编号：CYYJOO307

篇名：中国非金属矿深加工技术现状、机遇、挑战和发展趋势

作者： 郑水林

关键词： 非金属矿；超细粉碎；表面改性；矿物材料

摘要： 本文综述了中国非金属矿深加工技术（细粉碎与精细分级、粉体表面改性、选矿提纯、非金属矿物材料）的现状及面临的机遇、挑战和发展趋势。

原文： 1 中国非金属矿工业现状 自改革开放以来，伴随我国经济体制由单一计划经济向社会主义市场经济体制的过度、地方经济和乡镇企业的发展以及非金属矿应用领域、用量和国际贸易量的不断扩大，除建材部门外我国非金属矿的开发和生产扩展到地矿、冶金、化工、煤炭、核工业、轻工、有色、电子、机械制造、农业等多个工业部门和各个省、市、自治区，其中建材为国家归口非金属矿管理部门。全国各部门和各地方根据各自的需求、资源特点及市场发展生产不同品种的非金属矿产品，逐渐形成了以建材为主，各部门和各地方共同开发生产的格局。其特点是生产企业数量多，总的生产能力和产量较大，但是单个企业的生产规模较小，企业以乡镇企业为主。据建材部门统计，1997年全国乡及乡以上非金属矿采选和制品加工企业17518个，总产值691.28亿元(1990年不变价，以下同)，约占建材工业总产值的22.09%。全部乡及乡以上独立核算非金属矿采选和制品加工企业15678个，总产值639.54亿元，实现利税46.8亿元。产品产量在满足了国内市场需求的同时，还出口到世界上100多个国家和地区。改革开放以来，特别是“八五”和“九五”期间，非金属矿产品的出口创汇额逐年增长，已成为我国出口创汇的重要品种之一，非金属矿产品的出口创汇额占每年建材和非金属矿产品出口总额的60%～70%。据海关统计，1981～1985年非金属矿产品累计出口12.51亿美元，年均出口2.5亿美元；1986～1990,年非金属矿产品累计出口26.52亿美元，年均出口创汇5.3亿美元； 1991～1995年非金属矿产品累计出口47.41亿美元，年均出口8亿美元，年均增长率7%以上；1996年和1997年非金属矿产品出口创汇额分别达到16.72和20.49亿美元；1998年，由于受亚洲金融危机的冲击，出口创汇额略有下降(19.55亿美元) 。随着亚洲经济的逐渐复苏和国家鼓励出口政策的到位，加上我国非金属矿加工业国际竞争力的提高，1999年非金属矿产品的出口创汇额达到27.4亿美元。 虽然我国非金属矿工业自改革开放，尤其是“八五”以来，无论是在品种、产量、产品质量以及技术进步等方面均有巨大进步。但是，与先进工业化国家相比，我国非金属矿工业还有较大差距。当前，主要存在以下问题： (1) 生产厂家以小规模的乡镇和私营企业为主， 在全国范围内尚未形成占有较大市场份额、对国民经济和出口创汇有重要影响的非金属矿产品或制品生产企业或企业集团，尚未形成适应现代市场经济和社会发展要求的规模化和集约化生产方式。据统计，1997年乡镇企业数量占全部非金属矿企业的62%；1997年，我国有160余家重质碳酸钙生产企业，平均每家企业的年生产能力只有约1万多t，最大的企业的生产能力也仅有5万t/a。 (2) 产品结构不合理，产品仍以原料采掘和初加工产品为主，技术含量较高的深加工产品所占的比重偏小(估计占20%～30%)，不能完全满足国内高技术和新材料产业发展的要求，出口产品仍主要为原矿和初加工产品。例如，1998年我国重质碳酸钙的总产量达190万t左右，但其中75%～80%为80～500目左右的细粉，1250目以上(d97≤10μm) 超细粉只占总产量的16%左右，经过表面改性的活性重质碳酸钙产品只占总产量的10%左右。其中d97＝5～7μm、dmax＝8～10μm的超细和活性重质碳酸钙的产量还远远满足不了降解塑料、胶粘剂、工程塑料、高档涂料、建材塑料、造纸底涂料等的需求；dmax＝5μm、-0.2μm＜15%和-2μm≥90%的高档次造纸涂料级产品几乎还没有(现有造纸涂料级产品的粒度分布一般为d90＝2μm、dmax＝10μm、-0.2μm≥15%～20%)。因而在这些领域每年还需进口一定数量的超细和活性重质碳酸钙产品。再如，1996年中国高岭土的总产量突破了200万t，1998年超过了250万t，但所统计的产量中包含了瓷土和未经选矿或水洗加工的原土，其中水洗、精选和煅烧高岭土的产量只有65万t左右(约占总产量的26%)。在这些经过选矿加工和煅烧的高岭土产品中，只有50%左右能满足高级纸张、高档油漆涂料、陶瓷釉料、高档橡胶和塑料制品的要求。1999年煅烧高岭土的产量约为12万t，其中白度大于90，细度800至1250目以上的煅烧高岭土产品约3万t，“双90”(白度大于90、细度-2μm含量大于90%, )产品约1万t，其余325至600目左右的产品，因此我国每年还要从美国、英国等国家进口部分优质高岭土产品。