非金属矿加工绪论.ppt

1.3非金属矿加工技术的主要内容,1.3.1颗粒制备与处理按术,（1）粉碎与分级 是指通过机械、物理和化学方法使非金属矿石粒度减小和具有一定粒度分布的加工技术。根据粉碎产物粒度大小和分布的不同，可将粉碎与分级细分为破碎与筛分、粉碎(磨)与分级及超细粉碎(磨)与精细分级，分别用于加工大于1mm、10-1000m及0.1-lm等不同粒度及其分布的粉体产品。,(2)表面改性 是指用物理、化学、机械等方法对矿物粉体进行表面处理，根据应用的需要有目的地改变粉体表(界)面的物理化学性质，如表面组成、表面结构和官能团、表面润湿性、表面电性、表面光学性质、表面吸附和反应特性以及层间化合物等。根据改性原理和改性剂的不同表面改性方法可分为物理涂覆改性、化学包覆改性、沉淀反应改性、机械力化学改性、插层改性、高能处理改性等。,（3）选矿提纯 是指利用矿物之间或矿物与脉石之间密度、粒度和形状、磁性、电性、颜色(光性)、表面润湿性以及化学反应特性对矿物进行分选和提纯的加工技术。根据分选原理不同，可分为重力分选、磁选、电选、浮选、化学选矿、光电拣选等。（4）脱水技术 是非金属矿物粉体材料的后续加工作业，是指采用机械、物理和化学等方法脱除加工产品中的水分，特别是湿法加工产品中水分的技术。,其目的是满足应用领域对产品水分含量的要求和便于贮存和运输。因此，脱水技术也是非金属矿物材料必须的加工技术之一。脱水技术包括机械脱水(离心、压滤、真空等)和热蒸发(干燥)脱水两部分。（5）造粒技术 是指采用机械、物理和化学方法将微细或超细非金属矿粉体加工成具有较大粒度、特定形状及粒度分布的非金属矿物材料深加工技术。其目的是方便超细非金属矿物粉体材料的应用，减轻超细粉体使用时的粉尘飞扬和提高其应用性能。,主要研究内容包括：造粒方法、工艺和设备。由于非金属矿物粉体材料，尤其是微米级和亚微米级的超细或超细非金属矿粉体加工成具有较大粒度、特定形状及粒度分布的非金属矿物材料深加工技术。,粉体材料直接在塑料、橡胶、化纤、医药、环保、催化等领域应用时，不同程度地存在分散不均、扬尘、使用不便、难以回收等问题，因此，将其造粒后使用是解决上述应用问题的有效方法之一，尤其适用于用作高聚物基复合材料(塑料、橡胶等)填料的非金属矿物粉体材料，如碳酸钙、滑石、云母、高岭土等，一般做成与基体树脂相容性好的各种母粒。,132 非金属矿物材料加工技术非金属矿物材料是指以非金属矿物或岩石为基本或主要原料，通过精加工或深加工制备的具有一定功能的现代新材料。（1）原料配方复合技术 是指根据产品功能要求的原料配方或配制技术，包括不同化学组成、结构、粒形非金属矿物原(材)料的配合或复合，即无机无机复合；非金属矿物原料与有机物或有机高聚物的复合，即有机无机复合；其他助剂的配合等。,(2)加工工艺与设备 是指非金属矿物材料或制品的成型、固化、煅烧、表(界)面修饰等工艺与设备，是制备非金属矿物材料或制品的关键技术之一。非金属矿物材料或制品的种类多，一般来说，不同种类和不同用途的非金属矿物材料或制品的生产方法不同，工艺也是千差万别。追求工艺性能和操作参数的优化及降低能耗、物耗等是非金属矿物材料或制品工艺与设备发展的主题。,133 非金属矿物化工技术 非金属矿物化工是以非金属矿为原料，通过对矿物分子结构的改变，提取矿物中某些化合物或有用元素的加工技术。