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1、1 非金属矿加工 Processing of non-metallic minerals 2 2 第一章绪论 ?现代产业发展与非金属矿 ?非金属矿的分类与用途 ?非金属矿加工技术的主要内容 ?非金属矿加工利用的发展趋势 3 3 现代产业发展与非金属矿 ?非金属矿产：除燃料矿产、金属矿产外，在当前 技术经济条件下，可供工业提取非金属化学元素、 化合物或可直接利用的岩石与矿物。 ?特点：非金属矿产少数是利用化学元素、化合 物，多数是以其特有的物化技术性能利用整体矿 物或岩石。 ?世界一些国家又称非金属矿产资源为“工业矿物与 岩石”。 4 4 现代产业发展与非金属矿 ?随着近代工业革命的兴起、科学技
2、术的突飞猛进，在许多 领域金属材料已不能适用，而非金属材料在高强、轻质、 耐磨性等方面的优异性能重新得到了人们的广泛关注。 石器时代青铜器时代铁器时代 第二个石器时代钢铁时代塑料时代 5 5 主要非金属矿物的用途和分类 金刚石、刚玉、石榴石、石英、硅藻土磨料磨料 磷灰石、钾盐、钾长石、芒硝、石膏、 高岭土、膨润土 化肥、农药化肥、农药 石墨、云母、石英、电气石、 金红石等 电力、电子电力、电子 冰洲石、光学石膏、 光学石英、光学萤石等 光学原料光学原料 岩盐、芒硝、自然硫、 磷灰石、重晶石、天青石、萤石、石灰石等 化工原料 非金属矿物和岩石用途 化工原料 非金属矿物和岩石用途 6 6 主要非金
3、属矿物的用途和分类 玄武岩、辉绿岩、安山岩等铸石材料铸石材料 石棉、石膏、石墨、蛭石、硅藻土、海泡石、 珍珠岩、玄武岩、辉绿岩、浮石与火山灰等 保温、隔热、 隔音材料 保温、隔热、 隔音材料 沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、 膨润土、珍珠岩、蛋白土、石墨、滑石等 吸附、助滤 和载体 吸附、助滤 和载体 大理石、白垩、滑石、叶蜡石、石墨、高岭土、 云母、硅灰石、透闪石、硅藻土、膨润土、海 泡石、凹凸棒石、金红石、长石、锆英石、重 晶石、石膏、石英、石棉、水镁石、沸石、透 辉石、蛋白土等 工业填料 和颜料 非金属矿物和岩石用途 工业填料 和颜料 非金属矿物和岩石用途 2 7 7 主要非金属
4、矿物的用途和分类 重晶石、石英砂、膨润土、海泡石、凹凸棒石 等 钻探工业钻探工业 萤石、长石、硼砂、石灰岩、白云岩熔剂和冶金熔剂和冶金 高岭土、硅灰石、滑石、石英、长石、红柱石、 蓝晶石、矽线石、叶蜡石、电气石、透辉石、 石墨、菱镁矿、白云石、铝土矿、陶土等 陶瓷、 耐火材料 陶瓷、 耐火材料 石英砂和石英岩、长石、霞石正长岩、脉石英 等 玻璃玻璃 石棉、石膏、花岗岩、大理岩、石英岩、石灰 石、硅藻土、砂石、粘土等 建筑材料 非金属矿物和岩石用途 建筑材料 非金属矿物和岩石用途 8 8 非金属矿加工技术的主要内容 ?分类依据：非金属矿物的加工深度 ?初加工 ?深加工 ?制品加工 9 9 非金属
5、矿加工技术的主要内容 ?初加工：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。 ?任务：为材料工业部门提供矿物（或岩石）单体 颗粒粒级尺寸及有用矿物品位均合格的原料矿 物，因此它属于矿物原料工业的范畴。 1010 非金属矿加工技术的主要内容 ?特点： ?在方法、原理上与冶金、煤炭工业的选矿机械 加工类同。 ?不同-要求尽量保持及发挥目的矿物固有的 技术物理特性，例如矿物晶体形态、纤维或颗 粒特征、界面特性、晶层及层片特性等。 1111 非金属矿加工技术的主要内容 ?深加工：经初加工后的矿物或岩石产品，再进一
6、步进行深度的精细加工，使之在主要技术物理及 界面化学性能上能符合高档次高性能产品的要求。 ?任务：经深加工后的产品已不再是一种原料，而 是具有特定性能、可供直接利用的一种材料。 1212 非金属矿加工技术的主要内容 ?实例：各种超纯或超微细矿物产品、膨胀石墨、 刮刀涂料级高岭土、有机膨润土。 ?特点： ?深加工产品在依然保持原料矿物（或岩石）的 单一材料性与固体分散相特征的同时，其矿物 基本构造与化学成分一般不发生本质的改变。 ?但在其所被利用的主要技术物理与界面化学性 能上则会有一个质的飞跃，也经常会伴随着发 生物理形态或晶层构造等方面的变异。 3 1313 非金属矿加工技术的主要内容 ?制
7、品加工：利用经过初加工或深加工的矿物 作为主要原材料（或主要原料之一），与其 它无机或有机材料结合，通过各种工艺手段 制成不同形态的结构材料或功能材料的加工。 ?实例： ?蛭石板 ?膨润土防水毯 1414 非金属矿加工技术的主要内容 ?分类依据：非金属矿物的加工过程 ?颗粒制备与处理技术 ?非金属矿物材料加工技术 ?非金属矿物化工技术 1515 颗粒制备与处理技术 ?颗粒制备与处理技术：通过一定的技术、工艺、设备生产 出满足应用领域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。 ?粉碎与分级 ?选矿提纯 ?表面改性 ?脱水干燥 ?