据海关统计，1997年我国进口优质高岭土产品5.43万t(比1996年增长45.91%)，进口平均价244.27美元/t。我国非金属矿产品结构不合理还反映在出口产品的结构上，1998年全国原矿和初加工类非金属矿产品出口约124587万美元，占出口创汇总额的63.72%；非金属矿深加工产品及制品出口约70942万美元。1997年我国高岭土出口量达82万t，主要是低档次的陶瓷和耐火材料(原矿和初加工)产品，平均出口价22.55美元/t，只有同期进口高岭土单价的1/11。 2 我国非金属矿深加工技术现状 2.1 超细粉碎 中国规模或工业化的超细粉体加工及超细粉碎与精细分级设备的制造始于改革开放后的70年代末和80年代初。迄今为止，中国超细粉碎技术与设备的发展大体上经过了三个阶段。从80年代初至80年代中期以引进国外技术和设备为主， 期间国内的超细粉碎技术、设备制造和工艺刚刚起步， 许多方面还基本上是空白。80年代中期至90年代中期是引进国外技术、设备与国内仿制、开发同步进行的时期， 我国的超细粉碎设备体系和超细粉碎技术大体上是在这一阶段形成和发展起来的， 现今主要的超细粉碎设备制造厂商也基本上是在这一时期建立起来的。90年代中期以后， 进入了自主开发和制造为主、引进为辅的阶段， 期间建立的超细粉体加工厂大多采用国产技术和设备。从1995年至今，具有自主知识产权或发明专利的超细粉碎技术和设备的数量较前10年显著增加，设备的处理能力、单位产品能耗、耐磨性、工艺配套和自动控制等综合性能显著提高，与国外先进技术和设备综合性能的差距逐渐缩小。 2.1.1 超细粉碎设备 目前， 我国超细粉碎设备的主要类型有气流磨、高速机械冲击式磨机、搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、塔式磨、旋磨机、气旋流粉碎机、分级磨、高压水射流磨机等。其中气流磨、高速机械冲击式磨机、旋磨机、气旋流粉碎机、分级磨等为干式超细粉碎设备；高压水射流磨机为湿式粉碎机；搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、塔式磨等既可以用于干式也可以用于湿式超细粉碎。 气流磨仍然是最主要的超细粉碎设备之一，特别是用于粉碎产品粒度细、纯度要求高和附加值较大的物料时。依靠内分级功能和借助外置分级装置，工业规模的气流磨机最细可加工d97＝3～5μm的粉体产品。在国内超细粉碎设备厂商中，气流磨机的生产厂家最多(约20家)。目前国产气流磨机主要有扁平(圆盘)式、循环管式、靶式、对喷塔靶或球靶式、流化床逆向喷射式等几种机型，十余种规格。这些气流磨广泛用于滑石、石墨、硅灰石、锆英石、高岭土、重晶石等非金属矿物以及磨料(碳化硅、氮化硼、石榴石、刚玉等)、化工原料、粉剂农药、颜料、保健药品、稀土等的超细粉碎加工。国产气流磨在仿制和消化吸收国外设备的基础上也有所创新，尤其是在靶式气流磨、流化床式气流磨以及提高扁平式气流磨的耐磨性等方面有一些发明专利和实用新型专利。国产气流磨的不足之处是缺少小时产量达数吨以上的大型设备，因此，用于粉碎大宗的单位产品附加值较低的非金属矿粉体产品时，单位产品能耗(比能耗)较高。 机械冲击式超细粉碎机是国内非金属矿行业选用较多的超细粉碎设备，广泛应用于煤系高岭土、方解石、大理石、白垩、滑石、叶蜡石等中等硬度以下非金属矿物以及化工原料、农药等的超细粉碎加工，产品细度一般可达到d97＝10μm， 即所谓1250目，配以高性能的精细分级机后可以生产d97＝5～7μm的超细粉体产品。机械冲击式超细粉碎机的主要机型有：在引进日本细川公司超细粉磨机基础上开发生产的CM51型超细粉碎机、在武汉工业大学非金属矿研究所研制的离心自磨机基础上开发的DJM900型超细粉碎机和CLM-2型多级旋磨机(这两种机型均已获得实用新型专利)以及近三年在德国ALPINE公司分级研磨机基础上开发生产的JCF1000型机械粉碎机、JZC-400型分级式冲击磨、CZM冲击式粉碎机。国产机械冲击式超细粉碎机的不足之处也是缺少小时产量达数吨以上的大型设备。另外，与同类进口设备相比，冲击部件的耐磨性较差，有待于进一步提高。 介质超细研磨机包括搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机和研磨剥片机、塔式磨、砂磨机等几种类型。依搅拌机构的不同，国产搅拌球磨机有轴棒式、穿孔圆盘式及棒盘组合式等几种机型；这种搅拌球磨机已广泛用于高岭土、重质碳酸钙、云母、滑石、各种磨料等的生产；其中湿式搅拌磨的产品细度可达d97＝2μm左右，配置分级机后干式搅拌磨的产品细度可达d97＝6μm左右；JM型立式螺旋搅拌球磨机是一种新型搅拌球磨机，既可湿式粉碎也可干式粉碎，湿式粉碎产品细度可达d90＝2μm左右，干式粉碎产品细度可达d97＝10μm左右，已经在电解锰、重质碳酸钙、云母、高岭土、重晶石、氧化铁红、铁氧体、锆英砂、炉渣等的细磨以及金银矿、钼矿、铜矿、铅锌矿等的再磨中得到应用。