中国非金属矿超细粉碎与精细分级技术现状及发展

非金属矿物加工现状~

正如上节所述，中国非金属矿矿种多，应用领域广，生产以中小型企业居多，技术指标要求复杂等。因此，非金属矿物的加工工艺也千差万别。有的矿物只需经简单的粉碎加工就可以作为产品出售，如饲料用石灰石粉，铸造用膨润土；有些则需经一种或一种以上的方法提纯加工，才能获得最终产品，如电子管用高纯石墨乳、微电子工业用的高纯石英、造纸工业用的高岭土等。
下面简单介绍中国非金属矿物加工主要方法、工艺技术及主要设备。
一、选矿提纯
20世纪90年代以后，中国非金属矿选矿提纯技术有了较大的发展：①经选矿提纯的非金属矿品种较以前增多；②传统的非金属矿物（如石墨、石棉、高岭土、云母、萤石等）的提纯工艺有了改进；③微细粒非金属矿物的高纯加工技术有了显著的发展。因此，大量低品位和细粒嵌布的有用矿物得到回收，从而显著提高了非金属矿资源的回收率和其他资源的综合利用率。
目前中国常用的非金属矿物选矿方法及选别的矿物简介如下：
（一）浮选法
用于石墨、萤石、石英、长石、霞石正长岩、铝矾土、蓝晶石、夕线石、红柱石、金刚石等。
（二）重选法
1）按粒度分选，用于水洗高岭土、膨润土、凹凸棒石粘土、海泡石、伊利石等粘土矿物。
2）按相对密度分选，用于红柱石、金刚石等。
（三）磁选
用于作涂料、填料的白色矿物的除铁，耐火材料原料矿物除杂，电绝缘材料原料矿物除铁等。
（四）电选
用于电气石、金红石、锆英石、石榴子石、阳起石等矿物的提纯。
（五）化学选矿
1）化学漂白，用还原法除去粘土矿物中的三氧化二铁、用氧化法除去黄铁矿。
2）化学提纯，以化学方法除去矿物中的杂质，用于石墨、金刚石、夕线石、红柱石、硅藻土、蓝晶石等。
3）选择性絮凝，高分子絮凝剂在微细粒矿浆中对某种矿粒发生吸附形成絮团，而对其他矿粒则不发生吸附，仍处于分散状态。高分子选择性絮凝分选主要应用在高岭土的选择性絮凝和铝土矿的选择性絮凝提纯，能有效地脱除赤铁矿和金红石等杂质矿物。
（六）摩擦选
用于石棉、纤维水镁石等纤维矿物以及片状云母矿物的分选。
（七）非金属矿提纯加工存在的主要问题
1）选矿回收率不高，资源综合利用率较低。
2）工业化高纯加工工艺与装备不能满足需要。
3）机械化和自动化程度不高，一些矿山（如滑石、方解石、硅灰石等）还采用人工手选。
二、超细粉碎与分级
利用机械力或化学-机械力，使非金属矿产品达到要求的细度。
（一）超细粉碎与分级工艺
有干法、湿法和干湿法组合三种工艺超细粉碎与分级工艺。
1）干法超细粉碎工艺原则流程（图1-2-1）是：

图1-2-1 干法超细粉碎原则流程图

该工艺流程用于加工d97＞5μm的超细粉体。
2）湿法超细粉碎工艺流程多种多样，原则流程（图1-2-2）一般是：

图1-2-2 湿法超细粉碎原则流程图

该工艺一般用于加工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。
3）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，例如煤系煅烧高岭土的超细粉碎加工和重质碳酸钙生产企业，采用干法粉碎出d97（＞5）～10μm，再湿法超细粉碎至d90≤2μm的造纸涂料及重质碳酸钙产品。超细煤系煅烧高岭土加工也是这种干湿法超细粉碎工艺的例子，例如煤系超细煅烧高岭土“双90”产品的主要工艺流程（图1-2-3）是：

