非金属矿物加工现状
下面简单介绍一下我国非金属矿物加工的主要方法、技术和主要设备。
一.矿物加工和提纯
20世纪90年代以后，我国非金属矿的选矿提纯技术有了很大的进步:①选矿提纯的非金属矿品种较以前有所增加；②传统非金属矿物(如石墨、石棉、高岭土、云母、萤石等)的提纯工艺。)得到了改善；③微细非金属矿物的高纯加工技术取得显著进展。从而回收了大量低品位、细粒级的有用矿物，显著提高了非金属矿产资源的回收率和其他资源的综合利用率。
目前，我国常用的非金属矿物选矿方法及入选矿物介绍如下:
(1)浮选法
用于石墨、萤石、应时、长石、霞石正长岩、铝矾土、蓝晶石、锡石、红柱石、金刚石等。
(2)重选方法
1)按粒度分选，用于水洗高岭土、膨润土、凹凸棒石粘土、海泡石、伊利石等粘土矿物。
2)按相对密度排序，用于红柱石、金刚石等。
(3)磁选
用于从用作涂料和填料的白色矿物中除铁，从耐火材料的原料中除去杂质，从电气绝缘材料的原料中除铁等。
(4)电气分离
用于提纯电气石、金红石、锆石、石榴石、阳起石等矿物。
(5)化学选矿
1)化学漂白，通过还原去除粘土矿物中的氧化铁，通过氧化去除黄铁矿。
2)化学提纯，即采用化学方法去除矿物中的杂质，用于石墨、金刚石、锡石、红柱石、硅藻土、蓝晶石等。
3)选择性絮凝，即高分子絮凝剂吸附细粒矿浆中的部分矿物颗粒形成絮体，而不吸附其他矿物颗粒，仍处于分散状态。聚合物选择性絮凝分离主要用于高岭土的选择性絮凝和铝土矿的选择性絮凝提纯，能有效去除赤铁矿、金红石等杂质矿物。
(6)摩擦选择
用于分离石棉、纤维水镁石和片状云母等纤维矿物。
(七)非金属矿提纯加工中存在的主要问题。
1)选矿回收率不高，资源综合利用率低。
2)工业化的高纯度加工技术和设备不能满足需要。
3)机械化和自动化程度不高，一些矿山(如滑石、方解石、硅灰石等。)还是用手动选择。
二、超细粉碎和分级
用机械力或化学机械力使非金属矿物制品达到要求的细度。
(1)超细粉碎和分级工艺
有三种工艺:干法、湿法和干湿法。
1)干法超细粉碎工艺原理流程(图1-2-1)如下:
图1-2-1干式超细粉碎原理流程图
该工艺用于加工D97 > 5微米的超细粉末..
2)湿法超细粉碎有多种工艺，原理流程(图1-2-2)一般为:
图1-2-2湿法超细粉碎原理流程图
该工艺一般用于加工d97≤5μm的超细粉体和对颗粒形状和表面性能有特殊要求的粉体材料。
3)干湿结合工艺:主要用于生产各种不同规格(或细度)的粉体产品，如煤系煅烧高岭土、重质碳酸钙生产企业的超细粉碎。采用干磨法研磨D97(> 5)～10 μm，然后采用湿法超细研磨法将纸涂料和重质碳酸钙产品研磨至d90≤2μm..超细煤系煅烧高岭土的加工也是这种干湿超细研磨工艺的一个例子。如超细煤系煅烧高岭土“双90”产品(图1-2-3)的主要工艺流程如下:
图1-2-3干湿结合超细粉碎原理流程图
(2)超细粉碎设备
我国非金属矿超细粉碎设备的研发始于80年代初。在大量引进国外技术和设备并消化吸收后，发展迅速，相继研制出适合我国国情的设备。10年后，中国进入自主开发制造阶段，引进为辅。从20世纪90年代末至今，我国拥有自主知识产权或发明专利的超细粉碎技术和设备数量较前十年大幅增加，设备在处理能力、单位产品能耗、耐磨材料、工艺匹配、自动控制等方面的综合性能显著提高，与国外先进技术和设备的综合技术指标差距逐步缩小。
1)气流磨超细粉碎设备仍然是细度小、纯度高、附加值大的产品的最佳设备之一。国产气流磨在模仿和消化国外设备的基础上，进行了一些创新，特别是在靶式气流磨、流化床气流磨和提高平板气流磨耐磨性方面。缺点是缺少几吨以上的大型设备，单位产品能耗高。
2)机械冲击超细粉碎机在我国非金属矿行业应用广泛，广泛用于高岭土、滑石、方解石等中等硬度的非金属矿。产品细度一般可达D97 = 10μ m，若配以细粒分级机，可生产D97 = 5 ~ 7μ m的超细粉体产品。
