1、概述
非金屬礦種類繁多,結構各異,晶形和結構是其最主要的特征之一,對其應用性能和應用價值有重要影響。加工過程中的晶形和結構保護是非金屬礦選礦加工的重要特點之一,對于確保非金屬礦產品的天然稟賦和提高其應用價值有重要意義。
所謂晶形和結構保護就是在礦物加工過程中盡可能地使非金屬礦的天然特征不被破壞或盡可能地使加工后的產品保留礦物的原有晶形和結構特征。
非金屬礦物的晶形在礦物學中分為單形和多形,聚形是單形的集合體,實際的加工產品以顆粒的呈現,大多屬于聚形。聚形任然反映出礦物的晶形和結構特征。
在實際的礦物加工中,我們特別需要保護的是一些特殊晶形和結構的非金屬礦物,如片狀的石墨、云母和高嶺土,纖維狀的石棉,針狀的硅灰石,多孔狀的硅藻土等,見表1.
表1 非金屬礦物的晶形及其保護依據
晶形結構 |
代表性礦物 |
保護依據 |
片、層狀 |
鱗片石墨、云母、滑石、高嶺土、蒙脫石、綠泥石、蛭石、葉臘石等 |
具有獨特的片層狀結晶特性及功能性,天然片狀晶形產品的應用價值較大,市場價格較高 |
纖維狀或針狀 |
石棉、硅灰石、透閃石、纖維海泡石、石膏等 |
獨特的纖維狀或鏈狀晶形,在復合材料中具有增強或補償性,保留天然纖維狀或針狀產品的應用價值較大,市場價格較高 |
天然多孔狀 |
硅藻土、蛋白石、沸石、凹凸棒土、海泡石等 |
獨特的孔結構特征,具有優良媳婦、助濾等天然稟賦,保留其天然結構特性的產品應用價值較大,市場價格較高 |
八面體等 |
金剛石 |
高硬度、高耐磨、高透明性等特性,顆粒越大,晶形越完整,價值越高 |
2、層狀晶形非金屬礦
片(層)狀非金屬礦的晶形保護主要是在粉碎、選礦提純、干燥、改性等加工過程中采取一定的方法或技術措施,使得加工產品盡可能地保留礦物的片(層)狀結構,使其少受破壞。由于層狀非金屬礦種類、結構特征和應用性能的要求不同,生產中保護的目的及采取的方法和技術措施也有所不同。表2所列為生產中部分層狀非金屬礦物的結構特征、產品應用要求。晶形保護目的和技術措施。
表2 層狀非金屬礦物的晶形保護
礦物名稱 |
結構特性 |
產品性能要求 |
晶形保護目的 |
技術措施 |
鱗片石墨 |
六方晶系;層狀結構,層內C-C為共價鍵,層間為分子鍵 |
鱗片越大、純度越高、晶形越完整越好 |
保護大鱗片和六方晶系結構 |
選礦:粗磨初選后,粗精礦多段再磨、多段浮選;超細粉碎:采用濕式研磨剝片工藝設備 |
云母 |
板狀或片狀;由兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體構成的2:1型層狀硅酸鹽 |
顆粒徑厚比越大越高。表面缺陷越少越好 |
保護其薄片狀結構,片狀顆粒表面少有劃痕 |
采用選擇性粉碎解聚工藝設備和濕法粉磨、超細研磨剝片工藝與設備;分選、干燥、改性中避免高剪切力 |
高嶺土 |
假六方片狀:由一層硅氧四面體一層鋁氧八面體構成的1:1型層狀硅酸鹽 |
片狀晶形越完整越好,顆粒徑厚比越大越好 |
保護其片狀晶形和層狀晶體結構 |
在選礦中采用濕法分散、制漿和選擇性解離工藝:在超細粉碎中采用濕式研磨剝片 |
滑石 |
片狀或鱗片狀集合體;由兩層硅氧四面體和一層八面體構成的三八面體結構 |
片狀晶形越完整越好,顆粒徑厚比越大越好 |
保護其片狀晶形和層狀晶體結構 |
在選礦中采用選擇性破碎解離工藝設備,在細磨和超細磨中采用研磨和沖擊式工藝設備 |
3、纖維狀非金屬礦
纖維狀或針狀非金屬礦的晶形保護主要是在粉碎、選礦提純、干燥、改性等加工過程中采取一定的方法或技術措施,使加工產品盡可能地保留礦物的纖維狀或針狀結構。由于纖維狀非金屬礦種類、結構特性和產品性能要求的不用,生產中保護的目的及采取的方法或技術措施也有所不同,表3所列為生產中典型纖維狀非金屬礦物的結構特性、產品性能要求、晶形保護目的及技術措施。