8、造粒技术 1616 非金属矿物材料加工技术 ?非金属矿物材料：以非金属矿为基本或主要原 料，通过物理、化学方法制备的功能性材料。 ?实例： ?石墨润滑剂 ?蛭石隔热保温防火材料 ?核心技术 ?原料配方复合技术 ?加工工艺与设备 1717 非金属矿物化工技术 ?非金属矿物化工：以非金属矿产品为原料或主要 对象，通过对矿物分子结构的改变，提取某种有 用元素或化合物的加工技术。 ?实例： ?萤石制备氢氟酸 ?高岭土生产氯化铝、氧化铝等 1818 非金属矿加工应用技术的发展趋势 ?深加工 ?精选提纯 ?超细粉碎 ?表面改性 ?非金属矿物材料-功能化 ?非金属矿物化工 ?环境保护 4 1919 非金属矿
9、初加工 ?破碎 ?筛分 ?磨矿 ?选矿 2020 非金属矿初加工 ?非金属矿粉体及其加工的特点 ?非金属矿加工的大部分产品都是粉体材料 如分子筛、纸张填料和涂料、橡胶填料、塑料 填料、油漆填料、粘合剂、白水泥等。 ?另一部分也要经过粉体加工过程如日用陶 瓷、建筑陶瓷、特种陶瓷、耐火材料等。 ?粉体加工必须分段进行，主要包括破碎、磨矿 和超细粉碎等加工过程。 2121 非金属矿初加工 ?非金属矿加工的主要过程 ?破碎从原矿破碎到8-20mm的过程 ?磨矿从8-20mm粉碎到325目（-43um）或 更粗的作业 ?超细粉碎加工到1250目（-10um）或更细 的作业 ?破碎和磨矿属于初加工的范围，
10、它是非金属矿深 加工的前期工序或称深加工的准备作业。 2222 粉体物料破碎设备及应用 ?颚式破碎机 ?圆锥破碎机 ?冲击式破碎机 ?辊式破碎机 2323 筛分机械 ?格条筛 ?筒形筛 ?振动筛 ?其它 2424 磨矿 ?目的： ?满足后续选矿提纯作业对矿物解离度的要求； ?直接加工满足塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、耐火 材料、油漆涂料等相关应用领域细度要求的非 金属矿粉体产品； ?为超细粉碎和精细分级作业提供满足给料粒度 要求的粉体原料。 5 2525 磨矿 ?分类：根据作业方式 ?干法 ?湿法 ?一般以有用矿物单体解离为目的的磨矿作业大多 采用湿法； ?以直接加工粉体产品为目的的磨矿作业大多采用
11、 干法，这种作业也常常称之为粉磨。 2626 磨矿 ?磨矿设备 ?球磨机 ?棒磨机 ?自磨机 ?砾磨机 ?悬辊磨（雷蒙磨） ?其它：冲击磨、压辊磨、涡轮机、振动磨 2727 雷蒙磨 ?雷蒙磨（Raymond Mill）， 又叫悬辊式盘磨机，属于圆 盘不动型盘磨机，是利用辊 子在圆盘上的快速转动来对 物料进行粉碎的磨机。 2828 ?辊子的轴安装在梅花架上，梅花 架由传动装置带动而快速旋转。 ?磨环固定不动，物料由机体侧部 通过给料机和溜槽给入机内，在 辊子和磨环之间受力而磨碎。 ?气流从磨环下部沿切线方向吹 入，物料从给料部进入，经过辊 子和圆盘之间的磨碎区，将已磨 细的物料吹向筒体的上口进入
12、分 级机。 ?未磨细的物料被铲刀铲起，送入 辊子与磨环间进行再次磨碎；气 流中所夹带的粗粒物料沉降下来 进行再次磨碎。 雷蒙磨 1 雷蒙磨 1梅花架；2梅花架；2辊子；3辊子；3磨环； 4 磨环； 4铲刀；5铲刀；5给料部； 6 给料部； 6返回风箱；7返回风箱；7排料部排料部 1 2 3 4 6 5 7 1 2 3 4 6 5 7 雷蒙磨 2929 雷蒙磨 ?铲刀与梅花架连在一起，铲刀是倾斜安装的，每 个辊子前面有一把铲刀，使物料形成一股物料 流，连续不断地送到辊子与磨环之间。 ?颗粒在分级机中是依靠离心力分级的，所以，分 级机主轴转动越快，产品越细。 ?细粒级随气流向上排入旋风集料器，从集
