［行业发展］
非金属矿物材料的加工与应用
郑水林
（中国矿业大学北京校区化环系，北京 １０００８４）
［摘 要］非金属矿物材料应用范围广泛，市场前景看好。本文着重介绍了非金属矿物材料的加工技术，包括颗粒制备与处理、材料的复合及加工技术等。
［关键词］非金属矿物材料；加工；复合；应用
［中图分类号］ＴＢ３２１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００７－９３８６（２００２）０４－０００３－０５
１ ２１世纪的产业发展与非金属矿物材料
“非金属矿物材料”是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过物理、化学方法制备的功能性材料或制品，如机械工业和航空航天工业用的石墨密封材料和石墨润滑剂、石棉磨擦材料、高温和防辐射涂料等；微电子工业用的石墨导电涂料、显像管石墨乳、熔炼水晶等；以硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等制备的吸附、助滤和环保材料；以高岭土（石）为原料制备的煅烧高岭土、铝尖晶石、莫来石、赛隆、分子筛和催化剂；以珍珠岩、硅藻土、石膏、石灰石、蛭石、石棉等制备隔热保温防火和节能材料及轻质高强建筑装饰材料；以碎云母为原料生产的超细云母填料、颜料以及云母纸和云母板等；以膨润土为原料制备的凝胶及有机膨润土等。
非金属矿石是人类利用最早的矿物材料。从原始人使用的石斧、石刀到现在以非金属矿为原料制备的各种非金属矿物新材料，人类在利用非金属矿物原（材）料方面走过了从简单利用到初步加工后利用，再到深加工和综合利用的漫漫历程。现代科技革命和产业发展，尤其是高技术和新材料产业的发展开创了广泛应用非金属矿物材料的新时代，非金属矿物原（材）料加工业已被视为２１世纪的朝阳工业。 以信息、微电子、生物、航空航天、海洋开发以及新材料和新能源为主的高技术和新材料产业将在２１世纪进一步发展壮大，这些高技术和新材料产业与非金属矿物（原）材料密切相关。例如，石墨、云母、石英、锆英石、金红石、高岭土、滑石、叶蜡石、长石、金刚石等与微电子及信息技术及其产业有关；氧化硅、石墨、云母、高岭土、硅灰石、硅藻土、滑
石、方解石、夕线石、石英、红柱石、蓝晶石、石棉、菱镁矿、石膏、珍珠岩、叶蜡石、金刚石、石榴子石、蛭石、电气石、绿泥石等与新材料技术及其产业有关；石墨、重晶石、膨润土、石英等与新能源有关；
沸石、麦饭石、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、膨润土、蛋白土、珍珠岩、高岭土、麦饭石等与生物技术及产业有关；石墨、石棉、云母、石英等与航空航天技术与产业有关。因此，高技术和新材料产业是２１世纪初非金属矿深加工技术和非金属矿物材料发展的重要机遇之一。
进入２１世纪，化工、机械、能源、汽车、轻工、冶金、建材等传统产业将引入新技术和使用新材料，进行技术革新和产业升级，这些技术进步与产业升级与非金属矿物材料或深加工产品密切相关。例如，造纸工业的技术进步和产品结构调整需要大量高纯、超细的重质碳酸钙、高岭土、滑石等高白度非金属矿物颜料和填料；高分子材料（塑料、橡胶、胶粘剂等）的技术进步以及工程塑料、塑钢门窗等高分子基复合材料的兴起需要数以百万吨计的超细和活性碳酸钙、高岭土、滑石、针状硅灰石、云母、透闪石、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝等功能填料； 汽车面漆、乳胶漆等高档油漆以及防腐蚀和辐射、道路发光、吸波等特种涂料需要大量的珠光云母、着色云母、超细和高白度碳酸钙、超细二氧化硅和玻璃微珠、针状超细硅灰石、超细和高白度煅烧高岭土、有机膨润土等非金属矿物颜料、填料和增粘剂； 冶金工业的技术进步和产品结构调整需要高品质的以夕线石、红柱石、 ［收稿日期］２００２－０５－２４
［作者简介］郑水林，男，４５岁，博士，教授。
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蓝晶石等高铝矿物为原料的高铝耐火材料和以镁（菱镁矿）和碳（石墨）为原料的镁碳复合材料；新型建材和防火、节能产品的发展需要大量的石膏板材和饰面板、花岗岩和大理岩板材和异形材、以硅藻土、超细石英粉、石灰粉、针状硅灰石等为原料的微孔硅钙板、膨胀珍珠岩、轻质保温隔热材料，等等；石化工业的技术进步和产业升级需要大量具有特定孔径分布、活性和选择性好的沸石和高岭土催化剂、载体以及以膨润土为原料的活性白土； 机电工业的技术进步需要以碎云母为原料制造的云母纸和云母板绝缘材料、高性能的柔性石墨密封材料、石墨盘根、石棉基板材和垫片；汽车工业的发展需要大量以石棉、石墨、针状硅灰石等非金属矿为基料的磨擦材料和以超细碳酸钙、高岭土、珠光云母等为颜料和填料的汽车专用涂料；功能性化学纤维的发展需要金红石（二氧化钛）、二氧化硅、氧化铝、云母、电气石、石墨等超细、分散性和相容性好的非金属矿物填料。因此，传统产业的技术进步和产业升级是２１世纪初我国非金属矿深加工技术和产业发展的主要市场之一。 环境保护是人类２１世纪面临的重大挑战之一，它直接关系到人类的生存和经济社会的可持续发展。随着人类环保意识的增强和全球环保标准及要求的提高，环保产业将成为２１世纪最重要的新兴产业之一。许多非金属矿物材料，如硅藻土、沸石、膨润土、凹凸棒石、海泡石等经过加工（提纯、表面处理和复合）具有选择性吸附有害及各种有机和无机污染物的功能，而且具有原料易得、本身不产生二次污染等优点。因此，环保产业是２１世纪初非金属矿深加工技术和非金属矿物材料发展的另一个重要机遇。
２ 非金属矿物材料的加工
非金属矿物材料加工的目的是通过一定的技术、工艺、设备生产出满足市场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、表面或界面性质的粉体材料以及一定尺寸、形状、机械性能、物理性能、化学性能、生物功能等的功能性产品。
非金属矿物材料的加工技术包含以下二个方面： （１） 颗粒制备与处理技术。主要包括矿石的粉碎与分级技术、矿物选矿提纯技术、矿物（粉体）的表面或界面改性技术、脱水干燥技术、造粒技术等； （２） 材料的复合及加工技术。主要包括非金属矿物材料的原料配方技术、加工工艺与设备等。
２．１ 颗粒制备与处理技术
颗粒制备与处理技术是非金属矿物粉体材料所必须的加工技术，目的是通过一定的技术、工艺、设备生产出满足市场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。
２１世纪非金属矿物粉体原（材）料在高技术新材料、传统产业技术进步和产业升级、环保产业以及人民生活等中的广泛应用是以该原（材）料中较高的技术含量为前提的，因此，深加工是满足市场发展的必由之路。
（１） “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、粉碎及分级效率或能量利用率及产物粒度分布； 粉碎过程力学； 粉碎过程化学；粉体的分散； 助磨剂的筛选及应用；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。
由于超细粉体具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、烧结温度低且烧结体强度高、填充补强性能好、遮盖率高等优良的物理化学性能。因此，许多应用领域要求非金属矿物原（材）料的粒度微细（微米或亚微米）；部分领域不仅要求粒度超细而且要求粒度分布范围窄。如部分高档纸张涂料要求重质碳酸钙的细度为－２μｍ≥９０％，粒度分布要求最大粒度≤５μｍ， －０．２μｍ≤１０％～１５％；再如，降解塑料要求重质碳酸钙的细度为－（６～７）μｍ≥９７％，要求最大粒度≤８μｍ；功能纤维填料要求无机非金属填料的细度为９７％≤２μｍ，最大粒度≤３μｍ；高聚物基复合材料用氢氧化镁和氢氧化铝阻燃填料要求中位径ｄ
