沸石加工设备

1. 做炭雕需要什么材料和什么设备

炭雕不一定是竹炭，其他类的如活性炭也是可以的，里面搀有沸石或麦饭石等可以净化空气的物质也是可以的，炭雕不仅的美观的更加是具有功能的！
如果你没有能力生产竹木炭直接去买，然后按着模具加工炭雕产品，如果你想生产竹木炭，也是容易的，生产炭的原理就的将竹木缺氧燃烧，或着是干馏成炭，

2. 　沸石（Zeolite）

一、概述

沸石是沸石族矿物的总称，包括含水的碱或碱土金属的铝硅酸盐矿物。沸石的化学组成十分复杂，因种类不同差异较大。沸石矿物的一般化学式为：A_m（Si,Al）_pO_2p·nH₂O，式中A主要为钠和钙，其次为钡、锶、钾和极少的镁、锰等。成分中（Mg、Ca、Sr、Ba、Na₂、K₂）:Al₂=1:1和O:（Si,Al）=2:1是恒定的。但不同的沸石，阳离子A及其含量不同，水分子多少各异，Al:Si比值从1:5到1:1变化。

目前，已发现40种天然沸石矿物，但只有方沸石、菱沸石、斜发沸石、毛沸石、浊沸石、丝光沸石、钙十字沸石等较为常见。我国已发现有斜发沸石、丝光沸石、碱菱沸石、钙十字沸石等10多种天然沸石，被大量利用的只有斜发沸石和丝光沸石。人工合成沸石已达数百种，几十种结构。但是目前已工业化的，具有经济意义的只有几种，其中产量最多的占人工合成沸石总量的99%的是4A沸石，其次是Y型和X型沸石。

沸石矿物的晶体具有架状结构。在架状骨干中存在着由[（Si,Al）O₄]四面体组成的环（如由四个四面体组成的“四元环”、六个四面体组成的“六元环”，以及“五元环”、“八元环”、“十二元环”等等）。环的孔径与一般分子大小相近（如四元环0.1nm、六元环0.22nm、八元环0.42nm、十二元环0.8～0.9nm）。不同的沸石矿物晶体中，环的元数不同，联结方式不同。因而，孔道的孔径、孔道方向、孔道贯通几度空间等各异。孔径越宽，可以容纳的物质的分子越大。六元环以下孔径太小，分子进不去，可用来进行离子交换。

形成环状的硅氧四面体再与另外的氧桥相互联接，便构成三维格架的孔穴（称笼或空腔）。在沸石晶体结构中许多形状整齐的多面体笼就是这样形成的。如立方体笼、α笼、β笼、六角柱笼等。

上述结构特征使沸石晶体结构存在孔道和空洞，被钠、钾、钙等阳离子和水分子－沸石水所占据。

当加热时沸石水将逐渐逸出。沸石失水后，孔穴形成的内表面积很大，1g纯沸石（A型分子筛）的总表面积达1100m²，即沸石被活化。失去沸石水后，可以吸附其他物质分子进入孔道。在这种情况下，直径比孔道小的分子能进入孔道，而直径比孔道大的分子则被拒之外，从而对分子起筛选作用。因此，被活化的沸石可作为离子筛或分子筛。沸石的选择性吸附、筛分性能，决定于沸石的孔径和被吸附分子的大小、结构、极性和化学键等。

在沸石晶体结构的孔穴中除沸石水外，还存在为了平衡晶格中负电荷而进入的金属阳离子（一般为K⁺、Na⁺），这些阳离子极易与水溶液中的阳离子（如Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺等）发生交换作用。这种可逆的阳离子交换，不破坏晶体结构，但会改变晶体内的电场，从而可使沸石的吸附和催化性能发生很大变化。沸石的离子交换性能主要与沸石晶体结构中硅铝比的高低、孔穴的大小、阳离子的性质及所在的位置有关。部分沸石的物理性质见表3-3-1。

