Institut des matériaux industriels

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Dr Hajiani - GéoMégA et Innord Inc. CTO

Dr Hajiani - GéoMégA et Innord Inc. CTO

Optima 8300 ICP-OES Spectrometer

Optima 8300 ICP-OES Spectrometer

«Il est beaucoup plus logique en terme d’investissement d’avoir la technologie de traitement de terres rares à l’interne – plutôt que de simplement envoyer le concentré aux entreprises de transformation en Chine pour de faibles rendements et aucun avantage à l’offre mondiale. » – Simon Britt, ex-chef de la direction (PDAC 2015)

  • À propos de Innord inc.

    Innord Inc. (la Société), le bras innovation de GéoMégA a été créé en Février 2015 pour optimiser la valeur du procédé de séparation en facilitant son développement grâce à des investissements directs de partenaires financiers clés. Innord est une filiale privée en propriété exclusive de GéoMégA qui détient tous les droits du procédé de séparation physique et les équipements de laboratoire précédemment détenu par GéoMégA.

    L’objectif principal d’Innord est la réussite de son procédé de séparation physique. Les futures initiatives en recherche et développement de la Société passeront désormais par Innord inc.

  • Procédé de séparation physique

    Le procédé de séparation des éléments de terre rares (ETR) est la troisième et dernière étape dans la préparation de composés de terres rares à partir du minerai. Les éléments de terres rares se produisent ensemble dans la nature et donc tout minéral d’ETR donné contiendra plusieurs ou la plupart des 17 éléments de terres rares dans des quantités variables. Par conséquent, quand un concentré de terres rares (CTR) est produit, un mélange de terres rares est présent et doit être séparé en éléments individuels, que ce soit dans leur forme oxyde ou métal, avant de pouvoir être appliqués à leurs divers produits finis.

    Pour arriver à un CTR, la première étape est la valorisation des minéraux de terres rares naturellement disséminés dans le minerai pouvant être libérés par concassage et broyage puis concentration par flottation, magnétisme et autres moyens en fonction de leurs propriétés physiques. La deuxième étape est l’hydrométallurgie, un procédé par lequel le concentré de minéraux résultant de la valorisation est séparé, en utilisant des agents chimiques et thermiques. Bien que l’hydrométallurgie varie d’un projet à l’autre, selon le minéral des ETR en question, les deux étapes sont relativement simples et tout à fait réalisable par les méthodes conventionnelles. Néanmoins, il en revient aux coûts, à l’échelle, aux règlements environnementaux et aux infrastructures disponibles au moment de choisir la combinaison optimale de la valorisation et de l’hydrométallurgie pour tout projet.

    Ces deux étapes ont une capacité limitée à différencier les ETR individuellement et le font souvent au détriment de la raison globale significative de recouvrement. La raison est que les propriétés chimiques des terres rares ne diffèrent pas de manière significative l’unes des autres. Par conséquent, la purification et la séparation individuelle des terres rares est aujourd’hui extrêmement fastidieux et nécessite plusieurs processus avec la majorité des installations de traitement de terres rares situé principalement en Chine. Le raffinage des ETR comprend souvent plusieurs étapes consécutives, chacune conduisant à une amélioration à la minute du flux complexe de l’ensemble du cycle de traitement des ETR, ce qui prend beaucoup de temps.

  • La technologie de séparation actuelle

    Aujourd’hui, l’extraction au solvant à contre-courant est généralement admise comme étant la technologie commerciale la plus appropriée pour la séparation des terres rares. L’étape clé dans le procédé d’extraction est la sélection d’un solvant adéquat associé à une condition d’extraction approprié. L’extraction et la séparation efficace est difficile à atteindre en une seule étape, et il est donc nécessaire de préparer une solution aqueuse contenant les terres rares et d’en extraire cette solution à plusieurs reprises avec un solvant organique. Cela rend l’acide et la base les principaux consommables dans le procédé d’extraction par solvant, et la solution acide des ETR dépensée devient l’une des principales sources de pollution. En utilisant cette méthode, une usine de production de plusieurs produits de terres rares simples peut contenir des centaines de stades de mélangeurs et de décanteurs. En conséquence, de nombreuses étapes de séparation sont généralement nécessaires pour obtenir un produit pur. Inhérents aspects de la technique d’extraction par solvant:

