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1、資源加工與利用 一、 資源加工利用的主要內(nèi)容 1．非金屬礦的主要類型、性能與用途 2．非金屬礦加工技術(shù)（原理、方法和設(shè)備）： ①磨礦（粉體加工）； ②選礦（提純） ③煅燒（熱加工）； ④表面改性（復(fù)合材料） ⑤化學(xué)合成（化工） 3．非金屬礦加工技術(shù)在地礦行業(yè)的應(yīng)用 二、資源加工利用對地質(zhì)專業(yè)的意義 1．有利于提高 “礦物勘察”的主動性和成果的實用性。 2．有利于提高礦產(chǎn)的綜合利用意識（和能力）。 3．該學(xué)科的技術(shù)和方法在地質(zhì)勘察領(lǐng)域有著重要作用。 4．有利于改善地礦行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。 5．有利于地質(zhì)專業(yè)學(xué)生就業(yè)和創(chuàng)業(yè)。 第一章 非金屬礦產(chǎn)的種類、特性與

2、用途 非金屬礦產(chǎn)：除去礦床學(xué)講述的礦產(chǎn)以外的幾乎所有礦物和巖石幾乎都是非金屬礦產(chǎn) 或者說礦床學(xué)上提到的脈石礦物幾乎都是非金屬礦產(chǎn)。 非金屬礦的工藝物理性能：1硬度2密度3.白度和亮度，4.粒度5.可塑性6.結(jié)合性7.懸浮性.8.分散性9.觸變性10.干燥收縮11.耐火性12.燒結(jié)性13.可選性14.磁性15.電性16.紅外性質(zhì)17.激光性質(zhì)18.化學(xué)穩(wěn)定性19.離子交換性和離子吸附性20.表面性質(zhì) 一、 方解石的加工利用 1.主要類型：巖石類型——方解石脈、大理巖、石灰?guī)r 主要礦物——方解石 2.特性和用途： 主要特性：成分、白度 （1）生產(chǎn)水泥（2）生產(chǎn)白灰（3）建筑涂

3、料的填料（325～600目）（4）油漆的填料（1250目）（5）塑料的填料（325～1250目，改性產(chǎn)品）（6）造紙?zhí)盍希?25～600目）和造紙涂料（6250）（7）輕質(zhì)碳酸鈣（石灰?guī)r——煅燒成生石灰——加水生成熟石灰——過篩或沉淀除去雜質(zhì)——加入CO2炭化，生成CaO3——脫水——干燥——輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品） （8）生產(chǎn)化工產(chǎn)品:氯化鈣、碳酸鈉等 二、石英加工利用 1.主要類型：巖石類型——石英脈、石英巖、石英砂 主要礦物——石英 2.特性與用途 主要特性：成分、化學(xué)穩(wěn)定性、硬度 （1）生產(chǎn)玻璃和石英玻璃的原料（2）生產(chǎn)陶瓷的原料（100目）（3）耐磨油漆（例如地板漆）的填料

4、（2500目）（4）生產(chǎn)耐火材料（硅磚）的原料（5）合成水晶（塊）（6）過濾材料（80～1250目）（7）制作陶瓷球磨機用內(nèi)襯和球石 三、鋁土礦的加工利用 1.種類：巖石類型——鋁土礦、鋁礬土、鐵鋁礬土 主要礦物——1水硬鋁石、1水軟鋁石、三水鋁石 2.特性和用途 主要特性： Al2O3 （1）生產(chǎn)氧化鋁和氫氧化鋁（2）冶煉金屬鋁的原料（3）生產(chǎn)鋁質(zhì)耐火材料（4）生產(chǎn)沸石 四、高嶺土的特性與用途 1. 種類： 巖石類型——高嶺土、高嶺巖、埃洛石、多水高嶺石、羊油矸、舒永石、焦寶石等 主要礦物——高嶺石、7A多水高嶺石、 10A多水高嶺石

5、、珍珠陶土 2.高嶺土的特性： 主要特性：性狀，顏色，成分，晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化（規(guī)律如下）： 在110℃左右排出各種吸附水； 600℃- 860℃大量脫除結(jié)晶水，轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石； 880℃ -1000℃生成Si-Al尖晶石； 1200℃開始轉(zhuǎn)化為莫來石和方石英。 3.高嶺土的用途 陶瓷原料、白水泥原料、油漆填料、塑料填料、橡膠填料 電纜填料、造紙?zhí)盍?、造紙涂料、合成A、X和Y型沸石 偏高嶺土（混凝土礦物外加劑）、生產(chǎn)耐火纖維等。 寶玉石的概念1.寶石——好看、耐久，可以做裝飾用途的單晶礦物（好像是各種顏色的玻璃）。 2.玉石——好看的巖石， 3.有機寶石——珍珠、貝殼

