非金属矿与金属矿、燃料矿一起被称为材料工业的三大支柱。非金属矿工业的发展状况是衡量国家科技进步以及工业发达程度的重要标志之一,许多工业发达国家的非金属矿产值已超过金属矿。由于非金属矿产品独特的物理化学性质,非金属矿产品的应用领域几乎渗透到各个工业部门,并在整个国民经济中起着愈来愈重要的作用。非金属矿的利用取决于对其进行深加工的程度,包括超细粉碎、超细分级、精细提纯和表面改性等,其中有效的超细粉碎是进行各项深加工的前提和保证。因此,超细粉碎技术的发展就在一定程度上决定了非金属矿产品的合理开发和综合利用效果。经过几十年特别是近十年的研究开发,非金属矿工业取得了巨大的发展,其深加工技术不断完善,缩小了与工业发达国家的差距,基本上能满足自身行业和相关领域所需原料的质量要求。超细粉碎和分级技术已经能够按需求加工 10～1μm的各类非金属矿物粉体原料。各类超细粉碎与精细分级设备大多都能生产,设备性能和配套工艺技术逐渐接近或达到国际先进水平,有些设备在结构性能方面还具有新的独到之处。矿物原料的制备技术已能为汽车、造纸、橡胶、塑料、机械、陶瓷、微电子、特种涂料、航空航天、复合材料等工业提供功能性非金属材料。
1 非金属矿超细粉碎的特点
我国非金属矿产品的开发利用始于50年代,到目前为止已经发现有经济价值的非金属矿产就达100多种,产地达5000余处[3]。作为重要的工业资源,非金属矿产量占矿物开采总量的70%[1]。非金属矿大部分经粉碎分级后直接用于农业、化工、造纸、塑料、橡胶和涂料等产品之中。由于非金属矿的种类繁多,根据其用途不同对粉碎产品的粒度分布、纯度等方面都提出各种不同的要求。因此,超细粉碎技术的发展必须适应其特定的要求。一般来讲,对非金属矿的要求有以下几点。
(1)细度。非金属矿产品的应用均要求一定的细度。如高岭土、重质碳酸钙作为造纸原料需要产品细度为-2μm占90%,白度>90%;高档油漆填料重质碳酸钙粉细度为1250目;硅酸锆作为陶瓷乳浊剂需要平均细度为0 5～1μm;硅灰石作为填料,也要求其细度<10μm等。
(2)纯度。非金属矿产品的纯度要求也是其主要指标之一。这意味着在粉碎过程中不得污染,应保持原有的成分。如果是白色的矿物还要求有一定的白度,如造纸用煅烧高岭土、滑石粉的磨粉机白度要求≥90%，造纸涂料、填料以及高档油漆填料用重质碳酸钙的白度要求>90%等。
3)粉体形状的特殊要求[4][5]。有些非金属矿产品对其形状提出了严格的形状要求,以适应不同需要。如复合材料增强用的硅灰石,其超细粉体要求尽量保持它原始的针状结晶状态,使硅灰石产品成为天然的短纤维增强材料,其长径比要求>8～10;湿法云母粉由于它的多层结构多被用做电介材料、高档珠光涂料、珠光油漆原料和珠光颜料,要求云母粉为片状,粉碎加工过程中应尽可能地保证所得颗粒的径厚比,其表面不能有太多的划伤,否则会影响它的光学效果,其径厚比>40～60;造纸涂布级高岭土希望在超细粉碎的同时保持片状矿物的特性,提高粉料的涂布遮盖能力。
2 非金属矿超细粉碎设备的发展现状
超细粉碎设备是其整体技术的关键。80年代以前我国超细粉碎设备生产厂家很少,所需产品主要靠进口设备加工或直接进口。80年代以后,通过引进、消化、吸收和组织技术攻关,开始研制和开发各类超细粉碎和精细分级设备。迄今为止,超细粉碎设备的生产厂家已达数十家之多,其设备性能也达到国际先进水平。近几年来,每年都有数十项专利问世。