——郑水林（中国矿业大学北京10083）

20年前中国非金属矿工业协会应运而生。20年来，在国家改革开放不断深化、国民经济持续快速发展、社会生活不断进步的大背景下，伴随现代科学技术的进步和高技术与新材料产业的发展，通过中国非金属矿工业协会、科研院所、企业及行业科技与教育人士持续不断的努力进取，中国非金属矿加工技术，特别是深加工技术取得了巨大进步，由此推动了我国非金属矿产业的持续快速发展。参与和目睹这20年的巨大发展和变化是十分幸运的。

1，  回顾

在1986年之前，只有石墨，石棉，高岭土矿进行选矿提纯，除石棉外，年产量都不到10万吨，石墨的纯度只能达到99%；只有滑石、石墨几种超细产品，年产量不足万吨；很少有表面改性产品生产；只有石棉制品、云母制品等很少的几种非金属矿制品；从加工设备来说，超细粉碎、精细分级、表面改性基本上是空白，生产超细滑石粉的气流粉碎机全部从欧洲国家进口。20年后的今天，已有十种以上的非金属矿进行选矿提纯，石棉的年产量达到40万吨以上，鳞片石墨的产量达到30万吨以上，石墨的纯度可以达到99.99%以上，高龄土选矿产品的产量已达到270万吨以上；年超细产品的产量已达到1000万吨以上，其中超细重质碳酸钙300万吨以上，超细轻质碳酸钙200万吨以上，超细高岭土200万吨以上，超细滑石粉60万吨以上；表面改性产品500万吨以上；非金属矿物材料和制品上千种。从加工设备来说，年产超细粉碎设备数千台（套），品种齐全，部分设备达到国际先进水平，不仅满足国内需要，而且出口到德国、法国、英国等工业发达国家和东南亚、南亚、中东等地区的发展中国家；表面改性设备从无到有，国产先进的连续表面改性设备已广泛用于非金属矿物填料和颜料的表面处理；选矿设备的处理能力、分选效率不断提高；用于非金属矿选矿提纯的破碎与磨矿设备、高梯度磁选机、浮选机、过滤设备、干燥设备、煅烧设备等取得了巨大进步。以下重点回顾总结超细粉碎、表面改性。煅烧等非金属矿加工技术的发展历程及目前存在的问题。

1.       超细粉碎技术

2.       20世纪80年代初以来20多年间中国超细粉碎技术与设备的发展大体上经历力了三个阶段。从80年代初至80年代末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。90年代初至90年代末期是引进国外技术、设备与国内仿制、开发同步进行的时期，我国的超细粉碎设备体系和超细粉碎技术大体上是在这一时期建立起来的。2000年以后，进入了自主开发和制造为主、引进为辅的阶段，期间建立的超细粉体加工厂大多采用国产技术和设备。从2000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十年显著增加，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。以下以精细分级、干法机械超细粉碎、湿法搅拌磨等三个方面为例进行回顾。

（1）       精细分级技术

1986年，世界先进分级技术水平为产品细度97%≤10um；1992年发展到97%≤6~7um;2000年发展到97%≤3~5um；2002年发展到97%≤2~3um。中国1986年还没有精细分级技术与设备，1995年前后分级技术达到97%≤10um；但以后与世界先进水平的距离逐渐缩小，1998年左右发展到97%≤6~7um;2004年发展到97%≤3~5um;2006年发展97%≤2~3um.。

(2)干法机械超细粉碎

1986年，中国还没有真正意义上（产品细度97%≤10um）的超细粉碎设备，那时，该细度的产品（如超细滑石粉）主要采用气流粉碎机；上个世纪90年代初，通过引进消化吸收和再创新，国内开始生产超细机械磨，此后广泛应用于重质碳酸钙、滑石、高岭土等的超细加工；但当时的设备生产能力较低，单位产品能耗较高（虽然低于气流磨）；1999年前后，开发出了完全具有自主知识产权的新型机械磨，超细粉体生产能力可以达到1000KG/h以上；单位产品能耗显著降低，已广泛应用于方解石、滑石、硬质高岭土、硅石灰等的超细粉碎加工。

