CN117295557A

CN117295557A - 矿物分离方法

Info

Publication number: CN117295557A
Application number: CN202280031210.XA
Authority: CN
Inventors: R·史密斯
Original assignee: Uk Lithium Research Ltd
Current assignee: Uk Lithium Research Ltd
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2023-12-26
Also published as: WO2022233586A1; CA3214482A1; AU2022268510A1; EP4334038A1; GB2606379A

Abstract

本发明涉及用于从含有弱顺磁性锂云母矿物和脉石的研磨的进料流中有效地对顺磁性锂云母矿物进行选矿(分离和浓缩)的选择性湿式磁性分离方法。该方法包括将含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流(A.)进料到低强度磁选机(B.)和湿式高梯度磁选机(2.，3.，4.)的系列，优选地湿式高梯度磁选机为立式脉动湿式高梯度磁选机，并且从其中获得含有顺磁性锂云母矿物的产物流(H.)，以及含有高磁性废物的废物流(C.)和含有非磁性脉石的废物流(E.，G.，I.)。

Description

矿物分离方法

技术领域

本发明涉及用于从含有弱顺磁性锂云母矿物、高磁性含铁废物和非磁性脉石的研磨的进料流中对弱顺磁性锂云母矿物进行选矿(分离和浓缩)的选择性湿式磁性分离方法，该方法使用湿式磁选机系列，例如低强度磁选机(“LIMS”)、湿式高梯度磁选机(“WHGMS”)和立式脉动湿式高梯度磁选机(“VPWHGMS”)，以从中获得适合于进一步处理以提取锂的浓缩的顺磁性锂云母矿物。本发明还涉及用于从含有弱顺磁性锂云母矿物、高磁性含铁废物和非磁性脉石的研磨的进料流中对弱顺磁性锂云母矿物进行选矿的磁性分离装置。本发明的方法可以用于实现>90％的弱顺磁性锂云母矿物回收至精矿。

背景技术

选矿用于采矿和相关行业，通过移除“脉石”矿物(无价值或低价值污染物)来提高矿物矿石进料的经济价值，以提供更高等级或浓缩的、有价值的产物。然而，就能源和化学品两者而言，选矿可能是浪费的方法，可以提供有价值的产物的低回收率。选矿方法通常使用高能研磨、化学表面活性剂和其他试剂来提高矿物浓度。基于不同材料在物理特性上的对比(例如颜色、辐射度、磁性或静电敏感性、密度、形状或粒径)，选矿矿石的物理手段也可以用于将不同的材料提取到离散的工艺流中。例如，磁性分离可以“间接”用于从所需的矿石中移除磁性污染物，或者用于“直接”从非磁性污染物中移除磁性目标矿物。

需要湿磨才能从脉石中释放或分离所需的矿物(例如锂云母或锂辉石(lithium-spodumene))。

各种选矿方法可以组合用在湿的、研磨的进料上，以实现所需的选矿效率或纯度。例如，伟晶岩和锂辉石承载的锂矿床(它是目前世界上最大的锂源)已知作为从锂辉石中提取锂的前体使用致密介质分离(dense media separation)加化学泡沫浮选技术进行选矿。浮选技术需要使用昂贵的消耗性表面活性剂，例如脂肪酸，其可能对环境有害且可以需要修复。浮选中的关键参数之一是进料的粒度分布，多项研究表明用于浮选的最佳粒度范围相对较窄，大约为20μm至150μm，这需要对矿石进行能源密集型研磨，并且还可以产生无法经济回收的细颗粒。泡沫浮选得到广泛使用；然而，已经发现锂辉石生产商通常回收矿石中所需的锂辉石含量的仅60％至70％，这意味着30％至40％的锂通过工艺废物损失。此外，用于锂辉石的选矿方法非常复杂，通常涉及破碎(crushing)、磨碎(grinding)、液压分选、磨损洗涤(attrition scrubbing)、调节、多级化学浮选和致密介质分离的多个阶段。这是耗时、昂贵、劳动密集的，而且复杂性可以导致低整体工厂可用性和质量回收率。此外，使用酸性试剂进行浮选可以产生危险的酸性尾矿。

锂辉石是一种辉石矿物，其由锂铝链状硅酸盐LiAl(SiO₃)₂组成，不具有磁性或顺磁性，因此不能通过磁性分离与脉石矿物分离和浓缩。磁性分离已知用于通过从锂辉石矿石中移除微量磁性污染物来间接浓缩锂辉石，但不用于直接浓缩锂辉石。