二、沸石的主要用途

沸石的独特内部结构和晶体化学性质，使其具有吸附分离、离子交换、催化裂化、耐酸耐热、耐辐射和密度小等特点，广泛地应用于建材工业、农业、轻工业、环保及国防等领域。

建材工业用作烧制人造轻骨料、水泥掺合料、轻质高强板材及轻质砖和轻质陶瓷制品、无机发泡剂，配制多孔混凝土，作固结材料，建筑石料。

农牧业制作农药载体、土壤改造剂、多元颗粒肥料；家畜（禽）饲料添加剂；水产养殖业中水质改良剂等。

工业助剂与添加剂制作肥皂助剂、牙膏磨擦剂，烧制低温青瓷的助熔剂，纸张充填剂，橡胶塑料，树脂，涂料的充填剂和用作洗涤剂的原料等。

离子交换除氟改良土壤，废水处理，除去或回收重金属离子，放射性废物的处理，海水提钾，海水淡化，硬水的软化，食品的防腐保鲜。

吸附分离干燥剂、吸附分离剂、分子筛（对气体、液体进行分离、净化和提纯）（包括对天然气、煤气、化工气体等）。

催化裂化石油的催化、裂化剂，用于分馏精制石油产品。

表3-3-1部分沸石的物理性质

三、沸石矿床的工业要求及资源分布

对于沸石矿石，主要以

、K⁺离子交换能力，确定沸石矿物在矿石中的含量。

边界品位：K⁺交换量≥10mg/g土，或

交换量≥100mL/100g土（相当沸石总量的40%土）；

最低工业品位：K⁺交换量≥13mg/g土，或

交换量≥130mL/100g土（相当于沸石总量的55%土）；

K⁺交换量＜13mg/g，但

交换量＞130mL/100g的矿石，另外圈出，单独计算储量，并应确定沸石矿物的种属；

K⁺交换量为10～13mg/g,NH⁴⁺交换量为100～130mL/100g土的矿石列为表外矿；

矿床最低可采厚度为2m，夹石剔除厚度大于或等于1m。

按用途评价沸石矿床的工业指标见表3-3-2。

表3-3-2我国沸石矿床评价的工业指标

目前世界上已有40多个国家发现了近3000个沸石矿床或矿点，绝大多数沸石矿床产于新生代，以第三纪分布最为集中。与火山岩共生，玻璃质火山岩为沸石的成矿母岩。

日本、原苏联和美国是沸石资源大国。此外，朝鲜、肯尼亚、阿根廷、新西兰、冰岛、意大利、匈牙利、保加利亚、英国和原西德等国家均发现了较大规模的沸石矿床。

表3-3-3我国部分地区沸石岩化学成分表

①用斯科菲尔德法测定。

我国沸石资源丰富，主要分布于中生代火山活动区，赋存于侏罗系、白垩系中。我国部分沸石矿的化学成分和吸附性能见表3-3-3和表3-3-4。

表3-3-4我国部分产地沸石岩的吸附性能

四、沸石矿石的提纯及深加工

由于天然沸石受到纯度及某些自然弱点的影响，还不能满足各领域应用上的要求。为了进一步提高其吸附、交换和催化性能，需要对沸石矿进行选矿提纯和深加工处理。

1.选矿提纯

沸石的选矿存在一定的困难，主要原因有两个：一是沸石矿物结晶粒度非常细小，一般为1～50μm；二是与沸石共生的矿物，如蒙脱石、绢云母、石英、玉髓、蛋白石、长石、绿泥石等与沸石在选矿性质方面差异较小，不易分选。常用的选矿方法有：①重选，如摇床及离心力场强化的重选设备；②浮选，能处理细粒度物料，利用浮选药剂调节矿物的可选性，是目前最为有效的一种选矿方法；③选择性絮凝分选法。

我国主要进行过沸石的浮选、絮凝、重选、磁选等方面的试验研究，已取得了一定进展，但仍处于探索性研究阶段，有待于进一步的研究，寻求更有效、更经济的方法及工艺。

世界上销售的沸石一般只是经过破碎、筛分后符合粒度要求的产品。

日本板谷沸石加工厂采用干法精选工艺（见图3-3-1），选除矿石中的蛋白石、石英、长石、有机物等杂质，以提高产品的纯度和白度。产品性能见表3-3-5，“SGW”细粉状产品主要用于造纸。

图3-3-1干式精选流程

日本高岛加工厂采用湿法精选流程，生产微细粉状的水洗产品，产品性能见表3-3-6。其中产品“Hi-Z”可作为造纸用粘土。

美国布伊沸石矿采用分级和浓缩以及摇床选别和干涉沉降工艺分选沸石，工艺流程见图3-3-2。

图3-3-2布伊沸石矿造矿流程

2.沸石矿的深加工

沸石矿的深加工就是经酸、碱浸渍，煅烧等方法处理，使其活化和改型，提高沸石的吸附能力和交换能力。使沸石活化的方法较多，下面介绍几种主要处理工艺。

表3-3-5干法处理沸石的性能

注：PB＝纸装；FB＝软包装；PEB＝聚乙烯包装。

（1）酸处理加工工艺将沸石原矿粉碎至5～80目，用浓度为4%～10%的盐酸或硫酸浸渍，酸浸是将沸石孔道中的杂质和可溶性物质清除出来，浸渍处理时间以10～20h为宜。酸处理后的沸石经用碳酸钠、苛性碱等中和后洗涤，再水煮沸30～60min。将煮沸后的沸石干燥，然后在350～580℃温度下焙烧。焙烧后的沸石被粉碎到所需要的粒度，即为活性沸石产品，其吸附性能达到或优于活性炭。

