非金属矿加工与应用(第四版)
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

1.3.1 颗粒制备与处理技术

颗粒制备与处理技术是指通过一定的技术和工艺设备生产出满足应用领域要求的具有一定粒度大小和粒度分布、纯度或化学成分、物理化学性质、表面或界面性质的非金属矿物粉体材料或产品,是非金属矿产品生产所必需的加工技术之一。

(1)粉碎与分级 是指通过机械、物理和化学方法使非金属矿石粒度减小和具有一定粒度分布的加工技术。根据粉碎产物粒度大小和分布的不同,可将粉碎与分级细分为破碎与筛分、粉碎(磨)与分级及超细粉碎(磨)与精细分级,分别用于加工大于1mm、10~1000μm及0.1~10μm等不同粒度及其分布的粉体产品。

粉碎与分级是以满足应用领域对粉体原(材)料粒度大小及粒度分布要求为目的的粉体加工技术。主要研究内容包括:粉体的粒度、物理化学特性及其表征方法;不同性质颗粒的粉碎机理;粉碎过程的描述和数学模型;物料在不同方法、设备及不同粉碎条件和粉碎环境下的能耗规律、粉碎和分级效率或能量利用率及产物粒度分布规律;粉碎过程力学;粉碎过程化学;粉体的分散;助磨剂及应用;粉碎与分级工艺及设备;粉碎及分级过程的粒度监控和粉体的粒度检测技术等。它涉及颗粒学、力学、固体物理、化工原理、物理化学、流体力学、机械学、岩石与矿物学、晶体学、矿物加工、现代仪器分析与测试等诸多学科。

(2)改性与复合 是指用物理、化学、机械等方法对矿物粉体进行表面处理或有机改性、无机包覆、插层,根据应用的需要有目的地改变粉体表(界)面的物理化学性质,如表面成分、结构和官能团、润湿性、电性、光学性质、磁性与电性、吸附和反应特性以及制备层间化合物等。根据改性原理和改性剂的不同,表面改性方法可分为有机物理与化学包覆改性、无机沉淀包覆改性、机械力化学改性、插层改性、高能处理改性等。

表面改性与复合是以满足应用领域对粉体原(材)料表面或界面性质、分散性和与其他组分相容性以及功能性要求的粉体材料深加工技术。对于超细粉体和纳米粉体,表面改性是提高其分散性能和应用性能的主要手段之一,在某种意义上决定其能否实际应用和呈现出纳米效应。主要研究内容包括:表面改性与复合的原理和方法;表面改性与复合过程的化学、热力学和动力学;粉体表面或界面性质和结构与改性、复合工艺及改性剂的关系;表面改性剂的种类、结构、性能、使用方法及其与粉体表/界面结构和性能的关系以及作用机理和作用模型;不同种类及不同用途粉体材料的表面改性、复合工艺条件及改性剂配方;表面改性剂的合成和应用;表面改性设备;表面改性与复合粉体材料结构和性能的表征/评价方法;表面改性工艺的智能化;表面改性与复合无机粉体的应用基础与应用技术等。它涉及颗粒学、表面或界面物理化学、胶体化学、有机化学、无机化学、高分子化学、无机非金属材料、高聚物或高分子材料、复合材料、生物医学材料、化工原理、过程控制、现代仪器分析与测试等诸多相关学科。

(3)选矿提纯 是指利用主要矿物与共伴生矿物或脉石之间密度、粒度和形状、磁性、电性、颜色(光性)、表面润湿性以及化学反应特性对矿物进行分选或提纯的加工技术。根据分选提纯原理不同,可分为重力分选、磁选、电选、浮选、化学提纯、光电拣选等。

非金属矿的选矿提纯是以满足相关应用领域,如高级和高技术陶瓷、耐火材料、微电子、光纤、石英玻璃、涂料和油墨及造纸填料和颜料、密封材料、有机/无机复合材料、生物医学、环境保护等现代高技术和新材料对非金属矿物原(材)料纯度要求为目的的重要非金属矿物加工技术之一。主要研究内容包括:石英、硅藻土、石墨、金刚石、萤石、菱镁矿、金红石、硅灰石、硅线石、蓝晶石、红柱石、石棉、高岭土、海泡石、凹凸棒土、膨润土、伊利石、石榴子石、滑石、云母、长石、蛭石、方解石、重晶石、明矾石、锆英石、硼矿、钾矿等非金属矿的选矿提纯方法和工艺;微细颗粒提纯技术和综合力场分选技术;适用于不同原料及不同纯度要求的精选提纯工艺与设备;精选提纯工艺过程的控制技术等。它涉及颗粒学、岩石与矿物学、晶体学、流体力学、物理化学、表面与胶体化学、有机化学、无机化学、高分子化学、化工原理、机械学、矿物加工工程、过程控制、现代仪器分析与测试等诸多学科。

(4)脱水技术 是非金属矿物粉体材料的后续加工作业,是指采用机械、物理化学等方法脱除加工产品中的水分,特别是湿法加工产品中水分的技术。其目的是满足应用领域对产品水分含量的要求和便于储存和运输。脱水技术也是非金属矿物材料必需的加工技术之一。脱水技术包括机械脱水(离心、压滤、真空等)和热蒸发(干燥)脱水两部分。

(5)造粒技术 是指采用机械、物理和化学方法将微细或超细非金属矿粉体加工成具有较大粒度、特定形状及粒度分布的非金属矿粉体材料深加工技术。其目的是方便超细非金属矿粉的应用,减轻超细粉体使用时的粉尘飞扬和提高其应用性能。主要研究内容包括:造粒方法、工艺和设备。由于非金属矿物粉体材料,尤其是微米级和亚微米级的超细粉体材料直接在塑料、橡胶、化纤、医药、环保、催化等领域应用时,不同程度地存在分散不均、扬尘、使用不便、难以回收和重复使用等问题,因此,将其造粒后使用是解决上述应用问题的有效方法之一,尤其适用于高聚物基复合材料(塑料、橡胶等)填料的非金属矿物粉体,如碳酸钙、滑石、云母、高岭土等,一般做成与基体树脂相容性好的各种母粒。

目前,造粒方法主要有压缩造粒、挤出造粒、滚动造粒、喷雾造粒、流化造粒方法等。造粒方法的选择要依原料特性以及对产品粒度大小和分布、产品颗粒形状、颗粒强度、孔隙率、颗粒密度等的要求而定。