图1-2-3 干湿法组合超细粉碎原则流程图

（二）超细粉碎设备
中国非金属矿超细粉碎设备的研制始于20世纪80年代初，通过大量引进国外的技术与设备并消化吸收后发展较快，先后开发出适合中国国情的设备。10年后中国已进入了自主开发和制造为主，引进为辅的阶段。从90年代末至今，中国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十年显著增加，从设备的处理能力、单位产品能耗、耐磨材料、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技术指标的差距逐渐缩小。
1）气流磨超细粉碎设备仍是用于要求产品细度小、纯度高和附加值较大的最佳的设备之一。国产气流磨在仿制和消化吸收国外设备的基础上有所创新，尤其是靶式气流磨、流化床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。不足之处是缺少数吨以上的大型设备，单位产品能耗较高。
2）机械冲击式超细粉碎机是中国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、滑石、方解石等中等硬度以下非金属矿物，产品细度一般可达到d97＝10μm，若配以精细分级机则可以生产d97＝5～7μm的超细粉体产品。
通过消化吸收后研制的国产超细粉碎机有：CM51型超细粉碎机、DTM900型超细粉碎机、CLM-2型多级旋磨机、LHJ型超细粉碎机、JCF1000 型机械粉碎机、JZC-400型分级式冲击磨、CZM冲击式粉碎机等。
3）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、行星球磨机等。国产搅拌磨已广泛应用于高岭土、重质碳酸钙等企业，可干法也可以湿法磨粉，湿法磨矿产品可达d97＝2μm左右，若配以分级机干法磨矿产品细度可达d97＝6μm。搅拌磨型号有：JM型立式螺旋搅拌磨，用于重质碳酸钙、高岭土、重晶石、锆英砂等矿物超细磨碎；国产振动磨有单筒、多筒（2-3）式、WGM-3变频式、MGZ-1型高幅振动磨等机型，广泛应用于石墨、滑石、高岭土、重晶石等矿物细磨和超细磨。振动球磨机可用于各种硬度物料的超细粉碎，国产设备的产品细度干式磨可达d90＝20μm左右，湿式磨产品细度可达d97＝5μm左右。旋转式筒式球磨机，磨矿产品粒度范围较宽，常与分级机组成闭路流程，在给料粒度≤5mm时，产品细度可达d97＝6～7μm。国产研磨剥片机有20 L、80 L、300 L、500 L、800 L等多种机型，采用湿法研磨、多级串联配置连续研磨方式，产品细度可达d95＝2μm左右，已在煤系高岭土和重质碳酸钙的湿法超细粉碎生产中应用。国产CTM型塔式磨采用特殊天然卵石做研磨介质，配上分级机，可用于滑石、膨润土的超细粉碎，产品细度可达d97＝10μm左右。砂磨机有卧式、立式两种机型，国产砂磨机主要用于颜料、填料等研磨分散，近年来也有用于石墨精中矿再磨，产品细度可达d97＝2μm左右。连续式行星球磨机是中国超细粉碎技术领域一项重要进展之一，并已实现了设备大型工业化，XQ600×1500×3型连续式行星球磨机用于超细磨碎滑石、方解石等矿物，可使粒度≤5mm的矿物原料磨细到d97≤10μm细度产品，产量达2000～3000 kg/h。
4）旋风式机械磨（LHJ型）是中国自主研制开发的一种新型干式细粉碎和超细粉碎设备，用于石灰石、方解石、滑石、硅灰石、高岭土、重晶石、石英、长石等物料的粉碎，给料粒度≤40mm，产品细度d97＝40～15μm。若配以精细分级机可生产d976～7μm左右的超细粉产品。
5）高压射流式粉碎机（超细剥片均化机）具有实用新型专利，该设备已用于云母、高岭土超细粉碎，根据给料粒度大小，一次粉碎可获得d97＝10～45μm的产品。
非金属矿超细粉碎存在的主要问题有：设备大型化不够，国外一些大型气流磨和精细气流分级机的产量比中国大十多倍；大多数生产线基本依赖人工操作和控制，产品质量不够稳定；磨耗和单位产品能耗偏高；还未研制出定型的对特殊晶体形状的专用超细粉碎设备等。
（三）精细分级设备
1）目前国产的干式精细分级设备大都围绕机械冲击式超细粉磨机或气流磨配套使用，MS型分级机分级产品细度可达d97＝10μm左右；MSS和ATP型分级机分级产品细度可达d97＝6μm左右；中国自行研制的LHB型干式精细分级机分级产品细度可达d97＝5～7μm，小时处理能力为2～15 t。