表3-3-6湿法处理沸石性能

（2）煅烧处理工艺将沸石原矿干燥破碎，排除破碎中产生的粉末。将破碎产品放在焙烧台上，通过热风缓缓升温，焙烧温度不超过500℃。在温度（焙烧）升到足够高时用水急骤冷却，然后干燥。经上述处理后，能使离子交换容量值和吸附能力缓慢提高，可作水质净化剂使用。

（3）P型沸石将3g10～20目的沸石矿放入NaOH浸液中，在（95±5）℃下加热70h，即获得P型沸石。NaOH浓度不宜过高，否则会破坏沸石结构。改型后的P型沸石对CdCl₂的吸附量明显增加。

图3-3-2布伊沸石矿选矿流程

（4）H型沸石将天然沸石用稀无机酸（HCl、H₂SO₄、HNO₃、HClO₄等）处理，使H⁺交换率至少在20%以上，成型后在90～110℃干燥，最后以350～600℃温度加热活化，即成H型沸石。H型沸石具有很高的吸附速度和阳离子交换容量。

（5）Na型沸石将沸石用过量的钠盐溶液（NaCl、Na₂SO₄、NaNO₃等）处理，使Na⁺交换率至少在75%以上，成型后在90～110℃干燥，最后在350～600℃温度下加热活化制成。Na型沸石对气体的吸附容量很大，甚至比合成的0.5nm分子筛的吸附量还大。

（6）NH₄型沸石将天然沸石用2M的NH₄Cl溶液处理，然后用2M的KCl溶液作洗涤剂，其阳离子交换容量可达145mN/100g。

此外还有将比表面积小、孔径小的斜发沸石改型为八面沸石，可应用于化工、炼油领域。改型工艺见图3-3-3。

图3-3-3八面沸石加工工艺流程

最佳改型条件为（每克矿样）：NaOH0.55g、NaCl0.60g、水3.00g、反应时间4h。改型前后的性能见表3-3-7。

表3-3-7沸石改型前后性能比较

五、我国沸石开发利用现状

我国沸石矿产资源开发利用研究仅有20年，在建材、轻工、农牧、环保等领域里的开发研究与应用已取得了一定成果。部分成果见表3-3-8。已开发的主要沸石矿床有：浙江缙云老虎头、天井山混合型沸石岩矿床；河北赤城独石口斜发沸石岩矿床、围场斜发沸石岩矿床；山东潍县涌泉庄丝光沸石、斜发沸石岩矿床、莱阳白藤口丝光沸石岩矿床、莱西斜发沸石、丝光沸石岩矿床；河南信阳上天梯斜发沸石岩矿床；黑龙江海林斜发沸石岩矿床；辽宁北票斜发沸石岩矿床；吉林九台银矿山混合型沸石岩矿床；内蒙古呼和浩特郊区陶卜齐丝光沸石岩矿床。

表3-3-8我国部分领域对沸石岩的质量要求

续表

续表

目前，天然沸石在工业应用中存在以下主要问题：一是质量问题，二是品种问题。质量问题主要是纯度不高，杂质较多，以及活化产品的质量达不到应用部门要求。品种问题是适合于不同应用部门要求的改型、改性系列化产品少。因而，一方面要加强选矿提纯工艺的研究，另一方面也要加强沸石改性、改型工艺条件的研究。

上天梯沸石矿是河南省最大的沸石矿，与膨润土、珍珠岩共生，为斜发沸石岩。目前主要是作水泥填料用。在除氟方面的研究已取得较好成果。沸石原矿经破碎活化后，提高了吸附氟离子的能力。原水含氟3～8.2mg/L，经沸石吸附后含氟降到1mg/L以下，符合饮用卫生标准。用过的沸石可再生反复使用，为氟病区人民带来了福音。针对河南省的实际情况，应加强氟石在环保、农药方面的开发研究。氟石矿的超细微粉在立交桥、高速公路上的应用已受到建设部门的高度重视。

六、人工合成4A沸石

天然沸石已被成功应用到工业、农业、环保等各个领域中，但是在一些工业部门，如洗涤业中的助洗剂，还是要用人工合成的4A沸石。因为天然沸石，无论是吸钙量，还是白度等指标均达不到要求。在催化剂领域中，至今仍然使用人工合成的沸石。

人工合成沸石已达数百种，几十种结构。但是目前已工业化的，具有经济意义的只有几种，其中产量最多的是4A沸石。4A沸石主要用于洗涤剂中，取代三聚磷酸钠（STPP）。4A沸石也是制取其他品种沸石的母体。

