1.5　非金屬礦加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

非金屬礦是人類賴以生存和發(fā)展的重要礦產(chǎn)資源之一。非金屬礦礦物材料既是現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，也是支撐現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的原輔材料和節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)等功能性材料，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高技術(shù)與新材料、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、環(huán)保與生態(tài)建設(shè)等產(chǎn)業(yè)以及人類日常生活中，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中扮演越來(lái)越重要的角色。

高效綜合利用和深加工是開(kāi)發(fā)利用非金屬礦的必由之路。而功能化則是非金屬礦物材料發(fā)展的主題。

（1）精選提純　絕大多數(shù)非金屬礦物只有選礦提純以后其物理化學(xué)特性才能充分體現(xiàn)和發(fā)揮。因此，無(wú)論是新興的高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)、生物醫(yī)藥、環(huán)保產(chǎn)業(yè)還是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都將對(duì)非金屬礦物材料的純度提出更高的要求。而隨著非金屬礦物材料純度要求的提高，精選提純技術(shù)的難度也將增加；此外，資源的貧化和資源綜合利用率要求的提高也將增加精選提純技術(shù)的難度。因此，為了滿足相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ψ墙饘俚V物原（材）料高純化的要求，微細(xì)粒選礦提純和綜合力場(chǎng)（重力、離心力、磁力、電力、化學(xué)力）精選技術(shù)將成為未來(lái)非金屬礦提純技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)，特別是石墨、金剛石、石英、長(zhǎng)石、高嶺土、云母、滑石、硅藻土、鋯英砂、硅灰石、重晶石、金紅石、膨潤(rùn)土、螢石、硅線石、紅柱石、藍(lán)晶石、菱鎂礦等非金屬礦物和巖石。

（2）超細(xì)粉碎　由于超細(xì)粉體具有比表面積大、表面活性高、化學(xué)反應(yīng)速率快、燒結(jié)溫度低且燒結(jié)體強(qiáng)度高、填充補(bǔ)強(qiáng)性能好、遮蓋率高等優(yōu)良的物理化學(xué)性能。因此，許多應(yīng)用領(lǐng)域要求非金屬礦物原（材）料的粒度微細(xì)（微米或亞微米）；部分領(lǐng)域不僅要求粒度超細(xì)而且要求粒度分布范圍窄。如部分高檔紙張涂料要求重質(zhì)碳酸鈣的細(xì)度為-2μm≥90%，粒度分布要求最大粒度≤5μm，-0.2μm≤10%～15% ；再如，功能纖維填料要求無(wú)機(jī)非金屬填料的細(xì)度為97%≤2μm，最大粒度≤3μm；高聚物基復(fù)合材料用氫氧化鎂和氫氧化鋁阻燃填料要求中位徑d₅₀≤1μm， 97%≤5μm。未來(lái)市場(chǎng)對(duì)各類非金屬礦超細(xì)粉體材料的需求量將顯著增長(zhǎng)。因此，未來(lái)粉碎與分級(jí)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)將是超細(xì)粉碎和精細(xì)分級(jí)技術(shù)。第一，將在現(xiàn)有粉碎設(shè)備基礎(chǔ)上完善工藝配套，開(kāi)發(fā)分級(jí)粒度細(xì)、精度高、生產(chǎn)能力大、單位產(chǎn)品能耗低、磨耗小、效率高的精細(xì)分級(jí)設(shè)備；第二，發(fā)展粉碎極限粒度小、粉碎比和生產(chǎn)能力大、單位產(chǎn)品能耗低、磨耗小、粉碎效率高、適用范圍寬以及可用于低熔點(diǎn)、韌性、高硬度、高純度、易燃易爆等特殊物料加工的超細(xì)粉碎方法和設(shè)備；第三，發(fā)展粒度大小和粒度分布的自動(dòng)監(jiān)控和調(diào)節(jié)技術(shù)，完善粒度檢測(cè)方法和儀器。同時(shí)發(fā)展用于生產(chǎn)高長(zhǎng)徑比硅灰石粉體和大徑厚比云母粉的專門的粉碎、分級(jí)工藝與設(shè)備。

