非金属矿粉体加工技术现状与发展

2021-04-01张浩锋

工程建设与设计 2021年14期

张浩锋

（中国建筑材料地质勘察中心江苏总队，南京211135）

1 引言

近年来，随着国家对非金属矿山资源开发和利用的重视，与之相关的非金属矿粉体加工行业迎来了崭新的发展，也取得了卓越的成就。在多年的探索和实践过程中，非金属矿粉体加工技术日渐成熟，市场上的技术工艺和设备越来越多，为提升产能和效益，相关企业在开展非金属矿粉体加工的过程中，应结合自身的生产实际和需求，做好技术、工艺和设备等方面的综合选择，加强对加工过程中的相关参数控制和流程调整。

2 非金属矿粉体加工设备

非金属矿粉体加工中，市场上可利用的设备非常多，本文以超细粉碎和磨机、分级设备为例展开研究。

2.1 超细粉碎与磨机

在非金属矿粉体加工过程中，超细粉碎和磨机已成为深加工中的关键设备，在带动整体产业发展的过程中有不可替代的作用。由于此类设备在非金属矿粉体加工中的突出作用，在当下的市场上，国内外都对超细粉碎和磨机开展了大量的模拟研究。这些研究给设备的正确操作和使用提供了正确的指导。比如，部分学者利用Fluent软件对准直管磨料射流准直管静止不动、入口带圆锥收敛段的直管磨料喷头内部等温、不可压缩、稳态等开展了全面的数值模拟，得出喷头混合式内存在有2个环形回流区[1]；部分学者同样利用Fluent软件开展了关于气流粉碎中获得高速气流的常规喷嘴和自行设计的新型环形复合喷嘴的模拟研究，发现新型喷嘴的射流速度快且射流相对集中，射程远。这些模拟分析结果给设备的改进和优化提供了切实的指导。

2.2 分级设备

现阶段的非金属矿粉体加工中，分级设备的应用也较多，专业领域研究的重点在涡流分级机、涡流超细分级机、气力超细分级机等设备。在涡流分级研究中，有关专家使用Fluent软件对涡流分级机的分级轮开展了模拟分析，对于市场上的干法水泥生产线中的立磨选矿机分级室展开了详细分析。这些研究都充分表明了在技术不断进步的过程中，非金属矿粉体加工设备也日渐进步，功能越发多样且性能逐步提高，不仅提升了总体加工效率，更使产品质量水平大大提升。

3 非金属矿物粉体加工技术现状

3.1 粉碎分级

非金属矿粉体加工中，对于非金属矿物，粉碎仅仅是一个加工工序，依据不同的粒径，可以细分为破碎、磨矿或磨粉、超细粉碎或超细磨3种作业段。在加工过程中，不同层级所对应的设备也存在明显的区别。

3.2 选矿提纯

工业生产领域往往涉及很多非金属矿物的使用，其中，使用范围较广且用量较大的主要是石灰石、方解石、大理石、白云石、石膏等，在生产领域的应用中，这些非金属矿物一般只需要进行相应的拣选和分类。从当下工业生产中的选矿提纯情况来看，所涉及的非金属矿主要是石棉、石墨、高岭土、石英和云母、石榴子石等，不同类型的非金属矿采用的选矿工艺也存在明显的区别。比如，石棉多采用的是分选和筛分分级；石墨因为其存在天然的可浮性，浮选应用较多，但如果石墨的固定碳含量在95%以上，更适宜选用化学选矿；软质高岭土中采用的是重选浮砂，强磁或者高梯度磁选机与化学漂白除铁增白；硅藻土选矿中采用的是擦洗分散、分级工艺；高纯石英主要利用酸浸和纯水洗涤。

3.3 表面改性

非金属矿粉体加工中，表面改性工序同样至关重要，随着各行各业的发展，非金属矿物被广泛应用在各个方面，塑料、橡胶、胶黏剂等高分子材料、高聚物基复合材料中也有非金属矿物成分；油漆涂料、涂层材料、油墨、化妆品等产品中，同样有非金属矿物添加料和颜料，在这些产品中的非金属矿材料使用中，需加强表面处理和表面改性，才能最大限度地保障产品的质量和性能[2]。市场上的非金属矿表面改性方面，往往以表面化学包裹、沉淀反应包膜、插层改性为主。改性工作进行时，一般需利用表面改性剂来实现，根据表面改性剂的性质分类，包含有机高分子处理剂、无机物处理剂等。具体改性工作进行时，有湿法和干法工艺的区分。在表面改性过程中，连续式粉体表面改性机、间歇式加热搅拌机、涡流磨、搅拌反应罐等的应用相对较多。

3.4 脱水(过滤和干燥)、煅烧、造粒及包装

非金属矿粉体加工作业中，脱水、煅烧、造粒与包装同样是关键的加工处理环节。在过滤处理过程中，压滤机、离心机、真空过滤机的使用较多，为使过滤处理的效果最佳，必须选择恰当的过滤设备。在干燥处理工作中，可选择的设备为喷雾干燥机、圆筒干燥机、闪蒸干燥机、多功能干燥机等。不同的非金属矿产资源过滤处理中，可选择的设备也存在巨大的差异，应结合非金属矿粉体加工的要求，选择最为理想的设备。非金属矿粉体干燥中，常常会存在团聚问题，针对这一情况，市场上逐步出现了新型设备，如多功能干燥机、闪蒸干燥机等，这些干燥设备具有干燥和解聚一体化的特征，在超细重质碳酸钙、超细高岭土、超细电气石等的加工中应用非常有效。

