非金属矿、金属矿和燃料矿并称为材料工业的三大支柱。非金属矿工业的发展是衡量国家科技进步和工业发展程度的重要标志之一。在许多工业化国家，非金属矿物的价值已经超过了金属矿物。由于非金属矿物制品独特的物理化学性质，非金属矿物制品的应用领域已经渗透到几乎每个工业部门，在整个国民经济中发挥着越来越重要的作用。非金属矿物的利用取决于深加工的程度，包括超细粉碎、超细分级、精细提纯和表面改性，其中有效的超细粉碎是深加工的前提和保证。因此，超细粉碎技术的发展在一定程度上决定了非金属矿物制品的合理开发和综合利用效果。经过几十年的研究和发展，特别是最近十年，非金属矿工业取得了长足的进步，深加工技术不断提高，缩小了与发达国家的差距，基本满足了自身行业及相关领域所需原料的质量要求。超细粉碎分级技术已能根据需要加工10 ~ 1μ m的各种非金属矿物粉体原料。各类超细粉碎和细分级设备大部分都能生产，设备性能和配套技术逐步接近或达到国际先进水平，部分在结构和性能上有新的独创性。原材料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、复合材料等行业提供功能性非金属材料。
1.非金属矿物超细粉碎的特点
中国非金属矿产的开发利用始于20世纪50年代，迄今已发现有经济价值的非金属矿产100多种，产地5000多个。非金属矿产是一种重要的工业资源，占矿产开发总量的70%。大多数非金属矿物在粉碎和分类后直接用于农业、化学、造纸、塑料、橡胶和油漆产品。由于非金属矿物的种类繁多，根据其用途的不同，对粉碎产品的粒度分布和纯度提出了不同的要求。因此，超细粉碎技术的发展必须满足其特定的要求。一般来说，对非金属矿物的要求如下。
(1)细度。非金属矿物制品的应用要求有一定的细度。如以高岭土和重质碳酸钙为原料造纸，产品细度为-2μm，占90%，白度>:90%；高级油漆填料重质碳酸钙粉的细度为1250目；锆作为陶瓷乳浊剂，需要平均细度为0.5 ~ 1微米；作为填料，硅灰石也要求其细度
(2)纯度。非金属矿产品的纯度要求也是其主要指标之一。这意味着粉碎过程中不能有污染，要保持原有的成分。如果矿物是白色的，则必须有一定的白度，如造纸用煅烧高岭土和滑石粉的白度要求≥90%，造纸涂料、填料、高级油漆填料用重质碳酸钙的白度要求>:90%等。
(3)粉末形状的特殊要求。一些非金属矿物制品对其形状提出了严格的形状要求，以满足不同的需要。如用于复合增强的硅灰石，其超细粉应尽可能保持其原始针状结晶状态，使硅灰石制品成为天然短纤维增强材料，其长径比应>:8 ~ 10；湿云母粉因其多层结构，常被用作介电材料、高档珠光涂料、珠光漆原料和珠光颜料。要求云母粉呈片状，研磨过程中尽可能保证所得颗粒的径厚比，其表面不能有太多划痕，否则会影响其光学效果。其径厚比>:40 ~ 60；造纸高岭土在超细粉碎的同时有望保持片状矿物的特性，提高粉体的包覆和覆盖能力。
二。非金属矿物超细粉碎设备的发展现状
超细粉碎设备是其整个技术的关键。20世纪80年代以前，我国超细粉碎设备的生产厂家很少，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，开始研发各种超细粉碎和细分级设备。到目前为止，超细粉碎设备的生产厂家已达数十家，设备性能达到国际先进水平。近年来，每年都有几十项专利被公布。
