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非金属矿:创新加工技术推动产业集约化发展
来源: 2015-06-27 16:26  点击:
  一、非金属矿粉体加工 

    矿物一般都需要通过特定的技术、工艺、设备生产出满足应用要求的具有一定粒度大小和粒度分布、纯度或化学成分、物理化学性质的粉体产品。在非金属矿物的加工中所应用的粉体加工技术,包括粉碎、分级、选矿、提纯等。有的非金属矿经过简单的粉碎加工即能使用,如作为建筑材料的大理石、方解石等和用作饲料的石灰石粉;有些需要选矿提纯,如应用在高级和高技术陶瓷领域的石英、粘土等;还有些需要进行深加工,如作微电子工业用的石墨,造纸工业用的高纯超细高岭土、重质碳酸钙,涂料工业用的膨润土等。 

    1.选矿提纯 

    选矿提纯是指利用矿物之间或矿物与脉石之间密度、粒度和形状、磁性、电性、颜色(光性)、表面润湿性以及化学反应特性对矿物进行分选和提纯的加工技术。选矿提纯是分离、富集、综合利用矿产资源采取的必要方法。 

    随着科技的发展,无论是新兴产业还是传统产业,都将对非金属矿物材料的纯度提出更高的要求。但开采方法不当,就会导致粘土、硅石、陶土、石膏等极为普通的原料也逐渐表现出资源枯竭的趋势。为遏制这种危险势头,满足相关应用领域对非金属矿物材料高纯化的要求,尖端的选矿提纯技术——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物提纯技术的发展主流。 

    虽然近几年我国非金属矿物选矿提纯技术有了一定的进展,但总体来说研发资金和人力投入不够,在很多方面仍存在问题,尤其是“采富弃贫”现象屡禁不止。大部分矿山机械化和自动化程度不高,选矿回收率和资源综合利用率较低,对环境造成威胁。业内人士分析称,未来我国非矿选矿提纯总的发展趋势是: 

    (1)常规选矿方法、工艺和设备将进一步得到推广、应用和发展; 

    (2)非金属矿选矿将向高纯、超细技术领域迈进,以满足特种陶瓷、工程塑料、光导纤维等新型材料对非矿原料更严格的质量要求; 

    (3)各种新技术如超声波等在非金属矿选矿中的应用及现代检测技术的应用等将逐步推广、普及; 

    (4)微细粒选矿提纯和精选技术、综合利用技术或无尾矿加工技术将成为未来非金属矿提纯技术的主要发展趋势,促进相应设备的研发与应用;环境友好型设备将更受青睐。 

    2.粉碎分级 

    粉碎是借助机械力将大块固体物质碎成适当细度的操作过程。矿物原料的粒度大小和粒度分布及颗粒形状对非金属矿物材料的功能发挥有很大影响,因此,粉碎分级是实际生产中至关重要的环节。 
近年来,非金属矿粉碎分级设备发展很快,目前国内已经有多家企业独立生产各种破碎、细磨、超细磨设备以及各种干式、湿式精细分级设备,科技含量高,水平一流,整体进步显著。单从技术层面来说,国内粉碎分级设备主要是采用多台小设备,虽然能满足用量的要求,但一般难以满足质量特别是粒度分布稳定的要求。因而,设备大型化是未来发展的趋势之一,不仅节能降耗,而且可以降低单位产品的生产成本。 

    此外,纳米技术作为覆盖学科领域极广的高新科技而备受关注,并逐渐渗透到非金属矿物加工过程中,用于提高产品的功能性,给人类提供了更广阔的创新空间。有专家分析研究称,纳米技术在非金属矿产业的发展方向主要有三个:其一,利用非金属矿物本身的独特结构和理化性质来制备天然纳米材料;其二,利用非金属矿物在纳米尺度的间层结构,实现物质在纳米尺度的分散;其三,利用天然介孔矿物,制备介孔纳米粒子组装体系材料。开展这些领域的研究工作既可以拓展纳米技术的应用范畴,也能更快地提升非金属矿深加工技术的水平和层次,意义深远。 