经过消化吸收，国产超细粉碎机有:CM51超细粉碎机、DTM900超细粉碎机、CLM-2多级回转磨、LHJ超细粉碎机、JCF1000机械粉碎机、JZC-400分级冲击式粉碎机、CZM冲击式粉碎机等。
3)中超细磨机包括搅拌球磨机、振动球磨机、转鼓式球磨机和研磨剥离器、塔式磨、砂磨机、行星式球磨机等。国产搅拌磨已广泛应用于高岭土、重质碳酸钙等企业，可采用干法或湿法研磨。湿磨的矿产品可以达到d97 = 2微米左右，用分级机干磨的细度可以达到d97 = 6微米..搅拌磨的种类有:JM立式螺旋搅拌磨，用于重质碳酸钙、高岭土、重晶石、锆英砂等矿物的超细粉碎；国产振动磨有单缸、多缸(2-3)型、WGM-3变频型和MGZ-1型高振幅振动磨，广泛用于石墨、滑石、高岭土、重晶石等矿物的细磨和超细磨。振动球磨机可用于各种硬度物料的超细粉碎。国产设备产品细度可达D90 = 20μ m左右，湿磨产品细度可达D97 = 5μ m左右..转鼓式球磨机的粒度范围很宽，经常与选粉机形成闭路流程。当进料粒度小于或等于5 mm时，产品细度可达D97 = 6 ~ 7微米..国产磨皮机种类很多，有20 L，80 L，300 L，500 L，800 L等。采用湿法磨矿和多级串联连续磨矿，产品细度可达D95 = 2μ m左右，已应用于煤系高岭土和重质碳酸钙的湿法超细磨矿。国产CTM塔式磨机采用特殊的天然卵石作为研磨介质和选粉机，可用于滑石和膨润土的超细研磨。产品细度可达D97 = 10μ m左右..有两种类型的砂磨机:卧式和立式。国产砂磨机主要用于研磨和分散颜填料，近年来也用于石墨精矿的再研磨。产品细度可达d97 = 2μ m左右..连续式行星球磨机是我国超细粉碎技术领域的重要进步之一，实现了设备的大规模产业化。XQ600×1500×3连续行星球磨机用于超细粉碎滑石、方解石等矿物，可将粒度≤5mm的矿物原料磨成细度d97≤10μm的产品，产量达到2000 ~ 3000 kg/h。
4)旋风机械磨(LHJ型)是我国自主研发的新型干法细磨和超细磨设备。它用于研磨石灰石，方解石，滑石，硅灰石，高岭土，重晶石，应时，长石和其他材料。进料粒度≤40mm，产品细度d97 = 40～15 μm..如果与精细分级机配套，可生产D976 ~ 7μ m左右的超细粉体产品..
5)高压喷射粉碎机(超细脱皮均质机)拥有实用新型专利。该设备已用于云母和高岭土的超细粉碎。根据给料的粒度，一次粉碎可获得D97 = 10 ~ 45μ m的产品。
非金属矿物超细粉碎存在的主要问题是:设备不够大，国外一些大型气流磨和细气流分级机的产量比我国高十几倍；大部分生产线基本靠人工操作控制，产品质量不够稳定；单位产品的磨损和高能耗；特殊晶型的专用超细粉碎设备尚未开发。
(3)精细分级设备
1)目前国内干法细分级设备多围绕机械冲击式超细粉碎机或气流粉碎机使用，MS分级机分级的产品细度可达D97 = 10μ m左右；用MSS和ATP分级机分级的产品细度可以达到d97 = 6微米左右；我国自行研制的LHB干式细粒分级机分级的产品细度可达D97 = 5 ~ 7μ m，小时处理能力为2 ~ 15t。
2)国产湿式选粉机。有两种类型:一种是基于重力沉降原理的水力分级机，另一种是基于离心沉降原理的旋风分级机。后者包括沉降离心机，如WL-350A、D和wld b-600；卧式螺旋离心分离器(级)、小直径水力旋流器、LS离心筛、GSDF超细水力旋流器等。这些是目前国内高岭土等超细粉体湿法分级的主要设备。其中沉降离心机(包括卧式螺旋离心分级机)的溢流产品细度可达d97 = 2微米左右；GSDF超细水力旋流分级机的溢流产品细度可达D90 = 2微米左右；小直径水力旋流器溢流产品细度可达D80 = 2微米；LS旋流器溢流产品细度可达D60 = 2微米..
