非金属矿业论文参考文献

朱松耆

（苏州中材非金属矿工业设计研究院，苏州 215004）

摘要 本文概述了中国几种重要的非金属矿的开采技术和实践经验，包括石膏、金刚石、石墨、膨润土、石棉、滑石、云母和高岭土。简要分析了这些矿物开采的特殊性，介绍了有关矿种开采技术的实例。

关键词 非金属矿；开采技术。

作者简介：朱松耆，教授级高级工程师，电话，E-mail：。

一、非金属矿开采概况

我国已探明资源储量的非金属矿产有91种，已规模化开采的有20余种，现仅就其中几种非金属矿的开采技术作一介绍。

中国金刚石、高岭土、云母、石棉、石膏、石墨、滑石、膨润土的开采情况如表1所示［1～6］。

表1 非金属矿开采概况

注：本表仅列“矿点”，非公司名。1 ct＝ g。

二、非金属矿开采的特殊性

（一）矿物品级及晶体保护

非金属矿各矿种的产品根据用途和工业要求都有不同的分级方法，这对开采也产生一些特殊要求。

如表2中所列，金刚石、石棉、云母、滑石、石膏、高岭土等矿物在工业上主要或部分是利用其物理力学性质的，成了直接利用的工程材料。金刚石颗粒细小，岩矿开采时无法考虑其保护；金刚石砂矿开采时，由于金刚石密度大，特别是颗粒大的，常富集于砂层底部和阶地下部，要求特别注意对这部分矿体的保护和开采。石棉、云母、滑石、石膏、高岭土等矿物开采时都要按工业要求考虑其保护措施。

表2 非金属矿产品工业要求与分级对开采的影响

一些非金属矿物即使品位相同，但所含矿物的品级不同，售价不同，会引起开采技术经济指标的很大变化，影响开采方法和采矿方法的选择。有的价值昂贵，如云母矿，面积较大的薄片云母价格达400元/kg，面积为4 cm2的薄片云母价格为80元/ kg。从经济效益出发，开采时必须考虑其晶体保护。

（二）赋存条件和产状上的特殊性

如金刚石矿床，矿体为直立管状。开采时从开拓系统的选择到采矿方法都要作适应性的考虑。

（三）矿石及围岩特性

一些非金属矿矿石及围岩松软，矿层厚度大，在开采中必须采取特殊措施，保证生产的安全和高效。如高岭土矿和滑石矿，它们的特殊性能要求在开采和巷道支护方面采取相应的特殊措施。露天开采中，由于滑石越纯润滑性越好，自然安息角小，常要求边帮放缓，这样会使基建投资和开采成本增加。

（四）矿石性质的特殊性对开采的特殊要求

如纤维石膏价格高，但其质软易磨损，开采时需特别防止其受磨损，膨润土遇水后会迅速膨胀和崩解，不能采用湿式凿岩。高岭土砂矿由于矿石中含石英砂和砂砾，结构松散，冲采淘洗后高岭土矿易富集，开采时有条件的应当用水力开采以取得好的技术经济效果。

三、各矿种的开采简况

（一）石膏开采

中国石膏矿床规模大、质量好的都是沉积型。地下开采矿山有：邵阳石膏矿、平邑石膏矿、太原石膏矿等，南京石膏矿年产量为40×104t。荆门石膏矿是目前开采纤维石膏最大的矿山。露天开采的矿山一般规模较小，主要分布在甘肃、四川、宁夏、青海等省。

1.地下矿开拓运输方法

其方法有竖井开拓，如平邑石膏矿等；斜井开拓，如已采完的应城石膏矿；竖井、斜井联合开拓，如南京石膏矿；平硐开拓，如太原石膏矿、灵石石膏矿。灵石石膏矿曾用平硐溜井开拓，但不成功，雪花石膏（质量好的二水石膏）和一般普通石膏在通过大溜井放矿时易粉尘化，且夹有泥质，因此在水的作用下常造成溜井出矿口的堵塞事故，生产不正常；无水时漏斗放矿又尘埃迷漫，岩尘细微，用一般通风措施也难以解决问题。太原石膏矿采用平硐无轨开拓，于20世纪70年代末80年代初改用全无轨化采矿，当时在中国矿业界是第二个实例，既典型又具有先进性。该矿采用平硐无轨开采的有利条件是：矿体埋藏高于地面，矿层缓倾斜，倾角为5°～10°，适合平硐开拓和分层开采时汽车的运输；采用房柱法开采，采准切割巷道基本上都建于矿体内，可回收矿石，使基建投资下降；矿体及围岩稳固性好，矿房高达10 m，跨度12～15m，经久不垮，允许采用大型无轨设备；巷道断面大，但实际支护率仅8%，基建费用省；可边基建边生产，可局部投产、简易投产，见效快；生产规模不大，坑内运输车辆不多，通风比较好解决。该矿投产后结算，每吨矿石的单位投资仅元，而那一时期同样规模的矿山都在100元以上。说明这种开拓方法是适于这一类型石膏矿体的。

