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非金屬礦物粉體加工技術現狀及發展趨勢
2015年04月08日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:3837
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隨著高新技術和新材料產業的迅速發展,各種功能性非金屬礦物粉體材料已經成為新材料領域的重要組成部分之一,在現代工業中發揮著重要作用。本文將簡要的介紹我國當前的非金屬礦物粉體的加工技術現狀及發展趨勢。期望能夠給非礦粉體加工應用領域的相關人士提供一些值得參考借鑒的知識和經驗。

 

一、非金屬礦物粉體加工技術現狀及趨勢

提到非金屬礦物粉體加工技術,大家首先會想到的當然是粉體粉碎加工技術。粉體的粉碎加工根據產品的粒度分布情況大體分為:破碎(產物粒度35-1mm)、磨礦或磨粉(產物粒度1000-10μm)及超細粉碎或超細磨(產物粒度10-0.1μm)3個層次。非礦粉體的粒度大小和粒度分布及顆粒形狀對其性能或功能的發揮有很大影響, 許多非金屬礦物粉體的功能, 如在高聚物基復合材料中的增強或補強性、陶瓷材料的強度和韌性、作為造紙和涂料顏料的遮蓋率、著色力以及粉體的電性、磁性、光性、吸波與屏蔽、催化、吸附、流變、抗菌、脫色、粘結等都與其粒度大小、粒度分布及顆粒形狀有關。多數非金屬礦物功能性的發揮有賴于粒度大小、分布及粒形。由于超細粉體具有比表面積大、表面活性高、化學反應速度快、燒結溫度低且燒結體強度高、填充補強性能好、遮蓋率高等優良的物理化學性能。因此,許多應用領域要求非金屬礦物原材料的粒度微細微米或亞微米部分領域不僅要求粒度超細而且要求粒度分布范圍窄。非礦粉體粉碎技術的典型趨勢是超細化粉碎和高效節能粉碎技術研發。就目前國際整體粉碎技術而言,純機械作用力粉碎設備的發展已經達到了一個瓶頸階段。需要我們去開拓新的粉碎理論或者說是造粉技術,例如冷凍粉碎技術、化學法粉體生產技術等都屬于粉體粉碎加工技術領域的新拓展。我的機械粉碎技術與國際先進水平依然有較大差距,主要不足體現在以下幾個方面:1、大型化粉碎分級設備設計制造能力不足,粉碎設備企業很多主要還是在仿制開發的基礎上生產中小型設備,粉體制造企業也基本以中小型企業為主。2、粉碎設備的生產效率及環境防護性能不足。總體上國內粉碎設備的能耗指標多數都超過進口設備。同時在噪音、粉塵防護上采用的新技術不多,多數粉體廠的都會產生較為嚴重的噪聲和粉塵污染。3、粉碎工藝穩定性不足自動化程度低,生產的粉體粒度分布指標均勻性和穩定性不足,需要消耗較多的人力監控生產過程,調整設備工況。

 

二、非金屬礦物材料粉體的表面改性

非金屬礦物粉體的許多功能取決于表面或界面性質。如吸附、催化、電性、光性、流變、分散及與材料中其他組分的相容性等。礦物的表面性質既與礦物的組成、化學成分和結構有關,也與加工技術有關。許多應用領域都對非金屬礦物粉體的表面或界面性質有特殊要求,如高聚物基復合材料塑料、橡膠、膠粘劑等、多相復合陶瓷材料、油漆涂料、生物醫學材料、化纖等要求非金屬礦物粉體表面或界面與有機或無機基料高聚物、陶瓷胚料、油性漆、水性漆、化學纖維等及生物基體有良好的相容性。石化工業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,入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。粉體表面改性技術可大幅提高或改善非金屬礦物粉體與填充或復合基料的相容性、對提高現代高聚物無機復合材料、多相復合陶瓷材料、高檔或特種油漆涂料、功能性纖維、吸附與催化材料等的發展有重要意義。因此, 粉體表面和界面改性技術將成為非金屬礦物粉體加工技術最主要的發展方向之一。表面改性的方法主要是表面化學包覆、沉淀反應包膜、插層改性等采用的表面改性劑包括有機物和無機物二大類, 改性工藝包括干法和濕法改性設備主要有連續式的粉體表面改性機、間歇式的加熱攪拌機、渦流磨、攪拌反應罐和反應釜等。

