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浅析我国非金属矿超细粉碎设备现状及发展

 非金属矿与金属矿、燃料矿一起被称为材料工业的三大支柱。非金属矿工业的发展状况是衡量国家科技进步以及工业发达程度的重要标志之一,许多工业发达国家的非金属矿产值已超过金属矿。由于非金属矿产品独特的物理化学性质,非金属矿产品的应用领域几乎渗透到各个工业部门,并在整个国民经济中起着愈来愈重要的作用。非金属矿的利用取决于对其进行深加工的程度,包括超细粉碎、超细分级、精细提纯和表面改性等,其中有效的超细粉碎是进行各项深加工的前提和保证。因此,超细粉碎技术的发展就在一定程度上决定了非金属矿产品的合理开发和综合利用效果。经过几十年特别是近十年的研究开发,非金属矿工业取得了巨大的发展,其深加工技术不断完善,缩小了与工业发达国家的差距,基本上能满足自身行业和相关领域所需原料的质量要求。超细粉碎和分级技术已经能够按需求加工10~1μm的各类非金属矿物粉体原料。各类超细粉碎与精细分级设备大多都能生产,设备性能和配套工艺技术逐渐接近或达到国际先进水平,有些设备在结构性能方面还具有新的独到之处[2]。矿物原料的制备技术已能为汽车、造纸、橡胶、塑料、机械、陶瓷、微电子、特种涂料、航空航天、复合材料等工业提供功能性非金属材料。 
1、非金属矿超细粉碎的特点 
      我国非金属矿产品的开发利用始于50年代,到目前为止已经发现有经济价值的非金属矿产就达100多种,产地达5000余处。作为重要的工业资源,非金属矿产量占矿物开采总量的70%。非金属矿大部分经粉碎分级后直接用于农业、化工、造纸、塑料、橡胶和涂料等产品之中。由于非金属矿的种类繁多,根据其用途不同对粉碎产品的粒度分布、纯度等方面都提出各种不同的要求。因此,超细粉碎技术的发展必须适应其特定的要求。一般来讲,对非金属矿的要求有以下几点。 
  (1)细度。非金属矿产品的应用均要求一定的细度。如高岭土、重质碳酸钙作为造纸原料需要产品细度为-2μm占90%,白度>90%;高档油漆填料重质碳酸钙粉细度为1250目;硅酸锆作为陶瓷乳浊剂需要平均细度为0.5~1μm;硅灰石作为填料,也要求其细度<10μm等。 
  (2)纯度。非金属矿产品的纯度要求也是其主要指标之一。这意味着在粉碎过程中不得污染,应保持原有的成分。如果是白色的矿物还要求有一定的白度,如造纸用煅烧高岭土、滑石粉的白度要求≥90%,造纸涂料、填料以及高档油漆填料用重质碳酸钙的白度要求>90%等。 
  (3)粉体形状的特殊要求。有些非金属矿产品对其形状提出了严格的形状要求,以适应不同需要。如复合材料增强用的硅灰石,其超细粉体要求尽量保持它原始的针状结晶状态,使硅灰石产品成为天然的短纤维增强材料,其长径比要求>8~10;湿法云母粉由于它的多层结构多被用做电介材料、高档珠光涂料、珠光油漆原料和珠光颜料,要求云母粉为片状,粉碎加工过程中应尽可能地保证所得颗粒的径厚比,其表面不能有太多的划伤,否则会影响它的光学效果,其径厚比>40~60;造纸涂布级高岭土希望在超细粉碎的同时保持片状矿物的特性,提高粉料的涂布遮盖能力。 
2 、中国粉体设备行业取得的成就 
     近年来,我国粉体加工设备有了新发展。超细粉碎和精细分级技术在微电子、高级陶瓷、高聚物基复合材料、新型建材、高级纸张、高档油漆涂料、精细化工、药品和保健品等应用领域的需求驱动下又有了新的进展。这一进展主要体现在设备结构的创新、单机处理能力、耐磨性、工艺配套、自动控制以及单位产品能耗等性能的改进。特别是从1995年至今,我国超细粉碎与精细分级技术及设备取得了明显的进展,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。