張浩鋒

（中國建筑材料地質(zhì)勘察中心江蘇總隊(duì)，南京211135）

1 引言

近年來，隨著國家對非金屬礦山資源開發(fā)和利用的重視，與之相關(guān)的非金屬礦粉體加工行業(yè)迎來了嶄新的發(fā)展，也取得了卓越的成就。在多年的探索和實(shí)踐過程中，非金屬礦粉體加工技術(shù)日漸成熟，市場上的技術(shù)工藝和設(shè)備越來越多，為提升產(chǎn)能和效益，相關(guān)企業(yè)在開展非金屬礦粉體加工的過程中，應(yīng)結(jié)合自身的生產(chǎn)實(shí)際和需求，做好技術(shù)、工藝和設(shè)備等方面的綜合選擇，加強(qiáng)對加工過程中的相關(guān)參數(shù)控制和流程調(diào)整。

2 非金屬礦粉體加工設(shè)備

非金屬礦粉體加工中，市場上可利用的設(shè)備非常多，本文以超細(xì)粉碎和磨機(jī)、分級設(shè)備為例展開研究。

2.1 超細(xì)粉碎與磨機(jī)

在非金屬礦粉體加工過程中，超細(xì)粉碎和磨機(jī)已成為深加工中的關(guān)鍵設(shè)備，在帶動整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中有不可替代的作用。由于此類設(shè)備在非金屬礦粉體加工中的突出作用，在當(dāng)下的市場上，國內(nèi)外都對超細(xì)粉碎和磨機(jī)開展了大量的模擬研究。這些研究給設(shè)備的正確操作和使用提供了正確的指導(dǎo)。比如，部分學(xué)者利用Fluent軟件對準(zhǔn)直管磨料射流準(zhǔn)直管靜止不動、入口帶圓錐收斂段的直管磨料噴頭內(nèi)部等溫、不可壓縮、穩(wěn)態(tài)等開展了全面的數(shù)值模擬，得出噴頭混合式內(nèi)存在有2個環(huán)形回流區(qū)[1]；部分學(xué)者同樣利用Fluent軟件開展了關(guān)于氣流粉碎中獲得高速氣流的常規(guī)噴嘴和自行設(shè)計(jì)的新型環(huán)形復(fù)合噴嘴的模擬研究，發(fā)現(xiàn)新型噴嘴的射流速度快且射流相對集中，射程遠(yuǎn)。這些模擬分析結(jié)果給設(shè)備的改進(jìn)和優(yōu)化提供了切實(shí)的指導(dǎo)。

2.2 分級設(shè)備

現(xiàn)階段的非金屬礦粉體加工中，分級設(shè)備的應(yīng)用也較多，專業(yè)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)在渦流分級機(jī)、渦流超細(xì)分級機(jī)、氣力超細(xì)分級機(jī)等設(shè)備。在渦流分級研究中，有關(guān)專家使用Fluent軟件對渦流分級機(jī)的分級輪開展了模擬分析，對于市場上的干法水泥生產(chǎn)線中的立磨選礦機(jī)分級室展開了詳細(xì)分析。這些研究都充分表明了在技術(shù)不斷進(jìn)步的過程中，非金屬礦粉體加工設(shè)備也日漸進(jìn)步，功能越發(fā)多樣且性能逐步提高，不僅提升了總體加工效率，更使產(chǎn)品質(zhì)量水平大大提升。

3 非金屬礦物粉體加工技術(shù)現(xiàn)狀

3.1 粉碎分級

非金屬礦粉體加工中，對于非金屬礦物，粉碎僅僅是一個加工工序，依據(jù)不同的粒徑，可以細(xì)分為破碎、磨礦或磨粉、超細(xì)粉碎或超細(xì)磨3種作業(yè)段。在加工過程中，不同層級所對應(yīng)的設(shè)備也存在明顯的區(qū)別。

3.2 選礦提純

工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域往往涉及很多非金屬礦物的使用，其中，使用范圍較廣且用量較大的主要是石灰石、方解石、大理石、白云石、石膏等，在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用中，這些非金屬礦物一般只需要進(jìn)行相應(yīng)的揀選和分類。從當(dāng)下工業(yè)生產(chǎn)中的選礦提純情況來看，所涉及的非金屬礦主要是石棉、石墨、高嶺土、石英和云母、石榴子石等，不同類型的非金屬礦采用的選礦工藝也存在明顯的區(qū)別。比如，石棉多采用的是分選和篩分分級；石墨因?yàn)槠浯嬖谔烊坏目筛⌒裕∵x應(yīng)用較多，但如果石墨的固定碳含量在95%以上，更適宜選用化學(xué)選礦；軟質(zhì)高嶺土中采用的是重選浮砂，強(qiáng)磁或者高梯度磁選機(jī)與化學(xué)漂白除鐵增白；硅藻土選礦中采用的是擦洗分散、分級工藝；高純石英主要利用酸浸和純水洗滌。

