非金属矿物加工技术和设备现状

     金属矿物材料加工的目的是通过一定的技术、工艺、设备生产出满足市场要求的具有一定粒度大小和粒度分布、纯度和化学成分、物理化学性质、表面或界面性质的粉体材料以及一定尺寸、形状、机械性能、物理性能、化学性能等功能性产品。

1. 粉碎技术与设备

目前我国生产的超细粉碎设备，几乎与国外的同类设备水平相当，国外成熟的机种我国都能生产，如气流磨、振动磨、搅拌磨等。但是由于我国粉体加工技术方面的研究较世界先进国家起步晚，因此基础较为薄弱，存在起点低、质量良莠不齐等问题。我国粉碎设备，特别是超细粉碎设备与先进工业化国家相比还存在着一些问题，我国生产能力大型化、产品精细化、生产控制智能化、磨损控制和设备稳定性等方面的技术水平不高。

目前我国超细粉碎设备的主要类型有气流磨、高速机械冲击式磨机、搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、塔式磨、旋磨机、气旋流粉碎机、分级磨等。

2. 分级技术与设备

用机械方法生产的超细粉体，很难使物料通过一次机械粉碎就达到所需的粒度要求，产品往往处于一个较大的粒度分布范围，而其中，往往只有一部分产品达到了粒度要求，而另一部分产品却未达到，因此，在超细粉体生产过程中需要对产品进行分级处理。一方面控制产品粒度处于所需的分布范围内，另一方面可以使混合粉料中粒度已达到要求的产品及时地被分离出去。

分级方法主要分为干法分级、湿法分级和介于两者之间的超临界分级。干式精细分级机大多是伴随高速机械冲击式超细粉磨机和气流磨，尤其是对喷式流化床气流磨的引进和开发而发展起来的。

国产湿式精细分级机的发展，主要是基于离心力沉降原理的旋流式分级机。

目前，我国超细粉体分级设备品种和档次与国外相比尚有差距，尤其是自动控制、机电一体化方面相对落后。

3. 表面改性技术

粉体表面改性是根据需要对粉体的表面特性进行物理、化学、机械等深加工处理，使粉体的表面物理化学性质，诸如晶体结构和官能团、表面能、表面润湿性、表面吸附和反应特性等方面发生变化，从而满足新材料、新工艺和新技术的发展要求。

我国作为技术加工研究表面改性是在近二十年才开始的，粉体改性可以改善粉体的性能，提高其使 用价值，对于扩宽其应用领域具有重要意义。表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、机械力化学等。目前，工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、微胶囊包覆改性法和机械化学改性法及原位聚合改性法。

表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺丰要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。干法工艺根据作业方式的不同又可分为间歇式和连续式；湿法工艺又可分有机改性工艺和无机改性工艺；复合工艺又可分为机械化学与表面化学包覆改性复合工艺，干燥与表面化学包覆改性复合工艺，沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺等。

存在的问题：

（1）针对特定用途的非金属矿物表面改性工艺和技术不能满足我国市场应用的需要。

（2）表面改性设备不同程度低存在一些影响产品质量和稳定性的问题，例如间歇式操作的干法表面改性设备。

4. 干燥技术与设备

干燥是用热能是湿物料中的湿分气化为蒸气，再用抽吸或气流将蒸气移走而达到去湿的操作。

我国现代干燥技术是从20 世纪50年代逐渐发展起来的，迄今对于常用的干燥设备，如气流干燥、喷雾干燥、流化床干燥、旋转闪蒸干燥、微波干燥、冷冻干燥等设备，我国均能生产并供应市场，对于一些新型的干燥技术，如冲击干燥、对撞流干燥、过热干燥、脉动燃烧干燥等也都有所涉猎，有的已经实现工业化应用。

目前，我国干燥产品已经开始进入较成熟的发展阶段，能够满足各个领域用户的实际需要，而在价格上只有国外相同产品的1/3；另一方面，由于干燥设备体积较大，大多数还涉及现场安装、调试和售后服务等工作，因此对国内用户而言，选用国产设备较选用进口设备更方便。

5. 造粒技术与设备

粉体造粒技术从广义上可分为两大类，一类是成型加工法，主要是将粉状物料通过特定的设备和方法，处理为满足特定形状、成分、密度等的团块物料；另一类是粒径增大法，主要是把细粉末团聚成较粗的颗粒。

对粉状产品进行造粒的深度加工，其意义体现在：一是降低粉尘污染，改善劳动操作条件( 包括生产过程和使用过程)；二是满足生产工艺需求，如提高孔隙率和比表面积、改善热传递等；三是改善产品的物理性能( 如流动性、透气性、堆积相对密度、一致性等)，避免后续操作过程( 干燥、筛分、计量、包装) 和使用过程( 计量、配料等) 出现偏析、气泡、脉动、结块、架桥等不良影响，对提高生产和使用过程的自动化、密闭操作创造了条件。目前，粉状产品粒状化已成为世界粉体后处理技术的必然趋势。

按照实现小颗粒团聚的基本原理，可以把现有的粉体造粒处理技术分为搅拌法、压力成型法、喷雾和分散弥雾法、热熔融成型法等四大类。目前，我国粉体造粒技术已有相当的水平，其设备的规模也有较大发展，已能基本满足粉粒体颗粒化的要求。

6. 材料复合技术

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

复合材料的成型方法按基体材料不同各异。树脂基复合材料的成型方法较多，有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、RTM 成型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、反应注射成型、软膜膨胀成型、冲压成型等。金属基复合材料成型方法分为固相成型法和液相成型法。前者是在低于基体熔点温度下，通过施加压力实现成型，包括扩散焊接、粉末冶金、热轧、热拔、热等静压和爆炸焊接等。后者是将基体熔化后，充填到增强体材料中，包括传统铸造、真空吸铸、真空反压铸造、挤压铸造及喷铸等、陶瓷基复合材料的成型方法主要有固相烧结、化学气相浸渗成型、化学气相沉积成型等。

近年来，随着研究的不断深入和技术的发展，一些材料复合的新方法也随之出现，如，原位复合技术、自蔓延高温合成（SHS）、金属直接氧化技术、梯度复合技术、分子自组装技术等。