    • Une grande quantité de solvants organiques et inorganiques dans le schéma des procédés
    • Réglage chimique des éléments de terres rares basé sur la distribution de concentré
    • coût élevé des installations chimiques
    Figure 1 : Exemple des couts de l’extraction des solvants en usine
    Société Projet Location
    (usine SX)
    Usine de séparation CAPEX (M$) Capacité
    (REO tonne par an)
    Devise Statut Capacité de séparation
    Lynas Mount Weld Malaisie n/a1 22 000 AUD Construit La, Ce, Nd/Pr, M&HREE con
    Molycorp Mountain Pass USA n/a2 40 000 USD Construit La, Ce, Nd/Pr, M&HREE con
    Frontier Zandkopsdrift Afrique du Sud 498 20 000 USD PEA 2012 All REO, Ho+Er+Tm+Yb con
    Avalon Nechalacho USA 423 10 000 CAD FS 2013 All REO, Ho+Er+Tm+Yb con
    Arafura Nolan’s Bore USA 129 20 000 AUD PFS 2012 La, Ce, Pr-Nd, M&HREE con
    Peak Ngualla Tanzanie 49 10 000 USD PFS 2014 La, Ce, Pr-Nd, M&HREE con
    Quest Strange Lake Canada 190 10 000 CAD PEA 2014 All REO
    Moyenne 258
    1Bâtie et opérationnel (seulement la phase 1 pour 11 000 tonnes par an a été commandée). Coût SX entrée approximative de 200M$ – 400M$
    2Modernisation et l’expansion de la mine et de l’infrastructure existante. Conçu pour 40K, cible actuelle de production d’environ 19K tpa. SX coût estimé à $ 400M-$ 800M

    Lecture scientifique sur l’extraction par solvant:

    Les terres rares dans les médias:


    Costing The Earth – Rare Earth Investigation report by CCTV News on the polluting nature of mining and processing rare earth elements in China using current methods.

    Modern Life’s Devices under China’s Grip?– Un rapport publié par CBS News 60 Minutes sur le marché des terres rares , des demandes, des problèmes environnementaux chinois et la domination de la Chine dans le secteur.

    The dystopian lake filled by the world’s tech lust– Un rapport publié par la BBC sur les mines Bayan Obo en Chine
  • Innord, une approche innovante et durable

    Innord a réuni une équipe de scientifiques, d’ingénieurs et de visionnaires qui façonnent l’avenir du processus de production / de séparation ETR minérale durable leader de l’industrie. La quête principale de notre technologie est de réduire le coût de la séparation des terres rares et de contourner les questions environnementales intrinsèques des techniques à base de solvants.

    L’objectif de Innord est de développer une technique de séparation physique pour les terres rares et répondant aux enjeux environnementaux et économiques de purification des terres rares qui sont intrinsèquement associées. En outre, le potentiel de réduction des coûts en capital important par rapport aux coûts prohibitifs de la méthode actuelle d’extraction par solvant, pourrait contribuer à éliminer les barrières actuelles dans le domaine de l’exploitation minière des terres rares.

    • Séparation magnétique des composés de terres rares

      GéoMégA a lancé sa recherche et développement (“R & D”) dans la séparation des terres rares en novembre 2011. La première initiative a été entreprise en collaboration avec l’École Polytechnique de Montréal (Département de génie physique). Initialement, le projet était de développer un système et un procédé de séparation magnétique des ETR. Le paramètre clé était la différence entre la susceptibilité magnétique des terres rares.

      Après 12 mois de conception et de développement de prototype à l’échelle de laboratoire, le prototype a démontré avec succès la faisabilité de la séparation magnétique entre les particules de terres rares monophasiques exploitant la différence de susceptibilité magnétique. Avec cette approche, les ETR sont sélectivement précipités sous forme de carbonates pendant une augmentation du pH incrémentale dans un système microfluidique pour éviter la double formation de cristaux.

      Le précipité (1 um particules) subit un processus de sédimentation dans un liquide magnétique qui exploite le contraste de sensibilité et accorde la force de flottabilité, agissant sur les particules solides. Un ensemble électromagnétique génère de puissant gradient d’énergie magnétique sur la suspension pour attirer les particules paramagnétiques et repousser ceux diamagnétiques. Ce principe est applicable à un procédé de décantation des particules ou le piégeage des particules dans le flux sélectif.

      Bien que la méthode ait produit des résultats positifs, la Société a identifié les difficultés potentielles lors de la mise à l’échelle, plus important la méthode sera difficile à appliquer correctement au niveau de la production où le concentré de terres rares mixtes ne se compose pas de particules monophasiques. Au lieu de cela, chaque particule est toujours un mélange des ETR multiples.

