高等选矿学结课作业.docx

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高等选矿学结课作业

成绩

硕士研究生课程考试试卷

考试科目高等选矿学

（二）

考试时间2015.06.10

学生姓名

学号

所在院系

任课教师

2015硕士高等选矿学

（1）试卷

班级姓名

一、综述我国选煤技术的现状与发展。

（15分）

二、简述矿物粉体技术的研究现状与发展。

（10分）

三、综述矿物按密度分离的理论和设备。

（15分）

四、画出脱泥和不脱泥重介工艺的典型流程图，谈谈脱泥和不脱泥重介工艺的看法。

（15分）

五、论述粗煤泥分选设备的研究现状与发展。

（15分）

六、简述按磁性和电性不同实现矿物分离的方法和设备。

（10分）

七、简述型煤技术的研究现状与发展。

（10分）

八、简述水煤浆技术的研究现状与发展。

（10分）

参考书

（1）王淀佐等.《矿物加工学》.中国矿业大学出版社,2001.8

（2）谢广元等.《选矿学》.中国矿业大学出版社,2001.8

（3）赵跃民等.《煤炭资源综合利用手册》.科学出版社,2004.3

（4）张家骏、霍旭红.《物理选矿》.煤炭工业出版社,1992.10

（5）王敦曾.《选煤新技术的研究与应用》.煤炭工业出版社,1999.8

（6）选煤系列丛书

一、综述我国选煤技术的现状与发展。

（15）

答：

近年来，我国选煤工业发展迅速，选煤技术在筛分破碎、跳汰选煤、重介选煤、浮游选煤、细粒煤分选分级及脱水、干法选煤、煤炭洗选脱硫等方面都取得了很大的进步。

重介质选煤技术以其对煤质适应能力强、入选力度范围宽、分选效率高、易于实现自动控制、单机处理能力大等优点，近年来得到了大力推广应用，在我国各种选煤方法构成中，已超过跳汰所占比例，成为主导选煤方法。

目前，新建的大型选煤厂多采用重介质选煤工艺。

例如：

根据煤质差别和产品要求，采用块煤重介浅槽、末煤三产品重介旋流器或二产品重介旋流器主再选、粗煤泥干扰床或螺旋分选机、细煤泥浮选的联合分选工艺；采用我国独创的原煤不脱泥无压三产品重介旋流器配煤泥重介简化工艺；采用我国独创的脱泥分级重介旋流器分选工艺，即：

原煤预先分级（Φ2mm）、脱泥（Φ0.3mm），＞2mm粗物料由大直径三产品重介质旋流器分选，2-0.3mm细粒级由较小直径重介质旋流器分选，＜0.3mm煤泥浮选。

我国选煤工艺技术达到了国际先进水平。

1）筛分破碎技术

煤炭筛分理论的研究主要集中于：

筛面上物料的运动规律（单颗粒运动理论（定常运动理论和混沌运动理论）和物料群运动和振动分层理论）；筛分过程的透筛概率理论（单颗粒透筛概率理论和粒群透筛概率理论）；筛分数学模型（理论模型和经验模型）。

对潮湿细粒煤干法深度筛分的基础研究，使一批实用技术，如滚跳筛网自清理筛、悬挂式驰张筛、激振筛网弹性杆自清理筛、多段组装博后筛等相继应用于粘湿细粒物料的筛分。

我国在筛分理论研究的基础上，相继研制了共振式概率筛、惯性概率筛、等厚筛分、概率等厚筛、GXS高效琴弦筛、螺旋筛分机、GPS高频细筛、GPS高频振动脱水筛等，助推我国选煤技术的发展。

在破碎理论研究的基础上，相继出现了一批新型煤用破碎设备，煤科总院唐山分院研制的新齿型分级破碎机集分级和破碎功能于一机，不仅使原煤准备工艺进一步简化，而且可按工艺要求制备合适的粒度。

2）跳汰选煤技术

由于跳汰选煤法存在分选效率受给料性质影响较大，在细粒物料多、可选性差的条件下，分选效率会显著下降的缺陷，近年来，随着重介质选煤技术的快速发展，跳汰选煤工艺所占比重不断降低。