4A沸石的分子式为Na₉₆Al₉₆Si₉₆O₃₈₄·216H₂O，经简化为Na₁₂（Al₁₂Si₁₂O₄₈）·27H₂O的称为伪晶胞或假单元式，可再简化为Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·4.5H₂O,Na₂O17%、Al₂O₃28%、SiO₂33%、H₂O22%。4A沸石的比表面积可达800m²/g，能吸附一定量的有机污垢。4A沸石对Ca²⁺有很强的交换能力，理论吸钙量以mg-CaCO₃/g（干）计，可达352mg/g，所以能软化硬水。4A沸石作助洗剂，除软化硬水外，有pH缓冲能力，提高了清除油污的效果。4A沸石除了具有上述的助洗剂功能外，还具有原料来源广，制取工艺简单，能耗低，价格低于三聚磷酸钠，生态学方面安全等优点，使之成为三聚磷酸钠最理想的代用品。

合成4A沸石的生产工艺根据原料不同而不同，主要有以下几种生产工艺。

1.氢氧化铝水热合成法

该工艺是以市售的氢氧化铝、氢氧化钠、硅酸钠为原料，直接进行水热合成制取沸石（图3-3-4）。该工艺是世界上普遍采用的生产工艺，世界上许多著名厂家都采用此工艺生产，如德国的Henk和Degussa公司、荷兰AK20-PQ公司、意大利的Mira公司、日本东洋曹达公司、西班牙的FMC公司、美国的P＆G公司等。此工艺的优点是生产流程简单，产品质量较高，流程灵活性大，可以根据市场需求生产多种型号沸石。缺点是成本高。

图3-3-4水热法合成沸石工艺流程

2.高岭土法

美国Ethyl公司利用高岭土生产4A沸石助剂。纯高岭土中的硅铝比值恰好与4A沸石相等。高岭土焙烧之后转变为活性较高的非晶质的偏高岭石，偏高岭石在热水碱性溶液中转换成4A沸石（图3-3-5）。

图3-3-5用高岭土合成4A沸石的流程图

这种方法的优点是工艺简单、成本低；缺点是缺少高质量的高岭土原料，难达到洗用沸石的要求，白度、粒度及钙交换量三项指标难满足用户的要求。

美国的U.C.C公司也采用高岭土法，只是在焙烧后加了一道氯化除杂工序。

3.三水铝石矿法

用三水铝石矿作原料生产4A沸石，工艺难度较大，成本较低。我国福建汇盈和耀隆洗涤助剂厂用此法生产4A沸石（图3-3-6）。

图3-3-6三水铝石矿法合成4A沸石工艺流程

河南省非金属矿产开发利用指南

河南省非金属矿产开发利用指南

4.以一水硬铝石为原料的方法

以三水铝石矿为原料合成4A沸石，是在常压下经碱溶直接制得铝酸钠，生产成本低。但我国三水铝石矿少，仅在南方福建、海南、贵州等省有少量储量，所以三水铝石矿法受原料限制。我国铝土矿资源丰富，在铝土矿石中主要铝矿物是一水硬铝石，有的矿石含少量—水软铝石、高岭石等矿物。以铝土矿为原料生产4A沸石符合我国资源国情。

在合成4A沸石工艺中，首先要获得铝酸钠溶液，然后再与硅酸钠溶液混合，经胶化、晶化等反应过程，合成4A沸石。铝酸钠碱溶液是拜耳法以及所有其他碱法生产氧化铝的主要中间产物。用铝土矿生产氧化铝主要有两种方法，一是拜耳法（湿化学法），另一种是苏打石灰石烧结法。这两种方法的工艺过程中都有中间产品铝酸钠溶液，将铝酸钠溶液与硅酸钠溶液混合，经胶化、晶化、老化等过程合成4A沸石。如山东铝业公司就是在烧结法氧化铝生产系统中嫁接4A沸石生产线，生产出助洗剂4A沸石（图3-3-7）。

在合成沸石的工艺过程中，胶化、晶化、老化过程的有效控制，是合成合格产品的关键。经沉淀压滤后的铝酸钠清液和具有一定模数的液体硅酸钠按一定的配比注入合成罐内，调控反应物配比是产生4A沸石晶相纯度的关键。胶化反应形成的是非晶态、无定形的胶体粒子。在水热条件下，有如下反应：

河南省非金属矿产开发利用指南

随着反应时间的延长，胶团解析出NaOH并形成微晶。

晶化反应生成4A沸石晶体，反应式为：

河南省非金属矿产开发利用指南

图3-3-7以铝土矿为原料合成4A沸石工艺

4A沸石的晶体生长与浓度、温度、时间密切相关。晶化时间不够，晶化率下降，晶化不完全；晶化时间过长，会产生杂质相（如方钠石），同样会使4A沸石量相应减少。严格控制反应溶液的总碱度，保证合成的4A沸石晶体粒径小，≤4μm的≥90%，≤10μm的＞99%。