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≤１μｍ， ９７％≤５～６μｍ。２１世纪市场对各类非金属矿超细粉体材料的需求量将显著增大，预计２０１０年将达到２００万ｔ左右。因此，未来粉碎与分级技术发展的重点将是超细粉碎和精细分级技术。首先，将在现有粉碎设备基础上完善工艺配套，开发分级粒度细、精度高、处理能力大、
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单位产品能耗低、磨耗小、效率高的精细分级设备；第二，将发展粉碎极限粒度小、粉碎比和生产能力大、单位产品能耗低、磨耗小、粉碎效率高、适用范围宽或者可用于低熔点、韧性、高硬度、高纯度、易燃易爆等特殊物料加工的超细粉碎方法和设备；第三，发展粒度大小和粒度分布的自动监控技术，完善粒度检测方法和仪器。非金属矿超细粉体加工业将主要围绕方解石、大理石、白垩、滑石、叶蜡石、伊利石、石墨、高岭土、云母、硅灰石、锆英砂、金红石、重晶石、石英、石榴子石、碳化硅、氮化硼等发展，同时发展用于生产高长径比硅灰石和透闪石粉体及大径厚比湿磨云母粉的专门的粉碎、分级工艺与设备。
（２） “表面改性”是以满足应用领域对粉体原（材）料表面性质及分散性和与其他组分相容性要求的粉体材料深加工技术。对于超细粉体材料和纳米粉体材料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市场的占有。非金属矿物粉体材料的主要研究内容包括： 表面改性的原理和方法；表面改性过程的化学、热力学和动力学； 表面或界面性质与改性方法及改性剂的关系； 表面改性剂的种类、结构、性能、使用方法及其与粉体表面的作用机理和作用模型；不同种类及不同用途无机粉体材料的表面改性工艺条件及改性剂配方；表面改性剂的合成和表面改性设备；表面改性效果的表征方法； 表面改性工艺的自动控制； 表面改性后无机粉体的应用性能研究等。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、现代仪器分析与测试等诸多相关学科。
许多应用领域都对非金属矿物材料的表面或界面性质有特殊要求，如高聚物基复合材料（塑料、橡胶、胶粘剂等）、多相复合陶瓷材料、油漆涂料、生物医学材料、化纤等要求非金属矿物粉体材料表面或界面与有机或无机基料（高聚物、陶瓷胚料、油性漆、水性漆、化学纤维等）及生物基体有良好的相容性；石化工业用的沸石和高岭土催化剂或载体要有特定的孔径分布和较高的比表面积，４ 分子筛要有一定的钙离子吸附能力，炼油脱色用的活性白土（膨润土）以及啤酒过滤用的硅藻土要有较强的表面吸附能力；用于水处理的硅藻精土对有机、无机污染物
及重金属离子等有选择性吸附的能力等。虽然粉体材料表面改性技术的发展较晚，但由于可提高或改善非金属矿物粉体材料与填充或复合基料的相容性、对提高现代高聚物／无机复合材料、多相复合陶瓷材料、高档或特种油漆涂料、功能性纤维等的性能具有重要意义。因此，粉体表面改性或活化技术将成为非金属矿物粉体材料最主要的深加工技术之一。粉体表面改性或活化技术的针对性很强，未来将主要发展能适应于不同用途和要求的、粉体和改性剂分散好、包覆率或活化度高、产品质量稳定、单位产品能耗少、成本低、操作简单、容易控制的工艺和相关设备以及针对不同用途和适应不同应用领域要求的表面改性配方技术，特别是发展能显著改善超细粉体和纳米粉体在无机相和有机相中分散性和相容性、能显著提高复合材料综合性能以及能选择性吸附有毒气体及有害物质的非金属矿物（硅藻土、沸石、凹凸棒石、海泡石、膨润土等）的表（界）面改性和活化技术，同时发展来源广、价格低、应用性能好的表面改性剂或活化剂。非金属矿物粉体材料的表面改性和活化技术将主要涉及非金属矿物填料、颜料、环保材料、化妆品和生物医学材料等。
（３） “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、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）料纯度要求的重要的非金属矿物粉体材料加工技术之一。主要研究内容包括：石英、硅藻土、石墨、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、云母、氧化铝、氧化镁等无机非金属矿的选矿提纯原理和方法；微细颗粒提纯技术和综合力场分选技术；适用于不同物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自动控制等。它涉及颗粒学、流体力学、岩石与矿物学、晶体学、矿物加工、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、现代仪器分析与测试等诸多学科。非金属矿物材料选矿提纯的一个重要特点是，其纯度除了化学元素和化学成分要求外，部分矿物还要考虑其矿物成分（如膨润土的蒙脱石含量，硅藻土的无定型二氧化硅的含量、高岭土的高岭石含量）、结构（如鳞片石墨）、晶形（如云母、硅灰石）等。
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２００２年第４期 中国非金属矿工业导刊 总第２８期
由于绝大多数非金属矿物只有选矿提纯以后其物理化学特性才能充分体现和发挥，因此，２１世纪无论是新兴的高技术和新材料产业、环保产业还是传统产业都将对非金属矿物材料的纯度提出更高的要求。而随着非金属矿物材料纯度要求的提高，精选提纯技术的难度也将增加，另外资源的贫化和资源综合利用率要求的提高也将增加精选提纯技术的难度。因此，微细粒选矿提纯和综合力场（重力、离心力、磁力、电力、化学力）精选技术将成为未来非金属矿提纯技术的主要发展趋势，涉及的非金属矿物将包括石墨、石英、高岭土、云母、滑石、硅藻土、锆英砂、硅灰石、重晶石、金红石、膨润土、萤石、夕线石、红柱石、蓝晶石等。
（４） “脱水干燥技术”是非金属矿物粉体材料的后续加工作业，其目的是满足应用领域对产品水份含量的要求和便于储存和运输。因此，脱水干燥技术也是非金属矿物材料必须的加工技术之一。脱水干燥包括机械脱水（离心、压滤等）和热蒸发（干燥）脱水二部分。非金属矿物粉体材料干燥脱水的特点是，部分粘土矿物材料（如膨润土、高岭土、海泡石、凹凸棒土、伊利石等）及超细非金属矿物材料的水份含量高；机械脱水难度大，干燥后团聚现象严重。因此，常规的机械脱水方式难以有效脱水，一般采用压力脱水方式，特别是对于酸洗或漂白后的非金属矿物材料还须在压滤过程中进行洗涤。为解决干燥后粉体材料，尤其是超细粉体材料的团聚问题，一般采用流态化干燥方式或在干燥设备中或干燥后设置解聚装置。非金属矿物粉体材料脱水干燥技术的发展趋势是提高效率、降低能耗、减少污染和恢复原级粒度或提高粉体粒度还原率（降低团聚率）。
（５） “造粒技术”是方便超细非金属矿物粉体材料应用和提高其应用性能的非金属矿物材料深加工技术。主要研究内容包括造粒工艺和设备。对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、服用不便、难以回收等问题。将其造粒后使用是解决上述应用问题的有效方法之一，尤其适用于用作高聚物基复合材料（塑料、橡胶等）填料的非金属矿物粉体材料，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、颗粒密度或容重等的要求而定。
２．２ 材料的复合与加工技术