（3）表面改性與復(fù)合　許多應(yīng)用領(lǐng)域都對(duì)非金屬礦物材料的表面或界面性質(zhì)有特殊要求，如高聚物基復(fù)合材料（塑料、橡膠、膠黏劑等）、多相復(fù)合陶瓷材料、涂料、功能纖維、生物醫(yī)學(xué)材料等要求非金屬礦物粉體材料表面或界面與有機(jī)或無(wú)機(jī)基料（高聚物、陶瓷坯料、油性漆、水性漆、化學(xué)纖維等）及生物基體有良好的相容性；石化工業(yè)用的沸石和高嶺土催化劑或載體要有特定的孔徑分布和較高的比表面積，煉油脫色用的活性白土（膨潤(rùn)土）以及啤酒過(guò)濾用的硅藻土要有較強(qiáng)的表面吸附能力；用于廢水處理的膨潤(rùn)土、硅藻土等對(duì)有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物及重金屬離子等有選擇性吸附的能力；用于室內(nèi)甲醛凈化的多孔礦物材料不僅要有良好的吸附捕捉性能，還要有持續(xù)高效分解的功能；鈦白粉需要在表面包覆硅、鋁、鋯并進(jìn)行有機(jī)表面改性以提高其耐候性、分散性、相容性；高檔白云母顏料需要表面包覆二氧化鈦和其他金屬氧化物。表面改性與復(fù)合是優(yōu)化非金屬礦表面性能、提升功能和應(yīng)用性能和應(yīng)用價(jià)值的重要深加工技術(shù)之一，對(duì)現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及環(huán)保健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

有機(jī)表面改性、無(wú)機(jī)包覆改性和層狀結(jié)構(gòu)礦物（膨潤(rùn)土、石墨、高嶺土、伊利石、蛭石等）的插層改性以及復(fù)合改性將是未來(lái)非金屬礦表面改性與復(fù)合的主要研發(fā)領(lǐng)域。

在表面改性與復(fù)合原理、方法和工藝方面，今后將在深化基本原理研究和優(yōu)化現(xiàn)有方法和工藝以適應(yīng)各種不同粉體材料和不同功能要求的表面改性處理的基礎(chǔ)上借鑒其他學(xué)科方法創(chuàng)新發(fā)展工藝簡(jiǎn)單、可控性好的表面改性方法和工藝；并在多學(xué)科綜合的基礎(chǔ)上，根據(jù)目的材料的性能要求選擇粉體材料和“設(shè)計(jì)”粉體表面，運(yùn)用先進(jìn)計(jì)算方法及技術(shù)以及人工智能技術(shù)輔助設(shè)計(jì)粉體表面改性工藝和配方，以減少實(shí)驗(yàn)室工藝和配方試驗(yàn)的工作量，提高表面改性工藝和改性劑配方的科學(xué)合理性，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的應(yīng)用性能和應(yīng)用效果。

表面改性劑在粉體的表面改性與復(fù)合中起重要作用。表面改性劑的發(fā)展方向：一是在現(xiàn)有表面改性劑基礎(chǔ)上，創(chuàng)新生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本；二是運(yùn)用先進(jìn)化學(xué)、高分子和化工科學(xué)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，研發(fā)應(yīng)用性能好、成本低、在專門應(yīng)用領(lǐng)域有特殊功能并能與粉體表面和基質(zhì)材料形成牢固作用的新型表面改性劑。

隨著市場(chǎng)對(duì)表面改性與復(fù)合粉體材料需求量的持續(xù)增加，表面改性裝備的大型化和高效、低耗化將是表面改性設(shè)備的必然發(fā)展趨勢(shì)。連續(xù)生產(chǎn)、對(duì)粉體及表面改性劑的分散性好、粉體與表面改性劑的接觸或作用機(jī)會(huì)均等、改性溫度可調(diào)性好、單位產(chǎn)品能耗低、磨耗小、無(wú)粉塵污染、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行平穩(wěn)、適應(yīng)性強(qiáng)的大型專用有機(jī)表面改性設(shè)備將具有良好的發(fā)展前景。同時(shí)，將在設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上采用人工智能技術(shù)發(fā)展主要工藝參數(shù)和改性劑用量的在線自動(dòng)調(diào)控技術(shù)。

目前對(duì)表面改性產(chǎn)品尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)范化的質(zhì)量檢驗(yàn)和直接表征或評(píng)價(jià)方法。隨著表面改性技術(shù)的發(fā)展以及表面改性產(chǎn)品用途的擴(kuò)大和用量的增加以及產(chǎn)業(yè)的壯大，需要建立系統(tǒng)、規(guī)范的表面改性產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的檢測(cè)、評(píng)價(jià)或表征方法。

