非金屬礦粉體加工技術現(xiàn)狀與發(fā)展

張浩鋒

（中國建筑材料地質(zhì)勘察中心江蘇總隊，南京211135）

1 引言

近年來，隨著國家對非金屬礦山資源開發(fā)和利用的重視，與之相關的非金屬礦粉體加工行業(yè)迎來了嶄新的發(fā)展，也取得了卓越的成就。在多年的探索和實踐過程中，非金屬礦粉體加工技術日漸成熟，市場上的技術工藝和設備越來越多，為提升產(chǎn)能和效益，相關企業(yè)在開展非金屬礦粉體加工的過程中，應結(jié)合自身的生產(chǎn)實際和需求，做好技術、工藝和設備等方面的綜合選擇，加強對加工過程中的相關參數(shù)控制和流程調(diào)整。

2 非金屬礦粉體加工設備

非金屬礦粉體加工中，市場上可利用的設備非常多，本文以超細粉碎和磨機、分級設備為例展開研究。

2.1 超細粉碎與磨機

在非金屬礦粉體加工過程中，超細粉碎和磨機已成為深加工中的關鍵設備，在帶動整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中有不可替代的作用。由于此類設備在非金屬礦粉體加工中的突出作用，在當下的市場上，國內(nèi)外都對超細粉碎和磨機開展了大量的模擬研究。這些研究給設備的正確操作和使用提供了正確的指導。比如，部分學者利用Fluent軟件對準直管磨料射流準直管靜止不動、入口帶圓錐收斂段的直管磨料噴頭內(nèi)部等溫、不可壓縮、穩(wěn)態(tài)等開展了全面的數(shù)值模擬，得出噴頭混合式內(nèi)存在有2個環(huán)形回流區(qū)[1]；部分學者同樣利用Fluent軟件開展了關于氣流粉碎中獲得高速氣流的常規(guī)噴嘴和自行設計的新型環(huán)形復合噴嘴的模擬研究，發(fā)現(xiàn)新型噴嘴的射流速度快且射流相對集中，射程遠。這些模擬分析結(jié)果給設備的改進和優(yōu)化提供了切實的指導。

2.2 分級設備

現(xiàn)階段的非金屬礦粉體加工中，分級設備的應用也較多，專業(yè)領域研究的重點在渦流分級機、渦流超細分級機、氣力超細分級機等設備。在渦流分級研究中，有關專家使用Fluent軟件對渦流分級機的分級輪開展了模擬分析，對于市場上的干法水泥生產(chǎn)線中的立磨選礦機分級室展開了詳細分析。這些研究都充分表明了在技術不斷進步的過程中，非金屬礦粉體加工設備也日漸進步，功能越發(fā)多樣且性能逐步提高，不僅提升了總體加工效率，更使產(chǎn)品質(zhì)量水平大大提升。

3 非金屬礦物粉體加工技術現(xiàn)狀

3.1 粉碎分級

非金屬礦粉體加工中，對于非金屬礦物，粉碎僅僅是一個加工工序，依據(jù)不同的粒徑，可以細分為破碎、磨礦或磨粉、超細粉碎或超細磨3種作業(yè)段。在加工過程中，不同層級所對應的設備也存在明顯的區(qū)別。

3.2 選礦提純

工業(yè)生產(chǎn)領域往往涉及很多非金屬礦物的使用，其中，使用范圍較廣且用量較大的主要是石灰石、方解石、大理石、白云石、石膏等，在生產(chǎn)領域的應用中，這些非金屬礦物一般只需要進行相應的揀選和分類。從當下工業(yè)生產(chǎn)中的選礦提純情況來看，所涉及的非金屬礦主要是石棉、石墨、高嶺土、石英和云母、石榴子石等，不同類型的非金屬礦采用的選礦工藝也存在明顯的區(qū)別。比如，石棉多采用的是分選和篩分分級；石墨因為其存在天然的可浮性，浮選應用較多，但如果石墨的固定碳含量在95%以上，更適宜選用化學選礦；軟質(zhì)高嶺土中采用的是重選浮砂，強磁或者高梯度磁選機與化學漂白除鐵增白；硅藻土選礦中采用的是擦洗分散、分級工藝；高純石英主要利用酸浸和純水洗滌。