在欧洲和其他地方的花岗岩中的锂云母矿物中也存在广泛的潜在经济的锂矿床(deposit of lithium)，其中还含有脉石矿物，主要是石英和长石。然而，锂从未从锂云母中商业提取，因此为了商业开发这些矿床，需要开发环境可持续和经济的方法，其用于从作为从云母中提取锂的前体的脉石矿物中分离和浓缩锂云母矿物。

云母是所有成岩矿物中化学上变化最大的矿物组。并非所有云母矿物都含有锂，但那些含有锂的云母矿物也可以(但并非总是)在其晶体基体中含有铁，或者以氧化铁的亚微观内含物的形式作为杂质，这使得它们具有非常弱的磁性或顺磁性。

锂云母矿物例如铁锂云母KLiFeAl(AlSi₃)O₁₀(OH,F)₂(钾锂铁铝硅酸盐氢氧化物氟化物)和多硅锂云母(polylithionite)KLi_1.7Na_0.3AlSi₄O₁₀F(OH)是比锂辉石LiAl(Si₂O₆)(锂铝链状硅酸盐)更复杂的矿物，并且含有较少的锂。例如，纯铁锂云母含有八种元素，锂仅占矿物质量的1.59％，而锂辉石仅含有四种元素，其中锂占纯矿物质量的3.73％。

鉴于在干式磁性分离之前干燥研磨的进料的能源成本非常高，因此需要使用湿式磁性分离而不是干式磁性分离的高效选矿方法。

鉴于弱顺磁性锂云母和脉石的磁化率中的对比度非常低，单级湿式磁性分离不能充分回收或浓缩锂云母，因此需要具有回收流的改进的多级湿式磁性分离方法，以获得可接受的回收率和精矿等级(concentrate grade)。

鉴于与锂辉石相比，锂云母矿物品位较低且矿物复杂性较高的缺点，因此需要用于锂云母矿物的选矿方法，其提高矿物回收效率、减少加工步骤、提高对特定矿石的特异性、降低成本和降低对环境的影响。还需要不要求使用对环境有害的化学试剂或方法的选矿方法。

替代技术是使用脂肪酸试剂直接浮选锂云母。这涉及添加酸以降低pH值，导致酸性废物并产生精矿的低回收率。

商业开采锂的主要来源是盐水溶液(主要在南美洲)和含锂辉石的矿石(主要在西澳大利亚州)。至今，还没有从锂云母花岗岩矿石或精矿中商业化生产锂。

在实验室中已经几次尝试对锂云母矿物进行选矿。重要的是，这些现有技术的尝试聚焦于使用重力或密度分离或浮选非磁性锂云母矿物(例如锂云母)，或聚焦于使用干式磁性分离顺磁性锂云母矿物，并且这些现有技术的尝试都不涉及所建议的使用低强度磁选机(“LIMS”)进行间接浓缩，然后使用湿式高梯度磁选机(“WHGMS”)或立式环形脉动湿式高梯度磁选机(“VPWHGMS”)进行直接浓缩的顺序。

出于回收锂的目的，已经描述了从有价值的矿物中移除锂云母矿物作为废物，但不直接浓缩顺磁性锂云母矿物的其他方法。

从用于云母矿物的选矿的其它已知方法的综述来看，无论它们是否为锂云母矿物，现有技术中尚未知与本发明方法所证明的那些一样高的回收效率。同样，许多云母材料的顺磁性是未知的，它们作为分离手段的效用先前在学术和专利文献中没有描述过。

一种材料与另一种材料的磁性分离或从流中移除磁性颗粒的使用取决于它们响应于磁力和其他竞争外力(即重力、惯性、流体动力和离心力)的运动，在设计有效方法时所有这些都需要考虑。在磁场中磁性较强颗粒和磁性较弱颗粒的成功分离的必要条件是作用在磁性较强颗粒上的磁力必须大于所有竞争力的总和。在一个实施例中，本发明使用浆料的垂直流体流动和脉动来协助顺磁性云母矿物的分离。

