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深度解析 | 六大非金属矿加工技术的发展趋势!
来源:中国粉体技术网    更新时间:2017-11-09 16:32:22    浏览次数:
 
  非金属矿加工是根据物理、化学原理,借助各种机械设备对天然矿物及非传统矿物进行分离、富集、提取、提纯、改性、超细、复合等加工,以获得不同用途的有用物质或矿物功能材料,其特点是以利用非金属矿自身具有的物理性能、化学性能和微观结构特点为主要目的,而不局限于其中的个别化学元素。
  非金属矿是人类赖以生存和发展的重要矿产资源之一。非金属矿产品是现代工业的重要基础材料,也是支撑现代高新技术产业的原辅材料和节能、环保、生态等功能性材料,在现代经济和社会发展中扮演越来越重要的角色。非金属矿物材料在现代高技术与新材料、传统产业、环保与生态建设等产业以及人类日常生活中的广泛应用是以其较高的技术含量为前提的,因此,高效综合利用和深加工是开发利用非金属矿的必由之路。而功能化则是非金属矿材料发展的主题。
 
  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。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。
  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未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、错英砂、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
  由于超细粉体具有比表面积大、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。
  如部分高档纸张涂料要求重质碳酸钙的细度为-2μm≥90%,粒度分布要求最大粒度≤5μm,-0.2μm≤10%-15%;降解塑料要求重质碳酸钙的细度为-6-7μmm≥97%,要求最大粒度成≤8μm;功能纤维填料要求无机非金属填料的细度为97%≤2μm,最大粒度≤3μm;高聚物基复合材料用氢氧化镁和氢氧化铝阻燃填料要求中位径d50≤1μm,975≤5μm。未来市场对各类非金属矿超细粉体材料的需求量将显著增大。
  因此,为了满足相关应用领域对非金属矿物原(材)料超细化、窄分布和大批量生产的要求,未来粉碎与分级技术发展的重点将是超细粉碎和精细分级技术。
  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。
  第四,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、胶茹剂等)、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、油性漆、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。粉体表面改性技术的针对性很强,未来将主要发展能适应于不同用途和要求的、粉体及改性剂分散好、包覆率或活化度高、产品质量稳定、单位产品能耗少、成本低、操作简单、容易控制的工艺和相关设备以及针对不同用途和适应不同应用领域要求的表面改性配方技术,特别是发展能显著改善超细粉体及纳米粉体在有机相和无机相中的分散性与相容性、能显著提高复合材料综合性能以及能选择性吸附有毒气体及有害物质的非金属矿物(硅藻土、沸石、凹凸棒石、海泡石、膨润土等)的表(界)面改性和活化技术,同时发展来源广、价格低、应用性能好的表面改性剂或活化剂。
  第一,将在深化原理研究的基础上发展适应于不同用途和要求、粉体和改性剂分散好、包覆率或活化度高、产品质量稳定、单位产品能耗少、成本低、工艺简单、容易控制的方法和相关设备;
  第二,开发能显著改善复合材料综合性能的非金属矿物复合活性填料的生产工艺与相关设备;
  第三,开发能选择性吸附有毒气体及有害物质的非金属矿物(硅藻土、沸石、凹凸棒石、海泡石、膨润土等)的表(界)面改性和活化技术;
  第四,发展来源广、价格低、应用性能好的表面改性剂或活化剂;
  第五,开发粉体表面改性“软技术”,即在多学科综合的基础上,根据目的材料的性能要求选择粉体材料和“设计”粉体表面,运用现代科学技术,特别是先进计算方法、计算技术以及智能技术辅助设计粉体表面改性工艺和改性剂配方,以减少实验室工艺和配方试验的工作量,提高表面改性工艺和改性剂配方的科学合理性,达到最佳的应用性能和应用效果。
 
  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(≤2μm)、石墨密封和润滑材料、石墨导电涂料、石墨插层化合物、黏土层间化合物、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;以非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、钦铁矿等含钦矿物,高铝勃土矿物,含错、钾、磷、硫、硼等元素的非金属矿物,具有良好的发展前景。
  非金属矿物化工技术的发展趋势之一是提高资源的利用率及原料中有用元素或化合物的提取率或回收率,如综合利用各种尾矿资源;通过采用新技术和新设备,更新改造传统工艺。
  非金属矿物化工技术的发展趋势之二是拓展用非金属矿物制备的化工产品的品种,特别是通过采用新工艺和新技术生产纳米级产品,如纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、纳米氧化钦、纳米氧化镁、纳米氧化错、纳米碳酸镁、纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米氧化钡、纳米碳酸钡、纳米碳酸铭、纳米碳化硼等以及不同晶型和一定孔径分布的多孔产品,如晶须、针状、片状、柱状、立方体状、球状等晶型的粉体产品和各种分子筛。
  此外,保护环境、减少污染以及降低能耗和生产成本也是非金属矿物化工发展的趋势之一

  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,特别是高豁性超细粉体浆料的过滤效率;
  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。
  来源:非金属矿加工与应用,作者:郑水林
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