2.石膏的开采工艺

分两类：一是纤维石膏矿的开采；二是雪花石膏、普通石膏和硬石膏矿的开采。纤维石膏硬度小，性脆，容易变成粉矿而损耗，开采装运时要避免捣运，避免用耙矿设备，避免用漏斗放矿，还由于矿石价值高（3倍于普通石膏），采用长壁选别充填采矿法，回采工作面崩落下的矿石用人工选别将矿石装入矿车，如荆门石膏矿。雪花石膏、普通石膏和硬石膏开采工艺相似，回采时用全面采矿法或房柱采矿法。

3.常用设备

地下开采时的技术装备主要是提升、运输、压气、通风、排水和采矿场的凿岩设备、装矿设备等。下面仅将提升设备举例说明如下（表3）。太原石膏矿无轨开采时多用轮胎式电动装载机，2 m3铲斗或较小铲斗的电动铲运机，汽车为10 t坑用自卸汽车，通风用二台4-72离心式通风机并联抽出式运行。

表3 石膏矿地下开采提升设备举例

（二）金刚石开采

金刚石矿床分原生和次生。原生矿的产状有岩管型和岩脉型，次生的是金刚石砂矿。在开采方法上，岩管型的一般是露天或露天和地下联合开采。岩管产状特殊，是直通地表的近直立的管状，截面面积呈圆形或似椭圆形。通常面积为500～600 m2，大的达2000～3000 m2，有的甚至更大，一般岩管向深部面积愈来愈小，品位愈来愈贫，金刚石质量也变差（碎粒级增多），为尽快发挥投资效果，上部皆露天开采；一定深度后转入地下开采。原生矿岩脉的开采为地下开采，例如蒙阴红旗1号岩脉的开采，现已采完。次生的金刚石砂矿均为露天开采，品位不高，但宝石级金刚石含量高，经济效益好，例如原湖南常德金刚石矿和原山东郯城金刚石矿。

1.开拓运输方法

岩管的露天开采用公路螺旋线开拓，逆时针方向展线，用10 t汽车运输。金刚石砂矿一般都用公路开拓，汽车运输。

2.开采工艺

露天开采时分台阶开采，钻孔用YQ-150A型潜孔钻机，采用松动爆破，1 m3挖掘机，10 t汽车将矿石由回采工作面一直运到选矿厂。金刚石密度大，达～，多富集于砂层底部和阶地的下部，开采时要注意清扫这些部位。也有用空气吸管清扫矿层底板的。

（三）石墨开采

中国晶质石墨矿都为露天开采，有：原南墅石墨矿、原北墅石墨矿、黑龙江萝北石墨矿、黑龙江鸡西石墨矿等。萝北石墨矿号称亚洲第一大矿。隐晶质石墨矿，都为地下开采，现开采的矿山有吉林磐石（烟筒山）石墨矿和湖南鲁塘石墨矿。

1.开拓运输方法

大型露天矿多用公路开拓，用载重量为15～20 t，个别也用8 t的自卸汽车运输。地下开采，用平硐或斜井开拓。

2.开采工艺

露天开采穿孔用KQ-150型潜孔钻机，采装工作用1～2 m3的电动挖掘机。地下开采的隐晶质石墨矿，由于矿石和围岩的稳固性差，均采用崩落采矿法，又由于石墨的滑腻性、摩擦角小等特点，将所有巷道都做成倾斜，创造性地使用了无底柱分段崩落法，矿石从工作面自溜至放矿溜井，除巷道倾角略小的设置些搪瓷溜槽，整个回采工艺不再设其他装运设备，具有设备简单、装运费省、容易掌握等优点。

（四）膨润土开采

膨润土是矿物成分以蒙脱石为主的粘土矿，又称蒙脱石粘土。其开采方法有露天开采和地下开采，矿石年产量大于20×104t属大型矿山，露天开采的有：辽宁黑山膨润土矿、河南信阳膨润土矿、甘肃金昌红泉膨润土矿、新疆托克逊县柯尔膨润土矿、新疆布克塞尔县夏子街矿等；地下开采的有浙江省临安膨润土矿、浙江仇山磁土矿、吉林九台膨润土矿等。按产量计露天开采占总产量的75%。包括中小型矿山全国有200余家。

