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２００２年第４期 中国非金属矿工业导
刊 总第２８期
［行业发展
］
非金属矿物材料的加工与应用
郑水林
（中国矿业大学北京校区化环系，
北京 １０００８４）
［摘 要］
非金属矿物材料应用范围广泛，
市场前景看好。
本文着重介绍了非 金属矿物材料的加工技术，
包括颗粒
制备与处理、
材料的 复合及加工技术等。
［关键词］非金属矿物材料；加工；复合；应用
［中图分类号］
ＴＢ３２１ ［文献标识码］
Ａ ［文章编 号］
１００７－９３８６（２００２）０４－０００３－０５
１ ２１
世纪的产业发展与非金属矿物材料
“
非金属矿物 材料”
是指以非金属矿物和岩石为
基本或主要原料，
通过 物理、
化学方法制备的功能性
材料或制品，如机械工业和航空航天工业用
的石墨
密封材料和石墨润滑剂、
石棉磨擦材料、
高温和防 辐
射涂料等
；
微电子工业用的石墨导电涂料、
< p>显像管石
墨乳、
熔炼水晶等；以硅藻土、
膨润土、< /p>
海泡石、
凹
凸棒石、
沸石等制备的吸附、< /p>
助滤和环保材料
；
以高
岭土
（石）
为原料制备的煅烧高岭土、
铝尖晶石、
莫
< br>来石、赛隆、分子筛和催化剂；以珍珠岩、
硅藻土、
石膏、
石灰石、
蛭石、
石棉等制备隔热保温防火和节
能
材料及轻质高强建筑装饰材料；以碎云母为原料
生产的超细云母填料、
颜 料以及云母纸和云母板等；
以膨润土为原料制备的凝胶及有机膨润土等。
非金属矿石是人类利用最早的矿物材料。从原
始人使用的石斧、石刀到
现在以非金属矿为原料制
备的各种非金属矿物新材料，人类在利用非金属矿
物原
（材）
料方面走过了从简单利用到初步加工后利
< br>用，
再到深加工和综合利用的漫漫历程。
现代科技革
命和产业发展，尤其是高技术和新材料产业的发展
开创了广泛应用非金属矿物材料的新
时代，非金属
矿物原
（材）
料加工业已被视为２１世纪的 朝阳工业。
以信息、
微电子、
生物、
< p>航空航天、海洋开发以
及新材料和新能源为主的高技术和新材料产业
将在
２１
世纪进一步发展壮大，这些高技术和新材料产业
与非金属矿物
（原）
材料密切相关。
例如，
石墨、
云
母、
石英、
锆英石、
金红石、
高岭土、
滑石、
叶蜡石、
长石、
金刚石等与微电子及信息技术及其产业有关
；
氧化
硅、
石墨、
云母、
高岭土、
硅灰石、
硅藻土、
滑
３
石、
方解石、< /p>
夕线石、
石英、
红柱石、
蓝晶石、
石 棉、
菱镁矿、
石膏、
珍珠岩、
叶蜡石、< /p>
金刚石、
石榴子石、
蛭石、电气石、绿泥石等与新材料技术
及其产业有
关；石墨、
重晶石、
膨润土、
石英等与新能源有关；
沸石、
麦饭石、
硅藻土、
凹凸棒石、
海泡石、
膨润土、
蛋白土、
高岭土、
麦饭石等与生物技术及产
业有关；
石墨、
石棉、
云母、
石英等与航空航天技术
与产业有关。因此，高技术和新材料产业是
２１
世纪
初
非金属矿深加工技术和非金属矿物材料发展的重
要机遇之一。
进入
２１
世纪，
化工、
机械、
能源、
汽车、
轻工、
冶金、
建材等传统 产业将引入新技术和使用新材料，
进行技术革新和产业升级，
这些技术进 步与产业升级
与非金属矿物材料或深加工产品密切相关。
例如，
造
纸工业的技术进步和产品结构调整需要大量高纯、
超细
的重质碳酸钙、
高岭土、
滑石等高白度非金属矿
物颜料和
填料
；
高分子材料
（塑料、
橡胶、
胶粘剂等）
的技术进步以及工程塑料、塑钢门窗等高分子基复
合
材料的兴起需要数以百万吨计的超细和活性碳酸
钙、
高岭土、
< p>滑石、针状硅灰石、
云母、
透闪石、
二
氧化硅、
氢氧化镁、
氢氧化铝等功能填料； 汽车面漆、
乳胶漆等高档油漆以及防腐蚀和辐射、
道路发光、
吸
< p>波等特种涂料需要大量的珠光云母、
着色云母、
超细
和高白度碳酸钙、
超细二氧化硅和玻璃微珠、
针状超
细硅灰石、
超细和高白度煅烧高岭土、
有机膨润土等
非金属矿物颜料、
填料和增粘剂； 冶金工业的技术进
步和产品结构调整
需要高品质的以夕线石、
红柱石、
［收稿日期］
２００２－０５－２４
［作者简介］郑水林，男，４５
岁，博士，教授。
郑水林：非金属矿物材料的加工与应用
蓝晶石等高铝矿物为原料的高铝耐火材料和以镁
（菱镁矿）和碳（石墨）为原料的镁碳复
合材料；新
型建材和防火、节能产品的发展需要大量的石膏板
材
和饰面板、
花岗岩和大理岩板材和异形材、
以硅藻
土、<
/p>
超细石英粉、
石灰粉、
针状硅灰石等为原料的微
孔硅钙板、
膨胀珍珠岩、
