非金屬礦物加工技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)狀

     金屬礦物材料加工的目的是通過一定的技術(shù)、工藝、設(shè)備生產(chǎn)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(xué)成分、物理化學(xué)性質(zhì)、表面或界面性質(zhì)的粉體材料以及一定尺寸、形狀、機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能等功能性產(chǎn)品。

1. 粉碎技術(shù)與設(shè)備

目前我國生產(chǎn)的超細(xì)粉碎設(shè)備，幾乎與國外的同類設(shè)備水平相當(dāng)，國外成熟的機(jī)種我國都能生產(chǎn)，如氣流磨、振動(dòng)磨、攪拌磨等。但是由于我國粉體加工技術(shù)方面的研究較世界先進(jìn)國家起步晚，因此基礎(chǔ)較為薄弱，存在起點(diǎn)低、質(zhì)量良莠不齊等問題。我國粉碎設(shè)備，特別是超細(xì)粉碎設(shè)備與先進(jìn)工業(yè)化國家相比還存在著一些問題，我國生產(chǎn)能力大型化、產(chǎn)品精細(xì)化、生產(chǎn)控制智能化、磨損控制和設(shè)備穩(wěn)定性等方面的技術(shù)水平不高。

目前我國超細(xì)粉碎設(shè)備的主要類型有氣流磨、高速機(jī)械沖擊式磨機(jī)、攪拌球磨機(jī)、振動(dòng)球磨機(jī)、旋轉(zhuǎn)筒式球磨機(jī)、塔式磨、旋磨機(jī)、氣旋流粉碎機(jī)、分級磨等。

2. 分級技術(shù)與設(shè)備

用機(jī)械方法生產(chǎn)的超細(xì)粉體，很難使物料通過一次機(jī)械粉碎就達(dá)到所需的粒度要求，產(chǎn)品往往處于一個(gè)較大的粒度分布范圍，而其中，往往只有一部分產(chǎn)品達(dá)到了粒度要求，而另一部分產(chǎn)品卻未達(dá)到，因此，在超細(xì)粉體生產(chǎn)過程中需要對產(chǎn)品進(jìn)行分級處理。一方面控制產(chǎn)品粒度處于所需的分布范圍內(nèi)，另一方面可以使混合粉料中粒度已達(dá)到要求的產(chǎn)品及時(shí)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(xì)分級機(jī)大多是伴隨高速機(jī)械沖擊式超細(xì)粉磨機(jī)和氣流磨，尤其是對噴式流化床氣流磨的引進(jìn)和開發(fā)而發(fā)展起來的。

國產(chǎn)濕式精細(xì)分級機(jī)的發(fā)展，主要是基于離心力沉降原理的旋流式分級機(jī)。

目前，我國超細(xì)粉體分級設(shè)備品種和檔次與國外相比尚有差距，尤其是自動(dòng)控制、機(jī)電一體化方面相對落后。

3. 表面改性技術(shù)

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

我國作為技術(shù)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(jià)值，對于擴(kuò)寬其應(yīng)用領(lǐng)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(xué)性質(zhì)的方法，如表面物理涂覆、化學(xué)包覆、微膠囊包覆、機(jī)械力化學(xué)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(xué)包覆改性法、微膠囊包覆改性法和機(jī)械化學(xué)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(shè)備和粉體制備方法而異。目前工業(yè)上應(yīng)用的表面改性工藝豐要有干法工藝、濕法工藝、復(fù)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(jī)改性工藝和無機(jī)改性工藝；復(fù)合工藝又可分為機(jī)械化學(xué)與表面化學(xué)包覆改性復(fù)合工藝，干燥與表面化學(xué)包覆改性復(fù)合工藝，沉淀反應(yīng)與表面化學(xué)包覆改性復(fù)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(shù)不能滿足我國市場應(yīng)用的需要。

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

4. 干燥技術(shù)與設(shè)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(dá)到去濕的操作。

我國現(xiàn)代干燥技術(shù)是從20 世紀(jì)50年代逐漸發(fā)展起來的，迄今對于常用的干燥設(shè)備，如氣流干燥、噴霧干燥、流化床干燥、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥、微波干燥、冷凍干燥等設(shè)備，我國均能生產(chǎn)并供應(yīng)市場，對于一些新型的干燥技術(shù)，如沖擊干燥、對撞流干燥、過熱干燥、脈動(dòng)燃燒干燥等也都有所涉獵，有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

目前，我國干燥產(chǎn)品已經(jīng)開始進(jìn)入較成熟的發(fā)展階段，能夠滿足各個(gè)領(lǐng)域用戶的實(shí)際需要，而在價(jià)格上只有國外相同產(chǎn)品的1/3；另一方面，由于干燥設(shè)備體積較大，大多數(shù)還涉及現(xiàn)場安裝、調(diào)試和售后服務(wù)等工作，因此對國內(nèi)用戶而言，選用國產(chǎn)設(shè)備較選用進(jìn)口設(shè)備更方便。

5. 造粒技術(shù)與設(shè)備

粉體造粒技術(shù)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(shè)備和方法，處理為滿足特定形狀、成分、密度等的團(tuán)塊物料；另一類是粒徑增大法，主要是把細(xì)粉末團(tuán)聚成較粗的顆粒。

對粉狀產(chǎn)品進(jìn)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(dòng)操作條件( 包括生產(chǎn)過程和使用過程)；二是滿足生產(chǎn)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(chǎn)品的物理性能( 如流動(dòng)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(jì)量、包裝) 和使用過程( 計(jì)量、配料等) 出現(xiàn)偏析、氣泡、脈動(dòng)、結(jié)塊、架橋等不良影響，對提高生產(chǎn)和使用過程的自動(dòng)化、密閉操作創(chuàng)造了條件。目前，粉狀產(chǎn)品粒狀化已成為世界粉體后處理技術(shù)的必然趨勢。

按照實(shí)現(xiàn)小顆粒團(tuán)聚的基本原理，可以把現(xiàn)有的粉體造粒處理技術(shù)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(shù)已有相當(dāng)?shù)乃剑湓O(shè)備的規(guī)模也有較大發(fā)展，已能基本滿足粉粒體顆?；囊?。

6. 材料復(fù)合技術(shù)

復(fù)合材料，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)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(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)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(fù)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(qiáng)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(zhì)細(xì)粒等。

復(fù)合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹脂基復(fù)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(yīng)注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。金屬基復(fù)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(diǎn)溫度下，通過施加壓力實(shí)現(xiàn)成型，包括擴(kuò)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(qiáng)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(fù)合材料的成型方法主要有固相燒結(jié)、化學(xué)氣相浸滲成型、化學(xué)氣相沉積成型等。

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