非金屬礦加工緒論課件

1、1.3非金屬礦加工技術(shù)的主要內(nèi)容1.3.1顆粒制備與處理按術(shù)（1）粉碎與分級 是指通過機械、物理和化學(xué)方法使非金屬礦石粒度減小和具有一定粒度分布的加工技術(shù)。根據(jù)粉碎產(chǎn)物粒度大小和分布的不同，可將粉碎與分級細分為破碎與篩分、粉碎(磨)與分級及超細粉碎(磨)與精細分級，分別用于加工大于1mm、10-1000m及0.1-lm等不同粒度及其分布的粉體產(chǎn)品。第1頁，共19頁。(2)表面改性 是指用物理、化學(xué)、機械等方法對礦物粉體進行表面處理，根據(jù)應(yīng)用的需要有目的地改變粉體表(界)面的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面組成、表面結(jié)構(gòu)和官能團、表面潤濕性、表面電性、表面光學(xué)性質(zhì)、表面吸附和反應(yīng)特性以及層間化合物等。根據(jù)改

2、性原理和改性劑的不同表面改性方法可分為物理涂覆改性、化學(xué)包覆改性、沉淀反應(yīng)改性、機械力化學(xué)改性、插層改性、高能處理改性等。第2頁，共19頁。（3）選礦提純 是指利用礦物之間或礦物與脈石之間密度、粒度和形狀、磁性、電性、顏色(光性)、表面潤濕性以及化學(xué)反應(yīng)特性對礦物進行分選和提純的加工技術(shù)。根據(jù)分選原理不同，可分為重力分選、磁選、電選、浮選、化學(xué)選礦、光電揀選等。（4）脫水技術(shù) 是非金屬礦物粉體材料的后續(xù)加工作業(yè)，是指采用機械、物理和化學(xué)等方法脫除加工產(chǎn)品中的水分，特別是濕法加工產(chǎn)品中水分的技術(shù)。第3頁，共19頁。其目的是滿足應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品水分含量的要求和便于貯存和運輸。因此，脫水技術(shù)也是非金屬

3、礦物材料必須的加工技術(shù)之一。脫水技術(shù)包括機械脫水(離心、壓濾、真空等)和熱蒸發(fā)(干燥)脫水兩部分。（5）造粒技術(shù) 是指采用機械、物理和化學(xué)方法將微細或超細非金屬礦粉體加工成具有較大粒度、特定形狀及粒度分布的非金屬礦物材料深加工技術(shù)。其目的是方便超細非金屬礦物粉體材料的應(yīng)用，減輕超細粉體使用時的粉塵飛揚和提高其應(yīng)用性能。第4頁，共19頁。主要研究內(nèi)容包括：造粒方法、工藝和設(shè)備。由于非金屬礦物粉體材料，尤其是微米級和亞微米級的超細或超細非金屬礦粉體加工成具有較大粒度、特定形狀及粒度分布的非金屬礦物材料深加工技術(shù)。第5頁，共19頁。粉體材料直接在塑料、橡膠、化纖、醫(yī)藥、環(huán)保、催化等領(lǐng)域應(yīng)用時，不同程

4、度地存在分散不均、揚塵、使用不便、難以回收等問題，因此，將其造粒后使用是解決上述應(yīng)用問題的有效方法之一，尤其適用于用作高聚物基復(fù)合材料(塑料、橡膠等)填料的非金屬礦物粉體材料，如碳酸鈣、滑石、云母、高嶺土等，一般做成與基體樹脂相容性好的各種母粒。第6頁，共19頁。132 非金屬礦物材料加工技術(shù)非金屬礦物材料是指以非金屬礦物或巖石為基本或主要原料，通過精加工或深加工制備的具有一定功能的現(xiàn)代新材料。（1）原料配方復(fù)合技術(shù) 是指根據(jù)產(chǎn)品功能要求的原料配方或配制技術(shù)，包括不同化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、粒形非金屬礦物原(材)料的配合或復(fù)合，即無機無機復(fù)合；非金屬礦物原料與有機物或有機高聚物的復(fù)合，即有機無機復(fù)合；

5、其他助劑的配合等。第7頁，共19頁。(2)加工工藝與設(shè)備 是指非金屬礦物材料或制品的成型、固化、煅燒、表(界)面修飾等工藝與設(shè)備，是制備非金屬礦物材料或制品的關(guān)鍵技術(shù)之一。非金屬礦物材料或制品的種類多，一般來說，不同種類和不同用途的非金屬礦物材料或制品的生產(chǎn)方法不同，工藝也是千差萬別。追求工藝性能和操作參數(shù)的優(yōu)化及降低能耗、物耗等是非金屬礦物材料或制品工藝與設(shè)備發(fā)展的主題。 第8頁，共19頁。133 非金屬礦物化工技術(shù) 非金屬礦物化工是以非金屬礦為原料，通過對礦物分子結(jié)構(gòu)的改變，提取礦物中某些化合物或有用元素的加工技術(shù)。如用含氟礦物螢石制備含氟酸的化合物；用含鋇礦物重晶石生產(chǎn)鋇鹽系列產(chǎn)品；用含

