非金属矿物加工与利用 第2讲

非金属矿物加工与利用,非金属矿物加工与利用,概述非金属矿物选矿与提纯技术非金属矿物超细粉碎与分级粉体表面改性其它技术,非金属矿物加工与利用概述,1非金属矿产资源概述2我国非金属矿产资源现状与存在的问题3非金属矿加工的主要内容及发展趋势4非金属矿通用名词术语,1非金属矿产资源概述,矿产资源是由地质作用形成，在当前技术经济条件下可以开采利用的自然资源。矿产资源可分为能源（燃料）矿产、金属矿产和非金属矿产三大类。,非金属矿产定义,非金属矿产（nonmetallicore）国内外的一些文献资料也称为工业矿物与岩石（industrialmineralsandrocks）。是指除了矿物燃料以外的，其化学组成或技术物理性能可资工业利用，而且有经济价值的所有非金属矿物与岩石。,白云母,红柱石,非金属矿产的分类,大体上可分为三种，即按矿产的用途分类，按矿产的地质成因分类以及按矿产品的价值分类。但实际上，由于非金属矿产种类繁多、地质成因复杂、用途广泛，很多矿种有多种成因、一矿多用，多矿一用，因而很难提出完善的分类方案。按工业用途分类，我国分为6类：化工原料、建筑材料、冶金辅助原料、轻工原料、电气及电子工业原料、宝石类及光学材料。美国分为14类：磨料、陶瓷原料、化工原料、建筑材料、电子及光学材料、肥料矿产、填料、过滤物质及矿物吸附剂、助熔剂、铸型原料、玻璃原料、矿物颜料、耐火原料、钻井泥浆原料等。,按用途分类,从功能材料角度的分类,2我国非金属矿产资源现状与问题,中国非金属矿产资源比较丰富，探明储量多，品种齐全，矿石质量一般较好，产地分布也较为广泛，是世界上少有的几个非金属矿产资源条件较好的国家之一。,我国非金属矿资源特点,种类比较齐全，已发现的91种资源，涵盖了冶金辅料、化工原料、建材原料和其他非矿品种。按用途分共有132个矿种，包括冶金辅助原料17种、化工原料26种、建筑材料及其它非金属矿产89种。按有用矿物或岩石分类，可大致归属于近80种工业矿物或岩石。部分非金属矿资源储量在世界占有较大比重，石膏、石棉萤石、菱铁矿、硅灰石、硫、重晶石等十余种储量居世界前列，硅灰石43%、石墨32%、菱镁矿30%、重晶石20%、硼矿物16%。,钾盐、天然碱、金刚石、宝石、玉石、彩石等矿产，探明储量少，远远不能满足国内生产建设的需求。地质控制程度低的部分所占比重较大；资源量大，基础储量少；经济可用性差或经济意义未确定的资源储量多，控制和推断的资源储量多，探明的资源储量少。,我国非金属矿工业面临的挑战,人均资源占有量少。按人均计算我国的资源量，仅达到国际人均水平的58%。某些矿种稀缺。如我国的金刚石储量小，品位低。我国金刚石品味最富的原矿品位和砂矿类品位仅相当于南非金刚石选矿厂的尾矿品位。难选矿物多，利用技术复杂。如高岭土伴生有蒙脱石、伊利石、水钻石以及石英、云母、黄铁矿、方解石等，给选矿增加了困难，用途受到限制。,中、小型矿床居多，大型矿床偏小。已勘察的165个非金属矿床中，大型矿床27个，中型矿床23个，小型矿床115个。地域分布相对集中，非产地利用则增加运输成本。已探明的资源大部份集中在中东部地区。如菱铁矿和滑石90%，石墨和萤石的80%以上集中分布在东部和中部地区。我国非金属矿资源家底不清。许多开采企业，没有地质报告进行生产。如全国膨润土矿山不小于千家，有50%以上矿山是未经地质勘察工作的矿区（点）采掘。,3非金属矿加工内容及发展趋势,选矿和提纯粉碎和分级表面改性其它加工利用技术,选矿和提纯技术,是保证非金属矿自身性质得以发挥而进行的选别、纯化、提取过程，是非金属矿深度综合利用的必要过程和手段。光纤及压电材料用的石英粉要求纯度达到99.999%，杂质含量达到PPM级，现代高档纸张用的高岭土和磷酸钙涂料要求白度达到90以上，细度-2微米含量超过90%。包括传统的重、磁、浮、电选等，也有一些针对特殊矿种和特殊要求而开发的新的或综合的选矿技术，如磁流体水力旋流分选等。,非金属矿物选矿提纯技术的发展趋势（1）发展分选效率高、分选粒度细的选矿提纯技术，特别是微细粒提纯技术和综合力场选矿技术以及高岭土、石英、硅藻土、石墨等的化学提纯技术。