国产振动球磨机有单筒、多筒(二筒或三筒)式、WGM-3变频式、MGZ-1型高幅振动磨以及ZMF内分级式振动磨等机型，其中ZMF内分级式振动磨在结构和粉碎原理等方面与传统的管式振动磨有一些不同之处；振动球磨机广泛应用于石墨、滑石、高岭土、重晶石、石灰石、无机颜料、硬铁氧体、冶金炉渣等的细磨和超细磨，但ZMF内分级式振动磨的应用或生产实践还很少；振动球磨机可用于各种硬度物料的细粉碎和超细粉碎，国产湿式振动球磨机的产品细度可达d97＝5μm左右， 干式振动磨(不带分级机)可达d90＝20μm左右，但粉碎产品的粒度分布范围较宽。用于超细粉碎的旋转筒式球磨机的结构特点是磨机的长径比较大，类似于水泥工业的管磨机，使用球或钢段作研磨介质，研磨产品的粒度一般分布较宽，在生产中常与分级机构成闭路粉碎作业，这种球磨机－分级机干式闭路作业已经在江苏扬州、南京、吉林磐石、安徽等地应用于超细重质碳酸钙的生产，给料粒度≤5mm，产品细度可达d97＝6～7μm左右；这种球磨机－分级机干式闭路作业的特点是循环负荷量大(400%以上)。国产研磨剥片机主要有20、80、300和500(L)等几种机型，采用多级串联配置、连续湿法研磨方式， 产品细度可达d95＝2μm左右，自1994年以来累计已有上百台80型研磨剥片机在煤系高岭土和重质碳酸钙的湿法超细粉碎生产线中使用。近二年开发的300和500型大型剥片机也已在生产中得到应用。国产CTM型塔式磨采用特殊的天然卵石做研磨介质，连续生产，这种配置分级机的塔式干磨机已经应用于水泥、滑石、膨润土等的生产，产品细度可达d97＝10μm左右。砂磨机主要有卧式和立式两种机型， 产品细度可达d97＝2μm左右， 国产砂磨机主要用于颜料、染料等的研磨和分散， 在非金属矿的超细粉碎中尚未得到广泛应用。 旋风自磨机或飓风自磨机是我国自主研制开发的一种新型干式细粉碎和超细粉碎设备。它利用特殊设计的高速回转装置产生高频脉动旋转气流场，使加入粉碎机内的颗粒物料互相冲击、摩擦、剪切或切削实现粉碎。这种粉碎机适用于石灰石、方解石、大理岩、滑石、硅灰石、高岭石、重晶石、石英、长石、炉渣等物料的粉碎，给料粒度≤40mm，产品细度可在d97＝40～13μm(400～1000目)之间不停机地进行调节；对石灰石进行的试生产结果表明，这种粉碎机在粉碎产品细度d97＝30～13μm(500～1000目)时，粉碎效率较高，单位产品能耗较低，具有较大的技术和经济优势。外置精细分级机后这种设备可生产d97＝6～7μm左右的超细粉体产品。 拥有实用新型专利的高压射流式粉碎机或超细剥片均化机是一种利用高压(20～60MPa)射流的强大冲击力和压力突然降低的穴蚀效应使物料因冲击和爆裂作用而被粉碎的一类湿法粉碎设备。这种设备已在云母和高岭土的细粉碎和超细粉碎中得到应用，依给料粒度的不同，一次粉碎的产品细度可达到d97＝10～45μm。 我国沈阳、甘肃天水等地制造的胶体磨广泛用于加工果汁、骨粉、豆浆等食品和保健品以及油漆和涂料的分散，胶体磨湿法粉碎骨粉的产品细度可以达到200～600目。 2.1.2 精细分级设备 国产干式精细分级机大多是伴随高速机械冲击超细粉磨机和气流磨，尤其是对喷式流化床气流磨的引进和开发而发展起来的。因此，目前占主导地位的几种干式精细分级机都是在日本的MS、MSS和德国的ATP单轮或多涡轮式分级机的基础上仿制或发展的。这些干式精细分级机基本上都是与相应的机械冲击式超细粉磨机或气流磨配套使用的，其分级粒径可以在较大的范围内进行调节，其中类似于MS的分级机的分级产品细度可达d97＝10μm左右，类似于MSS和ATP型分级机的分级产品细度可达d97＝6μm左右。依分级机规格或尺寸的不同，单机处理能力从几十kg/h到2t/h左右不等，2t/h以上的干式精细分级的规格和数量还很少，但已在生产中得到应用。我国自行研制开发的LHB型干式精细分级机分级产品细度可达d97＝5～7μm，小时处理能力可达3t，分级效率及单位产品能耗与进口设备相当。小时生产能力5t以上的可与干式旋转筒式球磨机配套的大型干式精细分级机还主要依赖进口。 国产湿式分级机主要有二种类型：一是基于重力沉降原理的水力分级机；二是基于离心力沉降原理的旋流式分级机，这类分级机包括沉降离心机，如WL-350A、D型和WLdb-450型卧式螺旋离心分离(级)机、小直径水力旋流器、LS离旋器、GSDF型超细水力旋分机等机型，这是目前国内高岭土等湿式精细分级主要采用的设备。