老化过程可提高4A沸石的结晶度，使之更稳定，4A沸石晶体的粒度分布更为合理，提高钙交换量和白度。

随着胶化（浆化）、晶化、老化过程的进行，完成了非晶态的水合铝硅酸钠向晶体的转化。要使合成的4A沸石的结晶度、白度高、粒度细且分布合理、钙交换量高，就必须严格控制合成反应的每一个过程的条件。

5.酸性粘土法

日本水泽公司（MIZUSAWA）利用酸性粘土生产洗用沸石，此法的优点是产品的粒度细，缺点是工艺复杂、成本较高。工艺流程见图3-3-8。

图3-3-8水泽公司的酸性粘土法工艺流程

关于助剂4A沸石的质量要求各厂家不尽相同，目前还没有统一的国际标准。一般是根据用户需求制定生产工艺，使产品质量满足用户要求。表3-3-9列出各厂家的质量标准。

表3-3-94A沸石助洗剂质量要求

①中华人民共和国行业标准，1993-07-01实施；②山东铝业公司企业标准，1993-06-01实施。

主要参考文献

[1]《非金属矿工业手册》编辑委员会，非金属矿工业手册（上、下册），冶金工业出版社，1992.12。

[2]《矿产资源综合利用手册》编辑委员会，矿产资源综合利用手册，科学出版社，2000。

[3]王濮等，系统矿物学（中册），地质出版社，1984.8。

[4]孙宝岐等，非金属矿深加工，冶金工业出版社，1995.2。

3. 矿物加工

自然界中具有重要经济价值的单矿物岩石和矿石极少，即使是单矿物岩，也含有各式各样的杂质。矿物本身的性质并非均可利用，矿物加工实际上是一个“抑制缺点、发挥优势”的过程。

矿物加工工艺流程有四个阶段:①破碎－磨矿;②选矿－提纯;③超细粉碎;④表面改性。对特定矿物而言，上述流程并非需要完全完成，也并非需要遵照严格的先后顺序，可根据要加工的矿物和最终产品、经济和环境效益而定。

1.破碎－磨矿

破碎与磨矿是将矿物原料的粒度减小的作业，其中减小至5mm称为破碎，再细的粉碎作业称为磨矿。磨矿的细度要根据矿石的工艺矿物学研究结果和试验确定，其目的是使矿石中的有用矿物和脉石矿物达到单体解离，为后继的选矿作业供给合适粒度和形态的物料，或者为后续的超细粉碎提供合适粒度的物料，也可以直接提供一般的粉末产品。破碎与磨矿可能在空气介质(干法)和水介质(湿法)下作业，通常由破碎－筛分作业和磨矿－分级作业两个阶段进行。破碎机和筛分机多为联合作业，磨矿机与分级机常组成闭路循环。它们分别是组成破碎车间和磨选车间的主要机械设备。破碎设备有颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、冲击破碎机、锤式破碎机等，筛分设备有振动筛、隔条筛等。磨矿设备有球磨机、棒磨机、雷蒙机、柱磨机、高压辊磨机等。分级设备有机械分级机、水力分级机、分离分级机等。

2.选矿－提纯

选矿－提纯作业的目的是:①将矿石中有用矿物和脉石矿物相分离，富集有用矿物;②除去有用矿物中的有害杂质，使有用矿物得以纯化;③回收伴生的有用矿物，综合利用矿产资源。矿石经过选矿后，可得到精矿、中矿和尾矿三种产品。分选所得的有用矿物含量较高、适合于冶炼加工的最终产品，叫做精矿。选别过程中得到的中间的、尚需进一步处理的产品，叫做中矿。选别后，其中有用矿物含量很低、不需进一步处理(或技术经济上不适于进一步处理)的产品，叫做尾矿。

最常用的选矿－提纯方法有:

(1)重力选矿法(简称重选法)重选是根据相对密度(或密度)不同的矿物在介质(水、空气或重介质)中运动速度和运动轨迹的不同，而达到分选的方法。重力选矿法处理量大，简单可靠、成本低廉，它广泛用来选别稀有金属(钨、锡、钛、锆、铌、钽等)、贵金属(金、铂族)、黑色金属(铁、锰等)相对密度较大的金属矿物。也用于有色金属(铜、铅、锌等)的预选作业，非金属矿物也常用重选法(如石英与云母)。事实上水力分级、风力分级、洗矿作业也是重力选矿的特例。重选作业是在各种类型的重选设备中进行的，主要设备有跳汰机、摇床、离心选矿机、溜槽、重介质选矿机等。

