Pro je t SC ANDIUM & T ERRES RARES Enric hisse m e nts e n Sc - PDF document

Invita tio n REST IT UT IO N d e MISSIO N Pro je t SC ANDIUM & T ERRES RARES « Enric hisse m e nts e n Sc a nd ium e t T e rre s Ra re s da ns le s pro fils la té ritiq ue s de No uve lle C a lé do nie : a p pro c he s g é o c him iq ue s, m iné ra lo g iq ue s e t te sts d ’e xtra c tib ilité » e ve ndre di 15/ 04/ 16 – à l’IRD sa lle 2 – à 9h L Le C NRT vo us invite à p a rtic ip e r à la ré unio n d u 15/ 04/ 2016 a nimé e p a r Mic he l C a the line a u (C NRS, G e o re sso urc e s) C o o rd ina te ur d u p ro je t O b je c tif d e la ré unio n Po ints fo rts d u Pro je t L’étude proposée vise dʼune part à diversifier lʼoffre Michel Cathelineau profite de sa présence en Nouvelle- Calédonie pour présenter les travaux du Labex en ressources minérales proposée par la Nouvelle- Ressources21 (Laboratoire d’excellence : Calédonie, et dʼautre part, à contribuer à « Ressources métalliques stratégiques du 21 ème l’approvisionnement en métaux stratégiques à siècle ») et notamment le programme nickel 2014- haute valeur ajoutée. L’idée étant de travailler sur 2017. les métaux valorisables en sous-produits de Ni et Co, les métaux stratégiques potentiellement L’équipe scientifique présentera ensuite : présents dans ce contexte sont le Scandium, et dans une moindre mesure les terres rares. L’étude - Le premier livrable du programme : le rapport va ainsi s’attacher à comprendre les processus de bibliographique transport et de piège de ces métaux dans les - intitulé « La ressource scandium - Potentiel altérites, en lien avec les connaissances acquises économique & gîtologique ». sur Ni et Co, et d’établir le potentiel des différents types de gisements en ces métaux. Ce rapport sera diffusé lors de la restitution - Les résultats des premières analyses réalisées sur les échantillons existants L e s site s d ’ é c ha ntillo nna g e - Un bilan de la 1 ère mission de l’équipe scientifique en NC en faisant • Cap Bocage notamment un point sur les sites sectionnés et • Koniambo les échantillons prélevés. ; • Thiébaghi • - La planification des tâches à venir Nakéty – N’go Pour tous renseignements Contactez le CNRT Tél. : 28 68 72 cnrt@cnrt.nc

RESSOURCES 21 Strategic metal resources for the 21st century 9 years: 2011-2019 Funding: 9 millions Euros , Consolidated costs: € 36.7 millions Euros Administrative supervision Scientific laboratories (Geosciences and Bio-geosciences) pour prendre le repas ensemble Observatory Earth and Environment Of Lorraine 1 1

Labex Ressources 21 Carnot ICEEL Carnot IFREMER Labex Voltaire Carnot BRGM Carnot ISIFOR

Evolution récente des besoins en raison � � 1) d ʼ un Accroissement massif des besoins des pays émergents dont la Chine � 2) de besoins d ʼ Innovation industrielle rapide � (technologies « vertes », TIC, transport ) � + de 50 éléments chimiques différents dans les portables et ordinateurs Filière photovoltaîque Besoins en Ge, Ga, .. Eolienne : 500 kg terres rares (Nd, …) - Assurer l’approvisionnement des grands groupes industriels - Éviter les situations de monopole (terres rares, W, fluorine, Sb : > 90 % produits par la Chine) - Importer des éléments chimiques produits dans des conditions sociales et environnementales correctes - >>> car le recyclage sera insuffisant, beaucoup de difficultés techniques

Nd, Dy Nd, La, Ce Ge, In, Sb Context Industry needs to ensure availability of strategic metals Supply risk Energy Transition Sc, Nb, Ta Rare Earth Elements Photovoltaic sector, Sc Eolian energy PGE Ge Mg Ga In F High Tech. Economic Be Materials Co importance Ta Cr 10 V Re Li Mo Zn Mn Te Cu Ni

Projets du LabEx RESSOURCES21 PhD, post-doc, projects Supply Risks 3-year project Ni 3-year project REE 5 REE Ce, Eu, Gd Sc Platinoides Ge Mg Ga In F Economic Be importance Co 1 Ta Cr 10 V Re Li 5 10 Mo Zn Mn Te Co Ni OTELo - LaBex RESSOURCES 21 5

Objectives : Insufficient recycling, increasing demand >>> New mines Life cycle of strategic elements (REE, Ge, In, Nb, Ta, … .) Maintain sustainability Where are the resources for Numerous knowledge gaps the future? New prospection tools Understanding How to minimize concentration processes energy and Preserve the environment mass fluxes Evaluate the environmental Improve clean Source rock Impact and risks and efficient Transport Remediate contaminated extraction (fluid, magma) soils Concentration Exploitation (mine) (ores) Extraction (mill) Dispersion Separation (plant) Bio-concentration transport Bio-availability (waters) Eco-toxicity Geo-availability x 10 2 to 10 5 Concentrate Metal salt or alloy 6