机械冲击超细粉碎设备近年来发展迅速，部分性能指标已达到国外同类设备水平，部分产品独具特色。它具有投资少、能耗低、工艺布置简单、破碎比大、适应性强等特点。更适合于1000目以下低附加值的中硬度非金属矿产品的深加工。因此，这类设备在非金属矿物加工中的应用是蓬勃发展的，但品种仍然比较单一，物料磨损问题仍然困扰着设备生产厂家和广大用户。关键是改进结构，进一步解决材料问题和加工精度问题。
气流磨是国内生产厂家最多的，其型号是所有超细粉碎设备中最齐全的设备。即使是世界上最先进的机型(如流化床气流磨)也有很多厂家。由于是干法生产，非金属矿物超细粉碎中的干燥过程可以省略。但也存在一些问题:设备制造成本高，一次性投资大，折旧成本高；粉体加工的高能耗和高成本对粉体加工厂的经济效益产生了负面影响，限制了其在该领域的应用。亚微米级产品的粉碎很难实现，产品粒度在10μm左右时效果最好，但粒度在10μm以下时产量大幅度下降，成本急剧上升，在非金属矿领域的应用失去了应有的价值。目前气流磨的单机处理能力较小(产量均在1t/h以下)，不能满足大规模生产的需要。介质使用方面，国内多使用空气体，很少使用过热蒸汽和惰性气体。设备的加工精度和材料的选择都不如国外产品。
该研磨机对低硬度的非金属加工有效，如重质碳酸钙的超细研磨。但是，高硬度非金属矿物(如锆英砂、磨料等)的破碎作用。)不好，甚至无能。目前，搅拌磨是唯一可行的获得亚微米产品的设备。
搅拌磨虽然起步较晚，但发展很快，特别是近十年来。国产湿式搅拌磨已广泛应用于非金属矿物的超细粉碎，并取得了良好的效果。在高岭土和方解石的超细粉碎中，90%以上的产品为-2μm，可生产高质量的造纸涂料、填料、涂料颜料和油墨颜料。干式搅拌磨已经研制成功，可以减少后续的脱水和干燥操作，从而简化工艺，降低成本。虽然其性能仍需进一步提高，但仍是一种具有良好应用前景的超细粉碎设备。总的来说，搅拌磨的品种和规格还比较少，加工能力也较小，需要进一步改进和完善。
振动磨作为一种超细粉碎设备，产品细度可达亚微米级，机械化学效应强，能耗低，易于工业化规模生产。过去，大多数模型由钢衬垫和介质制成，这限制了它们对非金属矿物的加工。经过近十年的研究和发展，适用于非金属矿物超细加工的振动磨的开发取得了可喜的进展。比如某公司生产的振动磨，用于石墨的超细加工，给料粒度为-100目。研磨20小时后，95%的产品粒度小于4μm，粒度达到0.49微米；新型高效振动磨的给料粒度可达-30mm，产品达到90%至-15μm，产量为400kg/h，但与日本、德国相比仍有一定差距，需要在品种、规格、衬板、介质、工艺性能等方面进一步研究，以满足不同物料的加工需要，特别是对铁杂质含量要求严格的非金属矿物的超细粉碎。如德国开发的新型磨机，如旋转腔体振动磨、异形腔体振动磨等，大大提高了介质的活化程度，产量提高了15 ~ 20倍。最近，偏心振动磨被提出。在日本振动磨的机械化学效应研发中，已成功应用于铁电材料(如钛酸镁)的开发和氢氧化物基无机固体材料的脱水和非晶化过程，取得了良好的效果。
随着超细粉体技术的发展，对超细粉碎技术提出了更高的要求，即在满足产品粒度要求的前提下，尽可能提高粉碎效率。因此，近十年来，出现了各种新型的超细粉碎设备。