3.3 表面改性

非金屬礦粉體加工中，表面改性工序同樣至關(guān)重要，隨著各行各業(yè)的發(fā)展，非金屬礦物被廣泛應(yīng)用在各個方面，塑料、橡膠、膠黏劑等高分子材料、高聚物基復(fù)合材料中也有非金屬礦物成分；油漆涂料、涂層材料、油墨、化妝品等產(chǎn)品中，同樣有非金屬礦物添加料和顏料，在這些產(chǎn)品中的非金屬礦材料使用中，需加強(qiáng)表面處理和表面改性，才能最大限度地保障產(chǎn)品的質(zhì)量和性能[2]。市場上的非金屬礦表面改性方面，往往以表面化學(xué)包裹、沉淀反應(yīng)包膜、插層改性為主。改性工作進(jìn)行時，一般需利用表面改性劑來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)表面改性劑的性質(zhì)分類，包含有機(jī)高分子處理劑、無機(jī)物處理劑等。具體改性工作進(jìn)行時，有濕法和干法工藝的區(qū)分。在表面改性過程中，連續(xù)式粉體表面改性機(jī)、間歇式加熱攪拌機(jī)、渦流磨、攪拌反應(yīng)罐等的應(yīng)用相對較多。

3.4 脫水(過濾和干燥)、煅燒、造粒及包裝

非金屬礦粉體加工作業(yè)中，脫水、煅燒、造粒與包裝同樣是關(guān)鍵的加工處理環(huán)節(jié)。在過濾處理過程中，壓濾機(jī)、離心機(jī)、真空過濾機(jī)的使用較多，為使過濾處理的效果最佳，必須選擇恰當(dāng)?shù)倪^濾設(shè)備。在干燥處理工作中，可選擇的設(shè)備為噴霧干燥機(jī)、圓筒干燥機(jī)、閃蒸干燥機(jī)、多功能干燥機(jī)等。不同的非金屬礦產(chǎn)資源過濾處理中，可選擇的設(shè)備也存在巨大的差異，應(yīng)結(jié)合非金屬礦粉體加工的要求，選擇最為理想的設(shè)備。非金屬礦粉體干燥中，常常會存在團(tuán)聚問題，針對這一情況，市場上逐步出現(xiàn)了新型設(shè)備，如多功能干燥機(jī)、閃蒸干燥機(jī)等，這些干燥設(shè)備具有干燥和解聚一體化的特征，在超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)高嶺土、超細(xì)電氣石等的加工中應(yīng)用非常有效。

4 非金屬礦粉體加工技術(shù)進(jìn)展

4.1 非金屬礦超細(xì)粉體干法加工技術(shù)

4.1.1 精細(xì)分級技術(shù)

干法超細(xì)粉碎在非金屬礦粉體加工的過程中是一個重要環(huán)節(jié)，其粉碎處理效果是由精細(xì)分級技術(shù)的發(fā)展水平?jīng)Q定的，由于精細(xì)分級技術(shù)在應(yīng)用過程中會直接影響產(chǎn)品的粒度分布特點(diǎn)，因此，也就決定了粉碎的效率和效果[3]。自20世紀(jì)80年代開始，我國的干法分級技術(shù)取得了卓越的發(fā)展，這一技術(shù)的發(fā)展速度加快，逐步克服了傳統(tǒng)技術(shù)的限制，不僅超細(xì)粉碎的效率顯著提升，更是加快了行業(yè)的整體加工進(jìn)度，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，且我國逐步研發(fā)了一些精細(xì)分級機(jī)，自主研發(fā)水平大大增強(qiáng)。

4.1.2 機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)

在干法超細(xì)粉碎環(huán)節(jié)，對設(shè)備的依賴性非常高，設(shè)備水平和功能直接決定了處理效果。干法超細(xì)粉碎過程中，高速機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)是一種新型的設(shè)備，其功能相對多樣且完善，經(jīng)由這一設(shè)備與精細(xì)分級機(jī)構(gòu)的高度配合，形成了完整的閉路作業(yè)工序，并且整體操作流程簡單[4]。高速機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)在出現(xiàn)的最初階段，因?yàn)樵O(shè)計(jì)技術(shù)相對落后，使高速機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)的生產(chǎn)效率較低且整體的產(chǎn)能偏低，隨著技術(shù)的不斷革新，新型機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn)，生產(chǎn)能力大大提升，不論是給料粒度、產(chǎn)品細(xì)度等參數(shù)指標(biāo)，都符合加工規(guī)范化的要求。