（2）在传统非金属矿石墨的选矿中将进一步提高再磨再选作业的效率，在石棉的选矿方面将强化纤维的保护和提高分选精度及产品纯度。,粉碎和分级,包括碎磨分级甚至通过超细粉碎等一系列细化和粒级分化过程。以此利用非金属矿物的自身特性和超细化所带来的表面及界面特性。具有特殊功能的高技术陶瓷是近十年来迅速发展的新材料，被称之为继金属材料和高分子材料后的第三大材料，在制备高性能陶瓷材料时，非金属矿物原料越纯，粒度越细，材料的致密性越好，强度和韧性越高。一般原料的粒度小于1微米甚至0.1微米，如果原料能达到纳米级，则制备的陶瓷称为纳米陶瓷。显像管用的氧化铝微粉平均粒径一般为1.5-5.5微米，复印粉及打印墨粉要求粒径达到微米级。,粉碎和分级的发展趋势（1）开发效率高、粉碎比大、粉碎极限粒度小、适用范围宽，而且具有自行分级功能或可实现超细粉碎与精细分级及表面改性组合加工的新型超细粉碎技术和工艺设备。（2）发展和完善粒度大小及其分面的自动监控技术及粒度检测方法和仪器,表面改性,为了充分利用非金属矿物粉体的填充、增强等性能，通过表面改性进行粉体表面的有机化和功能化。我国目前采用的层面防水材料主要是以沥青为基料的改性乳化沥青及各种无机高分子材料的一些系列产品.其耐老性差,易渗漏,性能单一.而以滑石轻钙、粉煤灰为基料，经表面改性的粉料做成的防水层，可在400mm水柱压力下，在水中浸泡一年不漏水，在90C至-40C范围内，防水性能不降低，还具有防火、隔热功能。,主要发展趋势（1）在重视基本原理研究和改进及优化现有方法的基础上发展简单可靠、易于控制的新的表面改性方法；（2）降低表面处理剂，尤其是各种偶联剂的生产成本，并研制应用性能好、成本低或具有某些特殊功能的新型表面改性剂，特别是研制那些与基质材料在化学成份或分子结构紧密相关的“衍生物”以改善非金属矿粉与有机高聚物基质的相容性；（3）发展适应性强、药剂分散度高、粉体表面改性效果好的专门的表面改性设备；（4）发展改性过程参数和自动监控技术和产品质量的检测方法和仪器。,非金属矿选矿及深加工的技术进展,深加工研究是当今非金属矿物开发利用的关键。主流发展方向是粒度超细化、质量高纯化、表面活性及改性化、加工工艺复合化。,超细超纯及改性,绝大多数非金属矿物的应用价值在于它的物理化学性质而不是它的化学元素，只有提纯超细或改性后其物理化学特性才能充分体现和发挥。随着矿物粒度细化，矿物比表面积也不断增大，表面活性也不断改善，促使物化反应加速，矿物颗粒与其它组分的结合力更强，复合与互补性加大。矿物超细化研究涉及到市场需求、超细粉碎与分级、机械制造、矿物加工工艺及产品性能检测等一系列工程化问题。超细高纯化是非金属矿深加工技术的首要任务。超细超纯的非金属矿一般具有亲水性质，必须有机化改性以后使其成为疏水表面后才能有更广阔的应用前景。,粉碎及精细分级技术是非金属矿主要的深加工技术之一。超细粉碎的目的，一方面使矿物单体分离，另一方面使赋存于其中的杂质矿物如铁、钛、硫等有害组分得到解离。在该技术领域，日本、德国、美国、加拿大等处于世界领先水平。航空航天、电子工业、新型或高技术陶瓷工业等领域对非金属矿物原料，如石英、金刚石、氧化铝等矿物的纯度要求很高。而微细粒选矿提纯技术是加工高纯非金属矿产品的重要方法。,国内的发展武汉理工大学雷绍民CM51型冲击磨超细粉碎硬质高岭岩，-2微米含量达到70%以上。北京矿冶研究总院GJ5X2大型双槽高强度搅拌机容积达到10m3，成功用于2万吨/年煤系煅烧高岭石工业生产中。北京古生代粉体科技有限公司的超细分级机，分级精度可达到0.3微米，已成功用于高岭土、伊利石、云母、石墨和膨润土的精细分级作业。表面化学包覆法和沉淀反应法辅以机械化学法改性塑料、橡胶、涂料等。,矿物微生物技术,矿物微生物技术是21世纪矿冶工程研究的前沿领域。目前，国内外矿物微生物研究主要集中于金属矿。非金属矿微生物技术从上世纪末开始。微生物浸出技术脱除硅砂、粘土矿物、高岭石等矿物中的金属硫化物或金属氧化物杂质。