如用含氟矿物萤石制备含氟酸的化合物；用含钡矿物重晶石生产钡盐系列产品；用含铝矿物铝土矿、高岭土等生产氯化铝、硫酸铝、氧化铝、分子筛等。用含硅矿物石英、蛋白石、硅藻土制备硅酸钠或水玻璃、沉淀二氧化硅或白炭黑等；用含镁矿物菱镁矿、白云石生产氯化镁、硫酸镁、氧化镁、轻质碳酸镁等；用石灰石生产氧化钙、轻质或沉淀碳酸钙等；用明矾石制备硫酸、硫酸钾等。,14 非金属矿加工的特点（1）非金属矿选矿的技术指标在很多情况下，不是指其中的某种有用元素，而是某种化学成分或矿物成分，如膨润土的蒙脱石含量、硅藻土的无定型二氧化硅的含量、高岭土的高岭石含量、石墨的品质(固定)碳含量、蓝晶石的氧化铝含量、萤石的氯化钙含量等。结构特性是非金属矿物的重要性能和应用特性之一，在加工中要尽量保护矿物的天然结晶特性和晶型结构。如鳞片石墨、云母的片晶要尽可能地少破坏，因为在一定纯度下，颗粒直径越大或径厚比越大价值越高；硅灰石粉体的长径比越大，价值越高；海泡石和石棉纤维越长，价值越高等。（3）非金属矿物的磨矿分级不仅仅是选矿,的预备作业，它还包括直接加工成满足用户粒度和颗粒形状要求的磨粉、分级作业以及超细粉碎和精细分级作业。表面和界面改性是非金属矿加工最主要的特点之一，它是改善和优化非金属矿物的应用性能，提高其附加值的主要深加工技术之一。非金属矿物粉体材料脱水的特点是，部分粘土矿物材料(如膨润土、高岭土、海泡石、凹凸棒土、伊利石等)及超细非金属矿物材料的水分含量高、机械脱水难度大，干燥后团聚现象严重。因此，常规的机械脱水方式难以有效脱水，一般采用压力脱水方式，特别是对于酸洗或漂白后的非金属矿物材料还需在压滤过程中进行洗涤。为解决干燥后粉体材料，尤其是超细粉体材料的团聚问题，一般要在干燥设备中或干燥后设置解聚装置。,1.5非金属矿加工技术的发展趋势（1）精选提纯 由于绝大多数非金属矿物只有选矿提纯以后其物理化学特性才能充分体现和发挥，因此，无论是新兴的高技术和新材料产业、生物医药、环保产业还是传统产业都将对非金属矿物材料的纯度提出更高的要求。而随着非金属矿物材料纯度要求的提高，精选提纯技术的难度也将增加，此外，资源的贫化和资源综合利用率要求的提高也将增加精选提纯技术的难度。因此，为了满足相关应用领域对非金属矿物原(材)料高纯化的要求，微细粒选矿提纯和综合力场(重力、离心力、磁力、电力、化学力)精,选技术将成为来来非金属矿提纯技术的主要发展趋势，特别是石墨、金刚石、石英、长石、高岭土、云母、滑石、硅藻土、锆英砂、硅灰石、重晶石、金红石、膨润土、萤石、硅线石、红柱石、蓝晶石、菱镁矿等非金属矿物和岩石。（2）超细粉碎 由于超细物体具有比表面积大、表面活性高、化学反应速率快、烧结温度低且烧结体强度高、填充补强性能好、遮盖率高等优良的物理化学性能。因此，许多应用领域要求非金属矿物原(材)料的粒度微细(微米或亚微米)；部分领域不仅要求粒度超细而且要求粒度分布范围窄。第一，将在现有粉碎设备基础上完善工艺配套，开发分级粒度细、精度高、处理能力大、单位产品能耗低、磨耗小、效率高的精细分级设备；第二，将发展粉碎极限粒度小、粉碎比和生产能力大、单位产品能耗低、磨耗小、粉碎效率高、适用范围宽以及可用于低熔点、韧性、高硬度、高纯度、易燃易爆等特殊物料加工的超细粉碎方法和设备；第三，发展粒度大小和粒度分布的自动监控技术，完善粒度检测方法和仪器。