6、、珊瑚、虎泊、煤精、龜甲等。 綜合：上述三種之和，就是廣義的寶石。所以，寶石是一種可以作為裝飾用途的礦物、巖石或其他天然材料。 第三 章 非金屬礦粉體加工 1． 非金屬礦粉體及其加工的特點 ①非金屬礦加工的大部分產(chǎn)品都是粉體材料——如分子篩、紙張?zhí)盍虾屯苛?、橡膠填料、塑料填料、油漆填料、粘合劑、白水泥等。 ②另一部分也要經(jīng)過粉體加工過程——如日用陶瓷、建筑陶瓷、特種陶瓷、耐火材料等，所以，粉體加工是非金屬礦產(chǎn)加工最基本工藝。 ③粉體加工必須分段進(jìn)行，主要包括破碎、粗磨和超細(xì)磨礦等加工過程。 2． 非金屬礦加工的主要過程 ①破碎——一般來說，從原礦破碎到8-20mm稱為破

7、碎。 ②初磨——從8-20mm粉碎到325目（-43um）或更粗的磨礦稱之為初磨。 ③超細(xì)磨礦——加工到1250目（-10um）或更細(xì)的作業(yè)稱之為超細(xì)磨礦。 3． 非金屬礦粉體加工的輔助作業(yè) 為了提高粉碎效率、控制產(chǎn)品質(zhì)量，通常配以以下幾個加工過程： ①分 級—— ②固液分離—— ③干 燥—— ④解 聚—— ⑤粒度檢測—— ⑥助磨劑、分散劑、抗結(jié)劑—— 4． 初加工和深加工 ①初加工——只進(jìn)行破碎和初步磨礦，把粒度磨到1000目以內(nèi)，進(jìn)行或不進(jìn)行表面改性

8、、煅燒等作業(yè)，此類產(chǎn)品一般都稱為初加工產(chǎn)品，其加工過程叫做初加工。 ②深加工——是指改變礦物化學(xué)成分的加工作業(yè)過程，如將非金屬礦制成4A沸石分子篩和群青顏料的加工過程；而只改變礦物形態(tài)和大小，不改變其礦物化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的作業(yè)應(yīng)屬于精加工。但是，由于多數(shù)人習(xí)慣上將初加工以后，能較大幅度地提高產(chǎn)品附加值的作業(yè)都稱為深加工，所以，我們也將精加工和深加工統(tǒng)稱為深加工。 種類：1、顎式破碎機：這類碎礦機的一個顯著特點是它有兩塊顎板，顎板的張開和合攏似動物的上下顎，所以，叫做顎式破碎機。此外，主要破碎設(shè)備還有錘式破碎機和對輥機。2、雷蒙磨3、濕法球磨機 磨礦效果的主要影響因素：（1）球磨轉(zhuǎn)速 （2）

9、研磨介質(zhì)（球體）（3）用水量 （4）加料粒度 （5）球磨機的裝載量 第二節(jié) 干法超細(xì)磨礦 1.氣流磨2．高速機械沖擊式超細(xì)磨機 第三節(jié) 濕法超細(xì)磨礦 1. 攪拌磨2.砂磨機 第四節(jié) 非金屬礦粉體加工的輔助作業(yè) 一、超細(xì)物料的分級1．臥式螺旋離心分級機2．水力旋流器3．離心機 二、固液分離 固液分離（俗稱脫水），它是指把生產(chǎn)中含水的中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品（包括排出物）的液相和固相分離的作業(yè)。固液分離主要有篩分脫水、重力濃縮、離心沉降、過濾、壓濾等多種方法和相應(yīng)的分離設(shè)備及輔助設(shè)備。 三、干燥 （1）物料中水分的賦存狀態(tài) ①化學(xué)結(jié)合水 ②物理化學(xué)結(jié)合水 ③機械結(jié)合水

10、（2）物料的干燥過程 整個過程可分為三個階段：①加熱階段。②等速干燥階段。③降速干燥階段 2．干燥設(shè)備（1）噴霧干燥（2）閃蒸干燥 第五章、高性能注漿材料制備與應(yīng)用技術(shù) (礦產(chǎn)加工技術(shù)在加固工程中的應(yīng)用) 注漿材料：有機漿體材料、無機化學(xué)材料、水泥和黃泥漿等，以水泥為主。 注漿工藝：鉆孔、清洗、壓水試驗、注漿。 注漿設(shè)備 ：鉆孔機 、注漿泵 、攪拌機 、混合器 、輸漿管 。 1.給水泥漿中添加以偏高嶺土為主要組分的增強劑，使其中的Al2O3和SiO2與水泥水化時產(chǎn)生的Ca(OH)2反應(yīng) ，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣(把白灰變成水泥)，提高強度： 2(3CaOSiO2)+6