Disciplines, skills A cross-disciplinary approach favored by LabEx >> New integrated projects of the • Geology, field work Geosciences and Bio-geosciences community • In situ approaches in Mineralogy Geochemistry • Ore processing, • Soil sciences including isotopes Flotation • Botany • Hydrometallurgy • Biology, ecotoxicology • 3D modeling,transfers • Aquatic chemistry • Phytomining • Thermodynamic modeling Agromining and experiments including biosphere (mesocosms) 7

Means High performance equipment In situ analysis at the disposal of all researchers: • LA-ICP-MS Analytical platforms All metals down to ppm, almost all • Experimentation matrices including High P and T biological material Modeling platform • Flotation unit • in situ dating (U-Pb) • 3D modeling (GOCAD) • Hydrometallurgy • transfer- discontinuous (in progress) Isotope geochemistry media • Mesocosm and (ion probe, MC-ICP-MS) • Thermodynamic effects on biosphere • Ni and Ge isotopes modeling including (ecotox tests) • dating : Re-Os, biological processes U-Pb, Sm-Nd • K-Ar laboratory In addition to Microscopies (LT, LR, Cathodo, UV) SEM (2), QEM XRD, X-ray tomography, IR, Raman spectroscopies Labex co-funding Organic geochemistry • Ion probe (Cameca1280) (GC-MS, Q-tof MS) • K-Ar lab. • New LA-ICPMS 8

Research Strategy • 2012-2013 : open calls (international: post-doc, chair, small projects) >> projects on Ge-In, Nb-Ta, and new methodologies (discontinuous media modeling, biosensors, ecotox risk evaluation, in situ measurements) preparation of large projects through post-docs • 2014-2019 : series of strategic workshops >> favoring a general synergy and cross-disciplinary projects >> two major projects gathering knowledge from all participants and promoting innovation The chemical element becomes the bridge between all approaches 1- Ni , Co, Mn, Sc , Cr 2- REE and associated metals (Nb-Ta, U-Th) program 2014-2017 program 2015-2019 9

Thr hree-y ee-year ear pr project oject Nic Nickel el (Co, , Sc Sc) )

Where, Why, How ? 1- Life cycle of Ni Understanding the process and related chemical elements (Co, Sc, Mn) of natural enrichment In laterites (Fe-oxides and Case of laterites on ultrabasites silicates) (New Caledonia, Philippines) Ore processing of Ni-ores: the fine grained ore problem Extraction from soils and plants: Phytomining and agromining of Ni Impact of Ni on New Caledonia : biosphere • the only French production (except Au in French Guiana) • 10% of the world production of Ni • French mining operators : ERAMET (SLN) and small producers 11

Conceptual and numerical model of Ni enrichment in discontinuities (silicate ore) Eaux météoriques 25 °C 50 °C OTELo - LaBex RESSOURCES 21

Olivine (Dunite) Understanding the Laterite process of natural Ni-goethite Kerolite 2 enrichment Relationships laterite- tectonic Si, Mg, Ni activity - water movements Kerolite 1 A new model for the kerolite solid solution A new model of Qz, SiO 2 am (Raman, TEM, QEMA) Ni redisribution J. Raman Spectroscopy, 2015 Magnesite as Ni silicate Min. Dep. 2015 The fate of magnesium in the vicinity of Ni rich laterites d=9,5 Å 3650 3660 3700 3685 Syntectonic magnesite 3675 Geology 2013 3670 3644 3636 3626 Magnesite formation after Specific serpentine polymorphs Contrib. Mineral. Petrol. 2013 13

Fig. 4 B C Lz II A Tlc Plg. Srp. Tlc 1 cm 1 cm Lz I 5980 Liz I Ni-Mg krl Plg.Srp. 3690 cm -1 1 cm 4980 Lizardite I Tlc 1780 ¡ 1380 ¡ Lz II 3676 ¡cm -­‑1 ¡ Lizardite II 1580 ¡ Talc 3980 1180 ¡ 3696 cm -1 White) 3690 cm -1 1380 ¡ 980 ¡ Polygonal 3706 cm -1 1180 ¡ 2980 serpentine 780 ¡ 980 ¡ 780 ¡ 1980 580 ¡ 580 ¡ 380 ¡ 380 ¡ 980 3661 ¡cm -­‑1 ¡ 180 ¡ 180 ¡ -20 -­‑20 ¡ -­‑20 ¡ 3600 ¡ 3650 ¡ 3700 ¡ 3750 ¡ 3600 ¡ 3650 ¡ 3700 ¡ 3750 ¡ 3600 3650 3700 3750

Mg 3 Ni 3 Mg 3 Ni 3 Mg 2 Ni MgNi 2 Ni/ Ni+ Mg Calibration: Cathelineau et al., 2015, J. Raman Spectroscopy

Cathelineau et al., Min Dep 2015

Numerical modeling of laterite formation- PhD Thesis Andrey Myagkiy 1-D Reactive Multicomponent Transport model: • 25 o C with the code PHREEQC associated with the llnl thermodynamic database • Kinetically controlled olivine dissolution The obtained sequence is the following: Goethite/Hematite/Saponite-Mg/ Ni talc-like/Quartz/Kerolite/Magnesite. This sequence coincides in terms of main minerals with a qualitative diagram of decreasing solubility (Golightly, 2010).