其中，沉降离心机(包括卧式螺旋离心分级机)的溢流产品细度可达到d97＝2μm左右、GSDF型超细水力旋分机的溢流产品细度可达到d90＝2μm左右，小直径水力旋流器组的溢流产品细度可达到d80＝2μm左右，LS离旋器可达到d60＝2μm左右。这些分级机既可单独设置也可与湿式超细粉碎设备配套使用。 2.1.3 超细粉碎工艺 根据所选择的粉碎方法和粉碎设备的不同，目前，国内超细粉碎工艺主要有干法、湿法和干湿组合三种类型。 一般干法超细粉碎工艺的原则流程是：给料－超细粉碎－精细分级－旋风集料－集尘。这种工艺一般用于加工d97＞5μm的超细粉体。超细粉碎设备包括各种气流磨、高速机械冲击式磨机、干式球磨机、干式搅拌磨、干式振动磨、旋磨机、旋风自磨机、气旋流粉碎机、分级研磨机等；精细分级机主要是空气涡轮式分级机；由于一些干式粉碎设备，如气流磨、气旋流粉碎机、分级研磨机等具有内分级功能或带有内分级装置，因此，有些情况下(超细粉碎机的排料粒度及粒度分布能满足产品细度要求)不配置精细分级机。 湿法超细粉碎工艺流程的配置多种多样，一般原则流程为：给料－多段连续研磨(或研磨, 湿法精细分级)－过滤－干燥－打散。这种工艺一般用于加工d97≤5μm的超细粉体和对颗粒形状及表面性质有特殊要求的粉体物料，如制备珠光云母的白云母粉。多数情况下，采用研磨剥片机和搅拌球磨机的湿法超细粉碎工艺通过多段连续(或串联)研磨及调节磨机工艺参数和物料在磨机内的停留时间来控制产品细度，因而不设置湿法精细分级机；如果研磨段数或物料在磨机内的停留时间不够，则设置湿法精细分级机来控制产品细度；有些情况下，为了减少研磨段数或提高作业效率采用研磨＋湿法精细分级的工艺流程。 干湿组合工艺主要用于生产多种不同规格(或细度)的粉体产品及某些特殊物料，如煤系煅烧高岭土的超细粉碎加工。国内一些重质碳酸钙生产厂家采用球磨机粉碎和精细分级机分出d97≤5～10μm的超细粉体后，一部分粗粒级物料返回球磨机再磨，其余部分粗粒级物料给入研磨剥片机进行湿法超细粉碎，生产d90≤2μm的造纸涂料级重质碳酸钙产品。超细煤系煅烧高岭土的加工是干湿组合超细粉碎工艺的典型例子。目前煤系超细煅烧高岭土(所谓“双90”产品)的主要加工工艺是：给料－干式细磨(325目)－湿式超细磨(d92≤2μm)－干燥打散或压滤成形－煅烧－干法或湿法打散或解聚；另一种正在试验的工艺流程是：给料－干式细磨和分级(800～1250目)－煅烧－湿式超细磨(d92≤2μm)－干燥打散。 目前，我国非金属矿超细粉碎技术存在的主要问题是：①大型设备不足。虽然我国目前生产设备厂商不少，各种超细粉碎设备基本上都能生产，但是，与欧美及日本等国相比，我国的大型设备明显不足。例如，国外大型气流磨的单机生产能力可达10t/h以上，国内气流磨的单机生产能力最大只有800kg/h左右；再如，国外大型精细气流分级机(细粒级产品细度d97＝6～7μm)的单机处理能力可达10t/h以上，国内此类精细气流分级机的单机生产能力最大只有2t/h左右。在超细粉体加工中，采用大型设备可以降低单位产品能耗、简化工艺和减少占地面积，从而减少单位产品的设备投资和生产成本。随着非金属矿超细粉体市场的不断扩充和生产规模的扩大，对大型超细粉碎和精细分级设备的需求将不断增加，如果届时国内不能生产，将不得不从国外进口。②工艺控制技术落后。目前我国大多数超细粉碎工艺设备及生产线基本上依赖于人工凭经验进行操作或控制，从而使产品质量不能稳定。③磨耗和单位产品能耗偏高。磨耗主要与材质有关， 单位产品能耗偏高主要与超细粉碎设备处理能力小、粉碎能量利用率低、工艺复杂等有关。④特殊粒形超细粉体的生产工艺和设备落后。最明显的例子是高长径比硅灰石粉和高径厚比白云母粉， 目前我国还没有能稳定加工满足市场需求的高长径比硅灰石粉和高径厚比白云母粉的超细粉碎工艺和设备。 2.2 表面改性 目前，在塑料、橡胶、涂料、胶粘剂、油墨等工业中应用的表面改性非金属矿物，如碳酸钙(包括沉淀轻质碳酸钙和细磨重质碳酸钙)、高岭土、滑石、叶蜡石、云母、硅灰石、石英粉、硅藻土、透闪石等主要采用表面化学包覆法和沉淀反应法辅助以机械化学方法进行改性。 表面化学包覆是一种利用偶联处理、螯合反应、化学吸附等对无机非金属矿物填料表面进行包覆提高其表面亲油(疏水)性的方法。加工过程为：将一定量的表面处理(改性)剂(固态或液态)加入粉体填料中，在一定的温度下借助于搅拌混合或流态化使有机表面处理(改性)剂与无机填料颗粒表面作用并包覆于填料颗粒表面。所用的表面处理(改性)剂主要有：硅烷、钛酸酯、铝酸酯、铝钛复合等各种偶联剂，硬脂酸等各种表面活性剂，聚乙烯蜡、聚乙二醇等有机低聚物，聚甲基硅氧烷(有机硅)，丙烯酸、丁烯酸、醋酸乙烯等不饱和有机酸。采用的表面改性设备主要是高速加热搅拌(捏合)机、三筒连续表面改性机、连续导热混合机等。 