（１） “原料配方复合技术”是非金属矿物材料或制品的核心技术之一。非金属矿物材料或制品种类繁多，涉及的领域非常广泛，按其功能可分为：结构或力学功能材料（如新型建材、高级陶瓷结构材料、高级磨料、磨擦材料、减磨润滑材料、密封材料等）、热学功能材料（如保温节能材料、高温耐火材料、隔热和绝热材料、导热材料等）、电磁功能材料（如光导材料、磁性材料、半导体材料、压电材料、介电材料、电绝缘材料等）、光功能材料（如光导材料、荧光材料、聚光、透光、感光、偏振材料等）、吸波与屏蔽材料、催化材料、吸附材料、流变材料、颜料、粘结材料、装饰材料、生物医学功能材料等。不同材料的原（材）料配方不同，因此，非金属矿物材料配方技术涉及广泛的学科面，是一种多学科的综合，功能化则是非金属矿物材料配方技术永恒的主题。
（２） “加工工艺与设备”是制备非金属矿物材料或制品的关键技术。非金属矿物材料或制品的种类多，一般来说，不同种类和不同用途的非金属矿物材料或制品的生产方法不同，工艺也是千差万别，较为共性的加工技术有成型与固化技术和煅烧技术。
未来非金属矿物材料加工技术将重点发展与高技术新材料产业、环境保护、新型建材、特种涂料、生物医学材料等相关的功能性非金属矿物材料或制品的加工技术和设备。如石墨密封材料、石墨润滑材料、石墨导电材料、石棉磨擦材料、石墨插层化合物、高纯超细石墨粉（≤２μｍ）、云母珠光颜料、高温润滑涂料、辐射屏蔽材料、触媒和催化材料、吸附材料、吸波材料、胶凝材料、抗静电材料、石膏板材和异型材、轻质、保温、隔热墙体材料和阻燃防火材料等。
３ 非金属矿物材料的应用
前已述及，非金属矿物材料与高技术和新材料产业、传统产业升级以及环境保护等密切相关，其应用领域涉及几乎所有工业部门和人民的衣、食、住、行等各个方面。下页表对非金属矿物材料的类型及其应用作了一个简单的概括。
综上所述，非金属矿物材料应用范围广泛，市场
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前景看好。但是，非金属矿物材料的研究开发涉及众多的学科，需要各学科的交叉和协同。由于产业关联及体制等方面的原因，我国非金属矿物材料工业还相对落后，平均技术含量还较低，品种规格也不够，还难以满足相关应用领域的需要。今后应整合材料性能、材料加工以及应用领域的研究人员重点加强应用研究，尤其是非金属矿物新材料的应用研究，以促进我国非金属矿物材料产品品种和产业规模的扩大以及技术水平的提高。
［编辑 邸素梅］
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1、初加工：是指传统的矿物或岩石的机械加工，即包括矿物或岩石的破碎、筛分、磨矿、分级等粒级加工，以及以提高有用矿物品位为主要目的的选矿加工。 3、制品：通常是指利用经过初加工的，或者已经过深加工的矿物或岩石产品作为主要原料或原料之一，与其他原料（包括其他无机或有机高分子材料）相结合，通过各种工艺手段制成各类结构材料或功能材料。 4、热加工：是指对矿物或岩石材料进行干法加热或改性。 5、干燥：是采用热物理方法排除矿物颗粒或材料的自由水或吸附水。 6、热处理：是在较高温度下脱去矿物或材料的吸附水及结合水或同时脱出其它易挥发物质进行热分解，也可能要在更高温度下使矿物再结晶、烧结或熔融，变成另一类人造矿物材料。 7、非金属矿物与岩石的物理加工与改性：主要指利用各种物理力（能）如机械力、声、光、电、磁及热物理方法或高能物理方法对原材料进行处理加工的一类方法。 8、界面化学改性：利用矿物或岩石表面的界面化学性能及其在介质（水）或电解质溶液中的行为，使用某些药剂进行处理，以达到所要求的新的界面特性，这就是界面化学改性。 9、矿物颗粒的表面积包括外表面积和内表面积。外表面积是指矿粒的表层包络面积，由矿粒大小、形状等几何尺寸所决定。内表面及则指存在于单体矿物颗粒之中的孔隙、裂纹或晶层间以及纤维束内部间隙等的表面积。； 10、比表面积：单位质量矿粒具有的表面积称为比表面积 11、矿物表面与水作用时被水润湿的程度，叫做矿物表面润湿性，能被水润湿，称为亲水性；不能被水润湿称为疏水性（憎水性） 12、润湿接触角是固液界面和液气界面两个张力的夹角。 13、接触角：在固体、液体、气体三相点上，固液界面张力与液气界面张力且穿过液相的夹角，称之为接触角。 15、动电位：滑动界面上电位与溶液内部电位差 水基又有亲油基而且还具有把油水两相连接起来不使其分离的特殊功能的分子18、表面活性剂按离子类型分类：凡能被电离成离子的叫离子型表面活性剂，不能被电离成离子的称为非离子型表面活性剂。 19、化学改性：用酸、碱、盐去改变目的矿物的物理和物理化学性质，称之为化学改性。 20、热分析：在程序控制下，测物理的性质与温度之间的关系一类的总称。 21、吸热效应：是因蒸发、分解、转变、还原和熔化等引起的热变化。 22、放热效应：是氧化和结晶引起的热变化。
非金属矿物填料的作用和地位 中国粉体技术网无机矿物填料的主要作用是增量、增强和赋予功能。 （1）增量 添加廉价的无机矿物填料以降低制品的成本，例如，在塑料、橡胶、胶黏剂等中填充碳酸钙（包括重质碳酸钙和轻质碳酸钙）以降低有机树脂或高聚物的用量；在纸张中填充碳酸钙、滑石粉以减少纸浆或纸纤维的用量。这种无机矿物填料也被称为增量填充剂。 （2）增强 提高高聚物基复合材料，如塑料、橡胶、胶黏剂等的力学性能（包括弹性模量、拉伸强度、刚性、撕裂强度、冲击强度、摩擦系数、耐磨性等）。无机矿物填料的增强主要取决于对其粒度或比表面积和颗粒形状。粒径小于5um的超细无机矿物填料和硅灰石、透辉石、透闪石、石棉等针状无机矿物填料及云母、滑石、高岭土、石墨等片状无机矿物填料具有一定和不同程度的增强或补强功能。一般来说，各种填料的增强效果顺序为：纤维填料＞片状填料＞球状填料。反之，各种填料在基料中的流动性顺序大致为：球状填料＞片状填料＞纤维填料。 （3）赋予功能 无机矿物填料可赋予填充材料某些功能，如塑料和橡胶制品的尺寸稳定性、阻燃或难燃性、耐磨性、绝缘性或导电性、隔热或导热性、隔声性、抗菌性等；涂料的耐湿擦洗性、耐磨性、耐腐蚀性、耐候性、遮盖力、净化空气、调湿性等；纸品的优良吸墨性和印刷性等。此时，无机矿物填料的化学组成、晶体结构、光热、电、磁等性质以及比表面积和颗粒形状起重要的作用。无机矿物填料主要赋予复合材料的功能见表1-1。 表1-1赋予功能效果和相应的填料 无机矿物填料的地位
矿物填料在现代材料工业，如塑料、橡胶、胶黏剂、化纤、涂料、造纸、胶凝材料、建材等工业中具有重要地位，而且随着新材料工业，特别是复合材料工业的发展日益显得突出和重要，主要原因如下。 （1）它是在保证使用性能要求的前提下降低材料生产成本最有效的原料或辅料。由于无机矿物填料，特别是作为普通增量填料的碳酸钙、陶土、滑石粉等价格较低，而作为塑料制品、橡胶制品、胶黏剂、化纤、纸浆等基料的树脂价格显著高于无机矿物填料，因此，在这些制品中填充一定量的无机矿物填料可以在满足相关产品标准，保证使用性能要求的前提下，显著降低材料的生产成本。 （2）它是获得具有独特功能复合材料最方便和有效的填料。现代科技、经济和社会的发展对材料的功能性要求越来越高。单一的原料和配方越来越难以满足日趋提高的使用要求。对于高聚物基复合材料，如塑料、橡胶、胶黏剂来说，从高分子合成角度开发具有独特功能的全新结构的高分子化合物有时是难以实现的，有时则可能耗资巨大，耗时很长，而采用矿物填料填充改性常常是比较方便和易于实现的。 （3）它是综合利用矿产资源、替代或节约树脂的重要材料。现代发展最为迅速的高分子材料是以树脂为基料的非金属材料，而合成树脂的原料是石油。非金属矿是储量丰富、部分与金属矿和固体燃料矿共生的矿产资源，将其综合利用并加工成矿物填料用于填充到树脂中生产高聚物基复合材料，在降低材料成本和赋予材料一定功能的前提下，还可以节约大量石油。目前塑料制品中无机矿物填料的用量平均已达到10%以上，部分塑料制品中矿物填料的用量已达到30%以上。以2007年我国塑料制品产量6000万吨左右计算，节省树脂600万吨/年以上，可以大量节约石油资源。 （4）它是提高材料或制品技术含量、增加其附加值的最适宜填料。无机矿物填料来源广、品种多，可以加工成适应不同应用要求的功能填料，可以提升填充材料的产品技术含量从而增加其附加值。例如，在塑料制品中填充经过表面处理的超细碳酸以提高其韧性；添加片状结构的滑石和针状结构的硅灰石可以提高其强度；添加经过表面改性的超细氢氧化铝和氢氧化镁可以替代有机阻燃剂赋予其优良的阻燃性能；在建筑涂料中添加煅烧高岭土可以提高涂膜的强度和耐湿擦洗性；在纸品中填充滑石和碳酸钙可以提高其白度、平整度和印刷性；在橡胶中添加超细片状高岭土可以提高其强度和气体阻隔性等。由于可以根据材料性能的要求从成分、结构、表面性质等方面性质等方面选择无机矿物填料，能满足不同应用的要求，可以在某一方面和几个方面显著提高填充材料或制品的技术含量，因此可以显著增加填充材料的附加值。 因此，可以说无机矿物填料为新型功能材料，特别是复合材料的发展提供了广阔的发展空间。了解更多请访问中国粉体技术网或关注本网微信公众号bjyyxtech。