含有锂云母的花岗岩矿石可能含有低浓度的含铁矿物。通过分离或释放彼此不同的矿物，对矿石进行研磨以准备选矿，必然引入高磁性含铁废物，该高磁性含铁废物可以包括来自破碎和磨碎介质的切屑。已经发现含铁矿物和切屑污染用于提取和浓缩顺磁性矿物的高强度磁选机。此外，高磁性切屑通常还含有铬，已经发现其对从锂云母矿物中提取锂的后续方法有害。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供用于从研磨的进料流中有效地对顺磁性锂云母矿物进行选矿(分离和浓缩)的湿式磁性分离方法，该研磨的进料流含有与高磁性含铁废物和非磁性脉石混合的弱顺磁性锂云母矿物，其中该方法包括：

将含有弱顺磁性锂云母矿物、高磁性含铁废物和非磁性脉石的研磨进料流进料到具有第一磁场强度的低磁场强度磁选机(“LIMS”)中，以提供包含高磁性废物的第一废物流，以及包含顺磁性锂云母矿物和非磁性脉石的间接浓缩的第一产物流；

随后将第一产物流进料到第一湿式高梯度磁选机(“WHGMS”)中，该第一湿式高梯度磁选机具有大于LIMS的第一磁场强度的第二磁场强度，以提供包含非磁性脉石和残留的滞留的顺磁性锂云母矿物的第二废物流，以及包含直接浓缩的顺磁性锂云母矿物和相对于第一产物流降低浓度的非磁性脉石的第二产物流，还包括以下中的一个或多个：

将第二废物流进料到第二WHGMS中，以回收额外的、残留的滞留的顺磁性锂云母矿物，并且提供包含浓缩的顺磁性锂云母矿物和相对于第二废物流降低浓度的非磁性脉石的第三产物流，以及包含非磁性脉石的第三废物流；和/或

将第二产物流和可选地第三产物流进料到第三WHGMS中，以提供包含进一步浓缩的顺磁性锂云母矿物的第四产物流，以及非磁性物质的第四废物流，优选地，当相对于第二产物流时，该顺磁性锂云母矿物具有更高的锂等级；和/或

可选地将包含非磁性脉石和残留的滞留的顺磁性锂云母矿物的第四废物流进料到第二WHGMS中，以将额外的顺磁性锂云母矿物回收到第三产物流中。

低和高磁场强度分离的系列可以用于实现特定的顺磁性锂云母矿物的高选矿质量产量，并且克服具有非常低磁化率对比度的分离材料的困难。

该方法可以包括垂直流体流动和脉动浆料进料结合低和高磁场强度分离的系列的使用，以实现特定的顺磁性锂云母矿物的高选矿产量。

研磨的进料流优选为浆料。

LIMS优选具有足以分离第一高磁性废物流的第一磁场强度，同时还不足以吸引顺磁性锂云母矿物。

本文中第一WHGMS也称为“粗选(rougher)”。

本文中第二WHGMS也可以称为“扫选(scavenger)”。

第三WHGMS也可以称为“精选(cleaner)”。

第二废物流包含由粗选WHGMS产生的非磁性脉石，优选包含与非磁性脉石混合的残留或滞留的顺磁性锂云母矿物。

相对于第二和第三产物流，第四产物流优选具有升高浓度的顺磁性锂云母矿物。第四废物流包含由精选WHGMS产生的非磁性脉石，优选包含与非磁性脉石混合的低浓度的剩余的顺磁性锂云母矿物(例如残留或滞留的顺磁性锂云母矿物)，第四废物流可选地可以循环到扫选WHGMS，以回收残留的滞留的顺磁性锂云母矿物。

可选地，第四废物流可以包含与升高浓度的非磁性脉石混合的降低浓度的顺磁性锂云母矿物，从而导致锂浓度低于预定的最小量。可以选择预定的最小量以对应于被认为用于进一步提取是不经济的锂含量，在这种情况下，第四废物流可以视为最终废物流，不需要进一步选矿。

根据本发明的第二方面，提供用于从进料流中湿式磁性分离湿磨的顺磁性锂云母矿物的装置，该进料流含有与高磁性含铁废物和非磁性脉石混合的弱顺磁性锂云母矿物，该装置包括：

浆料进料源，其包含与非磁性脉石和高磁性含铁废物混合的研磨的弱顺磁性锂云母矿物；

具有第一磁场强度的LIMS，该LIMS配置为接收浆料进料源，并且还包括配置为提供第一高磁性废物流的第一废物出口，以及配置为提供包含顺磁性锂云母矿物和非磁性脉石的第一产物流的第一产物出口；