（4）非金屬礦物材料加工技術(shù)　功能化是未來(lái)非金屬礦物材料的主要發(fā)展趨勢(shì)。為了滿足相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ芑墙饘俚V物材料的要求，非金屬礦物材料加工技術(shù)將重點(diǎn)發(fā)展與航空航天、海洋開(kāi)發(fā)、生物醫(yī)學(xué)、電子、信息、節(jié)能環(huán)保、生態(tài)修復(fù)、新型建材、新能源、特種涂料、快速交通工具等相關(guān)的功能性非金屬礦物材料的制備技術(shù)和設(shè)備。如石墨密封材料、石墨潤(rùn)滑材料、石墨導(dǎo)電材料、礦物纖維和石墨增強(qiáng)摩擦材料、石墨插層化合物、高純超細(xì)石墨粉、云母珠光顏料、高溫潤(rùn)滑涂料、輻射屏蔽材料、催化劑和催化材料、高性能吸附材料、增強(qiáng)填料、抗菌填料、阻燃填料以及石墨烯材料等。其中包括與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的石墨烯、高純超細(xì)石墨粉（≤2μm）、石墨密封和潤(rùn)滑材料、石墨導(dǎo)電涂料、石墨插層化合物、黏土層間化合物、云母珠光顏料、輻射屏蔽材料、催化劑和催化材料等；與環(huán)境保護(hù)相關(guān)的硅藻土、膨潤(rùn)土、海泡石、凹凸棒石、沸石等具有高比表面積和選擇性吸附活性的新型非金屬礦物環(huán)保材料；以非金屬礦為基料的道路標(biāo)志、防酸雨、抗氧化、防火、耐候、防污、保溫隔熱等特種涂料；與節(jié)能與安全相關(guān)的輕質(zhì)、保溫絕熱、防火、阻燃材料；與建材裝飾相關(guān)的人造石和異形裝飾石材；具有耐高溫、耐凍、耐磨等功能的路面瀝青改性填料；與快速交通工具相關(guān)的礦物纖維和人造礦物纖維增強(qiáng)高性能摩擦材料以及高速公路和高速鐵路噪聲阻隔材料等具有廣闊的發(fā)展前景。

（5）非金屬礦物化工技術(shù)　非金屬礦物化工是綜合和高效利用非金屬礦物資源的重要途徑之一，特別是對(duì)于重晶石、天青石、明礬等硫酸鹽礦物，菱鎂礦、石灰石、白云石等碳酸鹽礦物，金紅石、鈦鐵礦等含鈦礦物，高鋁黏土礦物，含鋯、鉀、磷、硫、硼等元素的非金屬礦物，具有良好的發(fā)展前景。

非金屬礦物化工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一是提高資源的利用率以及原料中有用元素或化合物的提取率或回收率，如綜合利用各種尾礦資源；通過(guò)創(chuàng)新工藝技術(shù)和設(shè)備，更新改造傳統(tǒng)工藝。

非金屬礦物化工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之二是拓展用非金屬礦物制備的化工產(chǎn)品的品種，特別是通過(guò)采用新工藝和新技術(shù)生產(chǎn)納米級(jí)產(chǎn)品，如納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米氧化鋁、納米氧化鈦、納米氧化鎂、納米氧化鋯、納米碳酸鎂、納米氫氧化鎂、納米氫氧化鋁、納米氧化鋇、納米碳酸鋇、納米碳酸鍶、納米碳化硼等以及不同晶形和一定孔徑分布的多孔產(chǎn)品，如晶須、針狀、片狀、柱狀、立方體狀、球狀等晶形的粉體產(chǎn)品和各種分子篩。此外，發(fā)展綠色工藝、減少污染、保護(hù)環(huán)境以及降低能耗和生產(chǎn)成本也是非金屬礦物化工技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。

（6）脫水　非金屬礦加工產(chǎn)品脫水技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)：一是盡可能地采用機(jī)械脫水，因?yàn)闄C(jī)械脫水方式能耗最低；二是提高機(jī)械脫水作業(yè)的效率，特別是高黏性超細(xì)粉體漿料的過(guò)濾效率；三是提高干燥作業(yè)的效率，降低干燥作業(yè)的能耗；四是提高脫水作業(yè)的自動(dòng)化水平；五是發(fā)展大型化過(guò)濾和干燥設(shè)備。