    3.表面改性 

    非金属矿的表面或界面性质,如吸附、催化、电性、光性、流变、分散等,是决定其功能的重要因素。现代工业生产中许多领域对非金属矿粉体的表面性质有特殊要求,这就需要利用表面改性技术对这些原材料进行深加工,提高其分散性能和应用性能,进而提高市场竞争力。粉体改性技术已经成为当今粉体材料科学发展的主要方向之一,也是粉体材料从科研阶段向工业应用过渡的重要环节。经过长期的研究改造和引进国外先进机型,我国现有的表面改性设备有了很大进步,像PSC连续式粉体表面改性机生产工艺现已十分纯熟,促成了表面改性技术飞跃性的发展。就我国当前非金属矿粉表面改性技术的现状及发展趋势来看,重点是设备结构更优化和调控自动化;跨学科应用,研发出性能好、成本低、环保高效的新型表面改性机。 

    二、新应用 

    1.节能降耗 

    节能降耗是节省能源、防止资源浪费,进而维持可持续发展的一个重要方面。非金属矿物材料在绝热、节能和催化工程中起着重要的作用。例如,硅藻土、海泡石、石棉等可用作保温材料;萤石、白云石等在炼钢中可用作助熔剂;蒙脱石、沸石等比表面积很大,吸附性很强,可用作催化剂或催化剂载体。 

    在工业“三废”处理问题上,非金属矿物同样有广泛的应用。利用石灰石、水镁石等碱性非金属矿物材料中和工业上排放的有害气体,可达到清除废气的目的;利用沸石、膨润土等矿物岩石可处理含重金属废水。 

    2.生态材料 

    生态材料是指对资源利用率高、能源消耗低、功能性强,并从设计、制备、使用到再生的寿命周期全程中符合生态平衡和可持续发展要求的一类材料或制品。 

    由于非金属矿种类繁多,可以在保证性能达标的基础上选择天然高能态的节能矿物原料来替代需要加工耗能的,这样就可使产品更具生态环境协调性。此外,非金属矿物的再生循环使用性研究能更充分利用资源,符合可持续发展理念。 

    三、重点区域性产业 

    *黑龙江•石墨* 

    有“黑色的金子”之称的石墨,在先进科学技术的推动下,产业化进程越来越快,尤其是具有资源优势的黑龙江省,加紧建立产业基地,现已取得了很大成效。由该省申报的“高纯石墨材料开发及其典型应用”项目被列入国家科技支撑计划,将在年内启动。据预测,到2015年,在科技创新的推动下,黑龙江省石墨产业总产值预计达到250亿元,石墨深加工产品将占总产值的60%,达到150亿元。 

    近年来,石墨之都——鸡西,从石墨产业上寻找突破口,调整产业结构,转变发展方式,规划出恒山区、麻山区两个石墨产业园区,承接高附加值石墨产品和以石墨为主要原料的新兴材料、制品,走集团化道路,打造石墨新材料基地,领跑国内同行业。 

    *江西•黑滑石* 

    20世纪80年代,探明江西广丰县有储量超过10亿吨的黑滑石资源,是名副其实的“黑滑石之都”。由于广丰黑滑石储量大,易煅烧,含铁量低,不仅可替代高岭土制造高档陶瓷,还可以部分替代白滑石应用于航天材料、耐火材料、油漆、塑料制品、医药、纺织等工业领域。鉴于此,江西省通过制定实施一系列政策法规,引导资源的合理开发和科学利用,规范市场,培育深加工产业集群,提高产品科技含量,延伸产业链,打造矿产资源价值稳步增长的新引擎。另外,黑滑石企业打破传统发展模式,除了提高产量外,更注重技术创新,组建“黑滑石应用技术开发联盟”,实现上下游相关产业的技术资源整合,推进产业化发展进程。 

