1.5　非金屬礦加工技術的發展趨勢

非金屬礦是人類賴以生存和發展的重要礦產資源之一。非金屬礦礦物材料既是現代工業的重要基礎材料，也是支撐現代高新技術產業的原輔材料和節能、環保、生態等功能性材料，廣泛應用于現代高技術與新材料、傳統產業、環保與生態建設等產業以及人類日常生活中，在現代經濟和社會發展中扮演越來越重要的角色。

高效綜合利用和深加工是開發利用非金屬礦的必由之路。而功能化則是非金屬礦物材料發展的主題。

（1）精選提純　絕大多數非金屬礦物只有選礦提純以后其物理化學特性才能充分體現和發揮。因此，無論是新興的高技術和新材料產業、生物醫藥、環保產業還是傳統產業都將對非金屬礦物材料的純度提出更高的要求。而隨著非金屬礦物材料純度要求的提高，精選提純技術的難度也將增加；此外，資源的貧化和資源綜合利用率要求的提高也將增加精選提純技術的難度。因此，為了滿足相關應用領域對非金屬礦物原（材）料高純化的要求，微細粒選礦提純和綜合力場（重力、離心力、磁力、電力、化學力）精選技術將成為未來非金屬礦提純技術的主要發展趨勢，特別是石墨、金剛石、石英、長石、高嶺土、云母、滑石、硅藻土、鋯英砂、硅灰石、重晶石、金紅石、膨潤土、螢石、硅線石、紅柱石、藍晶石、菱鎂礦等非金屬礦物和巖石。

（2）超細粉碎　由于超細粉體具有比表面積大、表面活性高、化學反應速率快、燒結溫度低且燒結體強度高、填充補強性能好、遮蓋率高等優良的物理化學性能。因此，許多應用領域要求非金屬礦物原（材）料的粒度微細（微米或亞微米）；部分領域不僅要求粒度超細而且要求粒度分布范圍窄。如部分高檔紙張涂料要求重質碳酸鈣的細度為-2μm≥90%，粒度分布要求最大粒度≤5μm，-0.2μm≤10%～15% ；再如，功能纖維填料要求無機非金屬填料的細度為97%≤2μm，最大粒度≤3μm；高聚物基復合材料用氫氧化鎂和氫氧化鋁阻燃填料要求中位徑d₅₀≤1μm， 97%≤5μm。未來市場對各類非金屬礦超細粉體材料的需求量將顯著增長。因此，未來粉碎與分級技術發展的重點將是超細粉碎和精細分級技術。第一，將在現有粉碎設備基礎上完善工藝配套，開發分級粒度細、精度高、生產能力大、單位產品能耗低、磨耗小、效率高的精細分級設備；第二，發展粉碎極限粒度小、粉碎比和生產能力大、單位產品能耗低、磨耗小、粉碎效率高、適用范圍寬以及可用于低熔點、韌性、高硬度、高純度、易燃易爆等特殊物料加工的超細粉碎方法和設備；第三，發展粒度大小和粒度分布的自動監控和調節技術，完善粒度檢測方法和儀器。同時發展用于生產高長徑比硅灰石粉體和大徑厚比云母粉的專門的粉碎、分級工藝與設備。

（3）表面改性與復合　許多應用領域都對非金屬礦物材料的表面或界面性質有特殊要求，如高聚物基復合材料（塑料、橡膠、膠黏劑等）、多相復合陶瓷材料、涂料、功能纖維、生物醫學材料等要求非金屬礦物粉體材料表面或界面與有機或無機基料（高聚物、陶瓷坯料、油性漆、水性漆、化學纖維等）及生物基體有良好的相容性；石化工業用的沸石和高嶺土催化劑或載體要有特定的孔徑分布和較高的比表面積，煉油脫色用的活性白土（膨潤土）以及啤酒過濾用的硅藻土要有較強的表面吸附能力；用于廢水處理的膨潤土、硅藻土等對有機、無機污染物及重金屬離子等有選擇性吸附的能力；用于室內甲醛凈化的多孔礦物材料不僅要有良好的吸附捕捉性能，還要有持續高效分解的功能；鈦白粉需要在表面包覆硅、鋁、鋯并進行有機表面改性以提高其耐候性、分散性、相容性；高檔白云母顏料需要表面包覆二氧化鈦和其他金屬氧化物。表面改性與復合是優化非金屬礦表面性能、提升功能和應用性能和應用價值的重要深加工技術之一，對現代高新技術產業及環保健康產業的發展具有重要意義。

有機表面改性、無機包覆改性和層狀結構礦物（膨潤土、石墨、高嶺土、伊利石、蛭石等）的插層改性以及復合改性將是未來非金屬礦表面改性與復合的主要研發領域。

在表面改性與復合原理、方法和工藝方面，今后將在深化基本原理研究和優化現有方法和工藝以適應各種不同粉體材料和不同功能要求的表面改性處理的基礎上借鑒其他學科方法創新發展工藝簡單、可控性好的表面改性方法和工藝；并在多學科綜合的基礎上，根據目的材料的性能要求選擇粉體材料和“設計”粉體表面，運用先進計算方法及技術以及人工智能技術輔助設計粉體表面改性工藝和配方，以減少實驗室工藝和配方試驗的工作量，提高表面改性工藝和改性劑配方的科學合理性，實現更優的應用性能和應用效果。