2）国产湿式分级机。有两种类型：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。后者包括沉降式离心机，如WL-350A、D型和WLdb-600型；卧式螺旋离心分离（级）机、小直径水力漩流器、LS离旋筛、GSDF型超细水力旋分机等。这些都是目前国内高岭土等超细粉湿式细分级的主要设备。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d97＝2μm左右；GSDF型超细水力旋流分级机的溢流产品细度可达到d90＝2μm左右；小直径水力漩流器的溢流产品细度可达到d80＝2μm；LS离旋器的溢流产品细度可达到d60＝2μm。
三、表面改性
许多非金属矿物产品作为无机矿物填料，在塑料、橡胶、胶黏剂等高分子材料工业及高聚物基复合材料领域中占有很重要的地位。它们的作用不但可以提高材料的硬度、刚性、尺寸稳定性、改善材料的力学性能，还能赋予材料某些特殊的物理化学性能（耐腐蚀性、耐候性、阻燃性和绝缘性等）。除此以外，还可降低材料的生产成本。
非金属矿物材料常用的表面改性技术方法有：化学包覆法和沉淀反应法，辅助以机械力化学方法进行改性。
表面化学包覆是一种利用偶联处理、螯合反应、化学吸附来对非金属矿物填料表面进行包覆以提高其表面亲油（即疏水）性的方法。加工过程为：将一定量的表面改性剂（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改性剂与无机填料颗粒表面作用并包覆于填料颗粒表面。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、醋酸乙烯等饱和有机酸。主要生产厂家有：张家港国泰华荣化工新材料有限公司、重庆市嘉世泰化工有限公司、南京曙光化工一厂等几十家。
目前，采用较多的表面改性专用设备为SLG型和PSC型连续粉体表面改性机。SLG型表面改性机具有自动加药、生产连续、温度可控、单位产品用药量少、能耗低、颗粒高度分散、自动化程度高、操作简单等优点，主要机型有：SLG-3/300、SLG-3/600型；PSC型机也是一种综合性能较好的粉体表面改性设备，该机采用导热油加热，连续生产，具有改性剂用量少、表面包覆率较高、颗粒不黏结等优点。
沉淀反应改性剂利用化学沉淀在矿物颗粒表面形成一层或多层包覆层。例如用TiO2、ZrO2、FeO来包覆白云母、高岭土等粉体表面，用TiO2包覆SiO2、Al2O3矿粒表面等，沉淀反应改性是应用无机表面改性剂实现改性的。
中国非金属矿物表面改性技术还存在改性工艺比较落后，连续改性工艺和设备还有待进一步推广；偶联剂品种较少，质量也不够稳定；着色云母和珠光云母生产技术落后，产量低，花色品种少，质量也不够稳定，今后需重点加强。
四、热加工
用热处理能脱出矿物的外在水、沸石水及羟基水等，可以改善矿物的性能，煅烧还可将某些矿物尤其是煤系高岭土脱除有机质、增白（包括黑滑石等矿物提纯、增白）。某些矿物（如蛭石）在热力作用下，可膨胀数倍或数十倍，具备新的功能等。
煅烧是提高非金属矿物材料特性的重要方法，也是高岭土、菱镁矿、石膏等矿产品深加工的一种重要工序之一，这些产品主要应用于造纸、塑料、油漆、橡胶、石油化工等工业。例如煅烧高岭土具有优良的光散射能力和特殊的油墨吸收性，作为造纸涂布料，可将纸张的光泽度、平滑度、不透明度和原纸覆盖率比一般水洗高岭土大为改善，也是它能够提高纸张涂层质量、替代昂贵的钛白粉的原因；作为填料用于塑料、橡胶，比一般高岭土具有更好的强度、收缩性、阻燃性、吸湿性和电阻率等；在油漆和其他涂料中，添加煅烧高岭土能使产品更具有较佳的不透明性、薄膜完整性及耐擦洗性。
煅烧煤系高岭土是中国特有的加工技术，该技术包括有湿法超细、煅烧增白、干燥、打散、解聚、分级等技术的加工工艺集成及相应的专用设备，可生产出多个行业应用的煅烧高岭土系列产品。上述技术与装备已在中国山西忻州、大同、内蒙古蒙西、安徽淮北等地一批煤系高岭土企业推广应用，取得显著的经济效益和社会效益。企业规模也由最初的年产几千吨增大至年产3万～5万t。
煅烧工艺：以煤系高岭土煅烧为例（图1-2-4）。