1.高速行星辊磨机-szego磨机。它最初由加拿大开发，用于研磨油菜籽，以提高菜籽油的浸出率。由于其优异的性能，在其他领域得到了广泛的应用。国内某单位与其合作开发研究推广Szego磨机，其中SM2201 Szego磨机用于研究云母的干磨和湿磨。结果表明，经过反复研磨，云母的粒度可达到10μm或更细，物料在Szego磨中的停留时间很短，一般只有5 ~ 10s。当平均粒度为15μm时，能耗为80kw/h；当平均粒径为44μm时，能耗为50±20kW/h；湿磨时可获得径厚比为20 ~ 60的合格产品。
2.喷射粉碎和分级设备。是根据空空气动力学原理和多相流理论设计开发的最新一代气流粉碎机。它将干燥无油的压缩空气体加速成超音速气流。气流携带物料高速运动，使物料相互碰撞并被摩擦粉碎，符合粒度要求的物料通过分级机被收集器收集；不符合粒度要求的物料由分级机送回破碎室进行进一步破碎；对于易氧化的物料，可使用惰性气体进行粉碎和分级。该粉碎机具有分级精度高、粒度细、分布窄、产量大的优点。产品平均粒度D50可在10 ~ 20μ m范围内任意调节，最大粒度可控制在+4μm范围内，可粉碎莫氏硬度1 ~ 10的物料。产品纯度高，气流和物料分开进入粉碎室，相互碰撞粉碎，喷嘴和粉碎室磨损小。用JFC300生产超细方解石粉时，粒度D50 = 1.15μ m，D90 = 1.64μ m，D100 < 3μm。
三。非金属矿物超细粉碎设备和技术的选择
由于非金属矿物种类繁多，加工工艺也五花八门。本文简要介绍了几种非金属矿的选矿设备和工艺的现状。
(一)加工设备的选择
1.高岭土。超细高岭土与剥离有关，剥离的目的是超细。相反，超细可以达到脱皮的目的。在粉碎过程中，应尽量根据脱皮原理选择粉碎方法和设备。从破碎机理上讲，要加强外力对高岭土颗粒的强烈剪切，在超细破碎的同时保持片状矿物的特性。超细高岭土是改变颗粒表面的物理和光学性质。借助物理、化学和机械方法，剥离成50 ~ 1μ m或更小的颗粒，< 5μm的占绝大多数。超细高岭土不仅是优良的造纸涂料，也是改性和复配的合格原料。能产生微细颗粒的研磨设备主要有:各种球磨机、机械式高速旋转冲击剪切磨、气流磨、搅拌磨。
2.重碳酸钙。其硬度较低，加工过程中要求白度较高。在众多的粉碎设备中，几乎都可以用来生产重质碳酸钙。由于其用量大、单位重量价格低，如何达到无污染、低成本的处理目的，是设备和工艺选择的重要问题。目前大家比较接受的是雷蒙磨和球磨机或者振动磨和分级机结合，冲击加超细粉碎的方法。这样得到的粉末细粉含量高，有利于用作橡胶和塑料的填料。造纸涂料级用的超细重质碳酸钙，其原始晶体多为立方多面体，以达到超细研磨的目的。必须加强矿物颗粒的体积破碎和表面研磨。近年来，湿式超细粉碎机有很多，发展很快。
3.锆英砂。其主要成分是硅酸锆，原料中往往含有铁、钛等杂质。其性能稳定且耐磨。其微粉作为陶瓷工业釉料的乳浊剂，具有遮盖力强、乳浊效果好的特点，应用广泛。然而，锆英砂的超细粉碎是一个复杂的过程，能耗高，设备磨损严重，产品污染严重。为了实现低成本生产，需要综合分析加工工艺，优化设备组合。从能耗和目前用于锆英砂超细粉碎的其他设备来看，有气流磨、球磨机和搅拌磨，各类设备性能相差较大。从多年的经验来看，气流磨能耗大，投资高，从研磨机理上来说不适合微米级的超细研磨工艺。球磨机通过球介质的冲击研磨大颗粒，适用于产品平均粒度在10μm m左右的粗磨生产过程，为了高细度，对于平均粒度在1 ~ 2微米左右的超细粉体的生产，应尽量采用搅拌研磨，以达到产品最薄，能耗最低。为了保证产品的纯度，需要配合酸洗等净化工艺措施。针对现有生产锆英砂微粉的气流粉碎系统，进行技术改造，达到提高细度和纯度，降低成本的目的。