11、H2O=3CaO2 SiO23H2O + Ca(OH)2 3CaOAl2O3+6H2O = Al2O33H2O +3Ca(OH)2 xCaO+SiO2+yH2O → xCaO﹒SiO2﹒yH2O+(3-x)Ca(OH)2 2.給水泥漿中添加減水劑,減少用水量,提高強度。 概念：水泥漿的穩(wěn)定性是指新攪拌水泥漿析出水的特性，析出水越少，穩(wěn)定性越好。一般用析水率表示。結(jié)石率是指水泥漿凝固后體積占新水泥漿體積的百分比。二者有極強的相關(guān)性，因此，可以看作一個問題。 原理：提高水泥漿穩(wěn)定性和結(jié)石率的措施是給水泥漿中添加無機和有機懸浮劑。 親油性水泥漿原理：煤是親油性表面，普通水泥漿是親水性表面

12、，二者表面性質(zhì)不同，不能結(jié)合。所以，保護(hù)煤柱加固用水泥漿的制作方法是在普通水泥漿中添加適合的表面活性劑，將水泥漿具有一定的親油性。 第四章 選礦提純 選礦提純方法：揀選、重選、浮選、電法選礦、磁選和化學(xué)提純選礦法。 重點：揀選、重力選礦、浮游選礦 一、 人工揀選 概念——人工揀選是依據(jù)礦石和脈石之間的外觀特征差異，用手揀出礦石或脈石，使有用的礦石和無用的脈石分離的一種方法。 正手選——若物料中礦石易于揀出，就用手工將礦石揀出放在一起，脈石留在礦物料堆中，這種揀選稱為正手選； 反手選——若物料中的脈石數(shù)量不多或易于揀出，就用手工揀出脈石棄掉，這種揀選稱為反手選。 二、機

13、械揀選機理圖 主要步驟： ①排隊、②檢測、③排除 三、重力選礦 1.重力選礦原理 式中：Dh— 重礦物的比重；Dl— 輕礦物的比重； Df—流體介質(zhì)的比重。 當(dāng)上式的商大于2.5時，為極易選礦石； 商在1.75～2.5時，為易選礦石； 商在1.5～1.75時，為中等可選礦石； 商在1.25～1.5時，為難選礦石；商小于1.25時，為極難選礦石。 2.跳汰機3.搖床 四、浮游選礦 1.浮游選礦的概念和原理 浮游選礦——是利用不同礦物顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的差別，使表面性質(zhì)親油（氣）的顆粒粘附在氣泡表面，隨氣泡升至液面，利用刮板把氣泡刮出，實現(xiàn)不同礦物的分離。 正浮選——

14、在浮選過程中，有用礦物通常進(jìn)入泡沫，脈石留在礦漿中（稱作尾礦），這是正浮選。 反浮選——脈石選入泡沫，產(chǎn)品留在礦漿中，就是反浮選。 2. 與浮選有關(guān)的幾個表面化學(xué)問題Ⅰ （1）潤濕——一般情況下，潤濕是指液體分子在固體表面展開的現(xiàn)象。 （2）親水性和親油性——物質(zhì)表面容易被水潤濕的性質(zhì)叫親水性；物質(zhì)表面容易被油潤濕的性質(zhì)叫親油性。 （3）非極性礦物——分子鍵晶格，因鍵力較弱，僅借助于范德華力聚集在一起，沒有極性；共價鍵晶格，原子沒有電子的得失，也沒有極性；上述兩類物質(zhì)屬于非極性礦物。 非極性礦物表面不易附著水的偶極，因而是疏水的。屬這種類型的礦物有石墨、自然硫、金剛石、煤和滑石

15、等，它們有很高的天然可浮性，不用捕收劑就可以浮選，但是在工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高選礦效果，還是要添加烴油和起泡劑，以增強其疏水性。 （4）極性礦物——離子鍵晶格的形成以電子的轉(zhuǎn)移為特征，所以具有離子鍵晶格的礦物屬于極性礦物。由于他們表面帶電，所以容易吸引水的偶極，所以，他們是親水的。 由于水和油的表面性質(zhì)相反，氣和油的性質(zhì)相同，所以，親水也叫疏油（氣），疏水也叫親油（氣）。 （5）等電點——使礦物表面電荷為0的PH值稱為該礦物的等電點。 （6）礦物表面的電性及其變化規(guī)律 環(huán)境PH值高于礦物的等電點時，礦物表面帶正電； 環(huán)境PH值低于礦物的等電點時，礦物表面帶負(fù)電。 例：把PH值