我国生产硅烷偶联剂的主要厂家有：南京强生化学有限公司、南京曙光化工一厂、南大应化所、山西省化工研究所、南京双闸化工厂、天津化工一厂、武汉有机实业公司、山东化工厂、盖县化工厂等。生产钛酸酯偶联剂的主要厂家有：常州江南助剂厂、南京双闸化工厂、南京曙光化工厂、南京强生化学公司、安徽天长化工二厂、上海有机所等。山西省化工研究所还研制生产铝钛复合偶联剂。铝酸酯偶联剂的主要生产厂家是福建师范大学高分子实验厂、重庆知行化工厂等。 沉淀反应改性利用化学沉淀反应将生成物沉积在矿粒表面形成一层或多层包覆层。白云母、高岭土等粉体表面包覆TiO2、ZrO2、FeO，钛白粉表面包覆SiO2、Al2O3等都是通过沉淀反应来实现的。与表面化学包覆不同的是沉淀反应改性采用无机表面改性剂。 1998年各种非金属矿物填料在塑料中的消费量约100万t，其中表面改性非金属矿物填料的消费量约45万t，主要用于塑料编织袋、编织布、打包带、塑料地板、地板革、人造革、钙型瓦楞箱、管材、异型材、聚乙烯薄膜、汽车、家用电器配套件、电线电缆绝缘材料等； 各种非金属矿物填料或颜料在橡胶、涂料、油墨、胶粘剂等中的消费量约75万t，其中表面改性非金属矿物填料或颜料的消量大约为32万t。这些非金属矿物填料或颜料的表面改性只有一部分是在非金属矿粉体加工厂进行的。相当一部分是在塑料、橡胶、涂料等非金属矿粉体用户生产厂中完成的。 近几年来，我国专用表面改性设备的研制开发有了实质性的进展。与传统的高速加热混合机相比，这些改性设备的显著特点是连续生产、药剂分散好、包覆效率较高、特别是能满足粉体的复合加工。新型SLG三筒连续式粉体表面改性机已研制成功，并已应用于轻质碳酸钙、重质碳酸钙、煅烧高岭土、滑石、粉煤灰等非金属矿物填料的表面包覆改性。该机具有自动加药、生产连续、温度可控、单位产品药剂用量少、能耗低、颗粒高度分散、以及自动化程度高、操作简便等特点， 特殊设计的改性腔使物流呈流态化蜗螺形运动，药剂(改性剂)分散及活化改性效果好、产品活化指数高，整体技术性能达到国外同类设备的水平。下表为SLG三筒连续式粉体表面改性机的型号及主要技术参数。PSC连续粉体表面改性机也是一种综合性能较好的粉体表面改性设备，这种粉体表面改性机采用导热油加热，连续生产，具有改性剂用量少、表面包覆率较高、颗粒不粘结等特点。 SLG三筒连续式粉体表面改性机的型号及主要技术参数 型号 SLG-3/300 SLG-3/600 电机功率，kW (主机)45、(辅机)8.5 (主机)111、(辅机)14 转速，r/min 4500 2700 加热方式 自摩擦、电加热(补偿) 自摩擦、电加热(补偿) 生产方式 连续 自摩擦、电加热(补偿) kg/h 800～1000 2500～3000 适用物料 非金属矿及其他粉体材料 非金属矿及其他粉体材料 目前，我国非金属矿物表面改性技术存在的主要问题是：①改性活化工艺落后。目前的活化改性工艺基本上以间歇(批量)生产为主，设备主要采用塑料行业的高速混(捏)合机，用于超细粉体的改性活化普遍存在药剂消耗量大、包覆效果差、活化程度低等缺点，不能满足用户要求。此外，间歇生产方式使之不能与前段超细粉碎工艺连续结合，超细粉碎和活化改性工艺脱节，导致工艺配置复杂，生产效率低下。这种间歇生产方式还存在车间粉尘浓度大、劳动卫生环境差和工人劳动强度大等问题。SLG型三筒连续式及PSC型粉体表面改性机等新型高效和专门化的超细粉体表面改性机尚未全面推广应用。②偶联剂品种较少且质量不稳定，不能完全满足粉体表面改性的要求。③珠光云母和着色云母生产技术落后。珠光云母和着色云母产量低、花色品种少、质量不稳定，大量依赖进口。 2.3 选矿提纯 90年代以来我国非金属矿提纯技术的发展有三个显著的特点：一是经过选矿提纯的非金属矿品种较80年代之前增多；二是传统的非金属矿物，如石棉、石墨、云母、萤石、高岭土等的提纯工艺有了改进；三是微细粒非金属矿物的提纯及高纯加工技术有了显著发展。 在80年代之前，我国只对金刚石、石棉、石墨、云母、高岭土、萤石等少数几种非金属矿进行选矿和提纯。90年代之后，进行选矿提纯的矿种增加到硅砂、砂岩、长石、硅灰石、夕线石、硅藻土、红柱石、蓝晶石、重晶石、石榴石、伊利石、叶蜡石、膨润土、绢云母、脉石英、天青石、蛭石、菱镁矿、金红石、锆英砂等， 显著提高了资源的综合利用率和利用价值。目前我国已基本具备加工高纯石墨、石英、硅藻土、金红石等的选矿提纯技术。 云南庆中硅藻土有限公司发明的低品位或粘土质硅藻土矿的物理选矿提纯工艺， 使我国大量低品位或粘土质硅藻土矿的深度开发利用成为可能。这种选矿工艺采用独特的组合分散剂，工艺简单、容易控制、产品质量不受原矿品位的影响、精土的硅藻含量高(≥92%)且选矿成本低。