4 非金属矿粉体加工技术进展

4.1 非金属矿超细粉体干法加工技术

4.1.1 精细分级技术

干法超细粉碎在非金属矿粉体加工的过程中是一个重要环节，其粉碎处理效果是由精细分级技术的发展水平决定的，由于精细分级技术在应用过程中会直接影响产品的粒度分布特点，因此，也就决定了粉碎的效率和效果[3]。自20世纪80年代开始，我国的干法分级技术取得了卓越的发展，这一技术的发展速度加快，逐步克服了传统技术的限制，不仅超细粉碎的效率显著提升，更是加快了行业的整体加工进度，提升了产品质量，且我国逐步研发了一些精细分级机，自主研发水平大大增强。

4.1.2 机械冲击式超细粉碎机

在干法超细粉碎环节，对设备的依赖性非常高，设备水平和功能直接决定了处理效果。干法超细粉碎过程中，高速机械冲击式粉碎机是一种新型的设备，其功能相对多样且完善，经由这一设备与精细分级机构的高度配合，形成了完整的闭路作业工序，并且整体操作流程简单[4]。高速机械冲击式超细粉碎机在出现的最初阶段，因为设计技术相对落后，使高速机械冲击式超细粉碎机的生产效率较低且整体的产能偏低，随着技术的不断革新，新型机械冲击式超细粉碎机在原有设备基础上进行了设计优化和改进，生产能力大大提升，不论是给料粒度、产品细度等参数指标，都符合加工规范化的要求。

4.1.3 环辊磨和滚轮磨

在方解石超细粉碎作业环节，环辊磨的应用相对有效。从本质上来看，环辊磨属于中小型超细粉碎设备，在多年的发展过程中，环辊磨的应用范围逐步扩大，且表现出了越来越明显的设备优势。从其具体的应用效果来看，工艺操作相对简单，且粉碎比相对较大，加工作业过程中的单位能耗较低，符合节能环保要求。根据当下非金属矿粉体加工中的环辊磨应用，给料粒度应不超20 mm，在设备内部设置分级装置，加工过程中完全可以根据标准来进行产品细度的有效调整[5]。滚轮磨同样是在非金属矿粉体加工中的重要设备，是干法超细粉碎技术发展的产物。与常规的设备相比，滚轮磨在应用于粉碎作业时，单机的生产能力相对较大。比如，用方解石生产碳酸钙粉的产量在5～10 t/h，且在近年来产能处于稳步提升的状态下，内部有分级机的使用，可以实现对产品细度的科学调节。

4.2 超细碳酸钙浆料加工技术

在技术不断发展的过程中，造纸工业的进步明显，造纸技术越来越具有现代化的特征，正是因为造纸行业的快速发展，超细碳酸钙浆料的需求量也大大提升，刺激了超细碳酸钙生产工艺和技术的革新，市场上包含多种规格的搅拌磨，不同规格的搅拌磨生产中，单机产能也有所不同，但在技术不断发展的过程中，搅拌磨应用于超细碳酸钙浆料生产时的生产规模和能力都有所提升。结合超细碳酸钙浆料加工技术的应用现状，技术创新和应用的过程中，最需要关注的就是产品细度和黏度。

4.3 超细非金属矿粉表面改性与复合技术

多年来，我国在超细非金属矿粉表面改性方面都投入了大量的资金和人力，以实现相应的技术创新。根据当下的发展进展，改性工艺已经实现了间歇式向连续式的转变，市场上出现了专用的SLG型和PSC型连续式粉体表面改性机，同样实现了单一干式向湿干结合的改变。比如，超细粉碎和表面改性集成系统、连续干燥和表面改性集成系统，这些系统的集成性使改性过程中的信息得以共享，在提升了生产效率的同时，创造了更高的经济效益。

4.4 超细高白度煅烧高岭土加工技术

在超细高白度煅烧高岭土加工技术的应用过程中，超细研磨技术和煅烧技术极为重要，在最近几年，这2种技术都得到了快速的发展。首先，在超细研磨技术发展中，早期的技术条件下，研磨剥片机功能有限，在当下的条件下，研磨剥片机的各方面性能都显著提升，在对各个参数和细节加以优化以后，设备产能显著提升，并且一些专有的企业形成了自身的生产线。其次，从煅烧技术发展的总历程来看，在20世纪90年代初期，煅烧技术更多地以静态煅烧窑为主，随后依次经历了隔焰式回转窑、直焰式回转煅烧窑，在设备不断更新的过程中，煅烧处理过程中的生产效率和能源利用率都显著提升，将能耗控制在了标准范围内，符合可持续发展的要求，且可以保障总体生产效益。虽然如此，在未来技术不断进步的过程中，同样要加强技术和工艺的革新，克服传统技术的限制。