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中國(guó)非金屬礦粉體加工技術(shù)的進(jìn)展
1非金屬礦物粉加工技術(shù)現(xiàn)狀1.1磨礦體表面細(xì)磨系統(tǒng)3個(gè)層次目前,非金屬礦物的研磨和研磨可根據(jù)產(chǎn)品的粒度分為三個(gè)級(jí)別:破碎(產(chǎn)品粒度35.1mm)、研磨或研磨(產(chǎn)品粒度1000.10m)和研磨過(guò)度或精確磨損(產(chǎn)品粒度10.0.1)。各個(gè)不同粉碎和分級(jí)層次所應(yīng)用的主要工業(yè)設(shè)備列于表1。1.2低身份石的制備目前,工業(yè)上大多數(shù)非金屬礦物,如石灰石、方解石、大理石、白云石、石膏、重晶石、滑石、葉蠟石、綠泥石、膨潤(rùn)土、伊利石、硅灰石、煤系硬質(zhì)高嶺巖、玻璃原料石英巖等只進(jìn)行簡(jiǎn)單的揀選和分類。目前工業(yè)上進(jìn)行選礦提純的非金屬礦主要有:石棉、石墨、高嶺土、硅藻土、石英、云母、石榴子石、藍(lán)晶石、夕線石、紅柱石、蛭石、菱鎂礦、長(zhǎng)石、金紅石、鋯英砂、螢石等。由于優(yōu)質(zhì)滑石資源的日漸減少,2005年開(kāi)始了低品位滑石的選礦加工。石棉主要采用風(fēng)選和篩分分級(jí);石墨天然可浮性好,主要采用浮選,對(duì)要求固定碳含量達(dá)到95%以上的高純石墨采用化學(xué)選礦(強(qiáng)酸、堿處理和高溫煅燒);軟質(zhì)高嶺土主要采用重選(水力旋流器和離心分級(jí))除砂,強(qiáng)磁或高梯度磁選機(jī)及化學(xué)漂白(還原和氧化漂白)除鐵增白;硅藻土主要采用擦洗分散、分級(jí)除晶質(zhì)二氧化硅、選擇性沉降分離粘土;高純石英主要采用酸浸和純水洗滌;云母則主要進(jìn)行人工或機(jī)械揀選及摩擦選礦以及風(fēng)選和重選除砂;石榴石主要采用搖床分選;夕線石和藍(lán)晶石則在去除礦泥的基礎(chǔ)上主要采用浮選;長(zhǎng)石主要采用磁選,與石英分離時(shí),主要采用浮選;蛭石主要利用其膨脹后與脈石礦物的密度差采用簡(jiǎn)單的風(fēng)選和水選;菱鎂礦主要采用熱選,即控溫煅燒后進(jìn)行分選;金紅石和鋯英砂主要采用電選、磁選和重選綜合力場(chǎng)選礦工藝;螢石和滑石主要采用浮選工藝。1.3其他非金屬礦物材料在塑料、橡膠、膠粘劑等高分子材料或高聚物基復(fù)合材料中應(yīng)用的非金屬礦物填料以及油漆涂料、涂層材料、油墨、化妝品等中應(yīng)用的非金屬礦物填料和顏料以及吸附催化用的非金屬礦物材料還要進(jìn)行表面處理或表面改性,以提高其應(yīng)用性能。表面改性的方法主要是表面化學(xué)包覆、沉淀反應(yīng)包膜、插層改性等;采用的表面改性劑包括有機(jī)物和無(wú)機(jī)物二大類;改性工藝包括干法和濕法;改性設(shè)備主要有連續(xù)式的粉體表面改性機(jī)、間歇式的加熱攪拌機(jī)、渦流磨、攪拌反應(yīng)罐和反應(yīng)釜等。表2所示為目前非金屬礦物粉體表面改性常用的表面改性劑及改性設(shè)備。1.4非金屬礦物加工技術(shù)目前工業(yè)上應(yīng)用的過(guò)濾設(shè)備主要有壓濾機(jī)、離心機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)等;干燥設(shè)備主要有噴霧干燥機(jī)、圓筒干燥機(jī)、閃蒸干燥機(jī)、多功能干燥機(jī)、流化床干燥機(jī)、隧道式干燥機(jī)等。針對(duì)超細(xì)粉體干燥過(guò)程團(tuán)聚問(wèn)題的集干燥與解聚于一體的干燥技術(shù)與設(shè)備,如多功能干燥機(jī)、閃蒸干燥機(jī)等也已在超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)高嶺土、超細(xì)電氣石、水鎂石等的加工中成功地得到應(yīng)用;壓濾脫水設(shè)備和臥式螺旋離心脫水設(shè)備已廣泛用于超細(xì)高嶺土、膨潤(rùn)土、凹凸棒土等強(qiáng)粘性粘土礦物的加工;國(guó)產(chǎn)噴霧、擠壓等造粒設(shè)備及顆粒整形設(shè)備也已在工業(yè)上應(yīng)用。