中国非金属矿粉体加工技术的进展

中国非金属矿粉体加工技术的进展

1非金属矿物粉加工技术现状1.1磨矿体表面细磨系统3个层次目前，非金属矿物的研磨和研磨可根据产品的粒度分为三个级别：破碎（产品粒度35.1mm）、研磨或研磨（产品粒度1000.10m）和研磨过度或精确磨损（产品粒度10.0.1）。各个不同粉碎和分级层次所应用的主要工业设备列于表1。1.2低身份石的制备目前,工业上大多数非金属矿物,如石灰石、方解石、大理石、白云石、石膏、重晶石、滑石、叶蜡石、绿泥石、膨润土、伊利石、硅灰石、煤系硬质高岭岩、玻璃原料石英岩等只进行简单的拣选和分类。目前工业上进行选矿提纯的非金属矿主要有:石棉、石墨、高岭土、硅藻土、石英、云母、石榴子石、蓝晶石、夕线石、红柱石、蛭石、菱镁矿、长石、金红石、锆英砂、萤石等。由于优质滑石资源的日渐减少,2005年开始了低品位滑石的选矿加工。石棉主要采用风选和筛分分级;石墨天然可浮性好,主要采用浮选,对要求固定碳含量达到95%以上的高纯石墨采用化学选矿(强酸、碱处理和高温煅烧);软质高岭土主要采用重选(水力旋流器和离心分级)除砂,强磁或高梯度磁选机及化学漂白(还原和氧化漂白)除铁增白;硅藻土主要采用擦洗分散、分级除晶质二氧化硅、选择性沉降分离粘土;高纯石英主要采用酸浸和纯水洗涤;云母则主要进行人工或机械拣选及摩擦选矿以及风选和重选除砂;石榴石主要采用摇床分选;夕线石和蓝晶石则在去除矿泥的基础上主要采用浮选;长石主要采用磁选,与石英分离时,主要采用浮选;蛭石主要利用其膨胀后与脉石矿物的密度差采用简单的风选和水选;菱镁矿主要采用热选,即控温煅烧后进行分选;金红石和锆英砂主要采用电选、磁选和重选综合力场选矿工艺;萤石和滑石主要采用浮选工艺。1.3其他非金属矿物材料在塑料、橡胶、胶粘剂等高分子材料或高聚物基复合材料中应用的非金属矿物填料以及油漆涂料、涂层材料、油墨、化妆品等中应用的非金属矿物填料和颜料以及吸附催化用的非金属矿物材料还要进行表面处理或表面改性,以提高其应用性能。表面改性的方法主要是表面化学包覆、沉淀反应包膜、插层改性等;采用的表面改性剂包括有机物和无机物二大类;改性工艺包括干法和湿法;改性设备主要有连续式的粉体表面改性机、间歇式的加热搅拌机、涡流磨、搅拌反应罐和反应釜等。表2所示为目前非金属矿物粉体表面改性常用的表面改性剂及改性设备。1.4非金属矿物加工技术目前工业上应用的过滤设备主要有压滤机、离心机、真空过滤机等;干燥设备主要有喷雾干燥机、圆筒干燥机、闪蒸干燥机、多功能干燥机、流化床干燥机、隧道式干燥机等。针对超细粉体干燥过程团聚问题的集干燥与解聚于一体的干燥技术与设备,如多功能干燥机、闪蒸干燥机等也已在超细重质碳酸钙、超细高岭土、超细电气石、水镁石等的加工中成功地得到应用;压滤脱水设备和卧式螺旋离心脱水设备已广泛用于超细高岭土、膨润土、凹凸棒土等强粘性粘土矿物的加工;国产喷雾、挤压等造粒设备及颗粒整形设备也已在工业上应用。此外,近几年针对非金属矿物超细粉体的包装设备有了较快发展,自动计量和气固分离、连续包装的真空包装机和其他自动化连续包装设备已在生产中广泛应用。此外,用于煤系高岭土煅烧的隔焰式和直焰式回转窑,近几年也已开发成功并在新建生产线中得到应用,基本上解决了煤系煅烧高岭土关键设备的国产化问题。但是,中国大陆当前非金属矿物加工技术还存在一些不足,主要问题是生产线规模较小、自动化和智能化水平低、产品质量不够稳定、单位产品能耗和磨耗高以及环境污染等;装备制造商虽然很多,但大多规模较小,工艺配套性较差;还没有出现能够参与国际竞争的集设备制造、工艺设计、工程建设于一身的大型企业。此外,产品标准不能满足相关行业,特别是高技术和新材料行业发展的需要。2非金属矿粉加工技术的进展2.1非金属矿超细粉体干旱加工技术(1)干法分级技术干法超细粉碎技术的发展在很大程度上取决于精细分级技术的发展。这是因为精细分级技术不仅决定产品的粒度分布,而且在很大程度上决定超细粉碎作业的效率。自1985年以来,干法分级技术取得了显著进展。1985年最先进的精细分级机的产品细度d(2)粉碎工艺特点高速机械冲击式粉碎机是主要的干法超细粉碎设备,常与精细分级机构成闭路作业,具有粉碎比大,工艺简单的特点。但是,早期的高速机械冲击式超细粉碎机生产能力较小,近年来开发的机械冲击式超细粉碎机在提高其生产能力方面有较大的进展,如LHJ-260型机械式超细粉碎机(图2),在给料粒度≤30mm,产品细度d(3)产品能耗较低环辊磨是近两年在方解石超细粉碎领域广泛应用的一种中小型超细粉碎设备(图3)。其特点是工艺简单,粉碎比大,单位产品能耗较低。