表3 纖維狀非金屬礦物的晶形保護
礦物名稱 |
結構特性 |
產品性能要求 |
晶形保護目的 |
技術措施 |
溫石棉 |
卷層狀結構(氫氧鎂石八面體在外,硅氧四面體在內),柔軟纖維狀集合體形態 |
纖維越長越好 |
保護長纖維和蛇紋石結構 |
選礦采用多段破碎揭棉和多段風選工藝;破碎揭棉設備采用沖擊式破碎機和輪碾機,分選采用篩分和風力吸選 |
硅灰石 |
三斜晶系,單鏈狀結構,針狀集合體形態 |
顆粒長徑比越大越好 |
保護其鏈狀結構,針狀 |
在選礦中采用選擇性粉碎、解離和分選工藝;在細粉碎中采用選擇性或自沖擊粉碎工藝與設備;分級、干燥、改性中避免高剪切力 |
纖維海泡石 |
由八面體連接兩個硅氧四面體形成鏈狀結構,纖維狀形態 |
纖維越長越好,鏈狀結構越完整越好 |
保護長纖維和鏈狀晶體結構 |
在選礦中采用選擇性粉碎、解離和分選工藝;在細粉碎中采用選擇性或自沖擊粉碎工藝與設備;分級、干燥、改性中避免高剪切力 |
4、天然多孔非金屬礦
硅藻土、蛋白土、沸石、凹凸棒石、海泡石等礦物具有獨特的孔道結構,孔隙率高,空體積大,在吸附、催化、環境保護等領域具有重要的應用價值和廣泛的市場前景。獨特的孔道結構特性是其天然稟賦和應用基礎,在加工中必須予以保護。
由于孔結構和孔尺寸的不用,不同的天然多孔礦物在加工中采取的保護措施也不同。一般對于蛋白土、沸石、凹凸棒石等孔徑小于10nm的多孔礦物,在機械磨礦和物理選礦過程中不會對其孔結構產生顯著影響,但對于孔徑分布數十納米到數百納米的硅藻土來說高強度的機械研磨和物理選礦可能會對其孔結構造成破壞,因此,對多數天然多孔礦物孔結構可能的破壞主要來自化學提純和煅燒。表4 所列為典型天然多孔礦物的孔結構特征、產品性能要求、保護目的及技術措施。
表4 天然多孔非金屬礦物的晶形保護
礦物名稱 |
結構特性 |
產品性能要求 |
晶形保護目的 |
技術措施 |
硅藻土 |
非晶質硅藻沉積巖,孔道貫通且分布規律,孔徑數十納米到數百納米;孔隙率80-90%,比表面積10-100m2/g |
高的硅藻含量和完整的孔道結構 |
保護硅藻顆粒和孔結構的完整性 |
選礦過程中,避免長時間強烈研磨,化學提純過程中控制好酸濃度,煅燒加工中控制好煅燒溫度 |
蛋白土 |
孔徑小于10nm,比表面積100 m2/g |
高的蛋白石(非晶態二氧化硅)含量 |
保護孔隙結構,提高比表面積 |
化學提純過程中控制好酸濃度,煅燒加工中控制好煅燒溫度 |
沸石 |
籠形結構(孔穴直徑0.65-1.5nm;孔道長度0.3-1.0nm,孔隙率50%以上,比表面積大 |
高純度和完整的籠形結構 |
保護和疏通籠形結構 |
化學提純過程中控制好酸濃度,煅燒加工中控制好煅燒溫度 |
凹凸棒石 |
洞穴式孔道(0.37-0.64nm);孔道被水分子填充;比表面積70-300 m2/g |
高純度和完整的洞穴式孔道,高比表面積 |
保護和疏通孔道 |
化學提純過程中控制好酸濃度,煅燒加工中控制好煅燒溫度 |
海泡石 |
孔道直徑0.37-1.10nm;孔體積0.35-0.4ml/g;比表面積100-900 m2/g |
高純度和完整的洞穴式孔道,高比表面積 |
保護和疏通孔道 |
化學提純過程中控制好酸濃度,煅燒加工中控制好煅燒溫度 |
5、其他非金屬礦
除了層狀、纖維狀、多孔結構的非金屬礦在加工過程中需要采取晶形與結構保護措施外,還有一些非金屬礦需要在加工過程中保護其晶形和晶粒大小,如金剛石、石榴子石、水晶、冰洲石等。尤其是金剛石,必須確保其晶形和晶粒不被破壞。因此,一般在金剛石選礦過程中采用預選、粗選、多段磨礦和多次精選的各種選礦方法以及比較復雜的選礦工藝流程。
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