此外,近幾年針對(duì)非金屬礦物超細(xì)粉體的包裝設(shè)備有了較快發(fā)展,自動(dòng)計(jì)量和氣固分離、連續(xù)包裝的真空包裝機(jī)和其他自動(dòng)化連續(xù)包裝設(shè)備已在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。此外,用于煤系高嶺土煅燒的隔焰式和直焰式回轉(zhuǎn)窯,近幾年也已開(kāi)發(fā)成功并在新建生產(chǎn)線中得到應(yīng)用,基本上解決了煤系煅燒高嶺土關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題。但是,中國(guó)大陸當(dāng)前非金屬礦物加工技術(shù)還存在一些不足,主要問(wèn)題是生產(chǎn)線規(guī)模較小、自動(dòng)化和智能化水平低、產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定、單位產(chǎn)品能耗和磨耗高以及環(huán)境污染等;裝備制造商雖然很多,但大多規(guī)模較小,工藝配套性較差;還沒(méi)有出現(xiàn)能夠參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的集設(shè)備制造、工藝設(shè)計(jì)、工程建設(shè)于一身的大型企業(yè)。此外,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不能滿足相關(guān)行業(yè),特別是高技術(shù)和新材料行業(yè)發(fā)展的需要。2非金屬礦粉加工技術(shù)的進(jìn)展2.1非金屬礦超細(xì)粉體干旱加工技術(shù)(1)干法分級(jí)技術(shù)干法超細(xì)粉碎技術(shù)的發(fā)展在很大程度上取決于精細(xì)分級(jí)技術(shù)的發(fā)展。這是因?yàn)榫?xì)分級(jí)技術(shù)不僅決定產(chǎn)品的粒度分布,而且在很大程度上決定超細(xì)粉碎作業(yè)的效率。自1985年以來(lái),干法分級(jí)技術(shù)取得了顯著進(jìn)展。1985年最先進(jìn)的精細(xì)分級(jí)機(jī)的產(chǎn)品細(xì)度d(2)粉碎工藝特點(diǎn)高速機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)是主要的干法超細(xì)粉碎設(shè)備,常與精細(xì)分級(jí)機(jī)構(gòu)成閉路作業(yè),具有粉碎比大,工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但是,早期的高速機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)生產(chǎn)能力較小,近年來(lái)開(kāi)發(fā)的機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)在提高其生產(chǎn)能力方面有較大的進(jìn)展,如LHJ-260型機(jī)械式超細(xì)粉碎機(jī)(圖2),在給料粒度≤30mm,產(chǎn)品細(xì)度d(3)產(chǎn)品能耗較低環(huán)輥磨是近兩年在方解石超細(xì)粉碎領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種中小型超細(xì)粉碎設(shè)備(圖3)。其特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單,粉碎比大,單位產(chǎn)品能耗較低。