【原创】浅析非金属矿物粉体表面改性技术现状

www.188betkr.com 讯矿产资源是国民经济和社会发展的重要物质基础，我国90%以上的能源、80%以上的工业原料和 70%以上的农业生产资料都来自于矿产资源。非金属矿产是指能源矿产、金属矿产以外，自然产出的可供提取有用非金属元素、化合物或能直接利用其工艺技术性能的矿物和岩石。

我国非金属矿产资源丰富，已探明矿产93种，年采矿量超过100亿吨。矿种多、应用领域广、技术指标要求复杂是非金属矿物加工的主要特点之一。由于这一特点，非金属矿的加工工艺也是千差万别的。而表面改性是其重要的加工技术之一。

一、非金属矿物粉体表面改性紧迫性

1.需求预测

新常态下，我国经济对非金属矿产品的需求量将保持稳定增长，对产品的品种和质量会提出更高的要求。传统产业的转型升级对高性能产品的需求将保持增长；高新技术产业的发展将成为非金属矿产业新的增长点；节能、环保、生态建设、农业、新兴产业等将成为部分产品的重要市场。

矿产名称	2015年表观消费量	2020年表观消费量	年均增长率（%）
石墨 其中：晶质石墨 微晶石墨	110 65 45	165 85 80	8.45 5.51 12.20
长石	2300	2800	4.01
石 膏	4700	5000	1.25
滑 石	220	260	3.40
温石棉	25	30	3.71
高岭土	380	400	1.03
硅灰石	55	100	12.70
膨润土	500	600	3.71
硅藻土	40	60	8.45
萤 石	410	450	1.88
菱镁矿	1400	1600	2.71
重晶石	500	650	5.39
硅质原料	3500	3000	-3.04

2. 非金属矿产业政策

2016年国家出台的一系列非矿相关政策表明：未来将以提质、增效、升级为发展主线，走融合发展、创新发展、绿色发展道路，以发展非金属矿材料及制品业为重点，增加产品功能附加值，实现产业转型升级。

“十三五”非金属矿工业预期发展目标

发展方向	具体预期发展目标
产业规模	培育一批销售收入超亿元的骨干企业，打造15~20个销售收入5~10亿元的综合性龙头企业，建成5~10个年产值超过50亿元以上的资源特色产业集群生产基地。
创新能力	研发投入不断增加，骨干企业研发投入占销售收入比重达到3%。建成一批工程技术公共服务平台。
产业结构	淘汰落后产能，关闭一批技术落后、污染环境、无序开采和加工企业，提高产业集中度，重点矿种大中型企业产能所占比重达到40%以上。
产品结构	开发新产品，扩展新的应用领域，发展深加工及非金属矿物功能材料，中高端产品产值所占比重达到60%。
“三率”指标	重要非金属矿产的开采回采率和选矿回收率提高1~2个百分点，部分矿种废石和尾矿综合利用率达到30%。

二、非金属矿物粉体表面改性现状分析

粉体表面改性是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或界面进行处理，有目的地改变粉体材料表面的化学性质，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。它是集粉体加工、材料加工、材料性能、化工、机械等于一体的新技术。目前非金属矿物粉体表面改性采用的主要方法是表面化学包覆、沉淀反应包膜、插层改性等。

非金属矿物粉体表面改性常用的表面改性剂及改性设备

方法	工艺	表面改性剂	表面改性设备	应用的非金属矿物
表面化学包覆	干法	硅烷、钛酸酯、铝酸酯 、锆铝酸盐等偶联剂；表面活性剂；有机硅；不饱和有机酸及有机低聚物等	SLG型连续粉体表面改性机、高速加热搅拌机、卧式浆叶混合机、涡流磨 、流化床等	重质和轻质碳酸钙、滑石、高岭土、伊利石 、云母 、硅灰石 、氢氧化铝、氢氧化镁、石英粉、长石粉等
	湿法	硅烷、锆铝酸盐 、经过处 理的部分钛酸酯和铝酸酯偶 联剂；水溶性表面活性剂及高分子、乳化后的硅油等	加热搅拌反应罐或搅拌筒、反应釜等	轻质和重质碳酸钙、高岭土 、云母、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化钛、重晶石、电气石等
沉淀反应包膜	湿法	钛盐、铝盐、硅酸钠 、铁 盐 、铬盐 、钴盐 、锌 盐 、锆盐等	加热搅拌反应罐、反应釜、洗涤脱水及干燥机、焙烧窑炉等	云母、二氧化钛、石墨、高岭土、电气石、氢氧化镁等
插层改性	-	季铵盐、高聚物单体 、碱 或碱土金属、无机酸及其盐、稀土氧化物等	反应器、洗涤脱水及干燥机等	膨润土及其他粘土矿物、石墨、蛭石等

当前，国内非金属矿物粉体表面改性技术存在的主要问题是针对特定用途的非金属矿物表面改性工艺和配方技术远远不能满足应用的需要。如在工程塑料中应用的针状硅灰石、滑石、云母等；在再生纸脱墨中应用的滑石粉；在橡胶轮胎中应用的石墨；在丁基橡胶和催化剂中应用的煅烧高岭土；在涂料和涂层材料中应用的膨润土、高岭土、铁红、珠光云母和着色云母；在化妆品中应用的云母和滑石等。

目前的状况是虽然国内大量出口滑石、云母、石墨和硅灰石等非金属矿物粉体产品，但同时以高于出口价几倍甚至于几十倍的价格进口相应的表面改性产品。此外，表面改性设备程度不同地存在一些影响产品质量和稳定性的问题，特别是间歇式操作的干法表面改性设备。

小结

非金属矿物或非金属矿物材料是现代高温、高压、高速工业的基础原材料，也是支撑现代高新技术产业的原辅材料和多功能环保材料。因此，非金属矿或非金属矿物材料工业是现代社会的朝阳工业之一。

粉体表面和界面改性技术将成为非金属矿物粉体加工技术最主要的发展方向之一。非金属矿物粉体的许多功能取决于表面或界面性质。如吸附、催化、电性、光性、流变、分散及与材料中其他组分的相容性等。矿物的表面性质既与矿物的组成、化学成分和结构有关,也与加工技术有关。

未来非金属矿加工技术的发展趋势将是交叉、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、通过采用超细粉碎、精细分级、提纯、改性、改型、复合等深加工或精细加工技术，发掘和提升非金属矿产品的功能和应用性能。