表面改性劑在粉體的表面改性與復合中起重要作用。表面改性劑的發展方向：一是在現有表面改性劑基礎上，創新生產工藝、降低生產成本；二是運用先進化學、高分子和化工科學技術和計算技術，研發應用性能好、成本低、在專門應用領域有特殊功能并能與粉體表面和基質材料形成牢固作用的新型表面改性劑。

隨著市場對表面改性與復合粉體材料需求量的持續增加，表面改性裝備的大型化和高效、低耗化將是表面改性設備的必然發展趨勢。連續生產、對粉體及表面改性劑的分散性好、粉體與表面改性劑的接觸或作用機會均等、改性溫度可調性好、單位產品能耗低、磨耗小、無粉塵污染、操作簡便、運行平穩、適應性強的大型專用有機表面改性設備將具有良好的發展前景。同時，將在設備結構優化的基礎上采用人工智能技術發展主要工藝參數和改性劑用量的在線自動調控技術。

目前對表面改性產品尚缺乏標準化或規范化的質量檢驗和直接表征或評價方法。隨著表面改性技術的發展以及表面改性產品用途的擴大和用量的增加以及產業的壯大，需要建立系統、規范的表面改性產品質量標準和相應的檢測、評價或表征方法。

（4）非金屬礦物材料加工技術　功能化是未來非金屬礦物材料的主要發展趨勢。為了滿足相關應用領域對功能化非金屬礦物材料的要求，非金屬礦物材料加工技術將重點發展與航空航天、海洋開發、生物醫學、電子、信息、節能環保、生態修復、新型建材、新能源、特種涂料、快速交通工具等相關的功能性非金屬礦物材料的制備技術和設備。如石墨密封材料、石墨潤滑材料、石墨導電材料、礦物纖維和石墨增強摩擦材料、石墨插層化合物、高純超細石墨粉、云母珠光顏料、高溫潤滑涂料、輻射屏蔽材料、催化劑和催化材料、高性能吸附材料、增強填料、抗菌填料、阻燃填料以及石墨烯材料等。其中包括與高新技術產業相關的石墨烯、高純超細石墨粉（≤2μm）、石墨密封和潤滑材料、石墨導電涂料、石墨插層化合物、黏土層間化合物、云母珠光顏料、輻射屏蔽材料、催化劑和催化材料等；與環境保護相關的硅藻土、膨潤土、海泡石、凹凸棒石、沸石等具有高比表面積和選擇性吸附活性的新型非金屬礦物環保材料；以非金屬礦為基料的道路標志、防酸雨、抗氧化、防火、耐候、防污、保溫隔熱等特種涂料；與節能與安全相關的輕質、保溫絕熱、防火、阻燃材料；與建材裝飾相關的人造石和異形裝飾石材；具有耐高溫、耐凍、耐磨等功能的路面瀝青改性填料；與快速交通工具相關的礦物纖維和人造礦物纖維增強高性能摩擦材料以及高速公路和高速鐵路噪聲阻隔材料等具有廣闊的發展前景。

（5）非金屬礦物化工技術　非金屬礦物化工是綜合和高效利用非金屬礦物資源的重要途徑之一，特別是對于重晶石、天青石、明礬等硫酸鹽礦物，菱鎂礦、石灰石、白云石等碳酸鹽礦物，金紅石、鈦鐵礦等含鈦礦物，高鋁黏土礦物，含鋯、鉀、磷、硫、硼等元素的非金屬礦物，具有良好的發展前景。

非金屬礦物化工技術的發展趨勢之一是提高資源的利用率以及原料中有用元素或化合物的提取率或回收率，如綜合利用各種尾礦資源；通過創新工藝技術和設備，更新改造傳統工藝。

非金屬礦物化工技術的發展趨勢之二是拓展用非金屬礦物制備的化工產品的品種，特別是通過采用新工藝和新技術生產納米級產品，如納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米氧化鋁、納米氧化鈦、納米氧化鎂、納米氧化鋯、納米碳酸鎂、納米氫氧化鎂、納米氫氧化鋁、納米氧化鋇、納米碳酸鋇、納米碳酸鍶、納米碳化硼等以及不同晶形和一定孔徑分布的多孔產品，如晶須、針狀、片狀、柱狀、立方體狀、球狀等晶形的粉體產品和各種分子篩。此外，發展綠色工藝、減少污染、保護環境以及降低能耗和生產成本也是非金屬礦物化工技術的主要發展趨勢之一。

（6）脫水　非金屬礦加工產品脫水技術的主要發展趨勢：一是盡可能地采用機械脫水，因為機械脫水方式能耗最低；二是提高機械脫水作業的效率，特別是高黏性超細粉體漿料的過濾效率；三是提高干燥作業的效率，降低干燥作業的能耗；四是提高脫水作業的自動化水平；五是發展大型化過濾和干燥設備。