［行业发展］ 非金属矿物材料的加工与应用 郑水林 （中国矿业大学北京校区化环系，北京 １０００８４） ［摘 要］非金属矿物材料应用范围广泛，市场前景看好。本文着重介绍了非金属矿物材料的加工技术，包括颗粒制备与处理、材料的复合及加工技术等。 ［关键词］非金属矿物材料；加工；复合；应用 ［中图分类号］ＴＢ３２１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００７－９３８６（２００２）０４－０００３－０５ １ ２１世纪的产业发展与非金属矿物材料 “非金属矿物材料”是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过物理、化学方法制备的功能性材料或制品，如机械工业和航空航天工业用的石墨密封材料和石墨润滑剂、石棉磨擦材料、高温和防辐射涂料等；微电子工业用的石墨导电涂料、显像管石墨乳、熔炼水晶等；以硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等制备的吸附、助滤和环保材料；以高岭土（石）为原料制备的煅烧高岭土、铝尖晶石、莫来石、赛隆、分子筛和催化剂；以珍珠岩、硅藻土、石膏、石灰石、蛭石、石棉等制备隔热保温防火和节能材料及轻质高强建筑装饰材料；以碎云母为原料生产的超细云母填料、颜料以及云母纸和云母板等；以膨润土为原料制备的凝胶及有机膨润土等。 非金属矿石是人类利用最早的矿物材料。从原始人使用的石斧、石刀到现在以非金属矿为原料制备的各种非金属矿物新材料，人类在利用非金属矿物原（材）料方面走过了从简单利用到初步加工后利用，再到深加工和综合利用的漫漫历程。现代科技革命和产业发展，尤其是高技术和新材料产业的发展开创了广泛应用非金属矿物材料的新时代，非金属矿物原（材）料加工业已被视为２１世纪的朝阳工业。 以信息、微电子、生物、航空航天、海洋开发以及新材料和新能源为主的高技术和新材料产业将在２１世纪进一步发展壮大，这些高技术和新材料产业与非金属矿物（原）材料密切相关。例如，石墨、云母、石英、锆英石、金红石、高岭土、滑石、叶蜡石、长石、金刚石等与微电子及信息技术及其产业有关；氧化硅、石墨、云母、高岭土、硅灰石、硅藻土、滑 石、方解石、夕线石、石英、红柱石、蓝晶石、石棉、菱镁矿、石膏、珍珠岩、叶蜡石、金刚石、石榴子石、蛭石、电气石、绿泥石等与新材料技术及其产业有关；石墨、重晶石、膨润土、石英等与新能源有关； 沸石、麦饭石、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、膨润土、蛋白土、珍珠岩、高岭土、麦饭石等与生物技术及产业有关；石墨、石棉、云母、石英等与航空航天技术与产业有关。因此，高技术和新材料产业是２１世纪初非金属矿深加工技术和非金属矿物材料发展的重要机遇之一。 进入２１世纪，化工、机械、能源、汽车、轻工、冶金、建材等传统产业将引入新技术和使用新材料，进行技术革新和产业升级，这些技术进步与产业升级与非金属矿物材料或深加工产品密切相关。例如，造纸工业的技术进步和产品结构调整需要大量高纯、超细的重质碳酸钙、高岭土、滑石等高白度非金属矿物颜料和填料；高分子材料（塑料、橡胶、胶粘剂等）的技术进步以及工程塑料、塑钢门窗等高分子基复合材料的兴起需要数以百万吨计的超细和活性碳酸钙、高岭土、滑石、针状硅灰石、云母、透闪石、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝等功能填料； 汽车面漆、乳胶漆等高档油漆以及防腐蚀和辐射、道路发光、吸波等特种涂料需要大量的珠光云母、着色云母、超细和高白度碳酸钙、超细二氧化硅和玻璃微珠、针状超细硅灰石、超细和高白度煅烧高岭土、有机膨润土等非金属矿物颜料、填料和增粘剂； 冶金工业的技术进步和产品结构调整需要高品质的以夕线石、红柱石、 ［收稿日期］２００２－０５－２４ ［作者简介］郑水林，男，４５岁，博士，教授。 ３
第一二章习题 1.非金属矿物材料的精细加工制备包括哪些？天然矿物材料精细加工的目的是什么？ 非金属矿物材料的精细加工制备包括：超细粉粹与分级、矿物原料的纯化、高温物理化学处理、结构改性处理、表面改性处理、矿物材料的化学制备、新型陶瓷粉体的制备。 目的：（1）矿物材料的纯化为，达到改善矿物材料的技术物理性能的目的。产物保留原矿物的单一矿物特性、构造、化学成分；2）赋予产物新的技术物理性能：原料矿物的结构、矿物组成、表面化学性质发生不同程度的改变。 2.在细磨和超细磨过程中，因机械作用导致的机械化学反应指什么？主要表面在哪三方面？ 机械化学变化：因机械载荷作用导致的固体物料晶体结构和表面物理化学性质的变化(包括晶格畸变、晶格缺陷、颗粒无定形化、多晶转变、表面自由能增大等) 。在细磨和超细磨过程中，因机械作用导致的机械化学反应主要表现为三个方面： （1）矿物晶体结构的变化：由于超细过程中强烈的机械化学作用，引起矿物的晶体结构，尤其是颗粒表面结构发生变化，例如位错、缺陷、重结晶，甚至使表面转为非晶态层。 （2）矿物物理化学性质的变化：经过细磨和超细磨后，由于矿物颗粒的内能和表面能的增加以及机械激活作用的影响，使矿物的吸附能力、溶解性和表面电性等均有不同程度的改变。 （3）在局部承受较大应力或反复应力作用的区域产生化学反应：在超细粉碎过程中，矿物颗粒因反复承受应力并受到机械激活作用，有时会在颗粒变细的同时发生化学反应，例如由一种固态物质转变为另一种固态物质，或者因矿物分解释放出气体产物，因晶体结构发生变化或外来离子进入晶体结构而改变矿物的化学组成。 3.超细粉体分级的必要性是什么？ 分级的必要性:（1）矿物材料的超细粉体在精密陶瓷、涂料、生物工程、电子及尖端技术领域均有广泛应用。现代科技的发展迫切需要超细而且粒度分布范围窄小的粉体，有时甚至要求达到单一粒径。但是机械粉碎得到的粉体粒度分布较宽，往往在0.1μm到数十μm之间，因此需要对其进行分级，以满足对超细粉体的高标准要求。 （2）精密分级设备与超细粉碎设备配套使用，及时将符合粒级要求的产品分出，可以防止产品的过度粉碎(或称过磨)，提高粉碎效率，降低能耗。 4.简述矿物原料的纯化手段。 （1）物理纯化：在经由物理分离纯化矿物原料时，原料的组成矿物之间的空间分布特征发生改变，但各矿物的化学成分、晶体结构均未被触及，所实现的仅仅是杂质组分与目的矿物在空间位置上的相互分离。传统的矿物机械加工，包括矿物原料的粉粹、分级以及目的矿物的分选富集（如浮选、电选、磁选、重选等），均属于物理纯化作用。
