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非金屬礦物粉體材料制備與處理技術 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-09-22 11:10:37 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/班建偉)非金屬礦加工利用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、純度或化學成分、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、生物功能等的功能性產品或制品。
非金屬礦物加工利用技術主要包含以下二個方面:
(1)顆粒制備與處理技術。主要包括礦石的粉碎與分級技術、選礦提純技術、礦物(粉體)的表面或界面改性技術、脫水干燥技術、造粒技術等;
(2)非金屬礦物材料加工技術。主要包括非金屬礦物材料的原料配方技術、加工工藝與設備等。
1.1 顆粒制備與處理技術
顆粒制備與處理技術是非金屬礦物粉體材料所必須的加工技術,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、純度或化學成分、物理化學性質、表面或界面性質的非金屬礦物粉體材料或產品。
(1)“粉碎與分級”是以滿足應用領域對粉體原(材)料粒度大小及粒度分布要求的粉體加工技術。主要研究內容包括:粉體的粒度、物理化學特性及其表征方法;不同性質顆粒的粉碎機理;粉碎過程的描述和數學模型;物料在不同方法、設備及不同粉碎條件和粉碎環境下的能耗規律、粉碎及分級效率或能量利用率及產物粒度分布;粉碎過程力學;粉碎過程化學;粉體的分散;助磨劑的篩選及應用;粉碎與分級工藝及設備;粉碎及分級過程的粒度監控和粉體的粒度檢測技術等。它涉及顆粒學、力學、固體物理、化工原理、物理化學、流體力學、機械學、巖石與礦物學、晶體學、礦物加工、現代儀器分析與測試等諸多學科。
(2)“表面改性”是以滿足應用領域對粉體原(材)料表面性質及分散性和與其它組分相容性要求的粉體材料深加工技術。對于超細粉體材料和納米粉體材料表面改性是提高其分散性能和應用性能的主要手段之一,在某種意義上決定其市場的占有。
非金屬礦物粉體材料的主要研究內容包括:表面改性的原理和方法;表面改性過程的化學、熱力學和動力學;表面或界面性質與改性方法及改性劑的關系;表面改性劑的種類、結構、性能、使用方法及其與粉體表面的作用機理和作用模型;不同種類及不同用途無機粉體材料的表面改性工藝條件及改性劑配方;表面改性劑的合成和表面改性設備;表面改性效果的表征方法;表面改性工藝的自動控制;表面改性后無機粉體的應用性能研究等。它涉及顆粒學、表面或界面物理化學、膠體化學、有機化學、無機化學、高分子化學、無機非金屬材料、高聚物或高分子材料、復合材料、生物醫學材料、化工原理、現代儀器分析與測試等諸多相關學科。
(3)“選礦提純”是以滿足相關應用領域,如高級和高技術陶瓷、耐火材料、微電子、光纖、石英玻璃、涂料、油墨及造紙填料和顏料、密封材料、有機/無機復合材料、生物醫學、環境保護等現代高技術和新材料對非金屬礦物原(材)料純度要求的重要的非金屬礦物粉體材料加工技術之一。
主要研究內容包括:石英、硅藻土、石墨、金紅石、硅灰石、硅線石、藍晶石、紅柱石、石棉、高嶺土、海泡石、凹凸棒土、膨潤土、伊利石、石榴子石、云母、氧化鋁、氧化鎂等無機非金屬礦的選礦提純原理和方法;微細顆粒提純技術和綜合力場分選技術;適用于不同物料及不同純度要求的精選提純工藝與設備;精選提純工藝過程的自動控制等。它涉及顆粒學、流體力學、巖石與礦物學、晶體學、礦物加工、物理化學、表面與膠體化學、有機化學、無機化學、高分子化學、化工原理、機械學、現代儀器分析與測試等諸多學科。非金屬礦物材料選礦提純的一個重要特點是,其純度除了化學元素和化學成分要求外,部分礦物還要考慮其礦物成分(如澎潤土的蒙脫石含量,硅藻土的無定型二氧化硅的含量、高嶺土的高嶺石含量)、結構(如鱗片石墨)、晶形(如云母、硅灰石)等。
(4)“脫水干燥技術”是非金屬礦物粉體材料的后續加工作業,其目的是滿足應用領域對產品水份含量的要求和便于儲存和運輸。因此,脫水干燥技術也是非金屬礦物材料必須的加工技術之一。脫水干燥包括機械脫水(離心、壓濾等)和熱蒸發(干燥)脫水二部分。非金屬礦物粉體材料干燥脫水的特點是,部分粘土礦物材料(如膨潤土、高嶺土、海泡石、凹凸棒土、伊利石等)及超細非金屬礦物材料的水分含量高、機械脫水難度大,干燥后團聚現象嚴重。因此,常規的機械脫水方式難以有效脫水,一般采用壓力脫水方式,特別是對于酸洗或漂白后的非金屬礦物材料還須在壓濾過程中進行洗滌。為解決干燥后粉體材料,尤其是超細粉體材料的團聚問題,一般采用流態化干燥方式或在干燥設備中或干燥后設置解聚裝置。
非金屬礦物粉體材料脫水干燥技術的發展趨勢是提高效率、降低能耗、減少污染和恢復原級粒度或提高粉體粒度還原率(降低團聚率)。
(5)“造粒技術”是方便超細非金屬礦物粉體材料應用和提高其應用性能的非金屬礦物材料深加工技術。主要研究內容包括造粒工藝和設備。
對于非金屬礦物粉體材料,尤其是微米級和亞微米級的超細粉體材料直接在塑料、橡膠、化纖、醫藥、環保、催化等領域應用時,不同程度地存在分散不均、揚塵、服用不便、難以回收等問題。將其造粒后使用是解決上述應用問題的有效方法之一,尤其適用于用作高聚物基復合材料(塑料、橡膠等)填料的非金屬礦物粉體材料,如,碳酸鈣、滑石、云母、高嶺土等,一般做成與基體樹脂相容性好的各種母粒。
目前,造粒方法主要有壓縮造粒、擠出造粒、滾動造粒、噴霧造粒、流化造粒方法等。造粒方法的選擇要依原料特性以及對產品粒度大小和分布、產品顆粒形狀、顆粒強度、孔隙率、顆粒密度或容重等的要求而定。
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