粉体加工技术

第一讲绪论

粉体工程(粉体加工技术)：是一门在掌握超细粉碎理论基础上，以超细粉碎设备结构及工作原理、超细粉碎工艺流程为主要学习内容的课程。

一非金属矿产及加工利用简介

1非金属矿产发展

非金属矿产：是指金属矿产和燃料矿产以外，自然产出的一切可以提取非金属元素或具有某种功能可供人们利用的、技术经济上有开发价值的矿产资源。

（因此类矿产大多不是以化学元素，而是以有用矿物为利用对象，所以亦称为工业矿物与岩石。）在人类发展过程中，非金属矿产起了决定性作用。

古代：石器（工具）陶器青铜器（金属）非金属矿产受挫

近代：技术的进步和材料结构的多元化，促使了非金属矿产地位不断上升。

从科学技术角度看：已进入信息时代

从矿产资源利用看：进入一个以非金属资源为中心的综合开发时代。

(50年代开始，世界非金属矿产产值已经超过金属矿产产值，发达国家非矿产值超过金属矿产2~3倍。)

我国非金属矿产发展情况

我国是世界上最早利用非金属矿产的国家之一。但是近代由于封建制度的闭关自守及帝国主义国家列强的侵略掠夺，我国的非金属矿产发展落后于西方发达国家。

我国已发现有经济价值的非金属矿产有100多种，是世界上品种齐全、储量丰富的少数国家之一。

储量居世界前列的非金属矿产有：石膏、石墨、滑石、膨润土、石棉、萤石、重晶石等

储量在世界上有重要地们的非金属矿产有：高岭土、硅藻土、沸石、珍珠岩、石灰石等。非常具有发展潜力的非金属矿产有：硅灰石、长石、凸凹棒石、海泡石等。

80年代开始我国非金属矿产日益受到关注（非金属在世界市场走俏）近十几年来我国非金属矿产出口增长，已成为出口创汇的一个重要方面。

但我国非金属矿产加工技术――比较落后

出口的非金属矿产产品种类――原矿和初级产品

（许多工业部门和人们日常生活所需的非金属矿深加工产品还需进口，有的甚至是我们出口的原矿或初级产品加工而成。）

2非金属矿产开发利用新趋势

从目前国内外非金属矿产开发利用的特点，可反映出如下几个趋势：

（1）已开发的老品种，其利用范围和开发深度不断扩大。

体现形式――大部分矿种已不限于一两个工业部门的少数用途，老矿种的新特

性新功能不断被发现并得到利用(如高岭土)。

（2）新开发的新矿种不断出现，且许多新矿种在应用方面表现出独特性能。

（3）由直接利用非金属矿原料或粗加工产品（选矿精矿及粉料产品）向深加工及制成品方向扩展。

（4）人工合成非金属矿物和天然非金属矿资源的综合利用，也愈来愈受重视。

总之，随着科学技术不断进步和社会需求的多样化，单纯利用非金属矿物原料或选矿粗加工产品，已在很多方面不能适应市场的发展需要，非金属矿产的深加工也成为非金属矿行业发展的必然趋势。所以，为适应市场和科学技术发展需要，非金属矿矿产发展方向应为：非金属矿矿产发展：向高纯化、超细化、功能化、多品种、多系列方向发展。

非金属矿企业发展：向集团化的综合加工方向发展。

3非金属矿深加工的主要内容

各类矿产的应用特点

金属矿产：通过冶炼提炼出其中的金属元素这两类矿产都是以改变矿物原料燃料矿产：利用并通过热化学反应提取其中的的化学结构来达到其利用目的。

热能或有机化学组分。

非金矿产：绝大部分是利用其固有的技术物理性能，或利用其加工以后形成的物理特性及物理化学性能。

材料工业的三大支柱：无机非金属材料、金属材料、有机高分子材料

无机非金属材料：利用某些矿物原料加工成其有某种功能、能被人们直接利用的材料。

1）非金属矿产加工利用阶段

在开发利用非金属矿产资源途径中，最简单的是直接利用（砂、石、粘土和经选矿提高了利用层次和经济价值的产品），但其本质仍是一种原料（制取某种材料的原料）。如果要将采出的非金属矿产加工成经济价值高的各类功能性材料，要经过如下几各加工阶段。

