Brevet FR2589850A1 — publié le 19870515

PERFECTIONNEMENT A UN PROCEDE DE PRODUCTION D'HYDROXYDES DE TERRES RARES PAR TRAITEMENT DE MINERAIS CONTENANT DES PHOSPHATES DE TERRES RARES La présente invention concerne le traitement de minerais contenant des phosphates de terres rares tels que la monazite ou le xénotime. Elle concerne plus particulièrement un perfectionnement à un procédé de production d'hydroxydes de terres rares par traitement de minerais contenant des phosphates de terres rares. L'invention vise également toute autre source de phosphates de terres rares. Les procédés industriels de production d'hydroxydes de terres rares par traitement de minerais contenant des phosphates de terres rares consistent généralement à effectuer un broyage très poussé à sec ou dans l'eau, à traiter le minerai broyé par une solution aqueuse concentrée d'hydroxyde de sodium à température élevée, et à séparer à chaud, après dilution, une phase solide constituée par les hydroxydes de terres rares et une phase liquide constituée par une solution aqueuse concentrée comprenant essentiel- lement de l'hydroxyde de sodium et du phosphate de sodium. La phase liquide est éventuellement concentrée, puis l'on provoque la cristallisation du phosphate de sodium Na3PO4. 10H20. Les cristaux de phosphate de sodium sont alors séparés et l'on récupère une solution relativement riche en hydroxyde de sodium que l'on dénommera eaux-mères de cristallisation.. Cette solution contient par exemple: - hydroxyde de sodium 3,75 à 5 N soit.... 150 à 200 g/l l 5 g/l - P205................................... 1 à 5 g/i i 2 -- -- -- - - - -----.... 3 à 6 g/l - SiO 2.................. ............... 3 à 6 g l..DTD: On a déjà proposé de recycler cette solution pour l'atta- que du minerai, éventuellement après concentration. Toutefois, la silice (sous forme de silicate) tend à s'accumuler lors du recyclage (US-A-2 815 264). C'est pourquoi il est préconisé de recycler qu'environ la moitié de la solution récupérée après séparation du phosphate de sodium. La Demanderesse a mis en évidence que l'inconvénient majeur de l'accumulation de la silice par suite du recyclage était la diminution du rendement en hydroxydes de terres rares. Il convenait donc de rechercher des moyens pour éliminer la silice de la solution récupérée. La Demanderesse a découvert que la silice pouvait être éliminée de la solution récupérée par traitement de cette solution par un oxyde ou un hydroxyde de métal alcalino-terreux, et notamment de la chaux, et séparation du précipité formé. On a déjà proposé, dans un procédé de traitement de la monazite, de traiter une phase liquide par la chaux (G.A. Meerson et Li Man Khek, Russ. Met. 1965, p. 22 et GB-A-2 084 556). Il s'agit toutefois, dans ce procédé du traitement de la solution directement séparée des hydroxydes de terres rares, c'est-à-dire d'une solution contenant du phosphate de sodium et de l'hydroxyde de sodium. Dans ce procédé, on transforme la totalité du phosphate de sodium en phosphate de calcium qui précipite. Ces documents ne suggèrent pas un traitement après séparation du phosphate de sodium ni ne soulèvent le problème posé par l'accumulation de la silice. La présente invention a pour objet un perfectionnement à un procédé de production d'hydroxydes de terres rares par traitement d'un minerai contenant des phosphates de terres rares par une solution aqueuse d'hydroxyde de métal alcalin, séparation d'une phase solide constituée par les hydroxydes de terres rares et d'une phase liquide comprenant essentiellement le phosphate de métal alcalin et l'hydroxyde de métal alcalin, cristallisation à partir de cette phase liquide du phosphate de métal alcalin qui est ensuite séparée de ses eaux-mères de cristallisation comprenant essentiellement l'hydroxyde de métal alcalin puis recyclage de celles-ci, éventuellement après concentration, dans le traitement du minerai, ce perfectionnement étant caractérisé en ce que, avant recyclage, on ajoute aux eaux-mères de cristallisation du phosphate de métal alcalin, un oxyde ou un hydroxyde de métal alcalino-terreux et l'on sépare le précipité formé de la solution qui est ensuite recyclée. Ce procédé permet un recyclage total de l'hydroxyde de métal alcalin présent dans la solution récupérée après séparation du phosphate de métal alcalin contrairement à la technique anté- rieure o seulement environ la moitié de l'hydroxyde de métal alcalin pouvait être recyclée. Ce recyclage ne conduit à aucune baisse du rendement d'attaque des phosphates de terres rares. Ce traitement permet non seulement d'éliminer la silice, mais également la totalité du phosphate encore présent en solution, c'est-à-dire le phosphate qui n'a pas cristallisé au stade de cristallisation, ainsi que d'autres impuretés dont l'alumine par exemple. Les minerais de terres rares intervenant dans le procédé de l'invention sont tous les minerais de type phosphates contenant des terres rares notamment la monazite et le xénotime. Toutefois, on peut également traiter tout résidu synthétique contenant des phosphates de terres rares. On entend par terres rares, selon l'invention, les éléments de la classification périodique dont