随着入世后我国工业结构调整、加工业技术水平在整体上发生了明显的提升,超微粉碎设备在材料及矿物加工业中已显示出更大的优越性,各类新型化、高效化的超细粉碎设备层出不穷。如今我国粉体设备制造业经过几十年的开发,已经过引进、模仿、吸收、制造,而进入自我研发的新阶段。超细粉碎及分级设备(干法与湿法)都已达到世界同等水平或稍后一点,国外主要机型,国内都有制造企业。现在普通粉体的超细加工技术水平上,国内外的差距在减小,国产设备基本上能够达到要求。特种超细粉碎与分级设备的开发受到设备企业的重视,广泛的应用大大地促进了超细粉碎与分级设备的销售市场。特别值得一提的是浙江绿环橡胶粉体工程有限公司攻克世界废胎制粉领域常温精细粉碎难关,研发成功我国首条FCS废轮胎常温法精细胶粉成套生产线。该生产线能将整条废旧轮胎(包括全钢、半钢和纤维胎)粉碎并分级到40—200目的精细胶粉,技术处于国内领先,并达国际先进水平,实现了我国胶粉工业从“常温粗碎”到“常温精细”的飞跃,拥有发明和实用新型等5项专利。 
3、发展中国粉体设备的新思路 
(1) 抓住西部发展超细产业的良机。西部开发是我国实现第三步战略目标中一个重要的战略性部署,它将给粉体行业提供了新的发展空间。如矿物加工、中草药开发等。超细材料中矿产品占绝大部分,而且加工过程能耗很高。这些决定了该行业的资源和能源依赖性。而我国西部地区矿产资源极为丰富,很多还是待开发的处女地,尤其西部地区水利发达,电子资源便宜。西部大开发在某种意义上可以说是资源大开发。这些正为西部发展超细产业提供了千载难逢的大好机会。西部有关方面应抓住这个良机,尽快提高对超细材料这个21世纪最尖端、前景最灿烂的高科技产品的认识,依托当地资源和能源优势进军超细领域。这样一来,既开发了西部,也发展了我国的粉体产业,起到一举两得的作用。 
(2) 调整粉体设备技术结构,加快技术进步与技术创新,推进技术与装备逐步实现现代化。加大科技投入,解决一批对粉体工业发展有重大影响的关键技术与装备现代化问题,提高设备及产品的创新能力促进新产品开发与老产品更新换代,实现产品高技术含量、高质量、高附加值。有计划、有目的地引进技术与装备,通过消化吸收、专利转让与创新工作,提高国产粉体设备的自主设计与开发能力,促进实现国产化,进一步缩小与国际先进水平的差距。有条件的企业建立技术开发中心,提高开发创新能力。 
(3) 认准粉体设备研究方向。在世界粉体工业向精细化发展的同时,工业原料深加工技术在科学研究和工业生产中的重要作用,越来越充分地体现出来。美国、欧共体各国以及日本先从粉碎设备入手,逐渐扩展到超细分级、高均匀度混合、表面处理、纳米粉体制备等多个方面。粉体加工设备的大型化、多样化、节能化、自动化,也是国际粉体工业的发展趋势之一。目前,发达国家的超细粉碎分级设备研究已朝着亚微米超细粉碎和微米级精密分级的方向发展。专家指出,近年来粉碎分级设备主要表现在处理对象和产品微细化、微粉功能化、设备自动化、节能新工艺和新设备及低污染高硬度材料的应用等方面。“设备多样化、设计工艺个性化、规格系列化是粉体制备加工设备的重要发展方向。”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。 
粉体加工设备是主要用于解决工业生产过程中诸多以物理变化为主的粉(粒)状物料单元操作问题的装置,粉体工程(技术)是过程工业重要的支撑技术之一。粉体工业作为国民经济基础之一,将是21世纪具有强大生命力的工业。顺应世界各国超细粉碎技术研究正处于活跃阶段的潮流;抓住超微粉碎仍是今后粉体技术的工作重心,逐步向大型化、系列化、成套化和标准化方向发展,日益完善粉碎技术和设备,这样,我国超微粉碎技术与设备的研制与应用的前景将会更加广阔。

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