具有第二磁场强度的粗选WHGMS，该粗选WHGMS配置为从LIMS接收第一产物流，并且还包括配置为提供包含非磁性脉石和残留的滞留的顺磁性锂云母矿物的第二废物流的第二废物出口，以及配置为用于提供包含浓缩的顺磁性锂云母矿物和当相对于第一产物流时降低浓度的非磁性脉石的第二产物流的第二产物出口，

其中第二磁场强度大于第一磁场强度，以及包括以下中的一个或多个：

扫选WHGMS，其能够操作以接收来自粗选WHGMS的第二废物流，其中扫选WHGMS还包括配置为提供包含浓缩的顺磁性锂云母矿物和相对于第二废物流降低浓度的非磁性脉石的第三产物流的第三产物出口；和/或

精选WHGMS，其能够操作以接收来自粗选WHGMS的第二产物流和/或来自扫选WHGMS的第三产物流，以提供包含相对于第二和第三产物流升高浓度的顺磁性锂云母矿物的第四产物流，以及可选地能够回收到扫选WHGMS用于回收残留的滞留的顺磁性锂云母矿物的第四废物流。

术语“研磨的”用于指具有减小粒径的固体材料，通过包括破碎、磨碎和分级或可选地洗涤和分级的方法分离或释放彼此不同的矿物。

需要对颗粒进行尺寸分级，以确保大部分材料进料的尺寸适合用于磁性分离。优选地，进料流具有1-3mm的最大粒径。优选地，进料流具有在10μm和50μm之间的最小粒径。

湿式磁性分离方法还可以包括对含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流进行脱泥，优选通过使用水力旋流器(hydrocyclone)来提供含有顺磁性锂云母矿物的脱泥、研磨的进料流，该进料流包含具有大于10μm的平均粒径(d₅₀)的颗粒，优选大于20μm，优选大于50μm。对研磨的进料流进行脱泥以移除平均粒径(d₅₀)为10μm或更小，优选20μm或更小，优选50μm或更小的超细颗粒(其不易通过磁性分离或其他选矿方法分离)，将进料质量减少10％至25％，同时损失少于5％至10％的所含顺磁性锂云母矿物，并增加浆料密度。

进料流或进料源可以包含多个进料流级分。每个进料流级分可以包括含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流，该进料流级分包含在预定的最大粒径范围内具有最大粒径的颗粒。进料流或进料源可以包含多个进料流级分，其中一个或多个(优选每个)进料流级分包含不同预定的最大粒径范围内的颗粒。一个进料流级分内的预定的最大粒径范围可以与一个或多个其它进料流级分的预定的最大粒径范围重叠。一个进料流级分内的预定的最大粒径范围可以区别于一个或多个其它进料流级分的预定的最大粒径范围。

该方法可以包括将每个进料流级分或一个或多个进料流级分的组合进料到WHGMS中，并且从其中获得顺磁性锂云母矿物精矿产物流。一个或多个(例如每个)进料流级分可以例如单独或组合地进料到相同的WHGMS中或进料到单独的WHGMS中。

含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流或进料源来自火成岩，其可以是花岗岩。火成岩可能是在华力西造山运动(Variscan orogeny)期间形成的。例如，火成岩可以形成例如Cornubian岩基(batholith)、波西米亚岩基、Mondenubian岩基或法国中部山丘(massif)的部分。

含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流或进料源优选来自天然沉积的含锂云母岩石、沉积物或人为产生的废物流或来自天然沉积的含锂云母岩石或沉积物的锂云母储存坝(storage dam)。

含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流或进料源优选包括含有10％至50％w/w之间的固体的浆料，优选具有在500至15,000ppm锂之间的等级。

WHGMS优选提供磁场强度小于2特斯拉的磁场，优选小于1.5特斯拉，例如在0.2至1.5特斯拉之间的范围内。

WHGMS优选为VPWHGMS。

脉动可以通过例如致动隔膜(actuated diaphragm)提供，该隔膜配置为向进料到相应WHGMS(优选VPWHGMS)的浆料提供脉动。WHGMS优选包括一个或多个VPWHGMS。VPWHGMS可以使用致动隔膜脉动机构，该致动隔膜脉动机构具有在0mm至40mm之间的冲程长度和在0Hz至400Hz之间的冲程速率。