图1-2-4 煅烧煤系高岭土原则流程图

煅烧设备：用于非金属矿的主要有隧道窑、回转窑（包括直接煅烧和隔焰煅烧）、立（竖）窑、倒焰窑和梭式窑等。20世纪90年代引进和仿制隔焰式回转窑发展到近年来的直焰式回转煅烧窑，能量利用率有了提高，并显著降低能耗，减少生产投资。目前，由于设备大型化，直焰式回转窑煅烧技术及解聚分级技术的采用，不仅产品质量得到保证（产品白度≥95%，产品粒度-2μm≥92%），万吨生产能力投资也从5000万元左右下降到2000万元左右。

从本章以上的阐述中，可以看出，中国非金属矿业从科技、装备、产品（品种和质量）、管理、资源利用、节能和环境保护等方面尽管在不断进步，但与国外先进水平都有着相当大的差距。在非金属矿采矿方面，除去较正规的大型非金属矿山以外，中小矿山一般工艺技术落后，设备陈旧，采矿回收率低；还存在环境污染严重等问题。当前我国不少非金属矿采矿技术的水平还基本上停止在20世纪70～80年代的水平。为数众多的小型非金属矿山，存在着乱采乱挖、采富弃贫，严重浪费宝贵矿山资源的问题。
在非金属矿矿物加工方面，我国非金属矿业的广大科研、工程技术人员和工人多年来开展了较为广泛、深入的研究和探索，取得了较大的成绩，涌现了一批新技术、新设备和新产品。目前，国外拥有的非金属矿加工设备和产品，在我国，有的已经引进投入生产使用；有些自主开发成功并实现了产业化。这些新技术、新设备和新产品有的已经接近、达到国际先进水平；少数项目和成果甚至居于国际先进和领先水平。
然而，从总体上与国外非金属矿矿物加工的先进水平相比，我国还有着明显的差距。
在选矿技术和生产方面，我国缺乏针对性强、使用可靠的适用设备，在自动控制上还处于初级水平。
在超细粉碎精细分级、提纯、改性和复合化方面，我国还存在着设备规格偏小，稳定性、可靠性较差，自动控制水平低；表面改性剂品种少、质量较差，以及加工产品质量不够稳定；特种要求的产品（如珠光、着色云母，高长径比硅灰石，高纯石英砂，炼油催化剂高岭土等）的加工技术尚未过关等差距。
在加工能耗、材耗方面，我国和国外先进水平的差距最高可达10倍之多。
在产品的加工程度上，我国各矿种的加工产品只占总产量的20%～30%，国外达到了80%。
在非金属矿加工水平上，我国的 高岭土、石英、膨润土、重晶石、碳酸钙等加工产品品种只有国外先进国家的1/10。高档涂料级（包括高档造纸涂料级）高岭土，高档石墨、重晶石精加工产品，高纯石英砂，炼油催化剂高岭土等产品，我国还需要大量进口，其进口价格达到各相关矿种产品我国平均出口价格的几倍、十几倍，乃至100多倍。
在环境保护方面，国外先进国家的非金属矿业，有严格的法规，完善的监督执行体制，良好的环保意识，有效的措施和方法；我国非金属矿业在这方面虽有一般性的要求，也开展了一些研究开发工作，但推广实施的极少。
综上所述，尽管在不少非金属矿种的资源拥有量和生产出口上，我国居世界领先地位，但在生产技术、产品质量品种、产品能耗材耗、资源综合利用和矿山环境保护等方面，我国却是个弱国，还落后于国外先进国家，有待于进一步迎头赶上。
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郑水林¹ 郭力²