（3）湿式搅拌磨

1986年工业化的超细搅拌磨再中国几乎还是空白。1990年我国开始发展超细搅拌磨技术，1993年前后开始在造纸涂料级超细碳酸钙、煤系煅烧高岭土的加工中应用，但当时的设备单机生产能力还很小，一条万吨级煅烧高岭土生产线需要装备十几台搅拌磨；1998年以后，发展速度加快，有80L发展到300L,2000年发展到500L，2002年发展到3000L，2004年发展到5000L。以煤系硬质高岭土为例，加工95%≤2um产品的能耗由1995年的350kwh/t降低到2006年100kwh/t左右。此外，在超细重质碳酸钙浆料的生产方面，单机生产能力（d902um折干量）：1995年300kg/h,2000年500kg/h,2003年1000kg/h,2005年2000kg/h,能耗1995年250kwh/t，2000年180kwh/t；2003年120kwh/t，2005年95kwh/t;同时在分散技术方面业取得了显著进步，2006年开始已经可以生产固含量75%、黏度≤300mpa’s、98%≤2um的超细碳酸钙浆料。目前，除了在线自动控制水平外，中国湿式搅拌磨的技术水平基本上与国际先进水平同步。

1.2表面改性技术

在中国非金属工业协会成立之初的20世纪80年代中期，中国的粉体表面改性技术基本上还是空白。随着塑料、橡胶、油漆涂料等工业的发展，1990年以后，中国开始开发粉体表面改性技术，开始主要是表面改性工艺和配方技术，即如何解决非金属矿物粉体（填料或颜料）与基料树脂的相容性问题。最初的很多表面处理是在材料加工时同步进行的，即在非金属矿物填料与树脂混合时加入表面改性剂；同时，由于用量不大，改性设备主要采用一种塑料混合设备——高速加热混合机。随着现代复合材料技术的迅速发展，1995年以后，表面改性工艺和配方技术的研发速度加快，表面改性剂的品种和数量也快速增加，同时，开始了专门的表面改性设备的研发；但这一阶段的高性能表面改性剂，如硅烷偶联剂国内仍不能大规模工业化生产。进入21世纪以后，国内非金属矿物粉体表面改性技术进步的速度显著加快，产业规模不断扩大，成熟工艺和配方技术迅速增加，国产高性能专业化改性设备，如SLG型干法连续表面改性机，达到国际先进水平，市场占有率迅速扩大。很欣慰的一点是，90年代中后期，中国粉体表面改性装备研发及时追踪了世界先进水平，研发了具有自主知识产权的专业化表面改性设备，所以，目前在国内非金属矿物粉体表面改性生产车间很少见到国外进口设备，这一点与20世纪90年代之前的超细粉碎生产大不相同。此外，进入21世纪后，国内表面改性剂生产技术发展迅速，不仅钛酸酯、铝酸酯。、硅烷偶联剂国内都能生产，而且品种显著增加；目前，硅烷偶联剂不仅可以满足国内需求，而且出口到欧美和日本等工业发达国家，市场价格也由2000年之前的平均120多元/千克下降到现在的60-90元/千克。

1.3煅烧技术

煅烧是部分非金属矿的重要加工技术之一，尤其是对于中国优势矿产资源——煤系高岭土的开发。

20世纪90年代初开始的煤系煅烧高岭土的开发，开启了中国非金属矿物粉体煅烧技术开发的热潮。但最初的煅烧技术基本上是从陶瓷、石灰和耐火材料工业移植过来的，属于静态煅烧技术，用这种技术和装备生产煅烧高岭土不仅产品质量不稳定，而且生产效率低、单位产品耗能高，而且劳动强度大。1994年山西某煅烧高岭土生产厂首次从英国引进隔焰式回转煅烧窑，但由于中国煤系高岭土与英国水洗高龄土的煅烧工艺特性的差别，英国人没有调试成功；中国工程技术人员经过近四年的努力，在1998年调试成功，生产初高品质的煅烧高岭土产品。此后，由于煅烧高岭土旺盛的市场需求，煅烧技术与装备的研发成为中国非金属矿物加工技术开发的热点之一。2000年中国仿制初英国的隔焰式回砖窑并成功的应用到内蒙古某高岭土公司3万吨/年生产线。但由于隔焰式回转窑生产能力的局限、较大的投资不能满足该领域大规模生产的需要，2004年国内开始研发直焰式回转煅烧窑，2006年年产3万吨直焰式回转煅烧窑成功地用于内蒙古呼和浩特某煅烧高岭土公司。国产直焰式回转煅烧窑的开发成功，不仅使煤系煅烧高岭土生产线的规模进一步扩大，产品质量进一步稳定，也使煅烧过程的能量利用率提高、单位产品能耗降低，煅烧生产线投资显著减少。