露天开采普遍采用公路开拓，汽车运输。地下开采矿山都采用斜井开拓。

由于蒙脱石是不稳定矿物，吸水后要剧烈膨胀，此性能影响开采工艺选择，露天开采的黑山膨润土矿浅部为软质膨润土，深部为硬质膨润土。地下开采的膨润土矿常为硬质膨润土，临安膨润土矿和仇山磁土矿采用空场采矿法，九台膨润土矿用分层崩落采矿法。在回采工艺上不能用一般的湿式凿岩，不能用洒水除尘，而是要用电钻。

（五）石棉开采

石棉开采方法有露天开采和地下开采。目前中国规模较大的矿山皆为露天开采。有茫崖石棉矿、新疆巴州石棉矿、新疆若羌石棉矿、甘肃阿克赛石棉矿。其中茫崖石棉矿精矿产量达10×104t/a、阿克赛矿达20×104t/a、巴州矿达4×104t/a，是全国最大的三个矿区，差不多占全国总产量的85%。阿克赛矿的年产量差不多是全国总产量的50%。

1.开拓运输方法

露天矿山都采用公路开拓汽车运输，由于年采剥总量的增加，达（200～300）×104t甚至更大，运输汽车也向大载重量发展，现通常用15 t、20 t自卸式汽车。

2.开采工艺

一些大型石棉矿山设备比较现代化，开采台阶高度为12 m，穿孔设备采用KY-150型牙轮钻和YQ-150型潜孔钻；采装工作面已较普遍地采用2 m3、4 m3大型挖掘机，以取代小型挖掘机；辅助设备，如清理平整场地和收集矿岩用的推土机也已大型化。

（六）滑石开采

滑石大型矿山，有辽宁海城滑石矿，广西龙胜滑石矿，山东胶东地区的平度、海阳、栖霞等滑石矿。这三省的滑石生产量占全国总产量的85%，是中国滑石生产的三大基地。包括中小型矿山，全国有220多家滑石矿。

1.开采方法

有露天开采和地下开采。露天开采的有海城滑石矿，该矿开采矿点很多，有资料说该地区精矿总产量已达100×104t/a，海城东矿区范家堡子是中国最大的露天开采的滑石矿，广西龙胜滑石矿、山东平度滑石矿为凹陷露天开采。地下开采的有海城滑石矿西部矿区，山东胶东地区的海阳滑石矿和栖霞滑石矿等。

2.开拓方法

露天开采多用公路开拓汽车运输，海城矿东矿区露天开采用7 t、15 t自卸汽车运输，广西龙胜矿用12 t自卸汽车运输。地下开采，用竖井开拓的有胶东的栖霞滑石矿和海阳滑石矿；用平硐开拓的如海城矿西部矿区和海城的水泉滑石矿。

3.开采工艺

露天开采的海城东矿区露天矿，穿孔用YQ-150A潜孔钻机，挖掘用1 m3挖掘机，由于滑石质软，其莫氏硬度为1～，有滑感，而且滑石纯度越高其润滑性越好，极易裂开成薄片，自然安息角小，约为35°～40°，极不稳固。围岩一般也均不稳固，节理、裂隙发育，这对开采工艺的影响很大，如海城东露天矿底帮最终边坡角仅40°，顶帮为36°是很缓的。使剥采比增加，造成基建投资和开采成本的增加。地下开采由于矿石及围岩不稳固使巷道支护困难，海城西部矿区采矿曾采用下向分层的选别充填采矿法，随着选矿技术的改进，允许降低入选矿石品位，开采时用无底柱分段崩落采矿法。山东栖霞，辽宁本溪、营口等滑石矿采用分段自然崩落采矿法。

由于滑石在工业上主要作粉体填料，多利用其白度，开采时要求不被第四纪土层及污浊的矿坑水所染色。手选后在工业上直接利用的要保护其纯度。

（七）云母开采

中国白云母的主要产地，新疆阿尔泰、四川丹巴和内蒙古土贵乌拉三大基地，现都已闭矿。金云母一般开采规模不大，有河南镇平、吉林集安等。碎云母矿河北灵寿矿区最大，还有江西、湖南、湖北、山西等矿点。由于云母纸和云母粉的生产和应用，碎云母的生产已占云母工业的主导地位。

