在金属矿物利用之前,黏土矿物一直在人类生活中扮演主角,时至今天,用黏土矿物烧制的陶瓷不仅仅是日用品,有的还成为了一些藏家的收藏艺术品。用黏土烧制的砖瓦从古至今一直是我们建筑的主材。
工业革命后,用灰岩(成分是方解石矿物)、石英和石膏等非金属矿物烧制成水泥,用石英烧制成玻璃,和古人发明的砖瓦共同构建了我们现代建筑的主要材料。
20世纪,塑料、橡胶、树脂、油墨、油漆及各种涂料的推广与应用,高白度的非金属矿物如方解石、滑石、高岭土和石英粉等成为了它们最主要的填料。在高档铜版纸中,高岭土(或碳酸钙)超细粉的添加量高达40%;在塑料制品中改性超细粉的添加量,根据产品要求的不同可高达30%~50%;在一些PVC产品的添加量已高达70%,可见填料矿物的需求量之大。但是,由于加工非金属矿物的传统工艺极为简单,给人们的印象是“脏”“乱”“差”和“傻”“大”“粗”。
21世纪前后,由于一些加工和提纯技术的改进与突破,高纯度化和超细化使非金属矿物的利用摆脱了“傻”“大”“粗”的形象。
新世纪以来采用振动球磨机逐渐代替传统的圆筒式溢流型球磨机,采用浮选法可生产出固定碳含量在95%以上的高纯度石墨产品;采用湿磨湿选技术,显著地提高了云母产品的纯度;研制出了干式强磁选和干式振动高梯度磁选机,为高效率地脱除高岭土等黏土矿物中铁、钛等金属元素杂质提供了一种新的工艺选择。
超细粉碎技术也得到了长足的进步。获得超细微粉的途径主要有3种,一是物理方法,二是化学合成,还有就是在这两种方法基础上的混合法。物理方法制备超细粉的主要设备是各种不同原理的粉碎机、分级机和收集设备,如气流磨、振动磨、雷蒙磨、球磨机等,形式上主要有干法和水法两种。化学合成方法主要有各种条件下的化学反应,高温、高压和骤冷技术制备等。
化学合成法制备的超细粉,粒度细、纯度高,但成本高、产量低,且生产工艺复杂。而机械粉碎法成本较低,产量高,工艺简单,且能改良物料性能。因此,除了少量超细粉碎不得已用化学合成法外,绝大多数非金属矿的粉碎均采用机械粉碎法。
国内外制备超细粉体的机械粉碎设备主要有高速机械冲击式磨机、气流磨、介质搅拌磨、振动磨等。其中,高速机械冲击式磨机和气流磨属于干法超细粉碎设备,而介质搅拌磨和振动磨既可用于干法超细粉碎,也可作为湿法超细粉碎。(www.daowen.com)
高档和超高档次的超细粉生产,要有高级工艺水平和设备作为保障。而中低档次的超细粉生产,工艺较简单,其产品质量主要是由设备性能来保障的。所有的超细微粉生产基本上均没有三废污染及排放。
如何投资超细粉体产业呢?这就必须结合21世纪有望成为重要原材料的粉体类。
首先应考虑大宗填充非金属矿物资源。原因是其需求量大,容易形成规模,且加工产品还可以形成系列。这些矿物资源包括高岭土粉、钛白粉、滑石粉、长石粉、方解石粉、石英粉、重钙粉、轻钙粉、萤石粉、云母粉、重晶石粉、石墨粉、石膏粉、膨润土粉等。
再次考虑功能粉体材料,主要是一些金属粉体材料。以金属或金属矿为原料生产的超细粉有铁粉、铝粉、镁粉、钛铁粉、锰铁粉、铜粉、铅粉、锌粉、氧化锌粉、钼粉、钨粉、高纯金粉和银粉等。
第三是超细粉体及其技术的研究与开发,寻找矿物资源的新用途,尤其是非金属矿物的新用途。21世纪高新技术产业对非金属矿物原料的总体要求是粒度超细化、质量高纯化、性质改性化和表面活性化。
因此,今后该领域高技术的发展趋势主要表现为:①发展微细粒提纯及综合力场(重力、离心力、磁力、电力、化学力)选矿技术,解决高纯度加工问题;②研制高效低能耗、粉碎比大、粉碎极限粒度小、适用范围宽或可用于特殊物料的新型精细分级与超细粉碎设备,发展和完善粒度及其分布的自动监控技术,以解决超细问题。
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