      La coopération avec l’École Polytechnique a officiellement pris fin en septembre 2013.
      Test de séparation magnétique à l’École Polytechnique de Montréal.

    • Séparation par électrophorèse des ions de terres rares

      En février 2013, avec les connaissances acquises à partir de l’élaboration du procédé de séparation magnétique, la Société a commencé à étudier le comportement des ions de terres rares dans la solution et l’électrophorèse de libre circulation fondamentaux. La séparation électrophorétique de particules chargées et les ions ont été classiquement effectués en biotechnologie pour séquencer des protéines et des cellules. Sur la base de directions d’VPE, les particules chargées et les ions migrent dans le canal de séparation perpendiculaire à l’écoulement, sous l’effet du champ électrique. La vitesse de migration dépend de la mobilité électrophorétique des particules et des ions qui varie en fonction de la charge, la taille et d’autres paramètres.

      Ces recherches ont abouti à la formation du projet actuel pour le développement d’un système et d’une méthode pour la séparation et la purification des éléments de terres rares dissous / composés en exploitant les différences de mobilité électrophorétique des ETR. En conséquence, la Société a déposé une demande de brevet sur le procédé proposé qui peut être consulté ici.
      Depuis décembre 2013, la Société a mené toutes ses activités de recherche au Conseil national de recherches du Canada («CNRC») à Boucherville au Québec où le laboratoire de la Société est équipée d’une machine ICP-EOS pour accélérer ses analyses pendant les essais de procédé et validation.

      En janvier, février et mai 2014, la Société a divulgué publiquement les résultats de trois (3) séries de tests démontrant la séparation réussie des ETR. Les solutions ont été préparées dans les installations du projet par GéoMégA avant d’être expédiés en Allemagne pour la séparation en utilisant une machine d’électrophorèse à écoulement libre standard.

      En janvier 2014, la série d’essais (lien du communiqué de presse du Jan 15) a démontré la percée de la Société dans la séparation des terres rares avec la séparation parfaite en une seule passe de trois (3) ETR, à savoir: le lanthane, l’europium et l’ytterbium.

      Figure 2: Démonstration des résultats de la série d’essais du 15 Janvier 2014

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      La série de tests de Janvier 2014 à conduit à de fructueuses conclusions sur les tests de séparation physique des éléments de terres rares (« REE »).

       

      Figure 3: Démonstration des résultats de la série d’essais du 24 février 2014

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      En février 2014, la série d’essais a démontré la robustesse du procédé avec la séparation du prochain ETR, à savoir: le dysprosium / terbium, le néodyme / praséodyme et le praséodyme / cérium.

       

      Figure 4: Résultats de séparation du concentré des ETR du 15 mai 2014 (vue complète et mise à l’échelle de l’axe Y)

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      REE Separation

      Le test de mai 2014 était un point de référence et a démontré la séparation d’un ETR commerciale concentré mixte. Tous les ETR et les impuretés ont été une fois de plus séparés simultanément avec succès.

       

      Les caractéristiques fascinantes de séparation des terres rares que la Société étudie comprennent:

       

      • Possibilité d’atteindre 100% de pureté et la récupération complète
      • Basse technique chimique et de consommation d’énergie par rapport aux méthodes conventionnelles
      • Potentiel d’économies importantes sur les coûts d’investissement et d’exploitation
      • Une technologie robuste et polyvalente pour la raffinerie minérale
      • Aucun ajustement nécessaire en fonction de la distribution de concentré de terres rares

      L’objectif ultime de la Société est de développer un haut débit (tonnes métriques / jour) du procédé de séparation des terres rares. Actuellement, la Société développe l’échelle en place du procédé validé avec succès en 2014 en augmentant l’échelle de grammes par jour en kilogrammes par jour. Un effort important est consacré à adapter la technique de séparation par électrophorèse des ions de terres rares existante pour réaliser l’ultime critère de séparation.

      Si réussite, la technologie émergente va révolutionner le marché des terres rares à venir et déplacera l’horizon actuel de la disponibilité de terres rares à l’avenir en faveur de la masse des applications diversifiées.

      La demande complète de brevet peut être consultée ici :
      https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO2014190434&recNum=1&maxRec=1&office=&prevFilter=&sortOption=Pub+Date+Desc&queryString=FP%3A%28pouya+hajiani%29&tab=PCT+Biblio