轻质保温隔热材料，
等等；
石化工业的技术进步和产业升级需要大量具有特定孔
径分布、
载
体以及以膨润土为原料的
活性白土；
机电工业的技术
进步需要以碎云母为原料制造的云母纸和云
母板绝
缘材料、
高性能的柔性石墨密封材料、
石墨盘根、
石
棉基板材和垫片
；
汽车工业的发展需要 大量以石棉、
石墨、
针状硅灰石等非金属矿为基料的磨擦材料和以
超细碳酸钙、
高岭土、
珠光云母等为颜料和填料的汽
< p>车专用涂料
；
功能性化学纤维的发展需要金红石
（二
氧化钛）
、二氧化硅、氧化铝、云母、电气石、石墨
等超细、分散性和相容性好的非金属矿物填料。因
此，
传统产业的技 术进步和产业升级是
２１
世纪初我
国非金属矿深加工技术
和产业发展的主要市场之一。
环境保护是人类
２１
世纪面临的重大挑战之一，
它直接关系到人类的生存和经济社会的可持续发展。
随着人类环保意识的增强和全球环保标准及要求的
提高，
环保产业将成为
２１
世纪最重要的新兴产业之
一。
许多非金属矿物材料，
如硅藻土、
沸石、
膨润土、
凹凸棒石、
海泡石等经过加工
（提纯、
表面处 理和复
合）具有选择性吸附有害及各种有机和无机污染物
的功能
，
而且具有原料易得、
本身不产生二次污染等
优点。因此
，环保产业是
２１
世纪初非金属矿深加工
技术和非金属矿
物材料发展的另一个重要机遇。
２ 非金属矿物材料的加工
非金属矿物材料加工的目的是通过一定的技术、
工艺、设备生产出满足市场要求的
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
面或界面性质的粉体材料以及一定尺寸、
形状 、
机械
性能、
物理性能、
化学性能、
生物功能等的功能性产
品。
非金属矿物材料
的加工技术包含以下二个方面：
（１） 颗粒制备与处理技术。
主要包括矿石的粉碎
与分级技术、
矿物选矿提纯技术、
矿 物
（粉体）
的表
面或界面改性技术、脱水干燥技术、造粒
技术等；
（２） 材料的复合及加工技术。
主要包括非金属矿< /p>
物材料的原料配方技术、
加工工艺与设备等。
４<
/p>
２．１ 颗粒制备与处理技术
颗粒制备与处理技术是非
金属矿物粉体材料所
必须的加工技术，
目的是通过一定的技术、
工艺、
设
备生产出满足市场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。
２１世纪非金
属矿物粉体原
（材）
料在高技术新材
料、
传统产业技术进步和产业升级、
环保产业以及人
民生活等中的广泛应用是
以该原
（材）
料中较高的技
术含量为前提的，
深加工是满足市场发展的必
由之路。
（１）
“
粉碎与分级”
是以满足应用领域对粉体原
（材）料粒度大小及粒度分布要求的粉体加工技术。
主要研究内容包
括： 粉体的粒度、
物理化学特性及其
表征方法； 不同性质颗粒的粉碎
机理；
粉碎过程的描
述和数学模型； 物料在不同方法、
设备及不同粉碎条
件和粉碎环境下的能耗规律、粉碎及分级效率或能
< br>量利用率及产物粒度分布； 粉碎过程力学；
粉碎过程
化学
；
粉体的分散； 助磨剂的筛选及应用
；
粉碎与分
级工艺及设备；
粉碎及分级过程的粒度监控和粉体的
粒度检测技术等。它涉及颗粒学、力学、固体物理、
化工原理、
物理化 学、
流体力学、
机械学、
岩石与矿
物学、
晶体学、
矿物加工、
现代仪器分析与测试等诸
多学科。
由于超细粉体具有比表面积大、
表面活性高、
化
学反应速度快、
烧结温度低且烧结体强度高、
填充补
强性能好、
遮盖率高等优良的物理化学性能。
因 此，
许多应用领域要求非金属矿物原
（材）
料的粒度微细
（微米或亚微米）
；部分领域不仅要求粒度超细而且
要求粒度分布范围窄。如部分高档纸张涂料要求重
质碳酸钙的细度为
－２
μ
ｍ
≥
９０％，粒度分布要求最
大粒度≤
５
μ
ｍ， －０．２
μ
ｍ
≤
１０％～１５％；再如，降
解塑料要求重质
碳酸钙的细度为
－
（
６
～７
）
μ
ｍ
≥
９７％，要求最大粒度≤
８
μ
ｍ；功能纤维填料要求无
机非金属填料的细度为<
/p>
９７％
≤
２
μ
ｍ，最大粒度≤
３
μｍ；高聚物基复合材料用氢氧化镁和氢氧化铝阻
燃
填料要求中位径
ｄ
５０
≤
１
μ
ｍ， ９７％
≤
５～６
μ
< p>ｍ。
２１
世纪市场对各类非金属矿超细粉体材料的需求量
< p>将显著增大，预计
２０１０
年将达到
２００
万
ｔ
左右。因
此，未来粉碎与分级技术发展的重点
将是超细粉碎
和精细分级技术。
首先，
将在现有粉碎设备 基础上完
善工艺配套，
开发分级粒度细、
精度高、
处理能力大、