非金屬礦物加工技術和設備現(xiàn)狀

     金屬礦物材料加工的目的是通過一定的技術、工藝、設備生產出滿足市場要求的具有一定粒度大小和粒度分布、純度和化學成分、物理化學性質、表面或界面性質的粉體材料以及一定尺寸、形狀、機械性能、物理性能、化學性能等功能性產品。

1. 粉碎技術與設備

目前我國生產的超細粉碎設備，幾乎與國外的同類設備水平相當，國外成熟的機種我國都能生產，如氣流磨、振動磨、攪拌磨等。但是由于我國粉體加工技術方面的研究較世界先進國家起步晚，因此基礎較為薄弱，存在起點低、質量良莠不齊等問題。我國粉碎設備，特別是超細粉碎設備與先進工業(yè)化國家相比還存在著一些問題，我國生產能力大型化、產品精細化、生產控制智能化、磨損控制和設備穩(wěn)定性等方面的技術水平不高。

目前我國超細粉碎設備的主要類型有氣流磨、高速機械沖擊式磨機、攪拌球磨機、振動球磨機、旋轉筒式球磨機、塔式磨、旋磨機、氣旋流粉碎機、分級磨等。

2. 分級技術與設備

用機械方法生產的超細粉體，很難使物料通過一次機械粉碎就達到所需的粒度要求，產品往往處于一個較大的粒度分布范圍，而其中，往往只有一部分產品達到了粒度要求，而另一部分產品卻未達到，因此，在超細粉體生產過程中需要對產品進行分級處理。一方面控制產品粒度處于所需的分布范圍內，另一方面可以使混合粉料中粒度已達到要求的產品及時地被分離出去。

分級方法主要分為干法分級、濕法分級和介于兩者之間的超臨界分級。干式精細分級機大多是伴隨高速機械沖擊式超細粉磨機和氣流磨，尤其是對噴式流化床氣流磨的引進和開發(fā)而發(fā)展起來的。

國產濕式精細分級機的發(fā)展，主要是基于離心力沉降原理的旋流式分級機。

目前，我國超細粉體分級設備品種和檔次與國外相比尚有差距，尤其是自動控制、機電一體化方面相對落后。

3. 表面改性技術

粉體表面改性是根據(jù)需要對粉體的表面特性進行物理、化學、機械等深加工處理，使粉體的表面物理化學性質，諸如晶體結構和官能團、表面能、表面潤濕性、表面吸附和反應特性等方面發(fā)生變化，從而滿足新材料、新工藝和新技術的發(fā)展要求。

我國作為技術加工研究表面改性是在近二十年才開始的，粉體改性可以改善粉體的性能，提高其使 用價值，對于擴寬其應用領域具有重要意義。表面改性的方法很多，能夠改變非金屬礦物粉體表面或界面的物理化學性質的方法，如表面物理涂覆、化學包覆、微膠囊包覆、機械力化學等。目前，工業(yè)上非金屬礦物粉體表面改性常用的方法主要有表面化學包覆改性法、微膠囊包覆改性法和機械化學改性法及原位聚合改性法。

表面改性工藝依表面改性的方法、設備和粉體制備方法而異。目前工業(yè)上應用的表面改性工藝豐要有干法工藝、濕法工藝、復合工藝三大類。干法工藝根據(jù)作業(yè)方式的不同又可分為間歇式和連續(xù)式；濕法工藝又可分有機改性工藝和無機改性工藝；復合工藝又可分為機械化學與表面化學包覆改性復合工藝，干燥與表面化學包覆改性復合工藝，沉淀反應與表面化學包覆改性復合工藝等。

存在的問題：

（1）針對特定用途的非金屬礦物表面改性工藝和技術不能滿足我國市場應用的需要。

（2）表面改性設備不同程度低存在一些影響產品質量和穩(wěn)定性的問題，例如間歇式操作的干法表面改性設備。

4. 干燥技術與設備

干燥是用熱能是濕物料中的濕分氣化為蒸氣，再用抽吸或氣流將蒸氣移走而達到去濕的操作。

我國現(xiàn)代干燥技術是從20 世紀50年代逐漸發(fā)展起來的，迄今對于常用的干燥設備，如氣流干燥、噴霧干燥、流化床干燥、旋轉閃蒸干燥、微波干燥、冷凍干燥等設備，我國均能生產并供應市場，對于一些新型的干燥技術，如沖擊干燥、對撞流干燥、過熱干燥、脈動燃燒干燥等也都有所涉獵，有的已經實現(xiàn)工業(yè)化應用。

目前，我國干燥產品已經開始進入較成熟的發(fā)展階段，能夠滿足各個領域用戶的實際需要，而在價格上只有國外相同產品的1/3；另一方面，由于干燥設備體積較大，大多數(shù)還涉及現(xiàn)場安裝、調試和售后服務等工作，因此對國內用戶而言，選用國產設備較選用進口設備更方便。

5. 造粒技術與設備

粉體造粒技術從廣義上可分為兩大類，一類是成型加工法，主要是將粉狀物料通過特定的設備和方法，處理為滿足特定形狀、成分、密度等的團塊物料；另一類是粒徑增大法，主要是把細粉末團聚成較粗的顆粒。

對粉狀產品進行造粒的深度加工，其意義體現(xiàn)在：一是降低粉塵污染，改善勞動操作條件( 包括生產過程和使用過程)；二是滿足生產工藝需求，如提高孔隙率和比表面積、改善熱傳遞等；三是改善產品的物理性能( 如流動性、透氣性、堆積相對密度、一致性等)，避免后續(xù)操作過程( 干燥、篩分、計量、包裝) 和使用過程( 計量、配料等) 出現(xiàn)偏析、氣泡、脈動、結塊、架橋等不良影響，對提高生產和使用過程的自動化、密閉操作創(chuàng)造了條件。目前，粉狀產品粒狀化已成為世界粉體后處理技術的必然趨勢。

按照實現(xiàn)小顆粒團聚的基本原理，可以把現(xiàn)有的粉體造粒處理技術分為攪拌法、壓力成型法、噴霧和分散彌霧法、熱熔融成型法等四大類。目前，我國粉體造粒技術已有相當?shù)乃?，其設備的規(guī)模也有較大發(fā)展，已能基本滿足粉粒體顆粒化的要求。

6. 材料復合技術

復合材料，是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協(xié)同效應，使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。

復合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹脂基復合材料的成型方法較多，有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、RTM 成型、熱壓罐成型、隔膜成型、遷移成型、反應注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。金屬基復合材料成型方法分為固相成型法和液相成型法。前者是在低于基體熔點溫度下，通過施加壓力實現(xiàn)成型，包括擴散焊接、粉末冶金、熱軋、熱拔、熱等靜壓和爆炸焊接等。后者是將基體熔化后，充填到增強體材料中，包括傳統(tǒng)鑄造、真空吸鑄、真空反壓鑄造、擠壓鑄造及噴鑄等、陶瓷基復合材料的成型方法主要有固相燒結、化學氣相浸滲成型、化學氣相沉積成型等。

近年來，隨著研究的不斷深入和技術的發(fā)展，一些材料復合的新方法也隨之出現(xiàn)，如，原位復合技術、自蔓延高溫合成（SHS）、金屬直接氧化技術、梯度復合技術、分子自組裝技術等。