Étude de la distribution des radionucléides dans la chaîne de traitement et d'extraction d'éléments de terres rares à partir de gisements québécois

« RÉSUMÉ : Les éléments de terres rares (ETR) sont cruciaux pour une multitude d'industries et figurent par ailleurs sur les listes québécoise et canadienne des minéraux critiques et stratégiques (MCS). Néanmoins, le développement de l’industrie des ETR est ralenti par de nombreux facteurs, notamment la présence d’éléments radioactifs qui soulève des considérations sociales et environnementales. Cette radioactivité est essentiellement due à la présence d’uranium (U) et de thorium (Th), couramment associés aux gisements d’ETR. Alors que beaucoup d’articles scientifiques documentent les procédés de transformation utilisés en termes de rendements et d’efficacité vis-à-vis des ETR, peu de documentation s’attarde au sort des radionucléides présents et à l’effet de divers paramètres sur leur distribution. Dans cette perspective, ce mémoire de maîtrise vise à évaluer la distribution et le devenir de l'U-238, du Th-232, du Ra-226 et du Pb-210 dans le traitement et l'extraction d’ETR à partir d'un matériau provenant d’un gisement d’ETR. Après une revue de la littérature, deux procédés utilisés à l'échelle industrielle, à savoir, la flottation et la cuisson à l’acide sulfurique, ont été reproduits au laboratoire, afin d'enrichir le matériau en minéraux porteurs d’ETR et de solubiliser les ETR, respectivement. Par la prise d’échantillons et la réalisation d’analyses élémentaires et radiologiques et de bilans de masse, il a alors été possible d’évaluer la répartition des éléments radioactifs à travers ces procédés. L’utilisation d’un plan factoriel a également permis de quantifier l’effet de divers paramètres sur cette répartition et d’en affiner la compréhension. Le projet visait à reproduire la qualité des concentrés produits en usine, sans tenir compte du rendement de récupération (qui pourrait être améliorer en améliorant les conditions d’opération, notamment lors de la flottation).»

Abstract

« ABSTRACT : Rare earth elements (REE) are crucial for many industries and are listed as critical and strategic minerals in Québec and Canada. However, the development of the REEs industry has been slowed by several factors, especially the presence of radionuclides and associated radioactivity, which raises social and environmental concerns. This radioactivity is mainly due to the presence of uranium and thorium, commonly associated with REE deposits. While many scientific papers document the processing methods used in terms of performance and efficiency with regards to REE, few papers focused on the fate of the radionuclides present and the effect of various parameters on their distribution. In this context, this master's thesis focuses on evaluating the distribution of U-238, Th-232, Ra-226 and Pb-210 in the processing and extraction of REE from REE deposits. After a literature review, two processes used at industrial scale, namely flotation and sulfuric acid baking, were reproduced in the laboratory to enrich the ore and solubilize the REE from the concentrate, respectively. By sampling and performing elemental and radiological analyses and mass balances, it was then possible to assess the distribution of radioactive elements across these processes. A factorial design has also been used to quantify the effect of various parameters on this distribution and to refine our understanding of this behavior. This MSc thesis was aimed at reproducing the quality of REE-bearing concentrate usually found at industrial scale, without considering the REE-bearing recovery efficiencies, especially during flotation, where operating conditions can be modified to improve its performance. The flotation concentrate containing 53.5% of the original REE contained nearly the same proportion of the Th-232 present in the ore, indicating that the Th was distributed in the same way as the REEs. On the other hand, U-238 was not enriched to a notable extent in the concentrate or in the flotation tailings. Analysis of the process effluent did not show detection of radionuclides, which were not solubilized during the flotation process, which can be explained by the type of minerals encountered in the initial material, the reagents used and the pH. This can be explained by several factors, including the nature of the minerals, the reagents used and the pH. In addition, analysis of flotation products revealed that the secular equilibrium of the U-238 decay chain has been broken by the release of radon-222 (Rn-222; son of Ra-226), unlike the Th-232 chain where the secular equilibrium was conserved.»