16、調(diào)整到3，絹云母的等電點是1.5，絹云母帶正電；石英的等電點是5，石英帶負(fù)電。此時，利用陰離子型捕收劑吸附在絹云母表面，使絹云母容易隨氣泡上浮，而石英不上浮，二者分離。 3、浮選藥劑 （1）捕收劑 ①捕收劑——能夠以某種方式吸附在礦物顆粒表面，使其變得更為親油（氣）的一類物質(zhì)，主要是高分子化合物。 ②捕收劑的分類 陰離子捕收劑——本身是一種帶負(fù)電的離子團(tuán)。以黃藥為代表。 陽離子捕收劑——本身是一種帶正電的離子團(tuán)。以胺類為代表。 非離子型捕收劑——本身不帶多余電荷，如煤油和焦油。 ③ 捕收劑在礦物表面的吸附規(guī)律 陰離子型捕收劑可以吸附在帶有陽離子的礦物表面 陽離子

17、型捕收劑可以吸附在帶有陰離子的礦物表面 非離子型捕收劑可以吸附親油型礦物的表面。 （2）調(diào)整劑 調(diào)整劑——調(diào)節(jié)礦漿PH值的化學(xué)物質(zhì)叫做（PH）調(diào)整劑。主要是酸、堿和鹽。硫酸是常用的酸性調(diào)整劑，其次如鹽酸、硝酸、磷酸等，石灰和氫氧化鈉是應(yīng)用最廣泛的堿性調(diào)整劑。 （3）抑制劑 抑制劑——能夠阻止捕收劑在特定礦物表面上吸附、消除礦漿中的活化離子以及解吸已吸附在礦物上的捕收劑，使礦物（非目標(biāo)礦物）表面變得更親水的一類物質(zhì)叫做抑制劑。 例如，在浮選黃銅礦時，為了防止方鉛礦（PbS）、閃鋅礦（ZnS）、黃鐵礦（FeS2）對捕收劑的吸附，給礦漿中加入一定數(shù)量的硫化鈉，從而阻止了礦物對黃原酸離子

18、（捕收劑）的吸附，能強烈地抑制這些礦物浮游。（機理：硫化鈉在水溶液中水解后，與硫化物礦物表面的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成難溶的化合物，比相應(yīng)黃原酸鹽的溶解度小得多（如PbS，2.510-21，PbX2，2.010-17；ZnS 110-25, PbX2，6.010-9），所以，硫化鈉組分在硫化物類礦物表面上的吸附比黃原酸離子容易）， 再如單寧和方解石表面的鈣離子作用生成單寧酸鈣鉻合物，使方解石具有親水薄膜，從而阻止捕收劑的吸附和方解石的浮游。 （4）起泡劑 ①氣泡劑—能使礦漿中產(chǎn)生大量穩(wěn)定氣泡的化學(xué)物質(zhì)叫氣泡劑。 ②氣泡劑的成泡機理 第一種情況：少量起泡劑存在于溶液時的情況——起泡

19、劑一般是異極性有機表面活性劑，能吸附在空氣-水界面上。當(dāng)表面活性分子同水作用時，水的偶極子易于同極性基結(jié)合并使之水化進(jìn)入水中，而非極性基進(jìn)入氣相，于是，起泡劑分子富集于表面層，定向排列的非極性基朝向空氣，極性基朝向水。 第二種情況：起泡劑數(shù)量增多時的情況——起泡劑分子的疏水尾巴相結(jié)合，在水中形成氣泡。 ③常用的起泡劑 松節(jié)油、2號浮選油等松節(jié)油及其衍生物,正戊醇、異戊醇、庚醇等醇類,聚丙烯乙二醇、樟油等 （5）活化劑 ①活化劑——能使受到抑制不吸附捕收劑的礦粒重新吸附捕收劑，或者使那些對捕收劑吸附較弱的礦粒改變表面化合物性質(zhì)，對捕收劑產(chǎn)生較強的吸附作用的化學(xué)物質(zhì)叫活化劑。 ②常