（1）初加工

非金属矿产初加工――指传统的矿物加工方法对矿物或岩石进行破碎、磨矿、分级以及有用

矿物的分选或富集。

初加工的任务：为材料工业部门提供从颗粒粒级上或有用矿物品位上都合格的原料矿物。

（2）深加工

非金属矿产深加工――将经过采选粗加工后的原料矿产，根据用户或制品对其技术物理性能及界面性能的要求，再进一步进行精细加工的过程。（深加工相对初加工的加工处理程度而言）非矿深加工产品特性：

经深加工的矿物已不在是一种原料，而是具有某些优异性能可供直接利用的材料。具体体现在：

●保持了原料矿物的单一材料性与固体分散相特征。

●矿物与化学成分不发生根本改变

●所被利用的技术物理特性与界面化学性能有质的飞跃

●有时会发生局部晶层构造变异与表面化学性能改变

经深加工的产品在性能上己远不同于初加工的产品，其固有的天然矿物性能己发生质的变化（进行深加工的主要目的）。

例：膨胀珍珠岩或蛭石、煅烧高岭土、活性白土、轻质碳酸钙(PCC)等。

轻质碳酸钙生产方程式：熟化器CaO+H

O Ca(OH)2 +热（熟石灰）

反应器Ca(OH)

+ CO2CaCO3 + 热

重质碳酸钙(GCC) (方解石、白云石)直接超细粉碎加工得到的碳酸钙粉体产品。

轻质碳酸钙特点：结构或晶体形态可选；凝聚程度可选；粒度分布窄---可以为某一特定用途“度身定做”。2）非金属矿深加工的主要内容

（1）精细提纯主要是指采用化学选矿等方法的提纯；

（2）超细粉碎包括具有特殊结构矿物的剥离及超细分级；

（3）矿物改性与改型化学处理改性、界面处理改性、热处理改性；

（4）特殊机械加工矿物（或岩石）切、磨、抛、雕等工艺。

二超细粉体技术研究的内容、作用及发展趋势

1超细粉体技术的研究内容及范畴

1）超细粉体的定义

超细粉体技术是近几十年来发展起来新技术，其名词解释和基本概念尚无统一的定义。超细定义：Ultrafine Superfine Varyfine

粒径范围：<100μm <30或<10μm <1μm 国外通用<3μm

我国定义：超细超微超细微粒径；<3μm 或<10μm；

<100μm或<300μm 100%小于<30μm定义。李凤生按粉体粒径大小又分为：微米级1μm~30μm；《超细粉体技术》

亚微米级0.1μm~<1μm；

纳米级0.001μm~<0.1μm

细粉10μm~1000μm；传统的粉碎和磨粉设备加工

超细粉0.1μm~10μm；超细粉碎设备加工郑水林

超微细粉0.001μm~0.1μm；难以完全用机械粉碎方法加工，《超细粉碎》

需采用其它物理化学方法加工

超细粉碎：一般将加工0.1μm~10μm的超细粉体粉碎和相应的分级技术称超细粉碎

2）超细粉体涵盖的相关技术

制备技术；分级技术；分离技术；干躁技术；输送、混合与均化；表面改性；粒子复合；粒度及性能检测；制造及储运过程中的安全、包装与运输，应用等技术。

由于粒度级别不同造成粉体材料的性质和相关技术有很大差别，又可分为：微米技术；亚微米技术；纳米技术。

3）所涉及的学科领域

化工；材料；医药；生物工程；食品；军工；航天；电子；机械；力学；物理；化学；光学；电磁学；机械力化学；液体力学；空气动力学。

2超细粉体在国民经济中应用

超细催化剂------可使石油解裂速度提高1~5倍

油漆、涂料、染料------高附着力、高性能