(2)浮游选矿法(简称浮选法)浮选亦称泡沫浮选，是根据矿物表面润湿性的不同，在矿浆中添加适当浮选药剂，在浮选机内搅拌与充气产生大量的弥散气泡附着在所选择的矿物上，借助泡沫的浮力上浮矿浆表面，使之与其他矿物分离。浮选法应用广泛，虽然磨矿细度要求高，选矿成本偏高，但选矿效率高，可用来处理绝大多数矿石。自然界仅少数矿物具有较好的天然可浮性(如石墨、自然硫、辉钼矿、滑石等)，大部分矿物的天然可浮性是比较差的。为了实现矿物的浮选分离，必须人为地控制矿物表面的润湿性质，扩大矿物间可浮性的差别。在浮选过程中，使用浮选药剂来改变矿物的表面性质，是控制矿物浮选行为的必要手段。通过采用浮选药剂可以使浮选工艺适用范围扩大，使之适用于大多数矿物。浮选药剂一般分为三类:捕收剂、起泡剂、调整剂。浮选设备有机械搅拌式浮选机、充气机械搅拌式浮选机、充(压)气式浮选机、气体析出式浮选机。

(3)磁选法矿物分为强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。磁选是根据矿石中矿物磁性差异，在不均匀磁场中实现矿物分离的选矿方法。磁选多用于有磁性的黑色金属氧化物矿物，如磁铁矿、钒钛磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿，也用于磁黄铁矿选矿。对于非金属矿物的磁选，主要是用于对杂质的去除，使所要的矿物得到纯化，如高岭石、霞石、长石通常要求氧化铁杂质含量低于某个数值(当然是越低越好)，磁选除铁成为一个经济高效地提纯方法。磁选设备分类方式多样，按磁源分永磁和电磁，按作业方式分干式和湿式，按选机形态有带式、筒式、辊式等，按磁强度和梯度可分为弱磁场磁选机、强磁场磁选机、高梯度磁选机。

(4)化学选矿与化学提纯化学选矿是利用化学作用将矿石中的有用成分提取出来，或者将矿石或矿物中的有害杂质除去的方法，这种方法可以起到机械选矿方法难以达到的效果，但成本相对较高。化学选矿提纯法包括以下方法:焙烧、酸碱处理、浸出、溶剂萃取、离子交换、化学漂白等，且多种方法可以配合使用，或者与机械选矿法配合使用。例如:利用金、银能在水银和氰化物溶液中溶解的方法来提取矿石中的金、银;用硫酸浸取酸性氧化铜和自然铜，形成硫酸铜溶液用铁置换后生成海绵铜;将赤铁矿和褐铁矿与适量的碳混合后焙烧至570℃左右生成磁铁矿，再用磁选机选出精矿。对于非金属矿物，白度是一个重要指标，其致色原因是含有Fe₂O₃微粒且不能机械选出，可用连二亚硫酸钠将Fe³⁺还原成可溶性的硫酸亚铁而被除去，从而对矿物进行漂白。

另外，还有根据矿物的导电性、摩擦系数、颜色和光泽等不同而进行选矿的方法，如电选法、摩擦选矿法、光电选矿法和手选法等。

3.超细粉碎

在非金属矿加工业中，一般将d₉₇≥10μm(也有人定义为d₉₀≥10μm)的粉体物料称为“超细粉体”。现在最新的磨机可生产0.25μm的超细粉末。超细粉体由于粒度细、纯度高、粒度分布窄、质量均匀、比表面积急剧增大、晶体内部缺陷减少，矿物表面甚至能生成一层非晶质层，因而具有一系列特殊的应用性能，如表面活性高、化学反应速度快、溶解度大、烧结温度低且烧结体强度高、作为复合材料补强性能好以及独特的电性、磁性、光学性能和流变性等等。

超细粉体的应用始于第二次世界大战之后，尤其是近20年来，随着以信息技术、微电子、新材料、新能源、航空航天、生物、环保技术等为特征的现代高新技术产业的崛起，对超细粉体特殊性质的认识和超细粉体加工制备技术的长足发展，矿物超细粉体在现代工业和高技术新材料的相关领域得到了越来越广泛的应用。主要应用领域为高技术陶瓷、陶瓷釉料、微电子及信息材料、塑料、橡胶及复合材料填料、润滑剂及高温润滑材料、精细磨料及摩擦材料、造纸涂料及填料、油漆颜料及特种涂料、生物化学及药品材料、航空航天密封材料、化妆品等。

迄今为止的超细粉碎方法主要是机械力方法，包括利用高速气流冲击的气流磨;利用高速机械回转冲击及剪切作用的冲击式超细粉碎机;利用摩擦研磨作用的搅拌球磨机、振动球磨机、旋转球磨机、行星磨;利用剪切力的胶体磨;利用压应力的高压辊磨机;以及利用高压射流冲击的射流粉碎机等。与超细粉碎紧密相伴的是超细粉体分级设备，该分级设备的作用一是提高粉碎效率、防止过磨，二是减少超细颗粒在粉碎过程中再次团聚，保证粉体的细度和粒度分布。超细粉体分级机分两类，一是干式的空气旋流分级机和涡轮式气流分级机，二是湿式的水力旋流器、卧式螺旋离心机和沉降式离心机等。