至少一个WHGMS是VPWHGMS。分离环的垂直方向使磁性颗粒在与进料材料的流动相反的方向进行冲洗。这能够移除较强磁性和/或粗糙的颗粒，而无需通过分离机基体的整个深度。此外，冲洗可以发生在磁场最低的垂直环的旋转顶部附近，从而减少顺磁性颗粒的残留吸引。这些益处减少磁性基体堵塞，提高机械可用性。

优选地，第一和/或第二和/或第三WHGMS是VPWHGMS。优选地，第一和第二和第三WHGMS中的每个是VPWHGMS。例如，在一个实施例中，WHGMS中的每个都是VPWHGMS。

在一个实施例中，该装置包括第一“粗选”WHGMS和第二“扫选”WHGMS，该第二“扫选”WHGMS的磁场强度优选等于或大于粗选WHGMS的磁场强度，其中扫选WHGMS能够操作以接收来自扫选WHGMS的第二废物流并从其中回收额外的顺磁性锂云母矿物，以提供包含与降低浓度的非磁性脉石混合的浓缩的顺磁性锂云母矿物的第三产物流，以及来自其的第三废物流。

在一个实施例中，该方法包括将来自一个或多个第一“粗选”WHGMS或第三“精选”WHGMS的一个或多个废物流进料到第二“扫选”WHGMS，该第二“扫选”WHGMS的磁场强度优选等于或大于粗选WHGMS的磁场强度，以提供包含与降低浓度的非磁性脉石混合的浓缩的顺磁性锂云母矿物的第三产物流，以及第三废物流。第三废物流可以包含与升高浓度的非磁性脉石混合的降低浓度的顺磁性锂云母矿物，其锂浓度低于预定的最小量。可以选择预定的最小量以对应于被认为用于进一步提取是不经济的锂含量的量。

该装置还可以包括精选WHGMS，其能够操作以接收来自粗选WHGMS和/或扫选WHGMS的一个或多个产物流，以提供包含相对于第一、第二或第三产物流升高浓度的顺磁性锂云母矿物的第四产物流，以及第四废物流。

该方法可以包括将从粗选WHGMS获得的产物流进料到精选WHGMS，以提供包含相对于从粗选WHGMS获得的第二产物流升高浓度的顺磁性锂云母矿物的第四产物流，以及第四废物流。

在一个实施例中，扫选WHGMS与精选WHGMS连通。精选WHGMS优选具有第三磁场强度，其优选不大于扫选WHGMS的磁场强度。

在一个实施例中，该方法包括将从一个或多个粗选WHGMS获得的第二产物流进料到精选WHGMS中。精选WHGMS的磁场强度优选不大于扫选WHGMS的磁场强度。精选WHGMS提供包含相对于从一个或多个粗选WHGMS获得的磁性产物流升高浓度的顺磁性锂云母矿物的第四产物流，以及第四废物流。第四废物流可以含有浓度高于预定的最小量的顺磁性锂云母矿物。因此，可以回收第四废物流，例如重新引入WHGMS中的一个(例如第一或第二或第三或第四WHGMS)，以进一步提取剩余在第四废物流中残留的滞留的顺磁性锂云母矿物。

该装置可以包括以下中的一个或多个：LIMS、WHGMS、扫选WHGMS和/或精选WHGMS，以及其任何组合，其能够操作以接收一个或多个废物流。

一个或多个废物流可以进料到以下中的一个或多个中：LIMS、WHGMS、扫选WHGMS和/或精选WHGMS，以及其任何组合。

该装置可以包括以下中的一个或多个：额外的一个或多个LIMS、一个或多个WHGMS、一个或多个VPWHGMS、一个或多个扫选WHGMS、一个或多个精选WHGMS，或其任何组合，其能够操作以接收一个或多个产物流。

一个或多个产物流优选进料到以下中的一个或多个中：另一LIMS、WHGMS、VPWHGMS、扫选WHGMS、精选WHGMS，或其任何组合。

优选地，该方法还包括进料到至少一个磁选机的浆料的脉动。优选地，该方法还包括一个或多个VPWHGMS的脉动，优选至少第一VPWHGMS的脉动。优选地，该方法还包括第二VPWHGMS的脉动。优选地，该方法还包括一个或多个VPWHGMS的脉动，优选第一、第二和第三VPWHGMS中的每个或其任何组合的脉动。