13、料器下 部排出，净化的气流从上部进入鼓风机，并返回 盘磨机的返风风箱。 3030 助磨剂 ?助磨剂：在磨碎中能够显著提高粉碎效率或降低 能耗的化学物质。 ?在相同的条件下，湿法磨比干法磨矿的效率高。 ?加助磨剂与不加助磨剂，粉碎效率大不相同。 ?吸附作用：在粉碎过程中，助磨剂会很快自动吸 附到固体颗粒表面，定向排列在固体颗粒表面 上，使固体颗粒表面张力明显降低，使系统表面 吉布斯函数减小。 6 3131 ?“劈裂”作用：助磨剂可自动渗入到细微裂缝中，并 扩展到深处，如同在裂缝中打入一个“楔子”，起到 “劈裂”作用，使颗粒裂缝加大或颗粒分裂。多余的 助磨剂分子会很快吸附在这些新生的表面上，以防
14、止裂缝的愈合或颗粒相互间粘聚。 ?“助滑”作用 ?由于表面活性物质定向排列在颗粒表面上，非极 性碳氢基朝外，使颗粒不易接触、表面光滑、易 于滚动，起到“助滑”作用。 助磨剂 3232 助磨剂 ? 多孔的、松散的易磨矿物，磨矿速度本来就高， 助磨剂来不及穿入微裂缝中发生作用，使用助磨 剂效果不佳。 ? 对于难磨矿料，加入助磨剂将会大大提高磨机效 率，但必须根据料浆的发生来选择适合的助磨剂。 ?实例：十二烷基氯化铵对石英有助磨作用，在 碱性矿浆中石英易磨细，在酸性矿浆中则反而 降低磨细速度。 3333 多碎少磨理论 ?在非金属矿厂，破碎和磨矿一般占全厂电 耗的4065%，这部分电耗主要用于磨矿 上
15、，破碎电耗仅为812%。 ?多碎少磨已成为许多国家改善矿石粉碎过 程，提高经济效益追求的目标。 3434 多碎少磨理论 ?？磨矿过程能耗高 ?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。 3535 多碎少磨理论 ?？磨矿过程能耗高 ?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
16、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。 3636 多碎少磨理论 ?选择合理的破碎流程。 ?节能的粉碎设备 。 ?中国开发了新型高效颚式破碎机和新型高效的辊压机。 如北京矿冶研究总院开发GXPE高效节能颚式破碎机和 双腔双动颚颚式破碎机等。 ?日本开发了DYNAJAW颚式破碎机 ?俄罗斯开发了惯性圆锥破碎机 ?德国、美国和丹麦等国家开发了辊压机 ?美国开发旋转盘圆锥破碎机 7 3737 选矿 ?概述 ?重选 ?浮选 ?磁选 ?电选 ?拣选 ?化学选矿 ?超细分选 3838 概述 ?矿物在长期的地质作用下，可形成相对富集的矿物集合体。 ?在现有技术条件下可以开采、加工、利用的矿物集合体叫 做矿石；否则就称为岩石。 ?矿石由有用矿物和脉石矿物组成。 ?能为国民经济利用的矿物，即选矿所要选出的目的矿 物，叫有用矿物。 ?目前国民经济尚不能利用的矿物，叫脉石矿物。 3939 概述 ?就矿物原料的整个加工过程而言，选矿是介于采 矿与化工、