 

三、非金屬礦物的選礦提純技術

對于非金屬礦物來說,純度在很多情況下指其礦物組成,而非化學組成正是礦物組成決定礦物的結構。有許多非金屬礦物的化學成分基本相近, 但礦物組成和結構相去甚遠,因此其功能或應用性能也就相差甚遠,例如石英和硅藻土,化學成分雖都是二氧化硅,但前者為晶質結構硅氧四面體,而后者為結構復雜的非晶質多孔結構,因此,它們的應用性能或功能很不相同。礦物組成、化學成分和結構對非金屬礦物材料功能的影響還與礦物的純度有關。在很多情況下,為了充分發輝非金屬礦物材料的功能必須對礦物原料進行選礦提純,特別是當礦物原料中雜質較多, 且這種雜質對于非金屬礦物材料某一主要功能有不利影響時。因此,選礦提純技術對非金屬礦物粉體功能的發揮是十分必要的。另外資源的貧化、資源綜合利用率要求的提高以及環保要求的日益提高也將增加精選提純技術的難度。因此,微細粒選礦提純和精選技術、綜合利用技術或無尾礦加工技術將成為未來非金屬礦提純技術的主要發展趨勢。

 

四、非金屬礦物粉體的脫水過濾和干燥、鍛燒、造粒及包裝  

目前工業上應用的過濾設備主要有壓濾機、離心機、真空過濾機等干燥設備主要有噴霧干燥機、圓筒干燥機、閃蒸干燥機、多功能干燥機、流化床干燥機、隧道式干燥機等。針對超細粉體干燥過程粉體團聚問題的集干燥與解聚于一體的干燥技術與設備, 如多功能強力干燥機、閃蒸干燥機等也已在超細重質碳酸鈣、超細高嶺土、超細水鎂石等的加工中成功地得到應用, 壓濾脫水設備和臥式螺旋離心脫水設備已廣泛用于超細高嶺土、膨潤土、凹凸棒土等粘土礦物的加工, 國產噴霧、擠壓等造粒設備及顆粒整形設備也已在工業上應用。此外, 近幾年針對非金屬礦物超細粉體的包裝設備有了較快發展,我國已能制造自動計量和氣固分離、連續包裝的真空包裝機和其他自動化連續包裝設備。 

 

非金屬礦物粉體在現代高技術新材料中的廣泛應用是以其特有的功能為前提的。因此功能化是非金屬礦物粉體的發展方向和粉體加工技術追求的目標。影響非金屬礦物粉體功能性的主要因素是結構、純度或化學成分、粒度和形狀、表面或界面的物理化學性質等。我國的非金屬工業雖然取得了很大發展, 加工技術也有了很大進步, 但仍然面臨很多挑戰。我國非金屬礦行業往往較多注意資源的開發而忽視產品功能的開發和提升。現代高技術和新材料的發展是以更高的科技含量、較低的環境負荷和更適應社會發展的需要為前提的,非金屬礦物粉體和材料也不例外。只有功能明確或突出,能滿足相關應用領域技術進步和產業發展要求和環保要求的非金屬礦物粉體或深加工產品才可能贏得穩定的市場。因此,未來非金屬礦物粉體材料加工技術的發展趨勢將是綜合應用材料學、粉體加工等相關應用領域不同學科技術,合作開發和提升非金屬礦物粉體產品的功能和應用性能,促進技術進步和產業發展。


                                                (粉體圈 作者:梧桐)


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