第三，表面改性
许多非金属矿物制品作为无机矿物填料，在塑料、橡胶、粘合剂等高分子材料工业和聚合物基复合材料领域发挥着重要作用。它们的作用不仅可以提高材料的硬度、刚度、尺寸稳定性和力学性能，还可以赋予材料一些特殊的物理和化学性能(耐腐蚀性、耐候性、阻燃性和绝缘性等)。).此外，还可以降低材料的生产成本。
非金属矿物材料常用的表面改性方法有化学包覆法和沉淀反应法，辅以机械化学法。
表面化学包覆是通过偶联处理、螯合反应和化学吸附对非金属矿物填料表面进行包覆，以提高其表面疏水性的方法。加工过程如下:在粉末填料中加入一定量的表面改性剂(固体或液体)，在一定温度下，改性剂与无机填料颗粒表面发生反应，通过搅拌或流化的方式包覆在填料颗粒表面。改性剂主要有硅烷、钛酸盐、铝酸盐、铝钛复合物等偶联剂；表面活性剂，例如硬脂酸；有机低聚物，例如聚乙烯蜡和聚乙二醇；饱和有机酸，例如聚甲基硅氧烷(硅酮)、丙烯酸、巴豆酸和乙酸乙烯酯。主要生产厂家有:张家港国泰华荣化工新材料有限公司、重庆嘉实泰化工有限公司、南京曙光化工一厂等数十家。
目前，SLG和PSC连续粉末表面改性机广泛用于表面改性。SLG表面改性剂具有自动加药、连续生产、温度可控、单位产品用量少、能耗低、颗粒高度分散、自动化程度高、操作简单等优点。主要型号有:SLG-3/300和SLG-3/600；PSC机也是一种综合性能良好的粉体表面改性设备。采用导热油加热，连续生产，改性剂用量少，表面包覆率高，颗粒不粘结。
沉淀反应改性剂利用化学沉淀在矿物颗粒表面形成一层或多层包覆层。例如，TiO _ 2、ZrO2 _ 2和FeO用于包覆云母、高岭土和其它粉末的表面，TiO _ 2用于包覆SiO _ 2和Al _ 2O _ 3颗粒的表面。通过沉淀反应的改性通过使用无机表面改性剂来实现。
我国非金属矿物表面改性技术仍然落后，连续改性技术和设备有待进一步推广。偶联剂品种少，质量不够稳定；彩色云母和珠光云母生产技术落后，产量低，颜色品种少，质量不稳定，今后需要加强。
第四，热加工
热处理可以去除矿物中的外部水、沸石水和羟基水，从而改善矿物的性质。煅烧还可以去除有机质，增白一些矿物质，尤其是煤系高岭土(包括黑滑石等矿物质)。有些矿物(如蛭石)在热的作用下可以膨胀几倍或几十倍，具有新的功能。
煅烧是改善非金属矿物材料特性的重要方法，也是高岭土、菱镁矿、石膏等矿产品深加工的重要工艺之一。这些产品主要用于造纸、塑料、涂料、橡胶、石化等行业。例如，煅烧高岭土具有优异的光散射能力和特殊的吸墨性。作为纸张涂布材料，与普通水洗高岭土相比，能大大提高纸张的光泽度、平滑度、不透明度和原纸覆盖度，这也是它能提高纸张涂布质量，替代价格昂贵的钛白粉的原因。作为塑料和橡胶中的填料，它具有比普通高岭土更好的强度、收缩率、阻燃性、吸湿性和电阻率。在油漆和其他涂料中，添加煅烧高岭土可以使产品具有更好的不透明性、涂膜完整性和耐擦洗性。
煅烧煤系高岭土是我国特有的加工技术，包括湿法超细、煅烧增白、干燥、分散、解聚、分级等加工技术集成及相应的专用设备，可生产应用于多个行业的煅烧高岭土系列产品。上述技术和设备已在山西忻州、大同、内蒙古孟茜、安徽淮北等地的多家煤系高岭土企业得到应用，并取得了显著的经济效益和社会效益。企业规模也从最初的年产几千吨增加到年产3万至5万吨。
煅烧工艺:以煤系高岭土煅烧为例(图1-2-4)。
图1-2-4煤系高岭土煅烧原理流程图
煅烧设备:非金属矿主要采用隧道窑、回转窑(包括直接煅烧和隔焰煅烧)、竖窑、倒焰窑和梭式窑。20世纪90年代引进和仿制的隔爆型回转窑，近年来发展成为直燃式回转煅烧窑，提高了能源利用率，显著降低了能耗和生产投资。目前，由于设备大型化，采用直燃式回转窑煅烧技术和解聚分级技术，不仅保证了产品质量(产品白度≥95%，产品粒度-2μm≥92%)，而且万吨产能投资从5000万元左右降至2000万元左右。