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。 窑 CaCO3+(heat) CaO+CO2 （生石灰） 轻质碳酸钙生产方程式：熟化器 CaO+H2O Ca(OH)2?+?热 （熟石灰） 反应器 Ca(OH)2+?CO2 CaCO3?+?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 1）化工领域造纸、 橡胶------增强、增光、抗老化（碳酸钙、氧化钛） 化纤、纺织------提高光滑度（加入氧化钛、氧化硅） 日用化工-----化妆品、牙膏等（应用最早的行业） 医药细化------提高吸收率（超微钙） 2）生物、医学 亚微米及纳米级针剂 保健品细化------提高吸收率 超硬、抗冲击材料-----陶瓷粉、硬塑（重量轻） 超细氧化剂、-----燃烧速度提高?1~10?倍 3）军事、航空、电子、航天等领域 超细氧化铁粉-----高性能磁材料 超细氧化硅------高性能电阻材料 超细石墨-----高性能显象管和电子对抗材料 3 超细粉碎技术发展、现状及趋势 1）?发展简史 超细粉碎是随着现代科学技术发展而兴起的一门跨学科、跨行业的高新技术，同时也是 老的粉碎技术的新发展和新的应用。 超细粉碎技术发展于上世纪?60~70?年代。 压碎机 粉碎技术发展 16?世纪----19?世纪中叶新概念磨机 很多种类至今仍在应用 研磨机 粉碎工艺不断改进 20?世纪?70?年代至今 超细粉碎技术逐步完成并趋于完善 新设备不断延生 （1）?超细粉碎设备的发展 超细粉碎技术发展初期，着重粉碎技术和设备的研究开发。 70?年代前，只能粉碎到?325?目，而现代工业需要多为?500~1250?目，更高者甚至要求亚 微敉或纳米级，因此要求不断推出新的超细粉碎设备。 美、德、前苏联相继研制出新型气流粉碎机、高效搅拌研磨机、高速冲击式粉碎机、冷 冻粉碎机等数十种新型粉碎设备。 近年来发展起来的超细粉碎机有：行星式球磨机、振动球磨机、搅拌球磨机棒机等。 针对一些特殊性能的材料，新研制出砂磨机、剥片机、胶体磨机等。 （2）粉体分级技术的研究与发展 由于现代科学技术的不断发展，应用部门对超细粉体提出的要求越来越高（粉体细、粒 径分布窄）。而机械粉碎方法加工出来的粉体粒径分布一般较宽，为满足用户要求，须对粉 体进行分级处理。 16?世纪以前就出现以筛分为代表的分级技术，但筛分对超细粉体则无能为力。70?年代 开始，随着新型超细粉设备的延生，分级技术也有了飞跃性发展。 到目前为止，分级方法有两种，干式和湿式。干式分级极限在微米级，湿式分级可达亚 微米级。 超细粉体分级机的主要类型：叶轮式、涡流式、漩流式、碟式、卧螺式等。 分级机使用方式：单元操作使用和组合使用。多用粉碎机与分级机组合使用，其优点是： 可提高系统产量，避免物料过粉碎，同时可降低能耗和成本。 2）超细粉体技术发展趋势 由于超细粉体技术是一门跨学科跨行业的新兴技术，今后发展就集中在如下几个方面： （1）?超细粉体制备 （2）?超细粉体性能研究 （3）?超细粉体应用究 对于超细粉体制备技术，主要在于研究更新的制备原理、方法和设备，其主要目的在于： ? 能制备出粉体粒度更细、分布更均匀、分散和表面性能更优的粉体产品； ? 设备生产能力大，产量高、能耗低、耐磨性好、使用寿命长； ? 工艺简单、生产连续、自动化程度高、产品质量稳定。 3）今后研究的主要任务 超细粉体性能研究。可望通过粒子设计对粉体进行改性或复合处理，使其达到理想性能。 4）今后研究的主要内容： 超细粉体的应。