給料粒度≤20mm,內(nèi)設(shè)分級(jí)裝置,產(chǎn)品細(xì)度可以在d滾輪磨(圖4)也是近年來(lái)干法超細(xì)粉碎技術(shù)的主要進(jìn)展之一,這種粉碎設(shè)備的特點(diǎn)是單機(jī)生產(chǎn)能力大,用方解石生產(chǎn)GCC產(chǎn)量可達(dá)5~10t/h,而且內(nèi)置分級(jí)機(jī),產(chǎn)品細(xì)度可以在d2.2磨規(guī)格的確定國(guó)內(nèi)造紙工業(yè)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代化造紙技術(shù)的應(yīng)用,使超細(xì)碳酸鈣漿料的需求量以每年兩位數(shù)以上的速度快速增長(zhǎng),由此推動(dòng)了超細(xì)碳酸鈣漿料生產(chǎn)技術(shù)的快速進(jìn)步。攪拌磨規(guī)格:1995年300L攪拌磨;2000年前后500L攪拌磨;2003年3000L立式攪拌磨;2005年3500~5000L攪拌磨;單機(jī)生產(chǎn)能力(d超細(xì)碳酸鈣漿料加工技術(shù)方面的重要進(jìn)展還體現(xiàn)在產(chǎn)品細(xì)度和粘度方面:生產(chǎn)的高品質(zhì)專用面涂級(jí)GCC:漿料固含量75%~78%;粘度<350mPa;最大粒度3~5μm,-2μ含量≥97%,1μ含量≥75%;平均粒徑0.3~0.5μm。圖5所示為目前國(guó)內(nèi)超細(xì)碳酸鈣漿料加工領(lǐng)域生產(chǎn)和應(yīng)用的3000L以上大型立式攪拌磨。2.3配合物開(kāi)發(fā)的連續(xù)式粉體表面改性機(jī)近5年來(lái),超細(xì)非金屬礦粉表面改性及復(fù)合技術(shù)的重要進(jìn)展是:(1)改性工藝從間歇式為主到逐步采用連續(xù)式。為此開(kāi)發(fā)了專用的SLG型和PSC型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)(圖6)。(2)從單一干式到濕干結(jié)合。從單一改性工藝到復(fù)合改性工藝:如超細(xì)粉碎與表面改性集成系統(tǒng);連續(xù)干燥與表面改性集成系統(tǒng)。改性方法的集成:如無(wú)機(jī)沉淀包膜與有機(jī)化學(xué)改性結(jié)合;機(jī)械化學(xué)作用與有機(jī)包覆和接枝改性結(jié)合2.4高白色加工高材料超細(xì)高白度煅燒高嶺土的關(guān)鍵加工技術(shù)是超細(xì)研磨技術(shù)與煅燒技術(shù),最近幾年來(lái)這兩個(gè)方面都取得了顯著進(jìn)展(1)行業(yè)技術(shù)進(jìn)展情況由1995年的BP80研磨剝片機(jī)到1999年的BP300研磨剝片機(jī)再到2000年的BP500研磨剝片機(jī);發(fā)展到2001年的CYM3000和2005年的CYM5000大型攪拌磨。年產(chǎn)萬(wàn)噸生產(chǎn)線的技術(shù)進(jìn)展情況列于表3。2006年7月投產(chǎn)的內(nèi)蒙古華生高嶺土公司3萬(wàn)t/a生產(chǎn)線超細(xì)研磨車間,只用了4臺(tái)CYM型大型攪拌磨。(2)回轉(zhuǎn)窯萬(wàn)t/a超細(xì)煅燒高嶺土的煅燒技術(shù)由20世紀(jì)90年代初的靜態(tài)煅燒窯到90年代引進(jìn)和仿制隔焰式回轉(zhuǎn)窯發(fā)展到近兩年的直焰式回轉(zhuǎn)煅燒窯,能量利用率提高、能耗顯著降低、煅燒生產(chǎn)線投資顯著減少。單位產(chǎn)品能耗:1萬(wàn)t/a隔焰式回轉(zhuǎn)窯5400~6300kJ/kg;2006年7月投產(chǎn)的3萬(wàn)t/a直焰式回轉(zhuǎn)窯2700~3100kJ/kg。圖7所示為3萬(wàn)t/a直焰式回轉(zhuǎn)窯及其自動(dòng)控制裝置。由于超細(xì)研磨機(jī)的大型化、直焰式回轉(zhuǎn)煅燒窯煅燒技術(shù)的成功應(yīng)用以及解聚分級(jí)技術(shù)的進(jìn)步,不僅用煤系高嶺巖生產(chǎn)超細(xì)煅燒高嶺土的質(zhì)量穩(wěn)定性提高,而且能耗和生產(chǎn)成本顯著下降,生產(chǎn)線投資顯著減少。