20、用的活化劑 （Ａ）各種金屬離子。用黃藥類捕收劑時，能與黃原酸形成難溶性鹽的金屬陽離子，如Cu2+、Ag+、Pb2+等。使用的藥劑如硫酸銅、硝酸銀、硝酸鉛等。 用脂肪酸類捕收劑時，能與羧酸形成難溶性鹽的堿土金屬陽離子，如Ca2+、Ba2+等。氯化鈣、氧化鈣、氯化鋇等可作為活化劑使用。 （Ｂ）無機酸、堿。它們主要用于清洗欲浮礦物表面的氧化物污染膜或粘附的礦泥。如鹽酸、硫酸、氫氟酸、氫氧化鈉等。 （Ｃ）有機活化劑。這是一類比較新的活化劑，聚乙烯二醇或醚，可作脈石礦物的活化劑，如在多金屬硫化礦浮選時，將其與起泡劑一起添加， 可選出大量脈石，然后再進(jìn)行銅鉛鋅的混合浮選。工業(yè)草酸（HOOC—CO

21、OH），用于活化被石灰抑制的黃鐵礦和磁黃鐵礦。 4、浮選機種類 （1）機械攪拌式浮選機 這類浮選機的共同點是礦漿的充氣和攪拌都是靠機械攪拌器(轉(zhuǎn)子和定子組，即所謂充氣攪拌結(jié)構(gòu))來實現(xiàn)的，故稱為機械攪拌式浮選。因效果較差，已經(jīng)很少使用。 （2）充氣攪拌式浮選機 這類浮選機除裝有機械攪拌器外，還從外部特設(shè)的風(fēng)機強制吹入空氣，故稱為充氣機械攪拌式浮選機。如國內(nèi)的CHF-X14m3浮選機，8m3充氣攪拌式浮選機等即屬此類。目前使用最多的浮選機。 （3）充氣(壓氣)式浮選機 這類浮選機在結(jié)構(gòu)上的特點是沒有機械攪拌器，也沒有傳動部件，充氣肩負(fù)著提供空氣和攪拌的雙重任務(wù)。充氣是靠外部的壓

22、風(fēng)機輸入壓縮空氣，故稱之為充氣式浮選機或稱為壓氣式浮選機，浮選柱即屬此類。 （4）氣體析出式浮選機 該類浮選機是通過減低壓力，使氣體從溶液中析出而產(chǎn)生大量微小氣泡，故稱之為氣體析出式浮選機，亦可稱之為變壓式或降壓式浮選機。這類浮選機的典型代表是真空浮選機和噴射旋流式浮選機。 5.浮選試驗中值得注意的兩個問題 （1）實驗室的浮選試驗——從浮選機理和浮選機的作用方面考慮。 （2）等電點資料的獲取——用化學(xué)知識結(jié)合等電點的定義分析解決。 （3）浮選效果的影響因素——從浮選機理方面分析總結(jié)。 第四章 熱加工 一、熱加工概念和作用 1．概念熱加工——利用加熱的方法，改變

23、非金屬礦材料的性質(zhì)，拓寬利用領(lǐng)域的加工方法稱之為熱加工。一般情況下，加工溫度在500～600℃以下的加熱過程主要是為了脫水，所以不屬于熱加工，而把600℃以上的加熱過程稱之為熱加工，又叫煅燒。 2．熱加工的作用和目的 煅燒是非金屬礦深加工及綜合利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，非金屬礦煅燒的主要目的有一下四個方面：①脫除有機炭質(zhì)，提高白度；②脫除其它雜質(zhì)，提高產(chǎn)品純度；③脫除非金屬礦物中所含的結(jié)合水（羥基），破壞礦物的晶體結(jié)構(gòu)，提高煅燒產(chǎn)品的空隙體積、化學(xué)反應(yīng)活性，改變物理化學(xué)性能。④改變礦物現(xiàn)狀，有利于下一道工序的進(jìn)行。 二、熱加工的影響因素1．入料粒度 2．煅燒溫度 3．煅燒氣氛 4．煅燒時間

24、5．升溫速度6．降溫速度7．添加劑 三、煅燒設(shè)備 1．固定床 固定床——該類設(shè)備在煅燒時首先把粉碎至一定粒度的非金屬礦粉裝入耐火匣缽中，然后再運入窯內(nèi)煅燒。主要有： 倒焰窯、隧道窯、推板窯、梭式窯、龍窯等 該類煅燒屬于靜態(tài)煅燒，是沿用陶瓷行業(yè)使用的煅燒窯爐，投資少，見效快，煅燒工藝簡單；但是煅燒的熱效率低，能耗大，煅燒過程中因物料不能與空氣充分接觸而使煅燒不均勻、產(chǎn)品脫碳不充分，滿足不了對高白度煅燒高嶺土的要求。 2．半固定床 ①立式窯——立式窯類似于石灰窯，煅燒時需要將粉碎后的非金屬礦粉加水及添加劑成型，將成型制品從頂部的窯口加入，自頂向下移動，依次經(jīng)過預(yù)熱帶、煅燒帶和冷卻帶