第一章非金属矿物制品行业概述 1定义 一般认为，非金属矿，即非金属矿物材料，是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过深加工或精加工制备的具有一定功能的现代新材料，它是无机非金属材料的一种，如功能填料和颜料、摩擦材料、密封材料、保温隔热材料、电功能材料、吸附催化材料、环保材料、胶凝与流变材料、聚合物/纳米黏土复合材料、建筑装饰材料等。而非金属矿物制品则是以这些非金属矿物材料经过进一步加工形成的产品。例如我们常见的建筑材料、玻璃、人造金刚石、磨料磨具、石棉制品等。 2 发展历史 3 特征 现代非金属矿物制品具有以下主要特征： 1、原料或主要组分为非金属矿物或经过选矿或初加工的非金属矿物。 2、一般来说，与同样用非金属矿物为原料生产的硅酸盐材料（水泥、玻璃、陶瓷等）以及无机化工产品（如硫化钡、氯化钡、碳酸锶、氧化铝等）不同，非金属矿物没有完全改变非金属矿物原料或主要组分的物理、化学特性或结构特征。 3、非金属矿物制品是通过深加工或精加工制备的功能性制品。因此，非金属矿物制品具有一定的技术含量和明确的用途，不能直接应用的原矿和初加工产品不属于非金属矿物制品的范畴。当然，深加工或精加工是一个相对的概念，随着科学技术的发展和社会的进步，其内涵也将发生变化。 4 分类
非金属矿物制品一般按照不同的特征分为如下几类：①水泥制品和石棉水泥制品业。包括水泥制品业、砼结构构件制造业、石棉水泥制品业、其他水泥制品业等。②砖瓦、石灰和轻质建筑材料制造业。包括砖瓦制造业、石灰制造业、建筑用石加工业、轻质建筑材料制造业、防水密封建筑材料制造业、隔热保温材料制造业、其他砖瓦、石灰和轻质建筑材料制品等。③玻璃及玻璃制品业。包括建筑用玻璃制品业、工业技术用玻璃制造业、光学玻璃制造业、玻璃仪器制造业、日用玻璃制品业、玻璃保温容器制造业、其他玻璃及玻璃制品业等。④陶瓷制品业。包括建筑、卫生陶瓷制造业、工业用陶瓷制造业、日用陶瓷制造业、其他陶瓷制品业等。⑤耐火材料制品业。包括石棉制品业、云母制品业、其他耐火材料制品业等。⑥石墨及碳素制品业。包括冶金用碳素制品业、电工用碳素制品业、其他石墨及碳素制品业等。⑦矿物纤维及其制品业。包括玻璃纤维及其制品业、玻璃钢制品业、其他矿物纤维及其制品业等。⑧其他类未包括的非金属矿物制品业。包括砂轮、油石、砂布、砂纸、金钢砂等磨具、磨料的制造，晶体材料的生产等。 5用途 非金属矿物制品是人类利用最早的。原始人使用的石斧、石刀等都是用无机非金属矿物或者岩石材料制备的。但是，在现代科技革命和新兴产业发展之前的人类文明进化过程中，基本上是以金属材料为主导，随着现代科技进步、人类生活水平的提高和环境保护意识的觉醒，开创了应用非金属制品的新时代。 目前，非金属矿物制品广泛应用于化工、机械、能源、汽车、轻工、食品加工、冶金、建材等传统产业以及航空
浅析非金属矿物加工技术 摘要：本文介绍了近几年来非金属矿物加工中关键设备的技术进展及其应用,如破碎粉磨设备、筛分分级设备、超细矿物加工设备、选别设备以及过滤设备等。随着生产的发展、科学技术的进步和各学科间的互相渗透,非金属矿物加工设备处于不断发展中,不断向大型化、先进化方向推进,新型设备不断涌现。在这些设备的开发设计中，广泛采用了新结构、新材质、新技术和新加工工艺,大大提高了设备的技术水平和可靠性，简化了非金属矿物加工加工工艺,实现了高效节能、提高经济效益之目的。 关键字:非金属矿物加工加工技术浮选 一、非金属矿物加工技术的现状及发展 非金属矿物是与人类生产、生活密切相关的矿产资源之一，是人类利用最早的地球矿产资源.对人类文明的发展做出了重大贡献。在非金属矿的加工利用工艺技术发展中,最初是通过手工作业从天然矿石获得所需矿物，并没有形成一门工业技术，这种现象一直延伸到19世纪初期。随着全球工业的快速发展，对矿物原料需求大幅增加,加之18世纪产业革命发展的基础和巨大推动，非金属矿的加工技术真正从手工作业向现代工业技术转变，出现了选矿工艺和球磨、分级等相关加工机械设备,非金属矿的加工利用技术逐步形成了完整的学科和工艺技术体系。 非金属矿包括的范围很广，品类繁多,而且具有多种独特有意的性能，用途十分广泛,广泛应用于化工，轻工，是有,机械，建材,农业，国际,航空航天，电子，通讯以及农业等。等
部门，非金属矿产已深入到国民经济建设和人类生存的各个领域中，随着社会的进步和科技的发展，我国非金属矿科技研发，产品研发与应用取得了长足的进步与发展非金属矿工业在国民经济发展和人类生存中的作用也越来越重要，对非金属的需求量越来越大，而且投资规模越来越大。但是总体上还是表现出，其发展满足不了行业现状的现象。 二、非金属矿的加工技术的主要内容及发展回顾 非金属矿物加工是指采用一定的工艺方法，如粉碎、分级、提纯、超细粉碎、表面改性等将非金属矿原矿加工为满足相关行业应用要求的非金属矿物粉体或产品.
非金属矿精深加工项目可行性研究报告 xxx有限公司
第一章概述 一、项目概况 （一）项目名称 非金属矿精深加工项目 （二）项目选址 某产业园 节约土地资源，充分利用空闲地、非耕地或荒地，尽可能不占良田或少占耕地；应充分利用天然地形，选择土地综合利用率高、征地费用少的场址。 （三）项目用地规模 项目总用地面积46976.81平方米（折合约70.43亩）。 （四）项目用地控制指标 该工程规划建筑系数58.46%，建筑容积率1.23，建设区域绿化覆盖率5.52%，固定资产投资强度199.49万元/亩。 （五）土建工程指标 项目净用地面积46976.81平方米，建筑物基底占地面积27462.64平方米，总建筑面积57781.48平方米，其中：规划建设主体工程35399.66平方米，项目规划绿化面积3190.02平方米。
（六）设备选型方案 项目计划购置设备共计93台（套），设备购置费4766.96万元。 （七）节能分析 1、项目年用电量613092.81千瓦时，折合75.35吨标准煤。 2、项目年总用水量15752.07立方米，折合1.35吨标准煤。 3、“非金属矿精深加工项目投资建设项目”，年用电量613092.81千 瓦时，年总用水量15752.07立方米，项目年综合总耗能量（当量值） 76.70吨标准煤/年。达产年综合节能量31.33吨标准煤/年，项目总节能率22.56%，能源利用效果良好。 （八）环境保护 项目符合某产业园发展规划，符合某产业园产业结构调整规划和国家 的产业发展政策；对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严 格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明显 的影响。 （九）项目总投资及资金构成 项目预计总投资16189.47万元，其中：固定资产投资14050.08万元，占项目总投资的86.79%；流动资金2139.39万元，占项目总投资的13.21%。 （十）资金筹措 该项目现阶段投资均由企业自筹。 （十一）项目预期经济效益规划目标
对于湿法研磨碳酸钙、轻质碳酸钙、水洗高岭土、湿法云母粉、石英砂等非金属矿加工来说，干燥工序都直接影响着最终产品的质量，因此，选择合适的干燥设备至关重要。那么，这些非金属矿加工行业常用的干燥设备有哪些呢？下面就给大家详细讲解一下吧。 1、滚筒干燥机 滚筒干燥机是以饱和水蒸气、水、热烟气或导热油为加热介质的干燥设备，可分为单滚筒、双滚筒或多滚筒。 （1）工作原理 湿物料从干燥机一端投入后，在内简均布的抄板器翻动下，物料在干燥器内均匀分布与分散，并与并流（逆流）的热空气充分接触，加快了干燥传热、传质推动力。在干燥过程中，物料在带有倾斜度的抄板和热气流的作用下，可调控地运动至干燥机另一段星形卸料阀排出成品。 （2）性能热点
