非金屬礦粉體加工技術現狀與發展

張浩鋒

（中國建筑材料地質勘察中心江蘇總隊，南京211135）

1 引言

近年來，隨著國家對非金屬礦山資源開發和利用的重視，與之相關的非金屬礦粉體加工行業迎來了嶄新的發展，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，為提升產能和效益，相關企業在開展非金屬礦粉體加工的過程中，應結合自身的生產實際和需求，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控制和流程調整。

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，在帶動整體產業發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部等溫、不可壓縮、穩態等開展了全面的數值模擬，得出噴頭混合式內存在有2個環形回流區[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噴嘴和自行設計的新型環形復合噴嘴的模擬研究，發現新型噴嘴的射流速度快且射流相對集中，射程遠。這些模擬分析結果給設備的改進和優化提供了切實的指導。

2.2 分級設備

現階段的非金屬礦粉體加工中，分級設備的應用也較多，專業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，功能越發多樣且性能逐步提高，不僅提升了總體加工效率，更使產品質量水平大大提升。

3 非金屬礦物粉體加工技術現狀

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種作業段。在加工過程中，不同層級所對應的設備也存在明顯的區別。

3.2 選礦提純

工業生產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。從當下工業生產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，隨著各行各業的發展，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、化妝品等產品中，同樣有非金屬礦物添加料和顏料，在這些產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品的質量和性能[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，根據表面改性劑的性質分類，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分。在表面改性過程中，連續式粉體表面改性機、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中，脫水、煅燒、造粒與包裝同樣是關鍵的加工處理環節。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，必須選擇恰當的過濾設備。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。不同的非金屬礦產資源過濾處理中，可選擇的設備也存在巨大的差異，應結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節，其粉碎處理效果是由精細分級技術的發展水平決定的，由于精細分級技術在應用過程中會直接影響產品的粒度分布特點，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展，這一技術的發展速度加快，逐步克服了傳統技術的限制，不僅超細粉碎的效率顯著提升，更是加快了行業的整體加工進度，提升了產品質量，且我國逐步研發了一些精細分級機，自主研發水平大大增強。

4.1.2 機械沖擊式超細粉碎機

在干法超細粉碎環節，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，經由這一設備與精細分級機構的高度配合，形成了完整的閉路作業工序，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效率較低且整體的產能偏低，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化和改進，生產能力大大提升，不論是給料粒度、產品細度等參數指標，都符合加工規范化的要求。

4.1.3 環輥磨和滾輪磨

在方解石超細粉碎作業環節，環輥磨的應用相對有效。從本質上來看，環輥磨屬于中小型超細粉碎設備，在多年的發展過程中，環輥磨的應用范圍逐步擴大，且表現出了越來越明顯的設備優勢。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，加工作業過程中的單位能耗較低，符合節能環保要求。根據當下非金屬礦粉體加工中的環輥磨應用，給料粒度應不超20 mm，在設備內部設置分級裝置，加工過程中完全可以根據標準來進行產品細度的有效調整[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展的產物。與常規的設備相比，滾輪磨在應用于粉碎作業時，單機的生產能力相對較大。比如，用方解石生產碳酸鈣粉的產量在5～10 t/h，且在近年來產能處于穩步提升的狀態下，內部有分級機的使用，可以實現對產品細度的科學調節。

4.2 超細碳酸鈣漿料加工技術

在技術不斷發展的過程中，造紙工業的進步明顯，造紙技術越來越具有現代化的特征，正是因為造紙行業的快速發展，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工藝和技術的革新，市場上包含多種規格的攪拌磨，不同規格的攪拌磨生產中，單機產能也有所不同，但在技術不斷發展的過程中，攪拌磨應用于超細碳酸鈣漿料生產時的生產規模和能力都有所提升。結合超細碳酸鈣漿料加工技術的應用現狀，技術創新和應用的過程中，最需要關注的就是產品細度和黏度。

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，以實現相應的技術創新。根據當下的發展進展，改性工藝已經實現了間歇式向連續式的轉變，市場上出現了專用的SLG型和PSC型連續式粉體表面改性機，同樣實現了單一干式向濕干結合的改變。比如，超細粉碎和表面改性集成系統、連續干燥和表面改性集成系統，這些系統的集成性使改性過程中的信息得以共享，在提升了生產效率的同時，創造了更高的經濟效益。

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展。首先，在超細研磨技術發展中，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，在對各個參數和細節加以優化以后，設備產能顯著提升，并且一些專有的企業形成了自身的生產線。其次，從煅燒技術發展的總歷程來看，在20世紀90年代初期，煅燒技術更多地以靜態煅燒窯為主，隨后依次經歷了隔焰式回轉窯、直焰式回轉煅燒窯，在設備不斷更新的過程中，煅燒處理過程中的生產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，符合可持續發展的要求，且可以保障總體生產效益。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，克服傳統技術的限制。

5 結語

綜上所述，隨著非金屬礦產資源在經濟社會各個領域的應用，非金屬礦產資源的開發力度明顯增強，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，使行業內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資源行業的高效發展。