3.3 表面改性

非金屬礦粉體加工中，表面改性工序同樣至關重要，隨著各行各業(yè)的發(fā)展，非金屬礦物被廣泛應用在各個方面，塑料、橡膠、膠黏劑等高分子材料、高聚物基復合材料中也有非金屬礦物成分；油漆涂料、涂層材料、油墨、化妝品等產(chǎn)品中，同樣有非金屬礦物添加料和顏料，在這些產(chǎn)品中的非金屬礦材料使用中，需加強表面處理和表面改性，才能最大限度地保障產(chǎn)品的質(zhì)量和性能[2]。市場上的非金屬礦表面改性方面，往往以表面化學包裹、沉淀反應包膜、插層改性為主。改性工作進行時，一般需利用表面改性劑來實現(xiàn)，根據(jù)表面改性劑的性質(zhì)分類，包含有機高分子處理劑、無機物處理劑等。具體改性工作進行時，有濕法和干法工藝的區(qū)分。在表面改性過程中，連續(xù)式粉體表面改性機、間歇式加熱攪拌機、渦流磨、攪拌反應罐等的應用相對較多。

3.4 脫水(過濾和干燥)、煅燒、造粒及包裝

非金屬礦粉體加工作業(yè)中，脫水、煅燒、造粒與包裝同樣是關鍵的加工處理環(huán)節(jié)。在過濾處理過程中，壓濾機、離心機、真空過濾機的使用較多，為使過濾處理的效果最佳，必須選擇恰當?shù)倪^濾設備。在干燥處理工作中，可選擇的設備為噴霧干燥機、圓筒干燥機、閃蒸干燥機、多功能干燥機等。不同的非金屬礦產(chǎn)資源過濾處理中，可選擇的設備也存在巨大的差異，應結(jié)合非金屬礦粉體加工的要求，選擇最為理想的設備。非金屬礦粉體干燥中，常常會存在團聚問題，針對這一情況，市場上逐步出現(xiàn)了新型設備，如多功能干燥機、閃蒸干燥機等，這些干燥設備具有干燥和解聚一體化的特征，在超細重質(zhì)碳酸鈣、超細高嶺土、超細電氣石等的加工中應用非常有效。

4 非金屬礦粉體加工技術進展

4.1 非金屬礦超細粉體干法加工技術

4.1.1 精細分級技術

干法超細粉碎在非金屬礦粉體加工的過程中是一個重要環(huán)節(jié)，其粉碎處理效果是由精細分級技術的發(fā)展水平?jīng)Q定的，由于精細分級技術在應用過程中會直接影響產(chǎn)品的粒度分布特點，因此，也就決定了粉碎的效率和效果[3]。自20世紀80年代開始，我國的干法分級技術取得了卓越的發(fā)展，這一技術的發(fā)展速度加快，逐步克服了傳統(tǒng)技術的限制，不僅超細粉碎的效率顯著提升，更是加快了行業(yè)的整體加工進度，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，且我國逐步研發(fā)了一些精細分級機，自主研發(fā)水平大大增強。

4.1.2 機械沖擊式超細粉碎機

在干法超細粉碎環(huán)節(jié)，對設備的依賴性非常高，設備水平和功能直接決定了處理效果。干法超細粉碎過程中，高速機械沖擊式粉碎機是一種新型的設備，其功能相對多樣且完善，經(jīng)由這一設備與精細分級機構(gòu)的高度配合，形成了完整的閉路作業(yè)工序，并且整體操作流程簡單[4]。高速機械沖擊式超細粉碎機在出現(xiàn)的最初階段，因為設計技術相對落后，使高速機械沖擊式超細粉碎機的生產(chǎn)效率較低且整體的產(chǎn)能偏低，隨著技術的不斷革新，新型機械沖擊式超細粉碎機在原有設備基礎上進行了設計優(yōu)化和改進，生產(chǎn)能力大大提升，不論是給料粒度、產(chǎn)品細度等參數(shù)指標，都符合加工規(guī)范化的要求。