（1.中国矿业大学，北京 100083；中材国际咸阳非金属矿研究设计院，陕西咸阳 712021）

摘要 进入21 世纪以来，伴随造纸、塑料、橡胶、涂料、陶瓷等相关工业部门产品产量的迅速增长和产品质量要求的提高，中国内地非金属矿物超细粉体的产量以年均10%以上的速度增长，2006年各种超细粉体的总产量已超过500×10⁴t。在强劲市场需求的拉动下，非金属矿物超细粉体加工技术与设备也取得了显著进步。本文综述了中国非金属矿超细粉碎、精细分级技术与设备发展现状以及最新进展^［1～13］。

关键词 非金属矿；超细粉碎；精细分级。

作者简介：郑水林，男，生于1956年，中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院教授，博士生导师，长期从事非金属矿物选矿和深加工的教学与研究。Email：shuilinzh@yahoo.com.cn。

郭力，男，生于1955年，高级工程师，现任中材集团西安工程公司总工程师，《中国宝玉石》杂志总编，自1982年以来一直从事非金属矿选矿和超细深加工技术方面的研究开发工作。

中国工业化超细粉体加工、超细粉碎与精细分级设备的制造始于20世纪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三个阶段。从20世纪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。20世纪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，中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。20 世纪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，这期间建立的超细粉体加工厂大多采用国产技术和设备。从1996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。

一、超细粉碎

目前工业上所用的超细粉碎方法主要是机械力方法。主要设备类型有气流磨、高速机械冲击磨、搅拌球磨机、研磨剥片机、砂磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、行星式球磨机、塔式磨、旋风自磨机、高压辊（滚）磨机、高压水射流磨机、胶体磨等。其中气流磨、高速机械冲击磨、旋风自磨机、高压辊（滚）磨机等为干式超细粉碎设备，研磨剥片机、砂磨机、高压水射流磨机、胶体磨等为湿式粉碎机，搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、行星式球磨机、塔式磨等既可以用于干式也可以用于湿式超细粉碎。表1所示为上述各类超细粉碎设备的粉碎原理、给料粒度、产品细度及应用范围。

气流磨机主要有扁平（圆盘）式、循环管式、流化床逆向对喷式、旋喷式或气旋式等几种机型和数十余种规格（图1）。这些气流磨主要用于滑石、石墨、硅灰石等非金属矿物的超细粉碎加工。

机械冲击或旋击式超细粉碎机是国内非金属矿行业应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的超细粉碎加工。图2所示为用于非金属矿物填料和颜料超细粉碎的机械冲击式磨机。

表1 超细粉碎设备类型及其应用

图1 气流粉碎机

（a）水平圆盘式气流磨粉碎机；（b）循环管气流粉碎机；（c）流化床逆向喷射气流磨的结构；（d） LHY型气旋式气流粉碎机；（e） JFC射（气）流粉碎机

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、行星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，搅拌球磨机有轴棒式、圆盘式、螺旋式及棒盘复合式等几种机型（图3）。这种搅拌球磨机已用于高岭土、重质碳酸钙、云母、滑石等的超细研磨。超细振动球磨机有单筒、双筒式等机型（图4），已应用于石墨、石英、方解石等非金属矿的细磨和超细磨。用于超细粉碎的旋转筒式球磨机的结构特点是磨机的径长比较大（图5），使用球或钢段作研磨介质，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广泛应用于超细重质碳酸钙的生产。研磨剥片机主要有20 L、80 L、300 L和500 L等几种机型（图6），采用多级串联配置、连续湿法研磨方式，自1994年以来已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。砂磨机主要有卧式和立式两种机型（图7），主要用于颜料、重质碳酸钙、高岭土等的超细粉碎和分散。

