Separation of neodymium from an allanite ore by multi-technologies

Abstract

Rare earth elements are critical for green technologies, but the European Union relies entirely on imports. Finland's allanite deposits offer a potential domestic source. This thesis investigates a multi technology processing route for rare earth extraction from Finnish allanite concentrate.

Ore characterization showed neodymium is hosted mainly in allanite (Ce), with optimal mineral liberation below 125 µm. Beneficiation through grinding, desliming, magnetic separation, and flotation produced a concentrate with 61% neodymium recovery, though desliming alone caused a 23,5% loss. Leaching experiments compared direct sulfuric acid leaching, two stage leaching, and sequential leaching. Sequential leaching at 50 °C achieved the most consistent neodymium recoveries of 91,22% on EDXRF and 77,29% on ICP-OES. The highest recovery value of 98,68% on EDXRF was achieved with two-stage leaching. Differences between ICP-OES and EDXRF analytical methods were observed and analysed. Membrane approach was evaluated conceptually. High calcium, iron, and aluminium levels in the pregnant leach solution made direct nanofiltration unfeasible without extensive pretreatment. A complexation–nanofiltration hybrid process was proposed for future development. Lastly, a process flowsheet for laboratory-scale processing with all the steps was conducted with suggestions for future development.

Harvinaiset maametallit ovat kriittisiä vihreiden teknologioiden kannalta, mutta Euroopan unioni on niistä täysin tuontiriippuvainen. Suomen allaniittiesiintymät tarjoavat mahdollisen kotimaisen lähteen. Tämä diplomityö tarkastelee useita teknologioita yhdistävää prosessireittiä harvinaisten maametallien erotukseen suomalaisesta allaniittikonsentraatista.

Malmin karakterisointi osoitti, että neodyymi sijaitsee pääasiassa allaniitissä-(Ce), ja optimaalinen mineraalivapautuminen saavutetaan alle 125 mikrometrin raekoolla. Rikastus jauhamalla, liejunpoistolla, magneettiseparoinnilla ja vaahdotuksella tuotti konsentraatin, jonka neodyymin talteenotto oli 61%, vaikka liejunpoisto aiheuttikin 23,5 prosentin menetyksen. Liuotuskokeissa verrattiin suoraa rikkihappoliuotusta, kaksivaiheista liuotusta ja kahden hapon liuotusta. Kahden hapon liuotus 50 °C lämpötilassa tuotti johdonmukaisimman neodyymin talteenoton analyysituloksilla 91,22% (EDXRF) ja 77,29% (ICP-OES). Korkein talteenottoarvo 98,68% EDXRF:llä saavutettiin kaksivaiheisella liuotuksella. Analyysimenetelmien (ICP-OES ja EDXRF) välillä havaittiin poikkeamia. Membraanisuodatuksen mahdollisuutta arvioitiin konseptitasolla; korkeat kalsium-, rauta- ja alumiinipitoisuudet raskaassa liuoksessa tekivät suoran nanosuodatuksen mahdottomaksi ilman laajaa esikäsittelyä. Kompleksointi–nanosuodatus-hybridiprosessia ehdotettiin jatkokehitykseen. Lopuksi laadittiin prosessivirtakaavio laboratoriomittakaavaisesta prosessoinnista kaikkine vaiheineen ja kehitysehdotuksineen.