云母露天开采的有新疆阿尔泰云母矿。

开拓运输方法：露天开采常用公路开拓、斜坡道开拓，由于开采量小也用无沟开拓。公路开拓，一般用5t自卸汽车运输。无沟开拓是用简易索道横跨采场提升运输。

由于云母矿价值昂贵而开采规模又小，开采工艺简单，炮孔布置要避开富矿带，爆破后在工作面上人工拣选装运。

（八）高岭土开采

高岭土按自然产出的形态及工业要求分：软质高岭土、砂质高岭土和硬质高岭土。软质高岭土规模最大的是苏州中国高岭土公司，产量为25×104t/a，品位高，原矿可直接在工业上利用，低档的作耐火材料。其手选1号泥比手选4 号泥价格高10 多倍，因此开采时要求保护优质土，保护原矿的纯度，并使其不变成碎屑状，过去多在回采工作面进行人工选别回采，现在开采规模大了，但为与手选车间的衔接，仍要适当选别回采。砂质高岭土（又称砂性高岭土），我国资源丰富，近10多年来蓬勃发展，建成许多大型和超大型矿山。如广东茂名高岭科技有限公司（10×104t/a造纸涂料级高岭土、广东茂名石化高岭土有限公司（5～8）×104t/a造纸涂料级高岭土、广西兖矿集团北海高岭土有限公司（10×104t/a陶瓷用高岭土）、福建龙岩高岭土公司（5×104t/a陶瓷用高岭土）等。正在建设的广西合浦沪天高岭土有限公司规模更大。硬质高岭土也称煅烧高岭土，中国一般是煤系硬质高岭岩（土）经深加工处理而得，由于硬质高岭岩是和煤共生、伴生，其开采是按煤的开采情况及其本身的赋存情况来定的。

高岭土矿的开采方法有露天开采也有地下开采，热液蚀变型和沉积型的高岭土矿一般浅部用露天开采、深部用地下开采。如苏州中国高岭土公司所属阳西矿区和阳东矿区都曾浅部用过露天开采。砂性高岭土皆为露天开采。由于矿石中含石英砂或砂砾，结构松散，冲采淘洗后高岭土易富集，且白度、细度好，有条件的应采用水采水运。如上述广东茂名的两个矿山及正在建设中的广西合浦沪天高岭土公司的矿山。福建龙岩高岭土公司也是砂性高岭土，规模也大，由于该处缺水，只能用一般的露天开采法，旱采旱运；广西兖矿集团的北海矿高岭土矿也是旱采旱运。

1.开拓运输方法

露天开采用过窄轨开拓，电机车牵引矿车运输，如苏州中国高岭土公司所属阳东、阳西矿区。砂性高岭土水采时，用水枪冲采和渣浆泵配合作业，矿浆从设于矿块中的集浆池用渣浆泵输送至选厂，一般采用200/150R-AH型渣浆泵通过直径为250mm塑料管输送。福建龙岩高岭土矿和广西兖矿集团的北海高岭土矿都采用公路开拓，汽车运输。地下开采有竖井开拓、斜井开拓等，如苏州中国高岭土公司所属的矿山。

2.开采工艺

水力开采采用SQ-80型、平桂-150型、平桂-200型水枪，冲下的渣浆用渣浆泵输送至粗选厂。这种开采方法的优点是工艺简单，设备简单，劳动生产率高，选矿厂的制浆工艺提前，采选一体化，这种方法在英国用得较多。龙岩高岭土矿和一般露天矿一样，采用挖掘机加汽车。该矿用WK-2型挖掘机，17 t自卸汽车。软质高岭土的地下开采，如中国高岭土公司阳西竖井、观山竖井等，由于矿体松软易碎，具有可塑性，遇水后有吸水性和膨胀性，同时还具有隔水性，是典型的塑性介质。脉内巷道采取封闭式支护，采矿方法结合松软厚矿体的特点采用分层崩落法。回采时用风镐及手镐落矿，据有关文献报道，国外有用沿进路自动推进的刮刀采装联合机进行回采的。底板大理岩中有纯净氮气，在该岩层中进行反井掘进时，采取预防氮气外漏的措施。

参考文献

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［5］唐靖炎，何保罗.我国非金属矿开发利用现状.中国建材，2006（1）

［6］胡勤，周伟.试论中国非金属矿工业发展战略.中国非金属矿工业导刊，2008（1）

A Brief Introduction to Mining Technology of Some Kinds of Non-metallic Minerals in China

Zhu Songqi

（Suzhou Zhongcai Design and Research Institute for Non-metallic Mineral Industry，Suzhou Jiangsu 215004，China）

Abstract：The paper summarizes mining technology and practical experiences for several kinds of non-metallic minerals in China，such as gypsum，diamond，graphite，bentonite，asbestos，talc，mica and specific characteristics of mining technology for these minerals are briefly illustrative cases of mining practices are introduced.

Key words：non-metallic minerals，mining technology.

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：。

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≤μm；2002年d97≤μm。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～μm。

（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。

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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.

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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