但对于易选至中等可选煤的分选，其分选精度、效率与重介质法相当。

同时，跳汰机得自动控制技术的发展，为易选煤至中等可选煤的跳汰高精度分选提供了有力保障。

用于重介分选选前动筛排矸的动筛式跳汰机（包括液压驱动式动筛跳汰机和机械驱动式动筛跳汰机）不仅解决了因矸石量大和变化大造成旋流器分选精度低，产品质量不稳定的问题；使大量矸石不经过原煤贮运系统，节省了大量的运输成本和仓储成本；大辐提高了脱介筛的脱介效率，降低了介耗；避免了泥化现象严重的原煤中的煤泥对介质系统的影响，确保了悬浮液系统密度和黏度的稳定性，及新磁性物在悬浮液中合理的质量分数。

煤科总院唐山分院和沈阳煤炭研究所在消化吸收国外先进技术的基础上，分别开发了TD系列液压驱动式动筛跳汰机和GDT系列机械驱动式动筛跳汰机，推动了国产动筛跳汰机的发展。

3）重介选煤技术

重介质选煤法适宜分选难选和极难选煤，其分选粒级较宽。

目前，在重力场中分选时，块煤重介质分选粒度上限一般为300mm，最大可达1000mm，下限为3~6mm如果在离心力场中（如重介质旋流器内）分选，分选粒度下限为0.15~0.2mm，甚至更小。

给料的粒度上限，主要由重介质旋流器的入料管直径决定，目前，末煤用重介质旋流器分选粒度上限为13~25mm，大直径无压给料重介质旋流器的人料粒度上限可达50~80mm。

重介质分选可实现稳定的低密度分选，分选精度高，块煤分选机分选效率可达95%，重介质旋流器约达90%左右。

目前已采用的重介质选煤工艺有：

跳汰粗选－重介质旋流器精选工艺、块煤跳汰－末煤重介质旋流器分选工艺、块煤重介质分选机－末煤重介质旋流器分选工艺、三产品重介和二产品重介工艺、煤泥重介工艺、大型高效重介选煤简化工艺（大型无压给料三产品重介旋流器+大型高效脱介筛+卧式振动离心机+高强度磁选机+煤泥重介旋流器对原煤不脱泥、不分级、80~0mm级混合入选）、原煤不脱泥重介分选工艺（小直径重介质旋流器+大直径重介质旋流器分选全粒级原煤）等。

近年来，重介旋流器（包括我国自主知识产权的三产品重介质旋流器）选煤得到了广泛推广使用。

当要求出块煤产品时，采用有压入料重介旋流器不利于保护块煤产品。

三产品无压入料重介质旋流器能以单一低密度重介质悬浮液系统一次分选出质量合格的精煤、中煤和矸石产品，相对有压入料重介质旋流器能够减少矸石泥化，省略了一套高密度重介质悬浮液的制备、循环、回收系统，简化了流程，降低了成本。

重介质旋流器的流场理论和耐磨性是目前研究的重点。

其中，对于流场理论研究主要集中于颗粒分层运动分析和密度场的形式研究两个方面。

为解决耐磨问题，国内旋流器的主要生产厂家多数采用氧化铝陶瓷粘贴作旋流器衬里，部分厂家采用耐磨铸铁件。

重介质分选机主要有国产的双锥形重介分选机、斜轮重介分选机、立轮重介分选机和引进的浅槽重介质分选机。

浅槽重介质分选机具有易操作、易维护、低投资和高效率等特点，随着元器件及整机的国产化，逐步得到推广应用，有替代重介斜轮、立轮分选机的趋势。

目前我国新建选煤厂块煤分选工艺多采用重介浅槽和动筛跳汰机。

4）浮游选煤技术

煤泥浮选的研究主要集中于选前高效调浆技术（如剪切调浆、功率超声调浆等）、优化浮选工艺（如高硫煤电解浮选、药剂乳化及微乳化工艺、喷射式浮选机的工艺、微泡浮选柱工艺、载体浮选工艺、絮凝浮选工艺、改性造粒浮选工艺、煤泥反浮选工艺、分级浮选工艺等）和采用高效浮选药剂（主要致力于煤泥浮选促进剂和复合浮选药剂两方面）。

细粒煤的浮选主要采用浮选机和浮选柱。

对于浮选机，目前国内选煤厂使用的大多是机械搅拌式浮选机（主要有XJX及XJX-T型、XJN型、XJM及XJM-S系列等），且单槽容积趋向大型化。

对于浮选柱，国内使用较多的是中国矿业大学研制的FCSMC系列旋流静态微泡浮选柱（床）和FXZ系列静态浮选柱。

FCSMC系列旋流静态微泡浮选柱有浮选柱、浮选床两个系列，柱体高度5.5~6m。

处理能力相当时浮选床的占地面积较小。

FXZ系列静态浮选柱直径1~3m，高度6~9m。

5）细粒煤分选、分级及脱水技术

细粒煤的分选除了采用浮选技术外，还有干扰床分选技术（包括液固流化床（TBS）分选、CSS分选机分选等）、螺旋分选机分选技术、煤泥重介质旋流器技术、水介旋流器分选技术、离心分选技术（包括Falcon离心分选机分选、高效离心跳汰机分选和摇床分选）、复振跳汰机分选技术、油团聚选技术、选择性絮凝技术、静电分选技术和干法磁力分选技术等。