这种硅藻土选矿提纯技术已在云南洱源、腾冲以及浙江嵊州市得到工业应用。这种提纯后的硅藻精土已在高等级公路建设(作为沥青改性剂)和污水处理中成功地得到了应用。 80年代末和90年代初开发的无氟无酸石英和长石分离技术已在吉林的双辽、内蒙古大林以及江西都昌等地用于天然石英砂的提纯。这种工艺根除了氟和酸对环境的影响。 80年代中期以来高梯度磁选机已应用于高岭土等粘土矿物的除细粒铁杂质和提高白度；武汉工业大学北京研究生部等科研单位开发的煤系高岭土除铁和增白工艺已经在年产万吨级的煤系煅烧高岭土厂得到应用，成为铁杂质含量较高的煤系高岭土开发利用的重要技术方法之一。 目前，我国非金属矿选矿提纯技术存在的主要问题是：①高纯加工技术相对落后。目前国内选矿工艺和设备还难以满足电子工业、新型或高技术陶瓷工业对非金属矿物原料，如石英、锆英砂、金红石、氧化铝等高纯度的要求；②微细粒选矿提纯技术的工业应用滞后。微细粒选矿提纯技术是加工高纯非金属矿产品的重要方法之一。由于许多待分离或分选的非金属矿物嵌布微细，只有经超细粉碎后才能单体解离，因此微细粒选矿提纯技术是分选这些微细嵌布的非金属矿物的有效技术手段。但是，我国微细粒选矿提纯技术在非金属矿选矿提纯中的研究开发和实际应用远远不够；③选矿回收率和资源综合利用率较低。这是我国中小选矿加工企业普遍存在的问题。例如，我国夕线石的选矿回收率只有50%左右，即一半左右的夕线石资源被浪费掉了。其主要原因是选矿技术和企业管理水平落后。 2.4 非金属矿物材料加工技术 非金属矿物材料是与现代高技术和新材料产业密切相关的重要原材料。随着信息、新材料、新能源、航空航天、生化、特种涂料等新兴产业的崛起和环保产业的发展，90年代我国功能性非金属矿物材料的加工技术有了较大进步。我国现已能生产机械工业和航空航天用的石墨密封材料、石墨润滑剂、石棉摩擦材料、高温润滑涂料等，电子工业用的石墨导电涂料、黑白和彩色显像管石墨乳、熔炼水晶等，以珍珠岩、石膏、硅藻土、石灰石、蛭石、石英、石棉等为基本原料的保温隔热防火和节能材料以及轻质高强建筑装饰材料，用硅藻土、珍珠岩、蛋白土生产的助滤材料，用高岭土为原料生产的分子筛和催化剂，用石英等为原料生产的光电材料、玻璃纤维、偏硅酸钠和白碳黑， 用膨润土等为原料生产的活性白土和有机土，用云母为基本原料生产的云母纸和云母板，用硅藻土、膨润土、凹凸棒石、海泡石等生产的吸附和环保材料，用各种粘土矿物、高铝矿物(红柱石、蓝晶石、夕线石、铝土矿等) 、菱镁矿、石墨等为原料生产的新型耐火材料，用花岗岩和大理岩加工的各种建筑装饰板材等。通过“八五”攻关，我国攻克了用机械方法增强柔性石墨的强度、在可膨胀石墨中添加硼酸并按常规柔性石墨纸板生产工艺制备标准密封板材，采用电场阳极吸附法纯化石墨原料、底硫插层剂旋转阳极氧化法制造低硫可膨胀石墨及高温膨化和在线除硫、柔性石墨填料拴配方与粘结工艺以石墨层间插层等技术，提高了我国石墨基非金属矿物材料的加工技术水平。 非金属矿物材料品种繁多，其生产涉及众多的工业部门和工程技术领域，技术与装备各有特点。虽然近几年我国非金属矿物材料加工技术有了显著进步，品种和产量有所增加，但目前无论是产品品种、数量还是质量都还不能满足我国高技术和新材料产业发展的要求。除了少数从国外引进的先进工艺和设备外，当前，普遍存在的主要技术问题是技术与装备落后、自动化程度较低和产品质量不稳定。例如，近年来建筑装饰业对各种形状的石材制品的需求量增加，异形石材产品在装饰石材中所占的比例大幅度提高，但国内异形石材制品加工设备与意大利等国的加工设备相比存在较大差距，在异形石材制品品种、数量和质量上不能满足国际和国内市场要求。再如，用高岭土为原料生产的4A沸石是取代三聚磷酸盐的一种有助于环境保护的助洗剂，但由于生产技术及产品质量等问题，不能满足用户要求，10a来一直未能争取较大的市场份额。 3 21世纪初我国非金属矿深加工技术的机遇、挑战和发展趋势 资源、人口和环境是21世纪人类面临的三大问题。首先，地球的矿产资源是有限的和不可再生的，而且，随着矿产资源的不断开发，富矿资源越来越少，贫矿资源越来越多；其次，人类科技、经济、社会的发展、生活质量的改善和环保意识的增强越来越要求矿物原料和矿物材料高纯、精细及具有功能性。因此，21世纪非金属矿产资源的深加工和综合利用是大势所趋。同时，在非金属矿产资源的开发利用和加工过程中必须保护环境。 3.1 市场机遇 人类在进入21世纪后产业结构将进行调整，以信息、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逐渐壮大。这些高技术和新材料产业与非金属矿物原料或矿物材料密切相关。