4.表面改性

矿物表面改性是指用物理、化学、机械等方法对矿物粉体表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变粉体表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。表面改性为开发矿物产品的性能、提高其使用价值和开拓应用领域提供了新的技术手段，对相关应用领域的发展具有重要的实际意义。因此，表面改性是当今非金属矿物最重要的深加工技术之一。在塑料、橡胶、胶粘剂等高分子材料工业及复合材料领域中，无机矿物填料占有很重要的地位。这些矿物填料，不仅可以降低材料的生产成本，还能提高材料的刚性、硬度、尺寸稳定性以及赋予材料某些特殊的物理化学性能，如耐腐蚀性、阻燃性和绝缘性等。但由于这些无机矿物填料与基质相容性差，因而难以在基质中均匀分散，直接或过多地填充往往容易导致材料的某些力学性能下降以及易脆化等缺点。因此，还必须对无机矿物表面改性，增强矿物与有机物基质的相容性，提高复合材料的综合性能。

在大多数情况下，矿物表面性质的改变是依靠各种有机或无机化学物质(即表面改性剂)在粉体粒子表面的包覆或包膜来实现的。因此，在某种意义上来说，表面改性剂是矿物表面改性技术的关键。简单的酸碱处理可以改变某些矿物的表面性能，用无机酸(主要是硫酸或盐酸)处理蒙脱石(将钙基蒙脱石改变为钠基蒙脱石)、凹凸棒石、沸石等粘土矿物，可增强表面活性，提高吸附性能。

矿物粉体表面改性剂有:钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸盐偶联剂、有机锆偶联剂、有机硅、高级脂肪酸、高级胺盐、氯化石蜡、非离子表面活性剂;为了改善矿物粉体的光学性质，提高白度和遮盖力，有时需要在低折射率的矿物基底上镀上高折射率的化合物或人工矿物，如在白云母薄片上镀上二氧化钛镀层。

学习指导

本章是为矿物各论部分矿物“用途”部分的理解打下理论基础，对所要求学习掌握的矿物用途有较为明确的概念，增加对矿物观察、描述和鉴定的兴趣。本章要求对矿物加工的各个阶段有较为系统的理解，了解矿物破碎、磨矿、选矿、提纯、超细粉碎、表面改性的原理和方法。

复习思考题

1.举出三种同时具有金属矿物和非金属矿物属性的矿物，分别提出从中提取金属元素和制备矿物材料的方法。

2.提出从煤系地层中的硬质高岭石制备一种或两种矿物材料的方法。

3.矿物原料粉碎的施力方式有几种?

4.矿物加工的实际意义是什么?其工艺流程主要分哪几个阶段?

5.何谓冷加工?何谓热加工?两者加工性能和应用范围有何差别?

4. 冲击式超细粉碎分级成套设备的应用与发展

尹小冬 亓丰源 郭力 王长会 谭涌 马亮 杨战厚 王新江

（咸阳非金属矿研究设计院，咸阳 712021）

摘要 通过对CXF 系列冲击式超细粉磨机原理与应用情况的介绍，结合国内外相关技术的发展提出了冲击式超细粉磨机的发展目标与趋势。

关键词 超细粉体；冲击式磨；发展方向。

第一作者简介：尹小冬，男，1960年出生，咸阳非金属矿研究设计院院长，教授级高级工程师。电话：029-33343053；E-mail：[email protected]。

一、概述

迄今为止，超细粉碎方法主要是机械力方法，包括利用高速气流冲击的气流磨；利用高速机械回转冲击及剪切作用的冲击式超细粉碎机；利用摩擦研磨作用的搅拌球磨机、振动球磨机、旋转球磨机、行星磨；利用剪切力的胶体磨；利用压应力的高压辊磨机；以及利用高压射流冲击的射流粉碎机等。

咸阳非金属矿研究设计院作为国内开展超细粉碎技术研究最早的几家单位之一，开发出CXF系列冲击式超细粉碎分级成套设备，该设备凭借其较低的能耗，较高的粉碎效率以及产品质量稳定等特点，受到广大用户的认可。目前已经有300余台售出，遍及全国各地，并出口非洲，广泛应用于滑石、高岭土、碳酸钙、蛇纹石、氧化镁、重晶石等非金属矿物的超细粉碎^［1～5］。

