pourraient servir de base à la construction d'un futur modèle géométallurgique pour assurer une récupération optimisée des co-produits du gisement, et pourquoi pas pour d'autres types de gisements avec des caractéristiques minéralogiques voisines comme les pegmatites
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