转筒干燥器机械化程度高，生产能力较大； 流体通过筒体阻力小，功能消耗低； 对物料特性的适应性比较强； 操作稳定，操作费用较低，产品干燥的均匀性好。 （3）适用范围 适用于化工、矿山、冶金等行业大颗粒，比重大物料干燥，如：矿石、高炉矿渣、煤、金属粉末、磷肥、硫铵等； 对有特殊要求的粉状、颗粒状物料的干燥，如：HP发泡剂、酒糟渣、轻质碳酸钙、活性白土、凹土、磁粉、石墨、药渣等； 要求低温干燥，且需大批量连续干燥的物料。 2、旋转闪蒸干燥机 旋转闪蒸干燥机是一种高效、多功能干燥机。 （1）工作原理 热风由干燥机底部的旋流器沿切线方向进入干燥机内，并产生高速回旋上升气流，当干燥物料由加料器输送到加热器后，在高速回旋气流和底部搅拌器的共同作用下，团块状物料被不断粉碎、分散、沸腾和干燥。干燥合格的物料被气流从干燥机上部出口带出，经捕集器收集。颗粒较大的或湿度较高的物料被干燥机上部的分级板阻拦，重新进入干燥机进行干燥。 （2）性能特点 一机多能。集物料的破碎、分散、沸腾干燥、气流干燥、分级过程为一体，连续工作，工艺简单。 适用范围广。既可用来干燥黏性的膏糊状物料，也可干燥非黏结性物料。
1．粉碎定义：利用外力（人力、机械力、电力、热核力、风力等）克服固体物料分子间内聚力，将固体粒度减小的操作。3．粒度：颗粒的大小称为粒度。 4．等效粒径：是指当一个颗粒的某一物理特性与同质球形颗粒相同或相近时 , 就用该球形颗粒的直径代表这个实际颗粒的直径。 5. 比表面能：是固体颗粒表面增加单位面积所需要的能量。 6. 碱熔法提纯：是在500℃以上的高温下，氢氧化钠与石墨等非金属矿物中的杂质（硅酸盐等）起反应，一部分生成溶于水的反应产物，被水浸出除去。 7. 酸溶（浸）法提纯：是盐酸等酸溶液与非金属矿物中的着杂质铁的各种化合物（Fe 2O 3、FeO 、Fe 2(OH)3、Fe(OH)2、FeCO 3等）起反应，生成溶于水的氯化铁等，通过洗涤除去。 8. 氧化漂白法提纯：是采用强氧化剂，在水介质中将处于还原状态的黄铁矿等氧化成可溶于水的亚铁。同时，将深色有机质氧化，使其成为能被洗去的无色氧化物。 9. 高温煅烧法提纯：是将非金属矿物中比较容易挥发的杂质（碳质、有机质等），以及特别耐高温的矿物中耐火度较低的矿物通过煅烧二蒸发掉。 10. 奈思斯特附面层：浸出过程是发生于固-夜两相间的反应，固体处在液体中其表面附着一层液体，这个液层叫奈思斯特附面层，其厚约0.03mm 。 11. 扩散控制反应：固液界面上的化学反应速度远快于浸出剂扩散到界面的速度，此时反应处于“停工待料”状态，反应速度受扩散速度控制。 12. 化学处理改性：即通过矿物与碱、酸、盐等化合物作用，改变或改善矿物的理化性能。 13. 表面处理改性：即通过矿物与有机偶联剂等改性剂作用，改善其表面化学性能，或与其他涂敷材料作用，改善其表面物理或机械性能。 13. 热处理和高温处理改性：即通过加热的方法或高温煅烧的方法，使矿物的物理或化学性能得到该变或改善。 14. 粉体表面改性：是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或界面进行处理,有目的地改变粉体材料表面的物理化学性质,如表面能、表面润湿性、电性、吸附和反应特性、表面结构和官能团、等等,以满足现代新材料,新工艺和新技术发展的需要。 15. 粉体表面吸附特性：是当气相或液相中的分子（或原子）碰撞在粉体表面时，由于它们之间的相互作用，使一些分子（原子、离子）停留在粉体表面，造成这些分子（或原子、离子）在粉体表面上的浓度比在气相或液相中的浓度大，这种现象称为吸附。 16. 物理吸附的特征：是吸附剂与吸附质之间无电子转移，吸附热小，吸附无选择性，其结合力主要是范德华力和静电引力，而且是可逆的多层吸附。 17. 化学吸附的特征：是吸附剂与吸附质之间有电子转移，形成化学键，吸附热大，吸附有选择性，而且是非可逆的单层吸附。 18. 物理涂覆：是利用高聚物或树脂等表面改性剂对粉体表面进行物理处理而达到表面改性的工艺方法。 19. 颗粒的形态：颗粒的轮廓边界或表面各点的图像，称作颗粒的形态。 20. 比表面积：单位质量（或单位体积）颗粒体的表面积，称为颗粒的比表面积或比表面。 23. 白度：它是指矿物材料及制品（多为粉体材料）反射白光的能力，也即其洁白的程度。 23. 折射率：物质的折射率是光在空气中传播速度与在该物质中传播速度之比。 24. 透明度：是指物质允许可见光透过的程度。 25. 物质的反射率：投射到非发光物体上面被反射的辐射能与投射到物体上的总辐射能之比。 26. 物质的发光性：是指物质在外来能量的激发下，发出可见光的性质。 27. 矿物的介电性：指矿物在外加电场中产生感应电荷的性质，它由介电常数来表征。 30. 胶凝材料：经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。 31. 矿物胶凝材料：是这样一类矿物粉末材料，当其与水或水溶液拌和形成浆体，经过一系列物理化学作用后，从具有流动性的浆体，逐渐硬化变为坚固的石状体，并能胶结其它物料，形成具有一定的机械强度块体。 32. 胶体矿物材料：指由天然粘土矿物组成的、具有分散性、触变性、流动性、粘结性的一类细分散材料。主要有粘土矿物构成。 33. 氟石膏：是在萤石制取氢氟酸过程中排出的废渣。 34. 磷石膏：是在用磷灰石生产磷酸过程中排出的废渣。 35. 脱硫石膏：是用石灰水净化含硫烟气时形成的一种化学石膏。 36. 欠烧石灰：生产时石灰，由于火候或温度控制不均，常会含有欠火石灰或过火石灰。生石灰中残留有未烧透的内核， 37. 过烧石灰：由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积明显收缩，颜色呈灰黑色， 38. 压电效应：某些晶体，当沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，使带电质点发生相对位移，从而在晶体表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态， 39. 热释电效应：是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。 40. 绝热矿物材料：是指一类天然具有低导热系数或经加工后具有低导热系数的矿物（或岩石）材料，或以低导热系数的矿物材料为主要矿物成分经复合加工制成的一类绝热材料。 41. 环境矿物材料：通常意义上的环境矿物材料是指由矿物（岩石）及其改性产物组成的与生态环境具有良好协调性或直接具有防治污染和环境修复功能的一类矿物材料。 1．非金属矿物粉碎，粉碎至不同粒径大小可分为三大类，分别是破碎、磨碎、超细粉碎。 2. 矿石粉碎的施压方式有压碎、劈碎、折断（碎）、磨剥（碎）和冲击破碎。 3．锤式破碎机按转子数目分类可分为单转子破碎机和双转子破碎机两种类型。 4．振动筛按照运动轨迹不同，可分为圆运动振动筛和直线运动振动筛。 5．酸溶（浸）法提纯设备有机械搅拌浸出槽、空气搅拌浸出槽、高压釜浸出器等。 6．目前非金属矿常用的漂白方法有氧化法、还原法、氧化-还原联合法等三种。 7．表征颗粒的大小常用粒径和粒度两个指标。 8．根据导电能力不同，矿物可分为良导体矿物、半导体矿物和非导体矿物。 9. 矿物材料受侵蚀的作用方式有物理作用、化学作用和生物作用三种。 10. 矿物材料吸附性按吸附的原因不同可以分为三类，即物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。 11.按孔径大小将孔隙分为微孔、中孔（或介孔）、大孔。 13. 镁质胶凝材料包括两种：苛性苦土和苛性白云石。 14. 可以作胶矿物材料的粘土矿物有膨润土、坡缕石粘土、海泡石粘土、累托石粘土等。 15. 电气绝缘云母制品按其结构形式和用途可分为云母板、塑型云母板、衬垫云母板、柔软云母板和云母箔等。 16. 云母纸浆的制造方法有煅烧化学制浆法和水力制浆法。 17.环境矿物材料可分为环境治理矿物材料、环境防护矿物材料、环境调控矿物材料。 18. 常用作大气污染治理用矿物材料制备的矿物有沸石、凹凸棒石、海泡石、硅石、等。 19. 