例如，石墨、云母、石英、锆英石、金红石、高岭土等与微电子及信息技术与其产业有关； 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、石榴石、蛭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、高岭土等与生物技术及产业有关；石墨、石棉、云母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产业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深加工产品密切相关。例如，造纸工业的技术进步和产业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、道路发光等特种涂料需要大量的珠光云母、着色云母、超细和高白度重质碳酸钙、超细二氧化硅、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、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、石灰粉等为原料的微孔硅钙板、膨胀珍珠岩、硅藻土等保温隔热材料、石棉制品等；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；机电工业的技术进步和汽车工业的发展需要大量高性能的柔性石墨密封材料、石墨盘根、石棉基板材和垫片，以石棉、石墨、针状硅灰石等非金属矿为基料的摩擦材料。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机遇之一。 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，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、单位处理成本低、本身不产生二次污染等优点。因此，环保产业是21世纪初我国非金属矿深加工技术和产业发展的另一个重要机遇。 3.2 技术挑战 21世纪我国非金属矿工业在迎来良好机遇的同时也面临严峻的技术挑战。这些挑战主要是市场对非金属矿产品纯度、粒度及其分布特性、颗粒形状、表面和界面性质、功能性等要求的提高以及国家对资源综合利用率和环境保护要求的提高。 首先是市场对非金属矿产品纯度的要求将提高。这种纯度大多数情况下是指矿物成分意义上的纯度而不是矿物中化学成分或化学元素意义的纯度。由于绝大多数非金属矿物的应用价值在于它的物理化学性能而不是它的化学元素，但非金属矿物只有纯化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、环保产业还是造纸、涂料等传统产业都将对非金属矿产品的纯度提出更高的要求。而随着非金属矿产品纯度要求的提高，选矿加工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选矿加工技术的难度。 其次是市场对非金属矿产品粒度及其分布特性要求的提高。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。许多应用领域，如微电子、造纸、涂料、工程塑料、降解塑料、橡胶电缆、胶粘剂、高级陶瓷和耐火材料、陶瓷釉料、精细磨料等对非金属矿产品的细度要求提高；部分领域还对非金属矿产品的粒度分布提出更严格的要求，即不仅要求粒度超细而且要求粒度范围窄。如最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-6～7μm≥97%，要求最大粒度≤8μm；这二种产品目前国内还不能大批量生产。更具挑战性的是21世纪初国内市场对各类非金属矿超细粉体产品的需求量将显著增大，预计2000年将达到60万t，2010年将达到150万t。超细粉体需求量的增大和粒度分布要求的提高要求开发高效、大型的超细粉碎设备和分级精度好、分级效率高的大型精细分级设备和相应的超细粉体加工工艺。 第三是对非金属矿粉体产品颗粒形状要求的提高。自然晶形的非金属矿粉体产品具有独特的应用性能，如片状高岭土作为纸张涂料具有优良的遮盖率和平滑度，用片状云母为原料制造的珠光云母和着色云母具优良的光学性能，针状硅灰石和透闪石颗粒、片状云母、片状滑石等具有优良的填充补强性能，能增强高聚物基复合材料的力学强度。因此市场对非金属矿粉体产品，尤其是云母和硅灰石的颗粒形状将提出更高的要求。我国目前还不能稳定和大批量生产国外已经能够大量稳定生产的高长径比(13～20:1)针状硅灰石产品和大径厚比(70～80:1) 白云母产品。 第四是非金属矿产品表面和界面性质要求的进一步提高。非金属矿产品特有的表面和界面性质， 如高比表面积和表面活性、多孔性和强吸附能力、离子交换性等是其得到广泛应用的主要原因之一。