图2 机械冲（旋）击式超细粉碎机

（a） LHJ型机械粉碎机；（b） CM51A型超细粉磨机；（c） JCF1000型冲击磨

图3 搅拌球磨机

（a） CYM型连续搅拌磨；（b） LXJM超细搅拌磨机；（c）立式螺旋搅拌磨（塔式磨）

图4 超细振动球磨机

（a）MZD单筒式振动磨机；（b）MZ型双筒超细振动磨

图5 球磨机

图6 BP 型研磨剥片机（300 L，500 L）

图7 砂磨机

（a）SEM型卧式砂磨机；（b）FSW-40型卧式棒销砂磨机

辊磨机和滚轮磨是利用碾（挤）压作用和摩擦作用使物料粉碎，再配置精细分级设备生产超细填料和颜料的设备，目前的机型主要有VRM型滚轮磨、辊磨机和环辊磨（图8）。

图8 滚轮磨和辊磨机

（a） VRM型滚轮磨；（b）辊磨机；（c） HLM内分级离心环辊磨

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（图9）。这种设备已在云母和高岭土的细粉碎和超细粉碎，以及二氧化钛颜料的分散解聚等中得到应用。

图9 CYB 型高压均浆机

（a）外形图；（b）工作原理

图10 JM 系列胶体磨

胶体磨是利用一对固定磨体（定子）和高速旋转磨体（转子）的相对运动产生强烈的剪切、摩擦、冲击等作用力，使被处理的物料通过二磨体之间的间隙，在上述诸力及高频振动的作用下，被有效地粉碎和分散的设备。国产胶体磨主要有JTM、JM、DJM三种型号，直立式，傍立式和卧式三种机型（图10）。目前主要用于胶体石墨的加工和涂料颜料的分散。

二、精细分级设备

在非金属矿物的超细粉碎工艺中，除了超细粉碎作业之外，还须配置精细分级作业。

根据分级介质的不同，精细分级机可分为两大类：一是以空气为介质的干法分级机，主要是转子（涡轮）式气流分级机；二是以水为介质的湿法分级机，主要有超细水力旋流器、卧式螺旋离心机的沉降式离心机等。表2列出了国产主要精细分级机的性能及应用。

表2 各主要精细分级机的性能及应用

图11所示为目前国内工业上主要的干式精细分级机。这些干式精细分级机基本上都与相应的机械冲击式超细粉磨机或气流磨配套使用，其分级粒径可以在d₉₇3～20μm的范围内进行调节。依分级机规格或尺寸的不同，单机生产能力从数十千克/时到7000 kg/h左右不等。

图11 主要的干式精细分级机

（a） QF 5A型微细分级机；（b） FQZ型超细分级机；（c） MSS型精细分级机；（d） ATP单轮分级机；（e） ATP多轮分级机；（f） LHB型涡轮式精细分级机组；（g） FJW500×6超细分级机

湿式分级机主要有两种类型：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（图12），分级粒径可达到1～5μm。

图12 主要的湿式精细分级机

（a） LW（WL）型螺旋卸料沉降离心机；（b） D型螺旋卸料沉降离心机；（c）沉降离心分级机；（d）碟片式离心分级机；（e）超细水力旋分机；（f）旋流器组

三、技术进展

（一）非金属矿超细粉体干法加工技术

1.精细分级技术

自1985年以来，干法分级技术取得了显著进展。1985年最先进的精细分级机的产品细度d₉₇＜10μm；1992年d₉₇≤6μm；2000年d₉₇≤3.5μm；2002年d₉₇≤2.5μm。生产能力（d₉₇≤10μm，GCC）：1985年500 kg/h；1990年1000 kg/h；1995年2000 kg/h；2000年4000 kg/h；2005年7000 kg/h。

2.机械冲击式超细粉碎机

高速机械冲击式粉碎机是主要的干法超细粉碎设备，常与精细分级机构成闭路作业，具有粉碎比大，工艺简单的特点。但是，早期的高速机械冲击式超细粉碎机生产能力较小，近年来开发的机械冲击式超细粉碎机在提高其生产能力方面有较大的进展。如LHJ-260型机械式超细粉碎机［图2-（a）］，在给料粒度≤30mm，产品细度d₉₇＝10μm时，超细粉碎硬质高岭石，装机195 kW，产量850～1400 kg/h；滑石，装机195 kW，产量1200 kg/h；重晶石，装机202 kW，产量2000 kg/h；硅灰石，装机195 kW，产量1300 kg/h；膨润土，装机202 kW，产量3000 kg/h。