1.4存在问题

近20年来，中国非金属矿加工技术的进步是有巨大的，对非金属矿工业发展和相关应用产业发展的推动作用也是非常显著的。但是，与国际先进水平相比，我国非金属矿技术整体上任然存在一定差距。这些差距主要存在于高附加值精细加工技术和矿物材料加工技术、资源高效综合利于技术领域。主要体现在以下几个方面：

(1)通用加工设备，如超细粉碎设备、精细分级设备、表面改型设备、煅烧设备等的单机生产能及较小，工艺参数和质量指标的在线自动调控水平相当落后；

 (2)选矿加工技术，特别是高纯选矿技术相对落后；与超细粉碎、表面改性和矿物材料的技术进步相比，近20年来非金属矿选矿技术的进步相对缓慢；选矿技术发展滞后是造成目前我国资源利用率较低的主要原因之一，也是我国部分国防军工和高技术领域必须进口国外非金属产品的主要原因之一;

(3)表面改性配方技术不能满足相关领域应用的需要，这里既有研发投入不足的问题，也有体制方面的问题。由于表面改性配方属于个性化的技术解决方案，与应用领域及应用对象密切关联，涉及加工、应用和表面改性剂生产等诸多方面，是一个跨学科专业的新领域，需要粉体加工与处理、粉体应用、化工和材料等方面的专家协同攻关。

（4）矿物新材料生产技术发展滞后，特别是黏土矿物功能材料、石墨功能材料、环境与健康功能材料、绝热功能材料、生化功能材料等，品种少、功能性与国外先进产品存在较大差距。

（5）技术和产品标准落后，与国际先进水平存在较大差距。

2、展望

非金属矿是人类赖以生存和发展的重要矿源之一。非金属矿产品是现代工业的重要基础材料，也是支撑现代高新技术产业的原辅材料和节能、环保、生态等功能性材料，在现代经济和社会发展中扮演越来越重要的角色。中国是全球非金属矿产资源品种较多、储量较丰富的国家之一，石墨、滑石、菱镁矿、重晶石、萤石等非金属矿的储量和产量居世界前列；中国还是一个经济和社会正在迅速发展和变化的世界大国，对非金属矿产品的需求量持续快速增长。另一方面，虽然20多年来，中国非金属矿加工技术取得了巨大进步，但是，与目前世界先进技术相比，仍存在较大差距，还不能满足支撑高性能非金属矿产品和矿物材料生产、高效综合利用矿产资源以及节能、环保的需要。基于以上背景，未来10年中国的非金属矿加工技术发展的重点将是生产工艺节能降耗、资源高效综合利用、高性能非金属矿物材料制备技术。

（1）将通过大型装备开发、工艺优化和信息化、自能化控制水平的提高，显著降低磨矿、分级、超细粉碎、精细分级、表面改性、脱水干燥、煅烧等非金属矿物粉体生产作业的能耗和物耗；单位超细粉体的能耗较目前水平降低30%以上；

(2)综合采用多种选矿提纯技术和材料化技术，结合应用开发，提高资源的综合利用水平和尾矿等固体废弃物的资源化水平；资源的综合利用率较目前水平提高30%以上。

(3)交叉、融合矿物学、矿物加工、化工、材料、机械、电子、信息以及相关应用领域不同学科、通过超细、提纯、改型、表面（界面）性能调控、复合等深加工或精加工技术，开发满足高效节能、环保健康、新型能源开发、微电子、光电子、生物化工以及极端条件（高温、高压、高速、强腐蚀、强摩擦等）下使用的功能材料，显著提升非金属矿物材料的档次和技术附加值；同类非金属矿物或产品的进出口单价将逐渐趋近，2018年将大体相当。

（4）将逐步建立与相关应用领域需求发展相适应的先进技术标准，显著提高非金属矿产品质量的稳定性和非金属矿物材料的适用性。

来源于中国石墨行业网会刊

--〖中国非金属矿加工技术发展的回顾与展望 〗