许多应用领域都对其表面性质有特殊要求，如高聚物基复合材料(塑料、橡胶、胶粘剂等)要求非金属矿物填料表面与高聚物分子有良好的相容性， 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，4A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。因此，21世纪初将对非金属矿产品的表面改性和复合工艺、设备提出更高的要求。 第五是对非金属矿产品功能性的更具体和更高的要求。独特的功能性是现代非金属矿物材料的重要特征之一，也是其在现代高技术和新材料产业得到广泛应用的原因之一。伴随高技术和新材料产业的进一步发展，相关应用领域对非金属矿产品功能性的要求将更加具体和更高。 3.3 发展趋势 为了满足相关应用领域对非金属矿产品高纯化的要求， 微细粒选矿提纯和综合力场(重力、离心力、磁力、电力、化学力)选矿提纯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。 为了满足相关应用领域对非金属矿产品超细化、窄分布和大批量生产的要求，首先，将在现有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、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、粉碎比和处理能力大、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、易燃易爆等特殊物料加工的超细粉碎方法和设备；第三，开发粒度大小和粒度分布的自动监控技术，完善现今的粒度检测方法和仪器。未来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、长石、石榴石、碳化硅、氮化硼等发展。同时将开发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粉碎、分级及活化改性工艺与设备。 为了满足相关应用领域对非金属矿产品表面和界面性质要求，粉体表面改性、活化和复合技术将成为非金属矿主要的深加工技术之一。首先，将在深化原理研究的基础上发展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、工艺简单、容易控制的方法和相关设备；第二开发能显著改善复合材料综合性能的非金属矿复合活性填料的生产工艺与相关设备； 第三，开发能选择性吸附有毒气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；第四，发展来源广、价格低、应用性能好的表面改性剂或活化剂。非金属矿产品的表面改性、活化和复合技术将主要涉及重质碳酸钙、滑石、伊利石、高岭土、硅灰石、透闪石、云母、叶蜡石、石英、长石、石灰石、白云石、石棉、重晶石、硅藻土、沸石、凹凸棒石、海泡石、膨润土等非金属矿物填料、颜料和环保材料。 为了满足相关应用领域对功能化非金属矿产品的要求， 非金属矿物材料加工技术将重点发展与高新技术产业相关的石墨密封材料、石墨润滑材料、石墨导电材料、石棉摩擦材料、石墨插层化合物、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、超细活性煅烧高岭土等；与环境保护相关的沸石、硅藻精土、海泡石、凹凸棒石、3A、4A、5A、13A沸石、膨润土等具有高比表面积和强吸附性的非金属矿物材料； 与新型建材相关的石膏板材和异型材、装饰石材异型材； 以非金属矿物原料为基料的轻质、保温、隔热墙体材料和防火材料； 以非金属矿为基料的道路标志、防辐射、防酸雨、抗氧化等特种涂料以及防火、防晒、防污、防腐蚀、保温隔热涂料；具有耐高温、耐冻、吸水性好、耐磨等功能的硅藻精土铺路沥青填料等。 4 21世纪初我国非金属矿深加工技术发展的突破口 突破口意在以点带面，具有关键意义。我国非金属矿深加工技术发展的突破口应该是我国非金属矿工业领域具有共性、实用性强、市场需求量大和前景广阔、能大幅度提升我国非金属矿深加工技术与装备水平及产品档次、替代进口产品或显著优化出口产品结构的重大创新技术和关键技术问题。根据这一思想，21世纪初我国非金属矿深加工的技术急需在以下几个领域有重大突破： ⑴ 大型非金属矿超细粉碎与窄级别精细分级设备； ⑵ 非金属矿复合活性填料加工工艺与设备； ⑶ 非金属矿环保材料与治理废水新技术； ⑷ 煤系高岭土煅烧工艺与大型煅烧设备； ⑸ 高长径比、窄分布硅灰石加工工艺与大型设备； ⑹ 大径厚比湿磨云母粉及珠光云母生产工艺与设备； ⑺ 异形石材制品加工工艺与设备。