近年来，干扰床分选机发展迅速，是选煤厂粗煤泥分选的首选设备，相对于螺旋分选机和煤泥重介旋流器具有更多的优点：

分选密度可控、可调，最低可达1.4kg/L；有效分选密度范围宽，为1.4～1.8kg/L；自动化水平高；不需复杂的入料分配系统，设备结构简单，维护工作量小；不需要重介质和化学药剂。

对于细粒煤的分级，主要有筛分分级、水力分级和离心力分级三种。

筛分分级主要有德瑞克高频振动细筛、电磁高频振网筛等；水力分级主要有角锥池、斗子捞坑等；离心力分级主要有水力旋流器、筛网旋流器等。

细粒煤脱水技术主要有：

机械脱水技术（有真空过滤、加压过滤、离心过滤、直接压滤、沉降过滤离心脱水、管式压滤脱水等）、热力干燥技术（有直接干燥和间接干燥两种，目前我国绝大部分选煤厂采用直接干燥）、复合脱水技术（借助各种力场复合作用实现和强化细精煤脱水）、掺粗脱水技术、助滤剂辅助脱水技术（添加化学助滤剂高分子絮凝剂、表面活性剂等）等。

脱水设备有各种类型的离心脱水机和过滤脱水设备（加压过滤机、真空过滤机、压滤机等）。

6）干法选煤技术

干法选煤主要是利用煤与矸石的物理性质差别实现分选的，所谓物理性质包括密度、粒度、形状、光泽度、导磁性、导电性、辐射性、摩擦系数等。

干法选煤主要包括风选、拣选、摩擦选、磁选、电选、X-射线选、微波选、空气重介质流化床选煤等，其中已实现工业应用的有风力选煤（风力摇床、风力跳汰）和空气重介质流化床选煤。

干法选煤主要应用于寒冷、水资源短缺地区的煤炭分选以及易泥化煤种的分选，在众多选煤方法中应用比例相对较小，应用较多的为风力选煤。

近年来，在空气重介质流化床选煤技术的基础上有发展了<6mm细粒级煤分选技术、>50mm大块煤分选技术、<1mm微细煤粉摩擦电选技术、三产品双密度层空气重介质流化床选煤技术、复合式干法选谋技术等。

7）煤炭脱硫技术

我国近些年来一直投入大量资金开发的煤炭深度降灰脱硫新技术，主要分为3类：

物理脱硫、化学脱硫、生物脱疏。

物理脱硫方法主要有：

重力选、微细介质重介选、高梯度磁选、静电选、微波选、选择性絮凝法、微泡浮选法等；而化学脱硫是采用化学萃取法进行化学处理。

研究表明，这些技术均可脱除煤中部分硫分和灰分，但由于脱硫效果不显著或生产费用昂贵等原因，大多仍处于试验室阶段。

我国选煤技术的新发展在于：

1）选煤厂建设规模大型化。

近几年建成了一大批规模大、可跻身世界先进行列的现代化选煤厂。

其中，动力煤的布尔台选煤厂3100万t/a、哈尔乌素选煤厂2500万t/a；炼焦煤的临涣选煤厂1250万t/a、龙固选煤厂1000万t/a等。

2）许多选煤厂的主要工艺技术达到了世界选煤行业的先进水平。

各种类型的先进选煤工艺在我国几乎都有应用。

如块煤重介浅槽分选、二产品重介旋流器主再选、螺旋分选、微泡浮选、干扰床分选等当今世界通行、先进的选煤工艺；无压三产品重介配煤泥重介、喷射式浮选、复合式干法风选等中国独创的选煤工艺。