常见射线防护用矿物材料制备的矿物有褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、重晶石等。 三、简答题（分，每小题5分） 1．非金属矿行业常见的破碎和磨矿设备有哪些？ 答：（1）破碎： 颚式破碎机；圆锥破碎机；冲击式破碎机；辊式破碎机等 （2）磨矿：球磨机；棒磨机；自磨机；砾磨机；悬辊磨；其它：冲击磨、压辊磨、涡轮机、振动磨等。 2．为什么要提出“多碎少磨”理论？ 答：破碎主要靠破碎设备的挤压和冲击作用；而磨矿则靠偏心力、摩擦力的作用，使矿石不断受到冲击、挤压、剪切和研磨而被磨碎。在常规破碎范围内，能耗随着粒度减小的变化率是很小的；但在磨矿范围内，随粒度减小，磨碎作业所消耗的能会急剧增加。 物料从入料端进入磨机后，总趋势是向排料端运动的。但从单个物料颗粒看，需要多加破碎的粗颗粒可能得不到频繁的破碎，而成为成品的颗粒不能够及时地排出，又继续遭到破碎，增加了能量的消耗。细颗粒的滞留还对粗颗粒的磨碎起到保护作用，严重阻碍磨矿过程的合理进行。在研磨过程中的破碎力不具有选择性，过粉碎现象严重。 3. 石墨碱熔法的原理及化学反应式。 答：原理：石墨中的杂质（硅酸盐等），在500 ℃以上的高温下与氢氧化钠起反应，一部分生成物溶于水的反应产物，被水浸出除去；另一些杂质，如铁的氧化物等，在碱熔后用盐酸中和，生成溶于水的氯化铁等，通过洗涤而除去。 化学反应式： 4. 在化学漂白法中，常用的氧化剂和还原剂有哪些？ 答：强氧化剂：次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯气、臭氧等。 还原剂：连二亚硫酸钠、连二亚硫酸锌、硼氢化钠等。 5. 高速旋转撞击式粉碎机工作原理及其分类？ 答：原理：是利用高速回转叶轮，轮子上装有固定的或活动的锤子、棒、叶片等，对物料进行激烈的打击、撞击并使其集中在转子与定子之间，物料的颗粒与颗粒之间产生高频率的相互强力撞击、剪切，能量通过高速旋转的转子直接传给颗粒，同时由于高速旋转气流对极细颗粒可以间接传给能量，颗粒总是在粉碎机内部件上受力。转子圆周速度可在40m/s ～120m/s ，在某些情况下可达160m/s ，一般情况下粒度可达100μm 以下（可根据物料的性质有所变化），有时会更细。 分类：高速旋转撞击式粉碎机的分类有几种方法，按机械构造的不同，可以将其简单地分为锤式、销棒式、回转圆盘式、轴流式、环式等。按转子的不同可分为立式、卧式。按粉碎方式可分为干式与湿式粉碎。 6．气流粉碎机的工作原理，工业上常用的气流粉碎机有哪些。 答：工作原理：气流粉碎机（又称气流磨），它是利用高速气流（300～1200m ／s ）或过热蒸汽（300～400℃）喷出时形成的强烈多相紊流场，使其中的物料通过颗粒之间相互撞击、气流对物料的冲击剪切以及物料与设备内壁的冲击、摩擦、剪切等作用而粉碎的一种超细粉碎设备。 目前工业上应用较广泛的气流粉碎机有：扁平（水平圆盘）式、循环管式（跑道式）、对喷式（逆向式）、冲击式（靶式）、超音速和流化床逆向气流磨机等。 7．气流粉碎机的优点和缺点都有哪些？ 答：优点：（1）粉碎环境温度低，适用于热敏性、低熔点物料的粉碎。 （2）对设备磨损少，产品污染小，纯度较高，产品粒度细且均匀，易进行封闭式操作。 （3）生产能力大，连续、自控程度高，设备结构简单，内部无动件也无介质。因此，操作、维修、拆卸、清理、装配都较方便。 缺点：能源利用率低，因而使生产成本较高，对于电费较高、且附加值较低的物料，不易采用气流粉碎机生产。 8．粒度测试中D50是什么意思，样品D50=5μm 代表什么？ 答：D50：也叫中位径或中值粒径，这是一个表示粒度大小的典型值，该值准确地将总体划分为二等份，也就是说有50%的颗粒超过此值，有50%的颗粒低于此值。如果一个样品的D50=5μm ，说明在组成该样品的所有粒径的颗粒中，大于5μm 的颗粒占50％，小于5μm 的颗粒也占50％。 9．粒度仪主要性能指标有哪些并对其进行说明。 答：重复性：重复性是指同一个样品多次测量结果之间的偏差，是衡量一台粒度测试仪或一种测试方法好坏的最重要的指标。影响因素有仪器和方法、样品制备因素、环境因素以及操作因素等。 准确性：由于粒度测试的特殊性，通常用真实性来表示准确性的含义。由于粒度测试所测得的粒径为等效粒径，对同一个颗粒，不同的等效方法可能会得到不同的等效粒径。仪器对标准样的测量结果应在标称值允许的误差范围内；经粉碎后的样品应比粉碎前更细；经分级后的样品的粒度分布将发生变化（比如大颗粒含量减少等）；结果与行业标准或公认的方法一致等。 重复性比准确性更重要。 10. 颗粒几何性能包括哪些？ 答：颗粒几何性能包括形态、粒径、粒度、粒度分布、径长比、片厚比、孔径、孔隙率、表面积等。颗粒的几何特性包括单一颗粒的几何特性和颗粒群的几何特性。 11. 矿物材料及制品的光学性能主要有哪些？ 答：矿物材料及制品的光学性能主要有颜色、白度、折光性、偏光性、分光性、光泽、透光性、遮光性、发光性、光—电性等 12. 什么是矿物的离子交换性？ 答：由于一些矿物带有不饱和电荷，根据电中性原理，必然有等量的异号离子吸附在矿物的通道、层间或表面上以达到电性平衡。一般说来，若这些异号离子可以和溶液中的同号离子发生交换作用，就称这种作用为离子交换作用，这种性质即为离子交换性。 13. 胶凝材料的种类有哪些？并举例。 答：（1）按其化学组成：有机胶凝材料：沥青、树脂等。无机胶凝材料：水泥、石膏、石灰等。 复合胶凝材料：有机-无机复合胶凝材料。 （2）按其硬化条件： 气硬性胶凝材料： 石膏、石灰等； 水硬性胶凝材料： 各种水泥等。 14. 胶凝矿物材料的一般特点？ 答：（1）原料丰富，能就地取材，生产成本低;（2）耐久性好，适应性强，可用于水中、海洋以及炎热、寒冷的环境;（3）耐火性好;（4）维修工作量小，折旧费用低;（5）作为基材组合或复合其他材料的能力强; （6）有利于有效地利用工业废渣。 15. 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，为什么？ 答：半水石膏需加水60～80％，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量；即，有40~60％多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔隙。 16. 石膏孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点？ 答：优点：保温隔热性、吸声隔声性好、质轻。可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。 缺点：强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。 17. 生石膏的非密闭煅烧脱水工艺和密闭蒸炼工艺得到产物分别是什么？ 答：非密闭煅烧脱水工艺：β-型半水石膏、可溶无水石膏、难溶无水石膏、不溶无水石膏。 密闭蒸炼工艺：α-型半水石膏、可溶无水石膏、不溶无水石膏。 18. 过火石灰有什么危害？应如何消除？ 答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟化和陈伏期，或过滤 19. 石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？ 答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。 20. 绝热矿物材料主要包括哪些？ 答： 温石棉、海泡石、浮石、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅藻土保温材料及浮石、火山渣等。 