6、鋁礦物鋁土礦、高嶺土等生產(chǎn)氯化鋁、硫酸鋁、氧化鋁、分子篩等。用含硅礦物石英、蛋白石、硅藻土制備硅酸鈉或水玻璃、沉淀二氧化硅或白炭黑等；用含鎂礦物菱鎂礦、白云石生產(chǎn)氯化鎂、硫酸鎂、氧化鎂、輕質(zhì)碳酸鎂等；用石灰石生產(chǎn)氧化鈣、輕質(zhì)或沉淀碳酸鈣等；用明礬石制備硫酸、硫酸鉀等。第9頁，共19頁。14 非金屬礦加工的特點（1）非金屬礦選礦的技術(shù)指標(biāo)在很多情況下，不是指其中的某種有用元素，而是某種化學(xué)成分或礦物成分，如膨潤土的蒙脫石含量、硅藻土的無定型二氧化硅的含量、高嶺土的高嶺石含量、石墨的品質(zhì)(固定)碳含量、藍晶石的氧化鋁含量、螢石的氯化鈣含量等。結(jié)構(gòu)特性是非金屬礦物的重要性能和應(yīng)用特性之一，在加工中要

7、盡量保護礦物的天然結(jié)晶特性和晶型結(jié)構(gòu)。如鱗片石墨、云母的片晶要盡可能地少破壞，因為在一定純度下，顆粒直徑越大或徑厚比越大價值越高；硅灰石粉體的長徑比越大，價值越高；海泡石和石棉纖維越長，價值越高等。（3）非金屬礦物的磨礦分級不僅僅是選礦 第10頁，共19頁。的預(yù)備作業(yè)，它還包括直接加工成滿足用戶粒度和顆粒形狀要求的磨粉、分級作業(yè)以及超細粉碎和精細分級作業(yè)。表面和界面改性是非金屬礦加工最主要的特點之一，它是改善和優(yōu)化非金屬礦物的應(yīng)用性能，提高其附加值的主要深加工技術(shù)之一。非金屬礦物粉體材料脫水的特點是，部分粘土礦物材料(如膨潤土、高嶺土、海泡石、凹凸棒土、伊利石等)及超細非金屬礦物材料的水分含量

8、高、機械脫水難度大，干燥后團聚現(xiàn)象嚴重。因此，常規(guī)的機械脫水方式難以有效脫水，一般采用壓力脫水方式，特別是對于酸洗或漂白后的非金屬礦物材料還需在壓濾過程中進行洗滌。為解決干燥后粉體材料，尤其是超細粉體材料的團聚問題，一般要在干燥設(shè)備中或干燥后設(shè)置解聚裝置。第11頁，共19頁。1.5非金屬礦加工技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）精選提純 由于絕大多數(shù)非金屬礦物只有選礦提純以后其物理化學(xué)特性才能充分體現(xiàn)和發(fā)揮，因此，無論是新興的高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)、生物醫(yī)藥、環(huán)保產(chǎn)業(yè)還是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都將對非金屬礦物材料的純度提出更高的要求。而隨著非金屬礦物材料純度要求的提高，精選提純技術(shù)的難度也將增加，此外，資源的貧化和資源綜合利用

9、率要求的提高也將增加精選提純技術(shù)的難度。因此，為了滿足相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ψ墙饘俚V物原(材)料高純化的要求，微細粒選礦提純和綜合力場(重力、離心力、磁力、電力、化學(xué)力)精 第12頁，共19頁。選技術(shù)將成為來來非金屬礦提純技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，特別是石墨、金剛石、石英、長石、高嶺土、云母、滑石、硅藻土、鋯英砂、硅灰石、重晶石、金紅石、膨潤土、螢石、硅線石、紅柱石、藍晶石、菱鎂礦等非金屬礦物和巖石。（2）超細粉碎 由于超細物體具有比表面積大、表面活性高、化學(xué)反應(yīng)速率快、燒結(jié)溫度低且燒結(jié)體強度高、填充補強性能好、遮蓋率高等優(yōu)良的物理化學(xué)性能。因此，許多應(yīng)用領(lǐng)域要求非金屬礦物原(材)料的粒度微細(微米或亞微米