给料粒度≤20mm,内设分级装置,产品细度可以在d滚轮磨(图4)也是近年来干法超细粉碎技术的主要进展之一,这种粉碎设备的特点是单机生产能力大,用方解石生产GCC产量可达5~10t/h,而且内置分级机,产品细度可以在d2.2磨规格的确定国内造纸工业的迅速发展和现代化造纸技术的应用,使超细碳酸钙浆料的需求量以每年两位数以上的速度快速增长,由此推动了超细碳酸钙浆料生产技术的快速进步。搅拌磨规格:1995年300L搅拌磨;2000年前后500L搅拌磨;2003年3000L立式搅拌磨;2005年3500~5000L搅拌磨;单机生产能力(d超细碳酸钙浆料加工技术方面的重要进展还体现在产品细度和粘度方面:生产的高品质专用面涂级GCC:浆料固含量75%~78%;粘度<350mPa;最大粒度3~5μm,-2μ含量≥97%,1μ含量≥75%;平均粒径0.3~0.5μm。图5所示为目前国内超细碳酸钙浆料加工领域生产和应用的3000L以上大型立式搅拌磨。2.3配合物开发的连续式粉体表面改性机近5年来,超细非金属矿粉表面改性及复合技术的重要进展是:(1)改性工艺从间歇式为主到逐步采用连续式。为此开发了专用的SLG型和PSC型连续式粉体表面改性机(图6)。(2)从单一干式到湿干结合。从单一改性工艺到复合改性工艺:如超细粉碎与表面改性集成系统;连续干燥与表面改性集成系统。改性方法的集成:如无机沉淀包膜与有机化学改性结合;机械化学作用与有机包覆和接枝改性结合2.4高白色加工高材料超细高白度煅烧高岭土的关键加工技术是超细研磨技术与煅烧技术,最近几年来这两个方面都取得了显著进展(1)行业技术进展情况由1995年的BP80研磨剥片机到1999年的BP300研磨剥片机再到2000年的BP500研磨剥片机;发展到2001年的CYM3000和2005年的CYM5000大型搅拌磨。年产万吨生产线的技术进展情况列于表3。2006年7月投产的内蒙古华生高岭土公司3万t/a生产线超细研磨车间,只用了4台CYM型大型搅拌磨。(2)回转窑万t/a超细煅烧高岭土的煅烧技术由20世纪90年代初的静态煅烧窑到90年代引进和仿制隔焰式回转窑发展到近两年的直焰式回转煅烧窑,能量利用率提高、能耗显著降低、煅烧生产线投资显著减少。单位产品能耗:1万t/a隔焰式回转窑5400~6300kJ/kg;2006年7月投产的3万t/a直焰式回转窑2700~3100kJ/kg。图7所示为3万t/a直焰式回转窑及其自动控制装置。由于超细研磨机的大型化、直焰式回转煅烧窑煅烧技术的成功应用以及解聚分级技术的进步,不仅用煤系高岭岩生产超细煅烧高岭土的质量稳定性提高,而且能耗和生产成本显著下降,生产线投资显著减少。1994~2004年投产的生产线,万t生产能力投资4000~7000万元;2006年7月投产的“内蒙古华生高岭土有限公司”3万t/a生产线,投资仅4000多万元。产品白度高达95,-2μm≤92%。2.5中国相关工业和设备的研究超细球形硅微粉是一种用于大规模集成电路板封装的高技术产品。迄今为止只有几个工业发达国家能够工业生产,中国近两年在该领域取得了显著进展。连云港市晶瑞石英工业开发研究院和蚌埠玻璃研究设计院先后进行了等离子法和气焰法制备的中试。制备的球形硅微粉球形度达到90%以上(图8)。解决了进一步产业化的关键技术难题。2.6th980矿物纤维制粉系统高长径比针状硅灰石粉体的加工是硅灰石矿重要的深加工技术之一,近年来,山西泰华公司和江西南方硅灰石矿业公司在该领域取得了显著进展。山西泰华公司开发的TH1200矿物纤维制粉系统和南方硅灰石矿业公司的ACM-700E型冲击式粉碎机能够加工长径比12以上的高长比超细硅灰石粉体(图9)。这两种设备的粉碎比较大,单位产品能耗较低。3发展趋势(1)“型化”“降低”“单位产品”开发技术①提高机械粉碎的产品细度(<1mm)、降低粉碎极限、提高单机产量(设备大型化)、降低(单位产品)能耗和磨耗、稳定产品质量;②发展高效低耗和大处理量的分级技术和设备;③在现有设备和工艺基础上发展人工智能技术,根据原料特点和产品细度要求自动优化生产工艺配置和操作参数,达到高效、低耗、稳定产品质量的目的。(2)我国发展微细粒采矿提纯技术及高效利用技术主要发展趋势是围绕石墨、石英、高岭土、云母、滑石、硅藻土、锆英砂、硅灰石、重晶石、金红石、膨润土、萤石、夕线石、红柱石、蓝晶石、电气石等非金属矿物的共伴生矿物分离、高纯度精选等发展微细粒选矿提纯和精选技术、复合力场分选技术以及综合利用技术。(3)表面改性的生物计算①在设备结构优化(适用性广、分散性好、粉体与表面改性剂的作用机会均等、改性温度和停留时间方便调节、单位产品能耗和磨耗较低、无粉尘污染等