脉动通过在分离区搅拌进料材料(例如浆料)并保持颗粒处于松散状态来帮助分离弱顺磁性锂云母矿物颗粒，从而最大限度地减少磁性基体表面堵塞、积聚或滞留的风险，并最大限度地提高弱顺磁性颗粒与磁体的接触，同时减少有助于磁性吸引的颗粒动量。

已经发现本发明的方法和装置对细颗粒以及较大粒径的颗粒的耐受性更高，并且回收比常规选矿方法具有更低磁化率的颗粒。结果，本发明的方法比常规选矿方法更省时、更节能且成本更低，产生更高的质量回收率并且不需要使用化学品。

优选地，用于顺磁性锂云母矿物的选矿的湿式磁性分离方法是完全磁性分离方法(exclusively magnetic separation process)。在一个实施例中，本发明的湿式磁性分离方法不涉及任何额外的选矿步骤。

发明人在中试规模测试工作中发现，相对于包括致密介质分离和/或浮选的常规选矿方法，本发明的方法提供改进的回收效率。此外，本发明的方法涉及更少的处理步骤，比常规选矿方法更经济、更环保。本发明的方法不使用对环境有害的方法或试剂(例如表面活性剂)。废物产物主要是化学未改变的硅砂和长石，其可以安全地进行处理。

现在将结合附图进一步详细描述本发明的实施例。

附图说明

图1和图2是根据本发明的一个实施例通过依次提取矿石的顺磁性级分来提取弱顺磁性锂云母矿物的磁性分离方法的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于从含有顺磁性锂云母矿物、高磁性废物材料和非磁性脉石的研磨的进料流2A中提取顺磁性锂云母矿物的磁性分离装置10的实施例。

作为示例，粉碎装置12能够操作以产生含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流2A。粉碎装置12可以是例如配置为破裂、破碎、磨碎、振动和/或研磨矿物进料源1A、1B的装置。优选地，该粉碎装置为研磨装置，例如湿磨装置。粉碎装置12提供含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料浆料流2A，其具有例如不超过3mm的预定最大粒径。粉碎装置12还提供含有顺磁性锂云母矿物的研磨的废物流2B，其最大粒径被发现大于预定的最大粒径。回收废物流2B并作为回收的矿物进料流1B重新引入粉碎装置12。

该装置10还包括旋流器(cyclone)14，该旋流器14包括入口16，其能够操作以接收含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流2A。旋流器14还包括出口18，以提供通过其含有顺磁性锂云母矿物的脱泥、研磨的进料流4。旋流器能够操作以产生平均粒径(d₅₀)为10μm或更大(例如50μm或更大)的脱泥、研磨的顺磁性锂云母矿物进料流。

装置10还包括低强度磁选机(“LIMS”)20，其与旋流器14的出口18连通以接收来自其的含有顺磁性锂云母矿物的脱泥、研磨的进料流4。

LIMS20能够操作以具有第一磁场强度来产生第一高磁性废物流(未显示)和包含顺磁性锂云母矿物和非磁性脉石的第一产物流5。

装置10还包括与LIMS20连通的第一“粗选”WHGMS22，以接收来自其的含有顺磁性锂云母矿物的第一产物流5。

粗选WHGMS22能够操作以具有第二磁场强度，该第二磁场强度大于LIMS20的第一磁场强度。

粗选WHGMS22能够操作以提供第二废物流7和包含顺磁性锂云母矿物和降低浓度的非磁性脉石的第二产物流6。

装置10还可以包括以下中的一个或多个：第二“扫选”WHGMS和/或第三“精选”WHGMS。

图2示出了其中第二非磁性废物流E进料到扫选WHGMS 3的实施例。扫选WHGMS的磁场强度优选等于或大于粗选WHGMS2的磁场强度。扫选WHGMS 3提供包含浓缩的顺磁性锂云母矿物的第三产物流F以及第三废物流G。

该装置还包括与粗选WHGMS2连通的精选WHGMS 4。精选WHGMS 4接收来自粗选WHGMS2的第二产物流D，并且提供包含相对于产物流D或产物流F升高浓度的顺磁性锂云母矿物的第四产物流H，以及第四废物流I。

应理解的是，可以回收一个或多个废物流并重新引入以下中的任一个中：LIMS、一个或多个WHGMS、扫选WHGMS和/或精选WHGMS，或其任何组合，以便进一步提取和浓缩其中的顺磁性锂云母矿物。