3）传统的重介、跳汰、浮选三大选煤技术在中国得到进一步发展和完善。

其中，重介选煤工艺进一步发展为三产品重介、二产品重介，有压重介、无压重介，块煤重介、末煤重介、煤泥重介，分级重介、空气重介等工艺。

4）新建选煤厂采用了一大批在世界上也是比较先进、大型化的进口选煤设备。

如槽宽7.9m重介浅槽、直径Φ1.5m重介旋流器、长宽4.3m×9.0m香蕉振动筛、直径Φ1.5m离心振动脱水机、直径Φ5.0m普浮乐浮选机、直径Φ50m高效浓缩机、直径Φ3.0m干扰床分选机（TBS）、面积980m2板框压滤机等。

5）许多选煤厂的自动化程度非常高。

对于重介选煤厂而言，除了传统的重介密度控制之外，又增加了生产系统和设备的检测、监测、单机自动化、过程自动化、设备单机保护、生产系统保护、事故报警、网络通讯、工业电视、无线通讯等一系列的生产控制功能，这些功能取代了绝大部分的人工操作。

神东矿区各选煤厂的生产定员已经能控制在30人以下，达到了世界先进水平。

6）选煤副产品得到了综合利用。

洗矸石和高灰分煤泥用作综合利用电厂的燃料，或用于生产矸石砖、水泥等，有的用作铺路、充填塌陷区和造地复田，延长了煤炭企业的产业链，为发展循环经济和节能减排创造了条件，减少了矿区环境污染。

7）培养出大批的选煤专业工程技术人才，具备了一支技术力量雄厚的教学、科研、设计队伍。

二、简述矿物粉体技术的研究现状与发展。

（10）

答：

伴随着矿物材料技术的发展，矿物粉体技术已成为一大行业，与当今一些优先发展的科学领域密切相关。

与矿物粉体加工技术相关的工艺过程单元包括：

粉碎、分级、提纯、固液分离、混合、分散、改性、造粒、干燥、烧结、散料运输、贮存、粉体检测、粉尘爆炸控制和纳米粉体合成等。

由于矿物种类繁多，应用领域广泛，技术指标复杂，故主要针对粉碎分级、选矿提纯、表面改性等工艺单元对矿物粉体技术的研究现状与发展进行简述。

1）粉碎分级

矿物粉体（特别是非金属矿物粉体）的粉碎加工依产品粒度大体分为：

破碎（产物粒度1~35mm）、磨矿（产物粒度10~1000μm）及超细粉碎（产物粒度0.1~10μm）三个层次。

破碎可分为粗破碎、细破碎，主要采用颚式、锤式、反击式、圆锥、辊式破碎机等设备，分级设备有固定筛、各种振动筛等；磨矿可分为粗磨（20～200目）和细磨（≥325目），主要有球磨机、棒磨机、砾磨机、自磨机、雷蒙磨、辊磨机、离心磨、涡流磨、振动磨、压辊磨等设备，筛分与分级设备有直线振动筛、圆振动筛、水力旋流器、旋流细筛、叶轮式分级机、悬吊筛等；超细粉碎有气流磨、搅拌磨、砂磨机、高速机械冲击磨、胶体磨、行星球磨机等设备，分级设备有涡轮式空气离心分级机、碟片式离心机、小直径水力旋流器（组）等。

各个不同粉碎和分级层次所应用的主要工业设备列于表1。

表1矿物粉体加工中应用的粉碎和分级设备

作业段

粉碎设备

筛分与分级设备

破碎

颚式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、圆锥破碎机，辊式破碎机等

固定（格条）筛、各种振动筛、平面摇动筛等

磨矿或磨粉

球磨机、棒磨机、砾磨机、自磨机、雷蒙磨（悬辊式磨粉机）、辊磨机、旋磨机、柱磨机、涡流磨、振动磨、塔磨机、离心磨、机械冲击磨、压辊磨等

直线振动筛、双轴振动筛、高频振动筛、概率筛、旋流细筛、水力旋流器、螺旋分级机、水力分级机、旋风（惯性）分级机，叶轮或涡轮式分级机、悬吊筛等

超细粉碎或超细磨

气流磨、搅拌磨、研磨剥片机、砂磨机、振动磨、球磨机、高速机械冲击磨、股体磨、高压均浆机、行星球磨机等

涡轮式空气离心分级机、卧式螺旋卸料离心机、碟片式离心机、小直径水力旋流器（组）组等

粉碎分级技术的发展趋势是：

①提高机械粉碎的产品细度（<1mm）、降低粉碎极限、设备大型化、降低单位产品能耗和磨耗、稳定产品质量；②发展高效低耗和大处理量的分级技术和设备；③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。

2）选矿提纯

目前，工业上大多数非金属矿物，如石灰石、方解石、大理石、白云石、石膏、重晶石、滑石、叶蜡石、绿泥石、膨润土、伊利石、硅灰石、煤系硬质高岭岩、玻璃原料石英岩等只进行简单的拣选和分类。