25、，然后從窯底的出料口取出，粉碎后即得到煅燒的非金屬礦粉。該類煅燒熱量利用充分，能耗低，但煅燒不均勻。 ②回轉(zhuǎn)窯——回轉(zhuǎn)窯主要由一個傾斜放置的可緩慢滾動的圓筒，非金屬礦粉自高處的筒口加入，隨筒體的轉(zhuǎn)動，在翻轉(zhuǎn)的同時，向下端運動，而燃燒的熱氣作為加熱介質(zhì)則從下端向上端運動，與物料發(fā)生充分的熱交換后自上端排出；回轉(zhuǎn)窯的特點是產(chǎn)品煅燒均勻，能耗低，產(chǎn)量高，但投資較大。 ③多層平爐——多層平爐由一系列水平固定的耐火層面（平爐）組成，非金屬礦粉從最上部的平爐喂入，通過攪拌與爐面進(jìn)行熱交換，并從邊緣的空洞依次落入下層平爐，直至到最下層完成煅燒。多層平爐的特點是熱耗低，煅燒過程粉末損失少，但是操作不太

26、方便，產(chǎn)量比較低。 3．流化床 該類煅燒工藝屬于動態(tài)煅燒，是將超細(xì)粉碎的煤系高嶺土加入流化床中，然后高速通入流化介質(zhì)(預(yù)熱的空氣)，使高嶺土呈現(xiàn)沸騰的流態(tài)化狀態(tài)，并與床壁進(jìn)行充分的熱交換，完成煅燒工藝。類似于例如電廠的燃燒窯爐。其優(yōu)點是熱效率高，能耗低，煅燒過程中物料不易聚集；缺點是煅燒設(shè)備復(fù)雜，投資較大。 四、煅燒工藝 （1）先進(jìn)行超細(xì)粉碎，然后再煅燒；（2）先進(jìn)行煅燒，然后進(jìn)行超細(xì)粉碎。 前者入料粒度細(xì)，煅燒充分，產(chǎn)品白度高，但煅燒后出現(xiàn)燒結(jié)結(jié)塊現(xiàn)象，還須進(jìn)行二次超細(xì)粉碎加工（解聚）。后者入料粒度粗，煅燒不充分，易出現(xiàn)非金屬礦粉顆粒的“黑心”現(xiàn)象，煅燒產(chǎn)品超細(xì)后白度有所降低。

27、 （3）現(xiàn)在多采用的煅燒工藝 現(xiàn)在多采用的煅燒產(chǎn)品生產(chǎn)工藝：磨礦——煅燒——解聚（磨礦）生產(chǎn)工藝，可以稱之為兩磨一燒。 五、熱加工舉例 例1高嶺石煅燒——脫碳增白,除雜質(zhì),改變礦物特性，擴大利用途徑（提高活性和空隙結(jié)構(gòu)）, 在110℃左右排出各種吸附水；400℃時排出層間水——不為煅燒 600℃時大量脫除結(jié)晶水，轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石； 980℃時生成Si-Al尖晶石；（此時，有機碳基本脫出，產(chǎn)品成白色）。 1200℃時開始生成似莫來石和方石英； 在600℃時煅燒產(chǎn)品的絕緣效果和機械性能最好； 在700℃左右煅燒時，表面性質(zhì)發(fā)生了很大變化，具有極高的表面活性。在利用煤系高嶺巖生成凈

28、水劑聚合氯化鋁時發(fā)現(xiàn)，煅燒溫度和Al2O3的浸出率有很大關(guān)系，從而反映了煅燒溫度和化學(xué)反應(yīng)活性之間具有一定的關(guān)系。 980℃煅燒——把Al2O3燒死，保留SiO2的活性——①新材料；②生產(chǎn)Y型分子篩。 1200℃形成莫來石——陶瓷行業(yè)利用高嶺土的基礎(chǔ)。 例2 煅燒提純 ①在加入F的情況下（CaF2），石墨經(jīng)過煅燒出去硅，引入的可以用化學(xué)的方法除去； ②在加入F的情況下（AlF36H2O），可以提高鋁土礦的硅鋁比； ③硅藻土煅燒和沖洗，可以除去碳酸巖礦物等雜質(zhì)。 例3 煅燒有利于下一道工序進(jìn)行 1．石英巖（脈）的煅燒和急冷——有利于超細(xì)磨礦的進(jìn)行。 2．Fe++或Fe