在中试规模试验中发现，本发明提高锂云母回收效率，具有低能耗并且不需要任何非磁性选矿步骤或对环境有害的化学品的使用。本发明的方法可以用于实现>90％的顺磁性锂云母矿物回收至精矿。

本发明的工作原理依赖于磁性分离步骤的系列，这些磁性分离步骤经过调整，以便能够选择性地回收具有不同磁化率的材料。申请人通过控制(tailor)每个磁性分离步骤中颗粒捕获所需的力来实现这一点。为了初步分析颗粒捕获所涉及的力，可以应用描述分离方法的理想化情况。以恒定速度运动的流体中的球形顺磁粒子接近圆形横截面的铁磁性/亚铁磁性物体。垂直于物体轴所施加的均匀磁场使物体磁化，并产生作用在颗粒上的磁力。如果磁力足够大以克服竞争的流体动力和重力，那么颗粒将粘附到磁化基体。这是针对特定的分离挑战调整所描述的方法的基本原理。描述这种关系的等式如下给出。

FM＝V·Mp·(dH/dX)

其中；

FM是所需的磁力

V是颗粒的体积

Mp是颗粒的磁化率

dH/dX是在整个颗粒上看到的磁梯度。

用于分离所需的磁力与三个项成正比：颗粒的体积、颗粒的磁化强度(高斯/克)和颗粒尺寸上的场梯度。在本发明的方法中，所有这些项都经过调整以提高材料的回收率。这种分离系列的动力学变得容易通过代入公式来解释。对于本发明的每个目标磁性分离步骤，定义用于实施本发明的一系列参数。

本发明的方法特别适用于锂云母矿物的磁性选矿，锂云母矿物具有弱顺磁性和对脉石的低磁化率对比度。在一般意义上，适合通过该方法选矿的锂云母矿物可以用通式来描述：

X₂Y_4–6Z₈O₂₀(OH,F)₄，

其中；

X是K、Na或Ca，或者较少见的是Ba、Rb或Cs；

Y是Al、Mg或Fe，或者较少见的是Mn、Cr、Ti、Li、Sn等；

Z主要是Si或Al，但还可以包括Fe3+或Ti。

在结构上，锂云母矿物可以分为二八面体(Y＝4)和三八面体(Y＝6)。

适合使用本发明进行浓缩的顺磁性锂云母矿物的一个实例是铁锂云母KLiFeAl(AlSi₃)O₁₀(OH,F)₂(钾锂铁铝硅酸盐氢氧化物氟化物)。

Claims

1.用于从研磨的进料流中有效地对顺磁性锂云母矿物进行选矿(分离和浓缩)的湿式磁性分离方法，所述研磨的进料流含有与高磁性和非磁性脉石混合的弱顺磁性锂云母矿物，其中所述方法包括：

将含有顺磁性锂云母矿物、非磁性脉石和高磁性含铁废物的研磨的进料流进料到具有第一磁场强度的低磁场强度磁选机(“LIMS”)中，以提供包含高磁性废物材料的第一废物流，以及包含低至非磁性材料的第一产物流，所述低至非磁性材料包括顺磁性锂云母矿物和非磁性脉石；

随后将第一产物流进料到具有第二磁场强度的第一“粗选”湿式高梯度磁选机(“WHGMS”)中，以提供包含非磁性脉石和残留的滞留的顺磁性锂云母矿物的第二废物流，以及包含浓缩的顺磁性锂云母矿物和当相对于第一产物流时降低浓度的非磁性脉石的第二产物流，所述第二磁场强度大于LIMS的第一磁场强度，还包括以下中的一个或多个：

将包含滞留的残留的顺磁性锂云母和非磁性脉石的第二废物流进料到第二“扫选”WHGMS中，以提供包含额外的浓缩的顺磁性锂云母矿物和相对于第二废物流降低浓度的非磁性脉石的第三产物流，以及包含非磁性脉石的第三废物流；和/或

将包含浓缩的顺磁性锂云母矿物的第二产物流和可选地第三产物流进料到第三“精选”WHGMS中，以提供包含进一步浓缩的顺磁性锂云母矿物的第四产物流，以及非磁性材料的第四废物流；和/或