根据锆英砂的破碎特性和产品的要求，采用湿式粗磨机生产平均粒度为5 ~ 10μ m的产品；然后用超细粉碎机粉碎至平均粒度约1 ~ 2微米，充分发挥各类设备的不同特点和长处，以较少的能耗获得最细的产品。选择分批粉磨操作，采用相应的工艺系统，保证产品粒度分布的均匀性和粉磨热量的散失；为了尽量减少研磨过程中对产品的污染，选用聚氨酯弹性体作为搅拌桶和搅拌棒的保护层，保证物料不与金属物体接触。为了提高研磨效率，降低产品浆料的粘度，应适当加入有机添加剂(在较高的干燥温度下挥发，对产品无影响)。
为保证产品质量，采用化学提纯，去除原料加工过程中带入的铁杂质，提高产品的纯度和白度。这意味着低品位锆英砂可以用来生产高品位锆英砂微粉。无论哪个国家的资源越来越贫乏和低品位，提纯产品是生产高质量产品的必由之路。所以，如果选择这个工艺条件，可以用钢球进行研磨，可以降低成本。
4.硅灰石。用复合材料增强时，在粉碎过程中应尽可能保持原针状结晶状态，使产品成为天然短纤维增强材料。强烈的冲击破碎能在短时间内在矿物颗粒中形成强大的内应力，使颗粒沿解理面开裂，最终分离成细小的针状颗粒。选择破碎设备时，必须考虑这一因素。
5.云母。由于其多层结构多用作介电材料和珠光颜料，因此在研磨过程中应尽可能保证所得颗粒的径厚比。用作珠光颜料的云母粉表面不能有太多划痕，否则会影响其光学效果。在粉碎设备的选择上，尽量使用高压喷射粉碎机，利用颗粒内部层间的膨胀压力将颗粒剥离，达到预期的粉碎效果。
(2)加工工艺的选择
1.磨料微粉的生产技术。可用于加工微磨料的原料主要有碳化硅、白刚玉、棕刚玉、石榴石等。随着各行业精加工技术的发展和国际产业结构的调整，广泛应用于抛光行业的微粉磨料用量不断增加，出口量逐年增加。微粉磨料的精细加工具有广阔的发展前景。磨料加工的特点是材料坚硬，设备磨损大，粒度分布窄。为防止待抛光工件表面被划伤，应严格控制成品中大颗粒的存在。
2.湿法分级工艺。传统微粉磨料生产主要采用球磨研磨和湿法分级技术。该工艺具有投资少、工艺流程简单的特点。粉碎工艺一般采用分批粉碎。控制时间的方法用于控制粒度和粒度分布。分类方法有旋流法、溢流冲洗法和沉淀法。较大颗粒的沉降速度较高，因此常采用溢流冲洗法进行分级。对于较细的颗粒，沉降速度较低，分级通常采用大容器自由沉降的方式。在这个过程中，粒子需要很好地分散，以确保其准确性。这种方法生产效率低，产能难以扩大，占地面积大，耗时耗水严重。但由于湿法分级时分散剂可以加入水中，液固界面的分散能力强于气固界面，湿法分级的分级效果一般优于干法分级。
3.干式分级工艺。干式分级系统由粉碎机、两个以上的分级机、除尘器和风机组成。粉碎机的产品在气流的夹带下进入第一个分级机进行分级处理。控制一定上限粒度后，大于该粒度的粗粉将返回粉碎机再次粉碎；小于该粒度的细粉进入第二分级机，以控制某一下限粒度。加工产品1和2是窄粒度磨料，超细产品3由集尘器收集。在这样的系统中，调节粉碎机的粉碎能力、产品的粒度分布和分级产品的粒度分布，减少超细粉的用量是非常重要的，它决定了整个系统的效率。该工艺具有加工现代化程度高、处理量大、分级精度高等特点。适用于干法微粉磨料的大规模生产。这种工艺的缺点是当产品过细时，由于气体分散能力的限制，分级效果明显变差。
四。非金属矿物超细粉碎技术的发展方向