29、+++——Fe++Fe+++——有利于磁法選礦除鐵。 例4 煅燒改變礦物性質(zhì)，生產(chǎn)適合的產(chǎn)品 石膏——燒成半水石膏 鋁土礦——添加石灰?guī)r，破壞一水硬鋁石的晶體結(jié)構(gòu)，提取Al2O3 鉀長石——添加石灰?guī)r，破壞它的晶體結(jié)構(gòu)，提取K2O 石灰?guī)r——生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣 煅燒成生石灰——加水生成熟石灰——除去雜質(zhì)——加入CO2炭化——生成CaO3（輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品） 石灰?guī)r生產(chǎn)水泥 高嶺土生產(chǎn)陶瓷 鋁土礦生產(chǎn)耐火材料 石英巖生產(chǎn)玻璃等 六、礦熱加工技術(shù)研究應(yīng)注意的問題 1．目的要明確 增白、除雜質(zhì)、活化、相變、幾個作用？ 2．最佳煅燒溫度的確定 ①差熱分析 ②

30、熱重分析 ③試驗與性能測試 第六章 表面改性技術(shù) 一、 粉體表面改性的目的及作用 粉體表面改性就是根據(jù)應(yīng)用目的，用物理的、化學(xué)的或機械的方法，對粉體顆粒進(jìn)行表面處理以改變其理化性能（如表面晶體結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)、表面能、表面電性、表面浸潤性、表面吸附性、分散性和化學(xué)反應(yīng)特性等），從而開辟其新的應(yīng)用領(lǐng)域，滿足現(xiàn)代新材料、新工藝和新技術(shù)的需要。 在制作有機無機復(fù)合材料時，要把二者融合在一起，但是，由于無機礦物的表面能高、親水疏油，與表面能低、親油疏水的聚合物基體的界面性質(zhì)不同，二者相容性差，因此難以均勻分散其中，所以，表面改性的主要任務(wù)是改變礦物填料的表面（物理）化學(xué)性質(zhì)，使其具有親油疏水的

31、低能表面，使之成為一種新的功能型填料，增大它與有機聚合物、樹脂等基體的界面相容性、結(jié)合力，擴大填充量，降低復(fù)合材料的成本。 二、粉體表面改性方法 （1）表面包覆改性 表面包覆改性是利用無機物或有機物對礦物粉體顆粒表面進(jìn)行包覆以達(dá)到改性的方法，主要包括利用吸附、附著及簡單化學(xué)反應(yīng)或沉積現(xiàn)象進(jìn)行的包膜。 （2）沉淀反應(yīng)改性 沉淀反應(yīng)改性是利用化學(xué)反應(yīng)在礦物粉體顆粒表面生成沉淀物，形成一層或多層“包膜”，從而達(dá)到改善粉體表面性能的方法。 （3）表面化學(xué)改性 表面化學(xué)改性是通過表面改性劑與粉體顆粒表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方式完成表面改性的方法。 （4）機械力化學(xué)改性 機械力化

32、學(xué)改性是指在對礦物粉體進(jìn)行超細(xì)粉碎時，機械能轉(zhuǎn)化為顆粒表面能，改變顆粒表面的晶體結(jié)構(gòu)，使表面出現(xiàn)大量的斷鍵、懸鍵，表面活性點或活性基團(tuán)增加，使粉體顆粒呈現(xiàn)出激活現(xiàn)象，從而達(dá)到增加與周圍固體、液體和氣體物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)能力的效果。 （5）高能處理改性 高能處理改性是指利用紫外線、紅外線、電暈放電和等離子體照射等方法對無機礦物等粉體進(jìn)行表面改性的方法。 四、表面改性劑 1．偶聯(lián)劑 偶聯(lián)劑是具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，其分子具有親無機基團(tuán)和親有機基團(tuán)，前者能與無機礦物表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，形成強有力的化學(xué)鍵合，后者易與有機高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞。因此，偶聯(lián)劑能將無機礦物粉體與有機基體這兩種性

33、質(zhì)差異很大的材料牢固結(jié)合起來，成為二者之間緊密結(jié)合的“橋梁”。 （1）硅烷偶聯(lián)劑（2）鈦酸酯偶聯(lián)劑（3）鋯類偶聯(lián)劑（4）有機鉻偶聯(lián)劑 2．高級脂肪酸及其鹽 高級脂肪酸及其鹽的分子結(jié)構(gòu)中，一端為長鏈烷基（C16～C18），與有機聚合物基體有一定的相溶性；另一端為可與礦物表面官能團(tuán)發(fā)生物理、化學(xué)吸附的羧基及其金屬鹽。因此，它具有類似偶聯(lián)劑的表面改性作用。此外，高級脂肪酸及其鹽本身具有一定的潤滑作用，還可使復(fù)合體系內(nèi)摩擦力降低，改善復(fù)合體系的流動性能。 3．有機硅 有機硅是以硅氧烷鏈為憎水基，聚氧乙烯鏈、羧基、酮基或其它極性基團(tuán)為親水基的一類特殊類型的表面活性劑，俗稱硅油或硅樹脂，其主要品