21. 工业蛭石的性能有哪些？ 答：（1）煅烧膨胀性；（2）阳离子交换性和吸附性；（3）吸水保水性；（4）隔音、隔热和耐火性；（5）耐冻性和抗菌性。 四、阐述题 1．试阐述影响浸出速度的主要因素，并作详细说明。 答：（1）浸出剂浓度——浸出剂的浓度增大浸出速度增大，但是浓度过大，很有可能溶解不希望被溶解的组分或杂质，因此浸出剂需要适宜的浓度。（2）矿浆浓度——矿浆的浓度减小浸出速度增大，但是矿浆浓度减小生产效率降低，因此要考虑经济效益。（3）搅拌作用——提高搅拌速度，溶解速度增大。化学控制时，搅拌速度影响不大，但任何情况，搅拌都能保持固体悬浮，有利于浸出。（4）浸出温度——提高温度可以加快化学反应速度和分子扩散运动，在低温情况下是化学控制，在高温情况下是扩散控制。 2．试阐述氧化漂白的主要影响因素，并作详细说明。 答：主要影响因素有：矿石特性、温度、PH 值、药剂用量、矿浆浓度、漂白时间等因素。 （1）温度：随着温度升高，漂白剂的水解速度加快，从而加快漂白速度，缩短漂白时间；但温度过高，热耗量大，药剂分解速度过快而造成浪费并污染环境。实际生产中可在常温下加大药量、调整PH 值，延长漂白时间来达到预期效果。（2）PH 值：次氯酸盐为弱酸盐，在不 2 2)(2OH Ca OH Ca =+-+33)(3OH Al OH Al =+-+33) (3OH Fe OH Fe =+-+O H SiO Na NaOH SiO 23222+=+2 2)(2OH Mg OH Mg =+- +
中国非金属矿产现状与趋势 摘要：我国非金属矿产的分布比较广泛，种类繁多，储量丰富，多种非金属矿的储量居世界首位，但大多数的矿产资源不能被充分利用和开采，因此我国的非金属矿产资源的现状和趋势应该如何发展成为当今社会和工业所面临的严峻问题，我国应该对非金属矿的开采和应用走可持续发展的道路，使我国的非金属矿产业及经济能够持续稳定的向前发展。 关键词：非金属矿；资源；矿产； Abstract: my non-metallic mineral distribution between broad, diverse, rich variety of non-metallic mineral reserves, ore ranking first in the world, but most of the mineral resources cannot be fully utilized and mining, therefore our non-metallic mineral resources and how to become a trend in today's society and industries are facing serious problems, should non-metallic mineral mining and sustainable development of the road, the country's non-metallic mining industry and economic sustainability and stability. Keywords： Nonmetalliferous ore；resources； minerals; 一、我国非金属矿产资源特点及分布 石膏矿区 我国已探明的石膏矿区达169处。主要有山东省大汉口、内蒙古自治区鄂托克旗、湖北省应城、山西省太原、宁夏回族自治区中卫、甘肃省天祝、湖南省邵东、吉林省浑江、四川省峨边等矿床。储量600亿吨以上,居世界首位。
附件7 非金属矿行业绿色矿山建设要求 非金属矿行业绿色矿山建设，应严格遵守国家相关法律、法规，符合矿产资源规划、产业政策和绿色矿山基本条件，并达到以下建设要求。 一、矿区环境规范整洁 （一）矿区规划建设布局合理、厂貌整洁，标识、标牌等规范统一、清晰美观，矿区生产生活运行有序、管理规范。 （二）矿山开发科学合理，矿石、废石的生产、运输、堆存规范有序，废石、废水、噪声和粉尘达标处置。 （三）因地制宜修复改善矿区环境，矿区绿化覆盖率达到可绿化面积的100%，基本实现矿区环境天蓝、地绿、水净。 二、合理利用资源 （四）矿山开采应与城乡建设、环境保护、资源保护相协调，最大限度减少对自然环境的破坏，选择资源节约型、环境友好型开发方式，实现资源分级利用、优质优用、综合利用。 （五）对石墨、萤石、高岭土、重晶石、长石、红柱石、蓝晶石等涉及采选加工等环节的非金属矿山，应采用先进的工艺技术和装备，提高资源综合回收率，开展精深加工，发
展高端产品。 （六）对滑石、硅灰石、膨润土、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、石英、菱镁矿、石膏、方解石、云母、蛭石等涉及开采加工环节的非金属矿山，应采用先进的加工技术、工艺与装备，发展深加工产品。 （七）对石灰岩、硅质原料、砂石骨料等露天开采矿山，开采方式应符合区域生态建设与环境保护要求，做到资源分级利用。 （八）对石材类矿山，应根据赋存条件，鼓励采用圆盘锯、绳锯等装备开采，荒料率达到30%以上。 （九）应建立生产全过程能耗核算体系，控制并减少单位产品能耗、物耗、水耗。 三、矿区生态环境保护与恢复 （十）切实履行矿山地质环境治理恢复与土地复垦义务，做到资源开发利用方案、矿山地质环境治理恢复方案和土地复垦方案同时设计、同时施工、同时投入生产和管理，确保矿区环境得到及时治理和恢复。 （十一）应采用喷雾、洒水、湿式凿岩、加设除尘装置、全封闭皮带运输等措施处置采选、运输过程中产生的粉尘和遗撒，做到矿区无扬尘。对凿岩、碎磨、空压等设备，通过消声、减振、隔振等措施进行噪声处理。 （十二）应有符合安全、环保、监测等规定的废弃物处
非金属矿工业“十二五”发展规划 一、发展现状 非金属矿工业主要包括非金属矿采选和非金属矿加工制品业等。“十一五”期间，我国非金属矿工业快速发展，基本满足了国民经济和社会发展的需要。 （一）产业规模快速增长 2010年，全国规模以上非金属矿工业企业实现销售收入3860亿元、利润360亿元，年均分别增长34%和41%。主要非金属矿产品产量持续增长。 （二）部分矿种产业集中度有所提高 2010年底，非金属矿开采加工企业减少到约9万家。高岭土、膨润土、石墨、萤石等主要矿种加速向优势企业集中，生产规模不断扩大。高岭土、膨润土企业分别达到年产20万吨和30万吨的规模。 （三）技术装备水平提升 采选及深加工关键工艺和设备取得突破，采矿机械化、大型化、专业化水平明显提高。以提纯超细、改性复合为代表的非金属矿深加工技术快速发展。石材数控加工中心、红外切
机等广泛应用。 （四）进出口结构优化改善 原矿和初级产品出口比例有所下降，加工制成品比例提高。2010年我国非金属矿业出口额130亿美元，其中加工制品比例超过50%。普通产品进口增长趋势明显，2010年石材产品进口额20亿美元，年均增长15%以上。 （五）产业集聚速度加快 石墨、膨润土、耐火粘土、萤石、菱镁矿等主要产品呈现比较明显的集聚发展态势。石材行业已形成30多个具有一定规模的生产基地，产能约占全国总产能的80%。 当前非金属矿工业仍然存在以下主要问题：一是矿产资源开发与保护统筹不足，资源浪费和破坏现象依然严重，部分关键矿种过度无序开采。二是企业“小而散”，产业集中度低，规模效应差。三是行业整体技术水平低，深加工及应用技术较弱。四是行业管理体系不健全，运行监测亟待加强。 二、需求预测 非金属矿及加工制品是经济社会发展不可或缺的基础原材料和产品，同时又是高新技术产业发展的重要支撑材料。改造提升传统产业、发展战略性新兴产业、加强生态环境保护，对非金属矿及加工制品的品种、性能、质量和产量均提出了更高要求。“十二五”期间，非金属矿工业具有较大的发展潜力。 专栏2 2015年主要非金属矿产品国内需求预测量