非金属矿物粉体加工技术现状及发展趋势
2020-12-18 17:42:20
随着高新技术和新材料产业的迅速发展，各种功能性非金属矿物粉体材料已经成为新材料领域的重要组成部分之一，在现代工业中发挥着重要作用。本文将简要的介绍我国当前的非金属矿物粉体的加工技术现状及发展趋势。期望能够给非矿粉体加工应用领域的相关人士提供一些值得参考借鉴的知识和经验。
一、非金属矿物粉体加工技术现状及趋势
提到非金属矿物粉体加工技术，大家首先会想到的当然是粉体粉碎加工技术。粉体的粉碎加工根据产品的粒度分布情况大体分为:破碎(产物粒度35-1mm)、磨矿或磨粉(产物粒度1000-10μm)及超细粉碎或超细磨(产物粒度10-0.1μm)3个层次。非矿粉体的粒度大小和粒度分布及颗粒形状对其性能或功能的发挥有很大影响，许多非金属矿物粉体的功能，如在高聚物基复合材料中的增强或补强性、陶瓷材料的强度和韧性、作为造纸和涂料颜料的遮盖率、着色力以及粉体的电性、磁性、光性、吸波与屏蔽、催化、吸附、流变、抗菌、脱色、粘结等都与其粒度大小、粒度分布及颗粒形状有关。多数非金属矿物功能性的发挥有赖于粒度大小、分布及粒形。由于超细粉体具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、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。非矿粉体粉碎技术的典型趋势是超细化粉碎和高效节能粉碎技术研发。就目前国际整体粉碎技术而言，纯机械作用力粉碎设备的发展已经达到了一个瓶颈阶段。需要我们去开拓新的粉碎理论或者说是造粉技术，例如冷冻粉碎技术、化学法粉体生产技术等都属于粉体粉碎加工技术领域的新拓展。我的机械粉碎技术与国际先进水平依然有较大差距，主要不足体现在以下几个方面：1、大型化粉碎分级设备设计制造能力不足，粉碎设备企业很多主要还是在仿制开发的基础上生产中小型设备，粉体制造企业也基本以中小型企业为主。2、粉碎设备的生产效率及环境防护性能不足。总体上国内粉碎设备的能耗指标多数都超过进口设备。同时在噪音、粉尘防护上采用的新技术不多，多数粉体厂的都会产生较为严重的噪声和粉尘污染。3、粉碎工艺稳定性不足自动化程度低，生产的粉体粒度分布指标均匀性和稳定性不足，需要消耗较多的人力监控生产过程，调整设备工况。
二、非金属矿物材料粉体的表面改性
非金属矿物粉体的许多功能取决于表面或界面性质。如吸附、催化、电性、光性、流变、分散及与材料中其他组分的相容性等。矿物的表面性质既与矿物的组成、化学成分和结构有关，也与加工技术有关。许多应用领域都对非金属矿物粉体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、胶粘剂等、多相复合陶瓷材料、油漆涂料、生物医学材料、化纤等要求非金属矿物粉体表面或界面与有机或无机基料高聚物、陶瓷胚料、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，入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。粉体表面改性技术可大幅提高或改善非金属矿物粉体与填充或复合基料的相容性、对提高现代高聚物无机复合材料、多相复合陶瓷材料、高档或特种油漆涂料、功能性纤维、吸附与催化材料等的发展有重要意义。因此，粉体表面和界面改性技术将成为非金属矿物粉体加工技术最主要的发展方向之一。表面改性的方法主要是表面化学包覆、沉淀反应包膜、插层改性等采用的表面改性剂包括有机物和无机物二大类，改性工艺包括干法和湿法改性设备主要有连续式的粉体表面改性机、间歇式的加热搅拌机、涡流磨、搅拌反应罐和反应釜等。
三、非金属矿物的选矿提纯技术
对于非金属矿物来说，纯度在很多情况下指其矿物组成，而非化学组成正是矿物组成决定矿物的结构。有许多非金属矿物的化学成分基本相近，但矿物组成和结构相去甚远，因此其功能或应用性能也就相差甚远，例如石英和硅藻土，化学成分虽都是二氧化硅，但前者为晶质结构硅氧四面体，而后者为结构复杂的非晶质多孔结构，因此，它们的应用性能或功能很不相同。矿物组成、化学成分和结构对非金属矿物材料功能的影响还与矿物的纯度有关。在很多情况下，为了充分发辉非金属矿物材料的功能必须对矿物原料进行选矿提纯，特别是当矿物原料中杂质较多，且这种杂质对于非金属矿物材料某一主要功能有不利影响时。因此，选矿提纯技术对非金属矿物粉体功能的发挥是十分必要的。另外资源的贫化、资源综合利用率要求的提高以及环保要求的日益提高也将增加精选提纯技术的难度。因此，微细粒选矿提纯和精选技术、综合利用技术或无尾矿加工技术将成为未来非金属矿提纯技术的主要发展趋势。
四、非金属矿物粉体的脱水过滤和干燥、锻烧、造粒及包装
目前工业上应用的过滤设备主要有压滤机、离心机、真空过滤机等干燥设备主要有喷雾干燥机、圆筒干燥机、闪蒸干燥机、多功能干燥机、流化床干燥机、隧道式干燥机等。针对超细粉体干燥过程粉体团聚问题的集干燥与解聚于一体的干燥技术与设备，如多功能强力干燥机、闪蒸干燥机等也已在超细重质碳酸钙、超细高岭土、超细水镁石等的加工中成功地得到应用，压滤脱水设备和卧式螺旋离心脱水设备已广泛用于超细高岭土、膨润土、凹凸棒土等粘土矿物的加工，国产喷雾、挤压等造粒设备及颗粒整形设备也已在工业上应用。此外，近几年针对非金属矿物超细粉体的包装设备有了较快发展，我国已能制造自动计量和气固分离、连续包装的真空包装机和其他自动化连续包装设备。
非金属矿物粉体在现代高技术新材料中的广泛应用是以其特有的功能为前提的。因此功能化是非金属矿物粉体的发展方向和粉体加工技术追求的目标。影响非金属矿物粉体功能性的主要因素是结构、纯度或化学成分、粒度和形状、表面或界面的物理化学性质等。我国的非金属工业虽然取得了很大发展，加工技术也有了很大进步，但仍然面临很多挑战。我国非金属矿行业往往较多注意资源的开发而忽视产品功能的开发和提升。现代高技术和新材料的发展是以更高的科技含量、较低的环境负荷和更适应社会发展的需要为前提的，非金属矿物粉体和材料也不例外。只有功能明确或突出，能满足相关应用领域技术进步和产业发展要求和环保要求的非金属矿物粉体或深加工产品才可能赢得稳定的市场。因此，未来非金属矿物粉体材料加工技术的发展趋势将是综合应用材料学、粉体加工等相关应用领域不同学科技术，合作开发和提升非金属矿物粉体产品的功能和应用性能，促进技术进步和产业发展。
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