4.1.3 環(huán)輥磨和滾輪磨

在方解石超細(xì)粉碎作業(yè)環(huán)節(jié)，環(huán)輥磨的應(yīng)用相對有效。從本質(zhì)上來看，環(huán)輥磨屬于中小型超細(xì)粉碎設(shè)備，在多年的發(fā)展過程中，環(huán)輥磨的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，且表現(xiàn)出了越來越明顯的設(shè)備優(yōu)勢。從其具體的應(yīng)用效果來看，工藝操作相對簡單，且粉碎比相對較大，加工作業(yè)過程中的單位能耗較低，符合節(jié)能環(huán)保要求。根據(jù)當(dāng)下非金屬礦粉體加工中的環(huán)輥磨應(yīng)用，給料粒度應(yīng)不超20 mm，在設(shè)備內(nèi)部設(shè)置分級裝置，加工過程中完全可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行產(chǎn)品細(xì)度的有效調(diào)整[5]。滾輪磨同樣是在非金屬礦粉體加工中的重要設(shè)備，是干法超細(xì)粉碎技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。與常規(guī)的設(shè)備相比，滾輪磨在應(yīng)用于粉碎作業(yè)時，單機(jī)的生產(chǎn)能力相對較大。比如，用方解石生產(chǎn)碳酸鈣粉的產(chǎn)量在5～10 t/h，且在近年來產(chǎn)能處于穩(wěn)步提升的狀態(tài)下，內(nèi)部有分級機(jī)的使用，可以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品細(xì)度的科學(xué)調(diào)節(jié)。

4.2 超細(xì)碳酸鈣漿料加工技術(shù)

在技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，造紙工業(yè)的進(jìn)步明顯，造紙技術(shù)越來越具有現(xiàn)代化的特征，正是因?yàn)樵旒埿袠I(yè)的快速發(fā)展，超細(xì)碳酸鈣漿料的需求量也大大提升，刺激了超細(xì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝和技術(shù)的革新，市場上包含多種規(guī)格的攪拌磨，不同規(guī)格的攪拌磨生產(chǎn)中，單機(jī)產(chǎn)能也有所不同，但在技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，攪拌磨應(yīng)用于超細(xì)碳酸鈣漿料生產(chǎn)時的生產(chǎn)規(guī)模和能力都有所提升。結(jié)合超細(xì)碳酸鈣漿料加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用的過程中，最需要關(guān)注的就是產(chǎn)品細(xì)度和黏度。

4.3 超細(xì)非金屬礦粉表面改性與復(fù)合技術(shù)

多年來，我國在超細(xì)非金屬礦粉表面改性方面都投入了大量的資金和人力，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新。根據(jù)當(dāng)下的發(fā)展進(jìn)展，改性工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了間歇式向連續(xù)式的轉(zhuǎn)變，市場上出現(xiàn)了專用的SLG型和PSC型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)，同樣實(shí)現(xiàn)了單一干式向濕干結(jié)合的改變。比如，超細(xì)粉碎和表面改性集成系統(tǒng)、連續(xù)干燥和表面改性集成系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的集成性使改性過程中的信息得以共享，在提升了生產(chǎn)效率的同時，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 超細(xì)高白度煅燒高嶺土加工技術(shù)

在超細(xì)高白度煅燒高嶺土加工技術(shù)的應(yīng)用過程中，超細(xì)研磨技術(shù)和煅燒技術(shù)極為重要，在最近幾年，這2種技術(shù)都得到了快速的發(fā)展。首先，在超細(xì)研磨技術(shù)發(fā)展中，早期的技術(shù)條件下，研磨剝片機(jī)功能有限，在當(dāng)下的條件下，研磨剝片機(jī)的各方面性能都顯著提升，在對各個參數(shù)和細(xì)節(jié)加以優(yōu)化以后，設(shè)備產(chǎn)能顯著提升，并且一些專有的企業(yè)形成了自身的生產(chǎn)線。其次，從煅燒技術(shù)發(fā)展的總歷程來看，在20世紀(jì)90年代初期，煅燒技術(shù)更多地以靜態(tài)煅燒窯為主，隨后依次經(jīng)歷了隔焰式回轉(zhuǎn)窯、直焰式回轉(zhuǎn)煅燒窯，在設(shè)備不斷更新的過程中，煅燒處理過程中的生產(chǎn)效率和能源利用率都顯著提升，將能耗控制在了標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，且可以保障總體生產(chǎn)效益。雖然如此，在未來技術(shù)不斷進(jìn)步的過程中，同樣要加強(qiáng)技術(shù)和工藝的革新，克服傳統(tǒng)技術(shù)的限制。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著非金屬礦產(chǎn)資源在經(jīng)濟(jì)社會各個領(lǐng)域的應(yīng)用，非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)力度明顯增強(qiáng)，由于這些非金屬礦在很多領(lǐng)域應(yīng)用時存在粉體利用的形式，使行業(yè)內(nèi)對非金屬礦粉體加工技術(shù)提出了新的要求，在未來的工作實(shí)踐中，要加大對非金屬礦粉體加工技術(shù)的研究和應(yīng)用，進(jìn)一步帶動非金屬礦產(chǎn)資源行業(yè)的高效發(fā)展。