34、種有聚二甲基硅氧烷、有機基改性硅氧烷及有機硅與有機化合物的共聚物等。 五、粉體表面改性效果評價方法 1．活化指數(shù)法2．潤濕液接觸角法3．表面自由能（表面張力）法4．表面包覆率及熱分析法5．水揚醛-乙醇顯色測定 六、表面改性技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用 1.表面改性技術(shù)在煤礦粉塵中的應(yīng)用2. 表面改性技術(shù)在瓦斯防治中的應(yīng)用 第八章礦產(chǎn)加工技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用 一、采煤工作面防塵技術(shù) 1. 主要研究內(nèi)容 （1）依據(jù)巖石粉塵或巖石拋光面的接觸角測試和歸納分析，對煤礦粉塵進(jìn)行表面性質(zhì)分類。 （2）針對每類煤塵進(jìn)行單獨研究，確定各類粉塵的潤濕性溶液。 （3）將上述研究成果與煤礦生產(chǎn)和防塵

35、操作相結(jié)合，最終確定防塵溶液的種類和使用方法。 2.主要研究成果 （1）在煤層中注水時，加入快速滲透劑（快T），注水壓力降低2-3MPa，注水速度提高46%，放煤時粉塵降低30%左右。 （2）在水幕中加入快T，可以使呼吸性粉塵降低50%。 （3）所選擇的潤濕性溶液對人體是安全的。 二、瓦斯防治技術(shù)與思路 1． 瓦斯裂隙帶封閉材料的研制與應(yīng)用 該技術(shù)主要是一種可以噴涂施工的親煤性涂料，可以快速噴涂在煤巷兩幫的煤層表面，封閉煤層裂隙，提高瓦斯抽放效果和瓦斯?jié)舛?。實驗室研究成果? 該技術(shù)的改進(jìn)轉(zhuǎn)型，可用于煤巷頂板封閉的涂料。主要作用是在以泥巖為頂板的煤巷中，防止頂板泥巖風(fēng)化而引起的錨

36、桿松動和支護(hù)強度降低。與噴射混凝土封閉比較，具有成本低、粉塵小、回彈率低、施工速度快等優(yōu)勢。 2． 改善水-煤親和性，提高壓裂效果 對煤層壓裂用水進(jìn)行處理，提高壓裂用水和煤層的親和性，降低注水壓力，提高單孔注水量和單孔影響半徑，提高壓裂效率?！獙嶒炇已芯砍晒?。 3. “瓦斯橋”理論 普通水對瓦斯具有封閉作用，所以，煤層裂隙中殘存的壓裂水對瓦斯抽放具有阻遏作用。該技術(shù)的意圖是給煤層壓裂時所用的普通水中添加某種和瓦斯具有一定親和性的表面活性劑，使瓦斯可以附著在表面活性劑中，從而溶解在水中；當(dāng)附著瓦斯的表面活性劑分子運移到裂隙上表面時，因濃度差作用，瓦斯和抽放系統(tǒng)中的空氣交換，進(jìn)入抽放系

37、統(tǒng)。 該技術(shù)就好像給水中架設(shè)了一個瓦斯可以通過的橋，稱之為瓦斯橋。其實，所謂的瓦斯橋是由一個一個獨立的有機大分子組成，更像是裝載瓦斯的船，所以也可以叫做瓦斯船或瓦斯舟。 4.潤濕煤層，解析瓦斯，提高抽放效果 力圖使水對煤的潤濕能大于煤對瓦斯的吸附能，達(dá)到解析瓦斯（變吸附瓦斯為游離瓦斯），提高瓦斯抽放效果的目的。在該項研究方向，現(xiàn)在只是可以適當(dāng)提高瓦斯解析初速度，還不能使瓦斯解析。 “水的改性技術(shù)及其在瓦斯防治中的應(yīng)用”是一個應(yīng)用基礎(chǔ)研究課題，難度很大，但是，一旦成功，在瓦斯治理和煤礦安全領(lǐng)域?qū)⑹且粋€巨大的進(jìn)步。 5.可燃冰形成條件研究與應(yīng)用 研究內(nèi)容研究可燃冰（瓦斯水合物）形成條件，特別是可燃冰催化劑的選擇和催化技術(shù) 研究目的 降低可燃冰形成條件，使煤礦地質(zhì)環(huán)境條件下，水和甲烷反應(yīng)，形成可燃冰，消除瓦斯災(zāi)害。