1994~2004年投產(chǎn)的生產(chǎn)線,萬(wàn)t生產(chǎn)能力投資4000~7000萬(wàn)元;2006年7月投產(chǎn)的“內(nèi)蒙古華生高嶺土有限公司”3萬(wàn)t/a生產(chǎn)線,投資僅4000多萬(wàn)元。產(chǎn)品白度高達(dá)95,-2μm≤92%。2.5中國(guó)相關(guān)工業(yè)和設(shè)備的研究超細(xì)球形硅微粉是一種用于大規(guī)模集成電路板封裝的高技術(shù)產(chǎn)品。迄今為止只有幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家能夠工業(yè)生產(chǎn),中國(guó)近兩年在該領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。連云港市晶瑞石英工業(yè)開(kāi)發(fā)研究院和蚌埠玻璃研究設(shè)計(jì)院先后進(jìn)行了等離子法和氣焰法制備的中試。制備的球形硅微粉球形度達(dá)到90%以上(圖8)。解決了進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)難題。2.6th980礦物纖維制粉系統(tǒng)高長(zhǎng)徑比針狀硅灰石粉體的加工是硅灰石礦重要的深加工技術(shù)之一,近年來(lái),山西泰華公司和江西南方硅灰石礦業(yè)公司在該領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。山西泰華公司開(kāi)發(fā)的TH1200礦物纖維制粉系統(tǒng)和南方硅灰石礦業(yè)公司的ACM-700E型沖擊式粉碎機(jī)能夠加工長(zhǎng)徑比12以上的高長(zhǎng)比超細(xì)硅灰石粉體(圖9)。這兩種設(shè)備的粉碎比較大,單位產(chǎn)品能耗較低。3發(fā)展趨勢(shì)(1)“型化”“降低”“單位產(chǎn)品”開(kāi)發(fā)技術(shù)①提高機(jī)械粉碎的產(chǎn)品細(xì)度(<1mm)、降低粉碎極限、提高單機(jī)產(chǎn)量(設(shè)備大型化)、降低(單位產(chǎn)品)能耗和磨耗、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量;②發(fā)展高效低耗和大處理量的分級(jí)技術(shù)和設(shè)備;③在現(xiàn)有設(shè)備和工藝基礎(chǔ)上發(fā)展人工智能技術(shù),根據(jù)原料特點(diǎn)和產(chǎn)品細(xì)度要求自動(dòng)優(yōu)化生產(chǎn)工藝配置和操作參數(shù),達(dá)到高效、低耗、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的目的。(2)我國(guó)發(fā)展微細(xì)粒采礦提純技術(shù)及高效利用技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)是圍繞石墨、石英、高嶺土、云母、滑石、硅藻土、鋯英砂、硅灰石、重晶石、金紅石、膨潤(rùn)土、螢石、夕線石、紅柱石、藍(lán)晶石、電氣石等非金屬礦物的共伴生礦物分離、高純度精選等發(fā)展微細(xì)粒選礦提純和精選技術(shù)、復(fù)合力場(chǎng)分選技術(shù)以及綜合利用技術(shù)。(3)表面改性的生物計(jì)算①在設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化(適用性廣、分散性好、粉體與表面改性劑的作用機(jī)會(huì)均等、改性溫度和停留時(shí)間方便調(diào)節(jié)、單位產(chǎn)品能耗和磨耗較低、無(wú)粉塵污染等
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