10、)；部分領(lǐng)域不僅要求粒度超細而且要求粒度分布范圍窄。第一，將在現(xiàn)有粉碎設(shè)備基礎(chǔ)上完善工藝配套，開發(fā)分級粒度細、精度高、處理能力大、單位產(chǎn)品能耗低、磨耗小、效率高的精細分級設(shè)備；第二，將發(fā)展粉碎極限粒度小、粉碎比和生產(chǎn)能力大、單位產(chǎn)品能耗低、磨耗小、粉碎效率高、適用范圍寬以及可用于低熔點、韌性、高硬度、高純度、易燃易爆等特殊物料加工的超細粉碎方法和設(shè)備；第三，發(fā)展粒度大小和粒度分布的自動監(jiān)控技術(shù)，完善粒度檢測方法和儀器。同時發(fā)展用于生產(chǎn)高長徑比硅灰石和透閃石粉體及大徑厚比濕磨云母粉的專門的粉碎、分級工藝與設(shè)備。第13頁，共19頁。(3)表面改性 許多應(yīng)用領(lǐng)域都對非金屬礦物材料的表面或界面性質(zhì)有特

11、殊要求，如高聚物基復(fù)合材料(塑料、橡膠、膠熟劑等)、多相復(fù)合陶瓷材料、涂料、吸附與催化材料、生物醫(yī)學(xué)材料、功能纖維等要求非金屬礦物粉體材料表面或界面與有機或無機基料(高聚物、陶瓷坯料、油性能、水性漆、化學(xué)纖維等)及生物基體有良好的相容性；石化工業(yè)用的沸石和高嶺土催化劑或載體要有特定的孔徑分布和較高的比表面積，4A分子篩要有一定的鈣離子吸附能力，煉油脫色用的活性白土(膨潤土)以及啤酒過濾用的硅藻土要有較強的表面吸附能力；用于水處理的硅藻精土對有機、無機污染物及重金屬離子等有選擇性吸附的能力等。雖然粉體材料表面改性技術(shù)的發(fā)展較晚，但由于可顯著提高或改善非金屬礦物粉體材料與復(fù)合材料基料的相容性，對提

12、高現(xiàn)代高聚物無機復(fù)合材料、多相復(fù)合陶瓷材料、高檔或特種涂料、 第14頁，共19頁。功能性纖維等的性能具有重要意義。因此，為了滿足相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ψ墙饘俚V物原(材)料表面和界面性質(zhì)的要求，粉體表(界)面改性、活化和復(fù)合技術(shù)將成為非金屬礦物粉體材料最主要的深加工技術(shù)之一。（4）非金屬礦物材料 功能化是未來非金屬礦物材料的主要發(fā)展趨勢。為了滿足相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ芑墙饘俚V物材料的要求，非金屬礦物材料加工技術(shù)將重點發(fā)展與航空航天、海洋開發(fā)、生物醫(yī)學(xué)、電子、信息、節(jié)能環(huán)保、生態(tài)建設(shè)、新型建材、新能源、特種涂料、快速交通工具等相關(guān)的功能性非金屬礦物材料的加工技術(shù)和設(shè)備。如石墨密封材料、石墨潤滑材料、石墨導(dǎo)電

13、材料、石棉和石墨摩擦材料、石墨插層化合物、高 第15頁，共19頁。純超細石墨粉、云母珠光顏料、高溫潤滑涂料、輻射屏蔽材料、催化劑催化材料、高性能吸附材料、增強填料、抗菌填料、阻燃填料等。其中與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的高純超細石墨粉(2m)、石墨密封和潤滑材料、石墨導(dǎo)電涂料、石墨插層化合物、粘土層間化合物、云母珠光顏料、輻射屏蔽材料、催化劑和催化材料等；與環(huán)境保護相關(guān)的硅藻土、膨潤土、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積和選擇性吸附活性的新型非金屬礦物環(huán)保材料；以金屬礦為基料的道路標(biāo)志、防酸雨、抗氧化、防火、耐候、防污、保溫隔熱等特種涂料；與節(jié)能和安全相關(guān)的輕質(zhì)、保溫絕熱、防火、阻燃材料；與建材裝飾相 第16頁，共19頁。關(guān)的人造石和異形裝飾石材，具有耐高溫、耐凍、耐磨等功能的路面瀝青改性填料；與快速交通工具相關(guān)的石棉和石墨等高性能摩擦材料等具有廣闊的發(fā)展前景。（5）非金屬礦物化工 非金屬礦物化工是綜合和高效利用非金屬礦物資源的重要途徑之一，特別是對于重晶石、天青石、明礬等硫酸鹽礦物，菱鎂礦、石灰石、白云石等碳酸鹽礦物，金紅石、鈦鐵礦等含鐵礦