现代工程技术将需要越来越多的高纯度超细粉体，超细粉碎技术将在高新技术的研发中发挥越来越重要的作用。高新技术产业与非金属矿密切相关，因此在未来非金属矿深加工技术和产业的发展中应考虑高新技术及其产业的发展。现代非金属深加工技术与传统工业加工技术相互渗透，其发展必须考虑传统产业的技术改造和进步；为了更好地利用有限的非金属矿产资源，必须考虑其综合利用。同时，在其开发利用和深加工过程中，还必须考虑人类的生存和可持续发展，注意环境保护。
未来非金属矿物原料或材料总的发展趋势是高纯、超细和功能化。以高纯超细非金属矿深加工原料为龙头，综合开发利用各种非金属矿。虽然化学合成可以制备高纯度的超细粉末，但成本太高，无法用于工业生产。获得超细粉体的主要手段仍然是机械粉碎，而用机械方法制备超细粉体的超细粉碎分级技术的难度越来越大，其研究深度也是无止境的。超细粉碎技术是多种技术的综合，其发展也依赖于相关技术的进步，如高硬度、高韧性耐磨零件的加工、高速轴承、亚微米粒度分布的测量等。因此，超细粉碎技术的发展应着重于以下几个方面。
1.开发与超细粉碎设备配套的细粒分级设备及其他配套设备。超细粉碎与分级设备相结合的闭路技术可以提高生产效率，降低能耗，保证合格产品的粒度。可以说，大容量、高精度的分级设备是超细粉碎技术发展的关键。应从整个工艺系统的角度进行更多的研发，在现有粉碎设备的基础上，对分级设备、产品输送设备等其他辅助工艺设备进行改进、配套和完善。
2.提高效率，降低能耗，不断改进和完善超细粉碎设备。超细粉碎技术的关键是设备。因此，首先开发一种新型的超细粉碎设备及其相应的分级设备显得更为迫切。超细粉碎过程将使用助磨剂和表面活性分散剂。
3.设备和工艺研发一体化。超细粉碎分级设备必须适应特定的物料特性和产品指标，规格型号多样化，但没有一种超细粉碎分级设备对任何物料都是高效万能的。
4.开发多功能超细粉碎和表面改性设备。如超微粉碎与干燥、超微粉碎与表面改性、机械化学原理与超微粉碎技术的结合，可以扩大超微粉碎技术的应用范围。借助表面包覆和固态互溶，可以制备一些具有独特性能的新材料。
5.开发和研究与超细粉碎技术相关的粒度检测和控制技术。超细粉体粒度检测与控制技术是实现超细粉体工业化连续生产的重要条件之一。粒度测量仪器和测量控制技术与超细粉碎技术密切相关，必须与这些领域的专家共同攻关。
超细粉碎正在向纳米级迈进，与此相关的低污染耐磨材料和纳米粉体的分散和评价将成为巨大的技术障碍，这方面的研究将受到重视。
6.重视超细粉碎基础理论的研究。基础研究对于超细粉碎技术的发展和应用至关重要，其最终目的是指导实践，生产出符合要求的超细粉体。内容包括微细粉末颗粒的粒径和表面理化特性；粉碎过程的描述；超细颗粒的研磨特性及破坏过程:超微粉碎机最佳工作参数及粉碎机理研究:不同粉碎环境下冲击、研磨、摩擦、剪切、粉碎、剥蚀等不同超微粉碎方式(或机械应力施加方式)的能量消耗规律、粉碎效率、产品细度、能量利用率及其对粉碎物料晶体结构和理化性能的影响；粉碎的物理化学环境，助磨剂和分散剂对产品细度、理化性能和粉碎效率的影响等。比如，根据不同超细粉碎方式对材料晶体结构和理化性能的不同影响，结合材料的用途，选择合适的超细粉碎技术和设备，避免超细粉碎对材料使用性能的不利影响，或者利用超细粉碎技术对粉体材料进行选择性机械活化；通过适当添加助磨剂，可以有目的地改善超细粉碎的物理化学环境，从而提高粉碎效率，降低能耗。