目前工业上进行选矿提纯的非金属矿主要有：

石棉、石墨、高岭土、硅藻土、石英、云母、石榴子石、蓝晶石、夕线石、红柱石、蛭石、菱镁矿、长石、金红石、锆英砂、萤石等。

石棉主要采用风选和筛分分级；石墨天然可浮性好，主要采用浮选，对要求固定碳含量达到95%以上的高纯石墨采用化学选矿（强酸、碱处理和高温煅烧）；软质高岭土主要采用重选（水力旋流器和离心分级）除砂，强磁或高梯度磁选机及化学漂白（还原和氧化漂白）除铁增白；硅藻土主要采用擦洗分散、分级除晶质二氧化硅、选择性沉降分离粘土；高纯石英主要采用酸浸和纯水洗涤；云母则主要进行人工或机械拣选及摩擦选矿以及风选和重选除砂；石榴石主要采用摇床分选；夕线石和蓝晶石则在去除矿泥的基础上主要采用浮选；长石主要采用磁选，与石英分离时，主要采用浮选；蛭石主要利用其膨胀后与脉石矿物的密度差采用简单的风选和水选；菱镁矿主要采用热选，即控温煅烧后进行分选；金红石和锆英砂主要采用电选、磁选和重选综合力场选矿工艺；萤石和滑石主要采用浮选工艺。

主要发展趋势是围绕石墨、石英、高岭土、云母、滑石、硅藻土、锆英砂、硅灰石、重晶石、金红石、膨润土、萤石、夕线石、红柱石、蓝晶石、电气石等非金属矿物的共伴生矿物分离、高纯度精选等发展微细粒选矿提纯和精选技术、复合力场分选技术以及综合利用技术。

3）表面改性

矿物粉体材料在应用前大多要进行表面处理或表面改性，以提高其性能。

表面改性的方法主要包括表面化学包覆、沉淀反应包覆、插层改性等；采用的表面改性剂包括有机物和无机物二大类；改性工艺包括干法和湿法；改性设备主要有连续式的粉体表面改性机、间歇式的加热搅拌机、涡流磨、搅拌反应罐和反应釜等。

表2所示为目前非金属矿物粉体表面改性常用的表面改性剂及改性设备。

表2非金属矿物粉体常用的表面改性剂及改性设备

表面改性方法很多，主要有表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等。

目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法和机械化学改性法及复合法。

①表面化学包覆改性法：

是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。

所用表面改性剂主要有偶联剂（硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等）、表面活性剂（高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等）、有机低聚物及不饱和有机酸等。

改性工艺可分为干法和湿法两种。

②沉淀反应法：

是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法。

粉体表面包覆纳米TiO2、ZnO、CaCO3等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO2制备珠光云母颜料、钛白粉表面包覆SiO2和Al2O3。

③机械力化学改性法：

是利用超细粉碎过程及其他强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。

机械化学作用可以增强颗粒表面的活性点和活性基团，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。

以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。

④化学插层改性法：

是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱（如分子键或范德华键）或存在可交换阳离子等特性,通过化学反应或离子交换反应改变粉体的性质的改性方法。

因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状或似层状晶体结构，如蒙脱土、高岭土等层状结构的硅酸盐矿物或粘土矿物以及石墨等。

用于插层改性的改性剂大多为有机物，也有无机物。

⑤复合改性法：

是指综合采用多种方法（物理、化学和机械等）改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。

目前应用得复合改性方法主要有物理涂覆/化学包覆、机械力化学/化学包覆、无机沉淀反应/化学包覆等。

表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。

目前工业上应用的表面改性工艺主要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。

干法工艺根据作业方式的不同又可以分为间歇式和连续式；湿法工艺又可分有机改性工艺和无机改性工艺；复合工艺又可分为物理涂覆/化学包覆、机械力化学/化学包覆、无机沉淀反应/化学包覆工艺等。

近年来，在表面改性工艺，特别是超细粉碎与表面改性一体化工艺及纳米粉体的原位修饰或表面改性工艺方面取得了显著进展。

目前工业上应用的表面改性设备可分为两大类：

①从化工、塑料、粉碎、分散等行业中引用过来的，如干法表面改性用的高速加热式混合机、冲击式粉体表面改性机、卧式加热混合机、以及湿法表面改性用的反应釜、可控温反应罐；②专用粉体表面改性设备，主要有SLG型连续式粉体表面改性机和PSC型连续式粉体表面改性机。