氧化亚铁硫杆菌用于富含黄铁矿的鄂西硬质高岭土的除铁脱硫增白，堆浸60d，除铁率达到80%，白度提高13.9%。,环保型、综合利用型选矿技术,开发利用煤系高岭石、煤矸石、粉煤灰和冶炼渣作为环境矿物材料、白水泥、墙体材料、路面铺高材料技术。内蒙古利用风积沙生产微晶玻璃，又建成5万平方米浮法微晶玻璃板工业试验生产线。石棉尾矿中提取碳酸镁或轻质碳酸镁技术澳大利亚生态技术公司开发成功能吸收二氧化碳的生态水泥，主要成分为粉煤灰、普通水泥和氧化镁等废料，由生态水泥制成的砌块等墙体材料是二氧化碳的中和物。,4非金属矿通用名词术语,非金属矿物non-metallicmineral一般不以提炼金属为目的，而直接利用其物理、化学性质的矿物。非金属矿石non-metallicore在当前技术经济条件下可被利用的，从矿体上开采出来的非金属矿物、矿物集合体或聚集体。非金属矿产non-metallicminerals除金属矿产、燃料矿产外，凡可利用的岩石和天然非金属矿物资源。,非金属矿产品non-metallicmineralproducts由采矿、选矿或磨矿等工艺生产出来的非金属矿物原料和岩石的总称。有用矿物valuablemineral矿石或矿产品中能被利用的矿物。脉石矿物ganguemineral矿石或矿产品中目前还不能被利用的矿物。有用组分usefulconstituent矿石或矿产品中能被利用的有益成分。有害组分harmfulconstituent矿石或矿产品中，对其使用或生产加工过程起不良影响的成分。,矿石品位oregrade单位体积或单位重量矿石中，有用矿物或有用组分的含量。矿石品级industrialoresorting根据有益、有害且分的含量，物理性能以及不同工业用途的要求，把矿石划分的级别。原矿rawore(greenore)从矿山开采出来尚未进行加工处理的矿石。精矿concentrate原矿经选别后有用矿物被富集的产品。尾矿tailings从原矿中选别出精矿及中间产品后的剩余产物。,粉矿powderore由于矿床成因或在采掘过程中破碎形成的粉末状矿石或矿产品。矿石粉mineralpowder(mineralflour)矿石经破碎、磨矿及分级后具有一定细度的粉状矿产品。产率yield(output)选矿产物在工艺流程中产出的比率。通常用该产物的重量与入选原矿重量之比的百分数表示。回收率recovery有用成分在选别中被回收的比率。通常用该产物中某一有用成分的重量与入选原矿中同一有用成分重量之比的百分数表示。,块度lumpiness块矿的大小程度。通常用某一级别块矿的平均直径或最大长度表示。细度fineness粉矿或矿石粉颗粒群的粗细程度。粒度grainsize(granularity)矿物或矿产品颗粒大小程度的总称。品种variety矿产品按其成分、性能、用途等不同特征所划分的种类。,规格specification同一品种的矿产品按其长度、面积、粒度及粒度分布、重量、白度等特征参数划分的类别。质量quality矿产品符合工业技术要求所具备的物化性能优劣水平和被加工精细程度的总特性。等级grade为满足工业生产需要，同一品种矿产品按其质量高低所划分的级别。产品检验productinspection按一定标准对矿产品质量进行检查和验证的工作。,外观质量apparentquality用感官直接观测到的非金属矿产品的外部物理特性。矿物颜色colourofminerals矿物、矿物保合体从自然光中选择吸收不同波长光之后，反射或透射出其它剩余波长光组成的混合色。白度whiteness物质显示的白色程度。注：白色大量金属矿物粉末试样的白度，系指以优级氧化镁标准白板对特定波长的单色光的绝对反射比为基准，以相应波长的单色光测得试样板表面的绝对反射比，以百分数表示。,光泽luster矿物或矿物集合体表面对可见光反射的能力。硬度hardness固体矿物或矿产品抵抗外来机械作用(如刻划，压入或研磨等)的能力。密度density单位体积矿石产品的重量。单位为克/厘米3；千克/米3。容重