将包含非磁性脉石和残留的顺磁性锂云母矿物的第四废物流进料到精选WHGMS中，以将额外的顺磁性锂云母矿物回收到第三产物流。

2.根据权利要求1所述的湿式磁性分离方法，其中含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流包含具有不超过3mm的最大粒径的颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的湿式磁性分离方法，还包括对含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流进行脱泥，以移除50μm或更小的粒径(d₅₀)来提供含有顺磁性锂云母矿物的脱泥、研磨的进料流。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的湿式磁性分离方法，其中进料流或每个进料流包含多个进料流级分，其中所述方法包括将每个进料流级分或一个或多个进料流级分的组合进料到相应的WHGMS中并从其中获得顺磁性锂云母矿物精矿产物流。

5.根据前述权利要求中任一项所述的湿式磁性分离方法，其中含有顺磁性锂云母矿物的研磨的进料流包括含有10％至50％w/w固体的浆料，所述研磨的进料流具有500至15,000ppm锂之间的固体等级。

6.根据前述权利要求中任一项所述的湿式磁性分离方法，其中WHGMS提供在0.2至1.5特斯拉之间的范围内的磁场强度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的湿式磁性分离方法，其中WHGMS是立式脉动湿式高梯度磁选机(“VPWHGMS”)。

8.根据权利要求7所述的湿式磁性分离方法，其中VPWHGMS使用致动隔膜脉动机构，所述致动隔膜脉动机构具有在0至40mm之间的冲程长度和0到400Hz之间的冲程速率。

9.根据前述权利要求中任一项所述的湿式磁性分离方法，其中所述方法包括将来自一个或多个第一“粗选”WHGMS的一个或多个废物流进料到“扫选”WHGMS中以提供包括浓缩的顺磁性锂云母矿物的第三产物流和扫选废物流，所述“扫选”WHGMS包括第二WHGMS或第三WHGMS，所述第二WHGMS或第三WHGMS的磁场强度优选等于或大于第一WHGMS的磁场强度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的湿式磁性分离方法，其中所述方法包括将从一个或多个第一WHGMS获得的第一产物流进料到精选WHGMS中，以提供第四磁性产物流以及精选废物流，所述第四磁性产物流包括相对于从一个或多个第一WHGMS获得的磁性产物流升高浓度的顺磁性锂云母矿物。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将一个或多个磁性产物流进料到以下中的一个或多个中：另一LIMS、WHGMS、扫选WHGMS、精选WHGMS，或其任何组合。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将一个或多个废物流进料到以下中的一个或多个中：LIMS、WHGMS、扫选WHGMS和/或精选WHGMS，以及其任何组合。

13.用于从进料流中湿式磁性分离湿磨的顺磁性锂云母矿物的装置，所述进料流含有与高磁性含铁废物和非磁性脉石混合的弱顺磁性锂云母矿物，所述装置包括：

浆料进料源，所述浆料进料源包含与非磁性脉石和高磁性废物混合的研磨的弱顺磁性锂云母矿物；

-具有第一磁场强度的LIMS，所述LIMS配置为接收浆料进料源，并且还包括配置为提供第一高磁性废物流的第一废物出口，以及配置为提供包含低至非磁性材料的第一产物流的第一产物出口，所述低至非磁性材料包括顺磁性锂云母矿物和非磁性脉石；

具有第二磁场强度的第一“粗选”WHGMS，所述第一WHGMS配置为从LIMS接收第一产物流，并且还包括配置为提供包含非磁性脉石的第二废物流的第二废物出口，以及配置为用于提供包含浓缩的顺磁性锂云母矿物和当相对于第一产物流时降低浓度的非磁性脉石的第二产物流的第二产物出口，

其中第二磁场强度大于第一磁场强度，以及以下中的一个或多个：

第二“扫选”WHGMS，其能够操作以接收来自第一WHGMS的第二废物流，其中第二WHGMS还包括配置为提供包含浓缩的顺磁性锂云母矿物和相对于第二废物流降低浓度的非磁性脉石的第三产物流的第三产物出口；和/或

第三“精选”WHGMS，其能够操作以接收来自第一WHGMS的第二产物流和/或来自第二WHGMS的第三产物流和/或来自第三WHGMS的第四废物流，以提供第四产物流，所述第四产物流包含相对于第二产物流和第三产物流升高浓度的顺磁性锂云母矿物的浓度。

14.根据权利要求13所述的装置，其中WHGMS为VPWHGMS。

15.根据权利要求12或13所述的装置，其中以下中的一个或多个能够操作以接收一个或多个废物流：LIMS、WHGMS、扫选WHGMS和/或精选WHGMS，或其任何组合。