    *福建沙县•石英* 

    沙县石英矿资源丰富,目前探明的石英矿储量超过5000万吨,钾长石矿覆盖超过20平方公里,储量超过5000万吨。硅产业是沙县化工新材料领域的重要组成部分。近年来,沙县依托丰富的石英矿资源优势,搭建硅产业发展平台,高效推进产业发展。投资100多万元建成沙县硅化工中心实验室,为硅化工企业提供原材料、中间产物和终产品进行质量监测和分析,同时做好科技研发工作,促进硅化工产品的提档和创新。此外,建设硅产业循环经济园,主攻矿产及尾矿、废弃物的综合利用,走可持续发展之路。 

    *广西•碳酸钙* 

    为加快推进碳酸钙产业化发展,发挥资源优势,推动产业转型升级,广西已将碳酸钙产业纳入千亿元产业发展计划,力争到2015年培育4至5家全国碳酸钙产业的龙头企业,形成具有较强市场竞争力的碳酸钙产业集群。到2020年,全区碳酸钙产业呈现规模化发展,形成一批百亿元企业、百亿元产业园区,产业规模突破千亿元。 

    *江苏东海•硅微粉* 

    东海是全国最大的硅微粉生产基地,有生产企业40多家,主要产品有活性硅微粉、熔融硅微粉、电子电工级硅微粉、球型硅微粉等,国内市场占有率达80%以上,被广泛用于电子封装、陶瓷制造、集成电路、化工行业等。依托丰富的资源,东海县初步建成全国性的硅微粉生产基地,年产量近6万吨,将以精深加工为发展方向,实现硅微粉产品向纯度高、粒度细、球形化方向的战略转移。 

    四、发展动力 

    1.健全法律提高行业标准 

    今年3月国土资源部下发了《关于开展铁、铜、铅、锌、稀土、萤石、钾盐等矿产资源合理开发利用“三率”指标研究》,促进矿山企业节约与综合利用矿产资源。 

    受区域限制的影响,一直以来,非金属矿的开发与利用存在很大问题,导致矿产资源的过度开采和严重浪费。许多中小型企业设备老旧、产品科技含量低,但价格低廉,从而造成市场恶性竞争,扰乱市场秩序,妨碍行业健康发展。此外,非金属矿山领域还存在非法违法生产经营建设的现象,事故频发,所以建立健全相关的法律法规体系,提高行业准入门槛,严格规范行业发展是至关重要。 

    2.改进生产工艺与设备 

    非金属矿矿种多、应用领域广,加工工艺也千差万别。要满足各领域对矿产品的质量要求,就要采用最优加工工艺流程,从根本上提高生产效率和产品优势。 

    再者,先进的生产设备是提高效率扩大产能的保障,应根据实际生产条件,适当改进原有设备,实现高效高质量的生产。 

    3.重视解决环保问题 

    现代高科技含量材料产品的发展是以满足较高的社会需要性较低的环境负荷为前提的,非金属矿也不例外。只有功能明确、突出,适应相关应用领域的技术进步和产业发展要求的环境友好型非金属矿深加工产品或材料才能赢得稳定的市场。 

    总而言之,要发展非金属产业,就要因材制宜、因地制宜,除依靠行政管理来监督整治市场环境外,更要积极推动完善市场机制,严格市场准入,推动产业政策、财政政策、土地政策、环保政策联动。具备资源优势的地方区域应尽快调整产业结构,统筹规划,打造产业链,提高竞争力。 

    在经济发展和科技进步的大背景下,市场对非金属矿粉的需求持续上升,相关领域对非金属矿粉产品的质量要求也不断提高,强烈刺激着非金属矿产业的发展。面临机遇与挑战并存的市场浪潮,我国的非金属矿产业需调整结构,依靠科技创新,走绿色发展之路。(田志敏/文 中国粉体网编辑记者)

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