4.1.3 環(huán)輥磨和滾輪磨

在方解石超細粉碎作業(yè)環(huán)節(jié)，環(huán)輥磨的應用相對有效。從本質(zhì)上來看，環(huán)輥磨屬于中小型超細粉碎設備，在多年的發(fā)展過程中，環(huán)輥磨的應用范圍逐步擴大，且表現(xiàn)出了越來越明顯的設備優(yōu)勢。從其具體的應用效果來看，工藝操作相對簡單，且粉碎比相對較大，加工作業(yè)過程中的單位能耗較低，符合節(jié)能環(huán)保要求。根據(jù)當下非金屬礦粉體加工中的環(huán)輥磨應用，給料粒度應不超20 mm，在設備內(nèi)部設置分級裝置，加工過程中完全可以根據(jù)標準來進行產(chǎn)品細度的有效調(diào)整[5]。滾輪磨同樣是在非金屬礦粉體加工中的重要設備，是干法超細粉碎技術發(fā)展的產(chǎn)物。與常規(guī)的設備相比，滾輪磨在應用于粉碎作業(yè)時，單機的生產(chǎn)能力相對較大。比如，用方解石生產(chǎn)碳酸鈣粉的產(chǎn)量在5～10 t/h，且在近年來產(chǎn)能處于穩(wěn)步提升的狀態(tài)下，內(nèi)部有分級機的使用，可以實現(xiàn)對產(chǎn)品細度的科學調(diào)節(jié)。

4.2 超細碳酸鈣漿料加工技術

在技術不斷發(fā)展的過程中，造紙工業(yè)的進步明顯，造紙技術越來越具有現(xiàn)代化的特征，正是因為造紙行業(yè)的快速發(fā)展，超細碳酸鈣漿料的需求量也大大提升，刺激了超細碳酸鈣生產(chǎn)工藝和技術的革新，市場上包含多種規(guī)格的攪拌磨，不同規(guī)格的攪拌磨生產(chǎn)中，單機產(chǎn)能也有所不同，但在技術不斷發(fā)展的過程中，攪拌磨應用于超細碳酸鈣漿料生產(chǎn)時的生產(chǎn)規(guī)模和能力都有所提升。結(jié)合超細碳酸鈣漿料加工技術的應用現(xiàn)狀，技術創(chuàng)新和應用的過程中，最需要關注的就是產(chǎn)品細度和黏度。

4.3 超細非金屬礦粉表面改性與復合技術

多年來，我國在超細非金屬礦粉表面改性方面都投入了大量的資金和人力，以實現(xiàn)相應的技術創(chuàng)新。根據(jù)當下的發(fā)展進展，改性工藝已經(jīng)實現(xiàn)了間歇式向連續(xù)式的轉(zhuǎn)變，市場上出現(xiàn)了專用的SLG型和PSC型連續(xù)式粉體表面改性機，同樣實現(xiàn)了單一干式向濕干結(jié)合的改變。比如，超細粉碎和表面改性集成系統(tǒng)、連續(xù)干燥和表面改性集成系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的集成性使改性過程中的信息得以共享，在提升了生產(chǎn)效率的同時，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟效益。

4.4 超細高白度煅燒高嶺土加工技術

在超細高白度煅燒高嶺土加工技術的應用過程中，超細研磨技術和煅燒技術極為重要，在最近幾年，這2種技術都得到了快速的發(fā)展。首先，在超細研磨技術發(fā)展中，早期的技術條件下，研磨剝片機功能有限，在當下的條件下，研磨剝片機的各方面性能都顯著提升，在對各個參數(shù)和細節(jié)加以優(yōu)化以后，設備產(chǎn)能顯著提升，并且一些專有的企業(yè)形成了自身的生產(chǎn)線。其次，從煅燒技術發(fā)展的總歷程來看，在20世紀90年代初期，煅燒技術更多地以靜態(tài)煅燒窯為主，隨后依次經(jīng)歷了隔焰式回轉(zhuǎn)窯、直焰式回轉(zhuǎn)煅燒窯，在設備不斷更新的過程中，煅燒處理過程中的生產(chǎn)效率和能源利用率都顯著提升，將能耗控制在了標準范圍內(nèi)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，且可以保障總體生產(chǎn)效益。雖然如此，在未來技術不斷進步的過程中，同樣要加強技術和工藝的革新，克服傳統(tǒng)技術的限制。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著非金屬礦產(chǎn)資源在經(jīng)濟社會各個領域的應用，非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)力度明顯增強，由于這些非金屬礦在很多領域應用時存在粉體利用的形式，使行業(yè)內(nèi)對非金屬礦粉體加工技術提出了新的要求，在未來的工作實踐中，要加大對非金屬礦粉體加工技術的研究和應用，進一步帶動非金屬礦產(chǎn)資源行業(yè)的高效發(fā)展。