非金属矿物粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂（或处理剂、包覆剂）在粉体颗粒表面的吸附、反应、包覆或包膜来实现的。

目前应用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子以及金属氧化物及其盐等。

近几年，表面改性剂在硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、用于超细轻质碳酸钙和纳米碳酸钙表面改性双子星表面活性剂二磷酸酯盐等方面取得了较大的进展。

层状硅酸盐矿物粉体的插层改性

层状硅酸盐矿物粉体的插层改性是研究最为活跃的表面改性领域之一。

虽然早在20世纪70年代前后就有“有机膨润土”这类有机季铵盐类插层改性的产品问世，但近10年来研究日趋广泛和深入。

除了有机膨润土产品品种和生产技术不断改进之外，聚合物/蒙脱土纳米复合材料、膨润土或蒙脱石的无机柱撑或交联等的研究和产业化也取得了显著进展。

特别是聚合物/蒙脱土纳米复合材料已进入产业化阶段，对新型聚合物/纳米粘土复合材料的发展有重要的推动作用；此外，高岭土插层（利用尿素、联苯胺、乙酰胺等化学药剂）纳米复合材料、蛭石插层改性材料、绿泥石插层改性材料等层状硅酸盐矿物的插层改性技术研发也不同程度地取得一些有价值的进展。

表面无机复合改性

非金属矿物粉体的表面无机复合改性是制备功能粉体材料的重要技术方法，近年来已成为粉体表面改性技术和功能材料制备技术的热点研发方向之一。

目前取得的进展主要是纳米金属或氧化物、氢氧化物、碳酸盐表面改性的复合矿物粉体材料，如金属/粉煤灰空心微珠复合粉体、金属氧化物/硅灰石复合粉体、纳米TiO2/多孔矿物复合粉体（TiO2/硅藻土、（TiO2/蛋白土、TiO2/凹凸棒石、TiO2/沸石、TiO2/海泡石等）、金属氧化物/重晶石复合粉体、金属氧化物/云母复合粉体等；表面无机复合改性方法主要有物理法（如气相沉积、真空或溅射镀膜、机械研磨）和化学法（如均匀沉淀、溶胶凝胶）等。

其中一些复合粉体材料已进入产业化或已进行中试。

表面无机复合改性涉及应用广泛的新型功能材料的开发，具有重要的商业化价值，因此，申请的发明专利近几年逐年增加。

（1）金属/粉煤灰空心微珠。

（2）纳米硅酸铝/硅灰石复合粉体材料。

（3）纳米碳酸钙/硅灰石复合粉体材料。

（4）纳米TiO2/多孔矿物复合粉体。

表面改性的发展趋势是：

①在设备结构优化的基础上采用人工智能技术对主要工艺参数和改性剂用量进行在线自动调控；②在现有表面改性剂基础上、降低生产成本；运用先进化学、高分子和化工科学技术和计算技术，研究开发应用性能好、成本低、在某些应用领域有专门性能或特殊功能并能与粉体表面和基质材料形成牢固作用的新型表面改性剂；③在多学科综合的基础上，根据目的材料的性能要求来选择粉体材料和“设计”粉体表面，并运用先进计算方法以及智能技术辅助设计粉体表面改性工艺和配方。

4）脱水（过滤和干燥）、煅烧、造粒及包装

目前工业上应用的过滤设备主要有压滤机、离心机、真空过滤机等；干燥设备主要有喷雾干燥机、圆筒干燥机、闪蒸干燥机、多功能干燥机、流化床干燥机、隧道式干燥机等。

针对超细粉体干燥过程团聚问题的集干燥与解聚于一体的干燥技术与设备，如多功能干燥机、闪蒸干燥机等也已在超细重质碳酸钙、超细高岭土、超细电气石、水镁石等的加工中成功地得到应用；压滤脱水设备和卧式螺旋离心脱水设备已广泛用于超细高岭土、膨润土、凹凸棒土等强粘性粘土矿物的加工；国产喷雾、挤压等造粒设备及颗粒整形设备也已在工业上应用。

此外，近几年针对非金属矿物超细粉体的包装设备有了较快发展，自动计量和气固分离、连续包装的真空包装机和其他自动化连续包装设备已在生产中广泛应用。

5）其他

粉体技术的加工还包括脱水（过滤和干燥）、煅烧、造粒及包装。

目前工业上应用的过滤设备主要有压滤机、离心机、真空过滤机等；干燥设备