3.环辊磨和滚轮磨

环辊磨［图8（b）、图8（c）］是近两年在方解石超细粉碎领域广泛应用的一种中小型超细粉碎设备。其特点是工艺简单，粉碎比大，单位产品能耗较低。给料粒度20mm，内设分级装置，产品细度可以在d₉₇8～20μm之间调节；单机产量600～1800 t/h；能耗（d₉₇＝10μm）100 kW·h/t。

滚轮磨［图8（a）］也是近年来干法超细粉碎技术的主要进展之一，这种粉碎设备的特点是单机生产能力大，用方解石生产GCC产量可达5～10 t/h；而且内置分级机，产品细度可以在d₉₇6～20μm之间调节。

（二）超细碳酸钙浆料生产技术

国内造纸工业的迅速发展和现代化造纸技术的应用，使超细碳酸钙浆料的需求量以每年两位数以上的速度快速增长，由此推动了超细碳酸钙浆料生产技术的快速进步。搅拌磨规格：1995年300 L搅拌磨；2000年前后500 L搅拌磨；2003年3000 L立式搅拌磨；2005年3500～5000 L搅拌磨。单机生产能力（d₉₀≤2μm折干量）：1995年300 kg/h，2000年500 kg/h，2003年1000 kg/h，2005年2000 kg/h；能耗：1995年250 kW·h/t，2000年180 kW·h/t，2003年120 kW·h/t，2005年90 kW·h/t。

超细碳酸钙浆料加工技术方面的重要进展还体现在产品细度和黏度方面：生产的高品质专用面涂级GCC：浆料固含量75%～78%；黏度＜350MPa·s；最大粒度3～5μm，-2μm含量≥97%，1μm含量≥75%；平均粒径0.3～0.5μm。

（三）超细煅烧高岭土原料超细研磨技术

超细研磨是超细煅烧高岭土生产的关键技术之一。中国硬质高岭岩的超细研磨设备由1995年的BP80研磨剥片机发展到1999年的BP300 研磨剥片机，再到2000年的BP500 研磨剥片机；2001年和2005年CYM3000和CYM5000大型搅拌磨相继问世。年产万吨生产线的超细研磨技术进展情况列于表3。

表3 年产万吨生产线的超细研磨技术进展

（四）高长径比针状硅灰石粉体加工技术

高长径比针状硅灰石粉体的加工是硅灰石矿物重要的深加工技术之一，近年来山西泰华公司开发的TH1200矿物纤维制粉系统和南方硅灰石矿业公司的ACM-700E型冲击式粉碎机能够加工长径比12以上的高长比超细硅灰石粉体。这两种设备的粉碎比较大，单位产品能耗较低。

四、结语

进入21世纪以来，伴随造纸、塑料、橡胶、涂料、陶瓷等相关工业部门产品产量的迅速增长和产品质量要求的提高，中国内地非金属矿物超细粉体的产量以年均10%以上的速度增长，2006年各种超细粉体的总产量已超过500×10⁴t。在强劲市场需求的拉动下，非金属矿物超细粉体加工技术与设备也取得了显著进步。未来的发展趋势是提高产品细度（降低粉碎极限）、提高单机产量（设备大型化）、降低（单位产品）能耗和磨耗，稳定产品质量；同时发展高效低耗和大处理量的分级技术和设备；并在现有设备和工艺基础上发展人工智能技术，根据原料特点和产品细度要求自动优化生产工艺配置和操作参数，达到高效、低耗、稳定产品质量的目的。

参考文献

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The Current Situation and Development of Ultra-fine Grinding and Fine Classification Technology for Non-metallic Minerals in China

Zheng Shuilin¹Guo Li²

（¹School of Chemical and Environmental Engineering，China University of Mining and Technology（Beijing Compus），Beijing 100083，China；²Xiangyang Research＆Design Institute of Non-metallic Minerals，Xiangyang Shanxi 712021，China）

Abstract：The paper summarizes the current situation and latest developments of ultra-fine grinding and fine classification technology and equipments for non-metallic minerals in China.

Key words：non-metallic mineral，ultra-fine grinding，fine classification.

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