Multistage leaching of rare earth elements from primary source: a sustainable approach to avoid fluorine contamination by roasting with aluminum hydroxide

ABSTRACT

Bastnaesite ore (primary source), with a formula of REE (CO₃) F, contains light rare earth type of cerium (Ce) and lanthanum (La) rich content along with 8–10% fluorine. A conventional method such as direct acid leaching causes environmental apprehensions such as the evolution of HF gas which causes adverse effects on the environment. Therefore, a novel and sustainable beneficiationmetallurgy process comprised of roasting the ore with the aluminum hydroxide (Al (OH)₃) to deactivate fluorine followed by hydrochloric acid leaching and multistage water leaching was proposed. Leaching from roasted ore was achieved with hydrochloric acid and several parameters affecting REE were optimized. The best results were achieved at a pulp density of 10% w/v, the temperature of 45 °C, 4 mol/L of HCl dosage, 6% of hydrogen peroxide, time of 240 min, and agitation of 280 rpm. Consequently, percentage extraction of Ce and La reached 97.80 and 95.07 % respectively with a high purity of REE oxide product at optimum conditions. Multistage leaching was established at optimum conditions and the percentage recovery of REE was found to be ≥ 99.24%. XRD and SEM-EDX analyses confirmed the formation of metal fluoride complexes (MFx) and recovery of REE.

Le minerai de bastnaésite (source primaire), avec une formule d'ÉTR (CO₃) F, contient un type de terres rares légères riche en cérium (Ce) et en lanthane (La) ainsi que 8 à 10% de fluor. Une méthode conventionnelle telle que la lixiviation acide directe entraîne des appréhensions environnementales telles que l'évolution de gaz HF qui entraîne des effets indésirables sur l'environnement. Par conséquent, on a proposé un nouveau procédé de métallurgie d'enrichissement durable comprenant le grillage du minerai avec de l'hydroxyde d'aluminium (Al(OH)₃) pour désactiver le fluor, suivi d'une lixiviation à l'acide chlorhydrique et d'une lixiviation aqueuse en plusieurs étapes. On a réalisé la lixiviation du minerai grillé avec de l'acide chlorhydrique et l'on a optimisé plusieurs paramètres affectant les ÉTR. On a obtenu les meilleurs résultats à une densité de pulpe de 10% p/v, une température de 45ºC, un dosage de 4 mol/L de HCl, 6% de peroxyde d'hydrogène, une durée de 240 min et une agitation de 280 tr/min. En conséquence, le pourcentage d'extraction de Ce et La a atteint 97.80 et 95.07% respectivement avec une pureté élevée du produit d'oxyde d'ÉTR dans les conditions optimales. On a établi la lixiviation en plusieurs étapes dans les conditions optimales et le pourcentage de récupération des ÉTR était ≥ 99.24%. Les analyses XRD et MEB-EDX ont confirmé la formation de complexes de fluorure métallique (MFx) et la récupération des ÉTR.

KEYWORDS:

• Bastnaesite
• rare earth metals
• multistage leaching
• roasting
• metal fluoride

Acknowledgment:

The author acknowledges the Department of Chemistry, University of Agriculture, Faisalabad, 38040, Pakistan and Key Laboratory of Functional Inorganic Material Chemistry, Ministry of Education of the People's Republic of China, Heilongjiang University, Harbin, 150080, China, for their support and facilitation during the research work.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).