同时发展用于生产高长径比硅灰石和透闪石粉体及大径厚比湿磨云母粉的专门的粉碎、分级工艺与设备。,(3)表面改性 许多应用领域都对非金属矿物材料的表面或界面性质有特殊要求，如高聚物基复合材料(塑料、橡胶、胶熟剂等)、多相复合陶瓷材料、涂料、吸附与催化材料、生物医学材料、功能纤维等要求非金属矿物粉体材料表面或界面与有机或无机基料(高聚物、陶瓷坯料、油性能、水性漆、化学纤维等)及生物基体有良好的相容性；石化工业用的沸石和高岭土催化剂或载体要有特定的孔径分布和较高的比表面积，4A分子筛要有一定的钙离子吸附能力，炼油脱色用的活性白土(膨润土)以及啤酒过滤用的硅藻土要有较强的表面吸附能力；用于水处理的硅藻精土对有机、无机污染物及重金属离子等有选择性吸附的能力等。虽然粉体材料表面改性技术的发展较晚，但由于可显著提高或改善非金属矿物粉体材料与复合材料基料的相容性，对提高现代高聚物无机复合材料、多相复合陶瓷材料、高档或特种涂料、,功能性纤维等的性能具有重要意义。因此，为了满足相关应用领域对非金属矿物原(材)料表面和界面性质的要求，粉体表(界)面改性、活化和复合技术将成为非金属矿物粉体材料最主要的深加工技术之一。（4）非金属矿物材料 功能化是未来非金属矿物材料的主要发展趋势。为了满足相关应用领域对功能化非金属矿物材料的要求，非金属矿物材料加工技术将重点发展与航空航天、海洋开发、生物医学、电子、信息、节能环保、生态建设、新型建材、新能源、特种涂料、快速交通工具等相关的功能性非金属矿物材料的加工技术和设备。如石墨密封材料、石墨润滑材料、石墨导电材料、石棉和石墨摩擦材料、石墨插层化合物、高,纯超细石墨粉、云母珠光颜料、高温润滑涂料、辐射屏蔽材料、催化剂催化材料、高性能吸附材料、增强填料、抗菌填料、阻燃填料等。其中与高新技术产业相关的高纯超细石墨粉(2m)、石墨密封和润滑材料、石墨导电涂料、石墨插层化合物、粘土层间化合物、云母珠光颜料、辐射屏蔽材料、催化剂和催化材料等；与环境保护相关的硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、3A沸石、4A沸石、5A沸石、13A沸石等具有高比表面积和选择性吸附活性的新型非金属矿物环保材料；以金属矿为基料的道路标志、防酸雨、抗氧化、防火、耐候、防污、保温隔热等特种涂料；与节能和安全相关的轻质、保温绝热、防火、阻燃材料；与建材装饰相,关的人造石和异形装饰石材，具有耐高温、耐冻、耐磨等功能的路面沥青改性填料；与快速交通工具相关的石棉和石墨等高性能摩擦材料等具有广阔的发展前景。（5）非金属矿物化工 非金属矿物化工是综合和高效利用非金属矿物资源的重要途径之一，特别是对于重晶石、天青石、明矾等硫酸盐矿物，菱镁矿、石灰石、白云石等碳酸盐矿物，金红石、钛铁矿等含铁矿物，高铝粘土矿物，含铁、钾、磷、硫、硼等元素的非金属矿物，具有良好的发展前景。,（6）脱水 脱水作业的主要发展趋势：一是尽可能地采用机械脱水，因为机械脱水方式能耗最低；二是提高机械脱水作业的效率，特别是高黏性超细物体浆料的过滤效 率；三是提高干燥作业的效率，降低干燥作业的能耗；四是提高脱水作业的自动化水平；五是发展大型化过滤和干燥设备。苏州非金属矿工业设计研究院,