le numéro atomique va de 57 à 71 et l'yttrium ayant le numéro atomique 39. Les minerais de terres rares traités selon le procédé de l'invention peuvent contenir ces éléments selon des teneurs extrêmement variables. Les minerais de terres rares mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention sont de préférence des minerais au moins grossièrement broyés. Mais il peut également s'agir de minerais non broyés si la taille des particules est suffisamment fine. Le broyage peut être effectué de manière classique à sec ou dans l'eau. Le minerai ainsi broyé est ensuite traité à chaud par une solution aqueuse concentrée d'hydroxyde de métal alcalin conduisant à une pulpe. L'hydroxyde de métal alcalin peut être l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium ou leur mélange. C'est de préférence l'hydroxyde de sodium. Il est mis en oeuvre sous forme de solution aqueuse concentrée ayant une concentration variant entre 30 et 70 % en poids. D'une manière préférentielle, on fait appel à une solution contenant de 45 à 50 Z en poids d'hydroxyde de métal alcalin. L'attaque nécessite un gros excès d'hydroxyde de métal alcalin. On met généralement en oeuvre de 1,5 à 3 fois la stoechtométrie selon les minerais et les modalités d'attaque. Les conditions de traitement peuvent être les conditions des procédés connus. Ainsi la température peut varier de 100 à 220 C, de préférence de 130 à 180 C et la pression peut varier de la pression atmosphérique à 3. 106 Pa. La durée qui est fonction de la température et de la pression peut varier de 1 à 10 heures. En outre une agitation énergique du milieu réactionnel est nécessaire au cours de cette étape d'attaque. Après cette attaque, la pulpe est diluée à l'eau par exemple jusqu'à environ de 5 à 30 Z en hydroxyde de métal alcalin et l'on sépare le précipité d'hydroxydes de terres rares selon les techniques connues de filtration, décantation, essorage ou centrifu- gation. La phase liquide recueillie est essentiellement constituée par le phosphate de métal alcalin et l'hydroxyde de métal alcalin. A partir de ladite phase éventuellement concentrée, on provoque la cristallisation du phosphate de métal alcalin, par exemple, par refroidissement jusqu'à une température comprise le plus souvent, entre 15 et 35 C et l'on sépare d'une manière classique, les cristaux de phosphate de métal alcalin. On récupère les eaux-mères de cristallisation du phosphate de métal alcalin qui comprennent l'hydroxyde de métal alcalin et les impu- retés à éliminer. Elles contiennent donc essentiellement l'hydroxyde de métal alcalin dont la concentration peut varier entre 1 et 20 N et de préférence entre 3 et 6 N. Selon le perfectionnement apporté par la présente inven- tion, on traite les eaux-mères de cristallisation par un oxyde ou un hydroxyde de métal alcalino-terreux. A titre d'oxydes ou d'hydroxydes de métaux alcalino- terreux mis en oeuvre, on peut faire appel à la magnésie mais l'on choisit de préférence la chaux, sous une forme plus ou moins finement broyée bien qu'une forme aqueuse ne soit pas exclue mais impose ensuite l'élimination de l'eau apportée. L'oxyde ou l'hydroxyde de métal alcalino-terreux est utilisé avantageusement dans un rapport stoechiométrique de 1 à 3, et de préférence de 1,5 à 2,5, notamment de 2 environ, ce rapport 3- 2- étant calculé par rapport aux ions PO43 et SiO3 sur la base des réactions: 2 PO43 + 3 Ca2+ - Ca3(PO4)2 Sio32- + a2+ Ca2+SiO On introduit l'oxyde ou l'hydroxyde de métal alcalino- terreux dans les eaux-mères dont la température n'est pas critique et peut varier de la température ambiante jusqu'à sa température d'ébullition mais elle est comprise, de préférence, entre 70 et C, notamment 80 C environ. L'addition de l'oxyde ou de l'hydroxyde de métal alcalino- terreux peut être effectuée en continu ou en discontinu progressi- vement ou en une seule fois. A la fin de celle-ci, on maintient le milieu réactionnel sous agitation un certain temps avant l'opération de séparation. La durée séparant l'addition de l'oxyde ou de l'hydroxyde de métal alcalino-terreux et la séparation du précipité pour un procédé discontinu ou le temps de séjour pour un procédé continu, peut varier dans de larges limites, par exemple, de 10 minutes à heures mais est avantageusement compris entre 1 et 3 heures. Le précipité obtenu contenant les impuretés à éliminer (silicate, phosphate) est séparé du milieu réactionnel selon les techniques classiques de séparation liquide-solide: filtration, décantation, essorage et centrifugation. La phase liquide est constituée par la solution d'hydro- xyde alcalin qui est susceptible d'être recyclée lors du traitement de minerai. Il est possible de concentrer si nécessaire ladite solution avant son recyclage. Le procédé selon l'invention permet de recycler la solution d'hydroxyde alcalin sans que l'on constate une baisse du rendement en hydroxydes de terres rares. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on a represent6 sur la figure I annexée un mode de réalisation préférée de l'invention. Dans un réacteur 1, sont ajoutés un minerai broyé 2 contenant des phosphates de terres rares ainsi que de la soude neuve 3. Après réaction, le produit de réaction est dilué en 4 par par apport d'eau 5. Après cette dilution, on sépare le précipité d'hydroxydes de terres rares en 6. On récupère les hydroxydes de terres rares en 7 et en 8 une phase liquide comprenant essentiellement le phosphate de sodium et de l'hydroxyde de sodium. A partir de cette phase liquide, on sépare le phosphate de sodium par cristallisation en 9. On récupère en 10, le phosphate de sodium et en 11 les eaux-mères de cristallisation du phosphate de sodium. Selon l'invention, à ces eaux-mères on ajoute en 13 un oxyde ou un hydroxyde de métal alcalino-terreux 12 tel que CaO. On sépare en 14 le précipité formé 15 de la solution 16. Cette solution peut 8tre concentrée en 17 avant d'être recyclée dans le réacteur 1. Les exemples suivants illustrent la présente invention. EXEMPLE 1 - On traite 6 ms d'eaux-mères obtenues après cristallisation du phosphate de sodium. Les eaux-mères contiennent: 936 kg de NaOH libre (soit 156 g/l) kg de P205 76 kg de NaOH liée sous forme de phosphate 19 kg de SiO2 (soit 3,17 g/l) -kg de A1203 On ajoute à ces eaux-mères & 80 C, 142 kg de chaux (soit un rapport stoechiométrique de 2). On laisse sous agitation pendant deux heures, puis on filtre et on lave le précipité à l'eau. On obtient une solution aqueuse d'un volume de 5,8 m3 contenant 1000 kg de NaOH, 2,5 kg de SiO2, 4 kg de A1203, et qui est dépourvue de phosphate. EXEMPLE 2 - On effectue une série d'essais encha!nés simulant le procédé selon l'invention, avec traitement des eaux-mères de cristallisation du phosphate de sodium par la chaux à 80 C pendant 2 heures. La chaux est introduite de façon que le rapport stoechio- métrique soit voisin de 2. On constate que la concentration en P205, A1203, SiO2 devient rapidement constante dans les eaux-mères de cristallisation au cours des différents essais enchaînés. On a obtenu des rendements en hydroxydes de terres rares qui sont les suivants: Essai 1 2 3 4 5 Rendement 96,7 96,4 97,5 96,9 96,5 * = premier essai sans recyclage Ces résultats mettent en évidence la possibilité du recyclage total de l'hydroxyde de sodium après traitement par la chaux. EXEMPLE COMPARATIF - On a procédé comme à l'exemple 2, mais sans effectuer de traitement par la chaux. Les rendements en hydroxydes de terres rares sont les suivants: Essai 1 2 3 4 5 Rendement t 97,0 93,6 94,3 93,8 93,5 * - premier essai sans recyclage Ces résultats mettent en évidence la perte de rendement liée au recyclage lorsqu'on n'effectue pas de traitement par la chaux. R E V E N D I CATIONS I - Un perfectionnement à un procédé de production d'hydro- xydes de terres rares par traitement d'un minerai contenant des phosphates de terres rares par une solution aqueuse d'hydroxyde de métal alcalin, séparation d'une phase solide constituée par les hydroxydes de terres rares et d'une phase liquide comprenant essentiellement le phosphate de métal alcalin et l'hydroxyde de métal alcalin, cristallisation à partir de cette phase liquide du phosphate de métal alcalin qui est ensuite séparée de ses eaux-mères de cristallisation comprenant essentiellement l'hydroxyde de métal alcalin puis recyclage de celles-ci, éventuellement après concentra- tion, dans le traitement du minerai, ce perfectionnement étant caractérisé en ce que, avant recyclage, on ajoute aux eaux-mères de cristallisation du phosphate de métal alcalin, un oxyde ou un hydroxyde de métal alcalino-terreux et l'on sépare le précipité formé de la solution qui est ensuite recyclée. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'oxyde ou l'hydroxyde de métal alcalino-terreux est la chaux. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les eaux-mères de cristallisation contiennent essentiel- lement l'hydroxyde de métal alcalin dont la concentration peut varier entre 1 et 20 N. 4 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite concentration est comprise entre 3 et 6 N. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'oxyde ou l'hydroxyde de métal alcalino-terreux est utilisé dans un rapport stoechiométrique de 1 à 3 par rapport aux ions P 043 et SiO32-. 6 - Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit rapport stoechiométrique est de 1,5 à 2,5. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'addition de l'oxyde ou de l'hydroxyde de métal alcalino- terreux est effectuée dans les eaux-mères dont la température peut varier de la température ambiante jusqu'à sa température d'ébulli- tion. 8 - Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que ladite température peut varier entre 70 et 90'C. 9 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que ladite température est d'environ 80'C. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que la durée entre l'addition de l'oxyde ou de l'hydroxyde de métal alcalino-terreux et la séparation du précipité ou le temps de séJour dans un procédé continu peut varier entre 10 minutes et heures. 11 - Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que ladite durée ou le temps de séjour est compris entre 1 et 3 heures. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11l caractérisé en ce que l'on concentre ladite solution après séparation du précipité.