二、结构原理

CXF51 A型超细粉碎成套设备由CM51A型超细粉磨机、QF5A型涡轮式分级机、布袋收尘器、集料器以及高压风机等组成。

（一） CM51A型超细粉磨机

CM51A型超细粉磨机的构造如图1 所示。小于8～10mm的物料由给料斗经双螺旋给料器给入，给料速度的快慢根据粉碎机的实际负荷自动调节，并可控制给料粒度。两个粉碎室互相直列配置，二室直径比一室略大，中间由可调换的圆形挡料环隔开。在第二粉碎室的排出口，也装有形状相同的挡料环与风扇隔开。每一粉碎室均设有两列转子。在所有转子顶部，均装有高硬度耐磨合金钢制成的可替换锤头，与其平行相对的是镶在壳体内侧经特殊处理的高耐磨衬板，其间留有很小的间隙。物料在粉碎室随着旋转的气流移动，颗粒间相互冲击、碰撞、摩擦、剪切；同时受旋转体离心力的作用，颗粒受到粉碎室内壁的撞击、摩擦、剪切等作用被连续粉碎。粉碎室具有冲击兼气流颤振粉碎作用，最有效的粉碎区间发生在每个粉碎室的两排转子间。物料进入第一粉碎室后即被粉碎成数百微米大小的粉体，而第二粉碎室转子的线速度比一室要大，经过该区间的粉体受到冲击粉碎作用更强。由于第二粉碎室的直径增大，此时粉体的粉碎时间延长，而且该粉碎室的转子还具有分级功能，通过这里的粉体细度达到数微米。物料经两级粉碎后，由风扇送至空气分级机分级。未通过分级机的较粗颗粒，经回转卸料器返回粉碎机再粉碎。物料中的难磨砾子和残留杂质，可通过机内特设的排渣装置自动排出机外。通过分级机的微细颗粒，进入微粉收集系统而成为最终产品。

图1 CM型超细粉磨机构造图

1—机座；2—排渣装置；3—主轴；4—进风口；5—给料机；6—料斗；7—一室转子；8—一室挡料环；9—衬板；10—二室转子；11—二室挡料环；12—风扇

（二） QF5型涡轮分级机（图2-）

QF5型涡轮分级机是依靠转子产生的惯性离心力与气流对颗粒的作用力使粗细颗粒分开，达到分级的目的。其工作原理是：从粉碎机或物料分散设备中来的含固相工质气流通过进料管1 进到分级机，与从二次进风口6导入的气流混合到转子区，如图2所示。带有叶片的转子依某个转速旋转使该区的气流做回转运动，形成离心力场，从而使粗细物料分开。粗颗粒通过返料管7排出。而细颗粒通过转子叶片之间的间隙，被气流带出分级机而成为分级产品。分级机转子横断面如图3所示。该转子装有若干个叶片，径向有一定的前倾角，上下叶盘具有不同的直径。QF5型涡轮分级机的转速是可调节的，可根据不同物料及对产品细度的要求选择。

表3 部分物料超细粉碎应用的生产实践

（五） CM51A型对超细粉碎设备可避免粉碎过程中对产品的污染

采用由CM51A型超细粉碎机组成的工艺，对山东某地产出的50 t二级滑石进行了超细粉碎试验生产，在原矿Fe含量为1.37%时，经超细粉碎后，-10μm通过率85.5%的产品中Fe含量为1.27%，排渣中Fe含量为1.43%，说明原矿部分铁质通过粉碎机特设的排渣装置排出，滑石经过超细粉碎后自身纯度得到了提高。而对于高纯度石墨的超细粉碎，如内蒙古某厂高碳石墨，规格为LG100—96。碳品位为96.28%，灰分3.08%，挥发分1.14%，水分0.57%。在不同分级机转速条件下的超细粉碎产品经检测可知：产品-500目通过率97.93%～99.90%，Fe 含量均≤100×10^-6，碳品位96.88%～97.68%，灰分1.67%～2.05%，挥发分0.65%～1.16%，水分0.3%～0.6%。本试验研究结果完全满足了外商的要求，产品现已批量出口日本、韩国、瑞士等国家。由此可见，高碳石墨经过CM51A型超细粉碎机粉碎后，产品的纯度没有发生明显变化，仅仅是细度变得更细了。

（六） CM51A型超细粉碎设备可用于物料的打散

CM51A型超细粉磨机还具有解聚、打散的功能。对于轻质碳酸钙来说，由于轻质碳酸钙采用化学法生产，生产过程中往往有部分条件发生变化，造成产品诸如炭化不完全，部分颗粒过大，另有部分超细颗粒团聚，导致其最终产品不稳定的现象；而对于煅烧高岭土而言，产品经过煅烧后，形成团聚现象，影响其使用效果。通过改进CM51A型超细粉碎机的工况参数，完全解决了轻钙产品的不稳定性和煅烧高岭土超细粉的团聚现象。现已成功地应用于上海某轻质碳酸钙企业和国内煅烧高岭土的解聚打散。

四、发展趋势

（一）设备技术参数的优化

为满足非金属矿市场对粉碎设备日益增长的需求，充分挖掘CXF51 A型冲击式超细粉碎分级成套设备的潜力，在分析该设备技术性能的基础上，进行了技术改造，通过对粉碎作用力、转子线速度、进料粒度、CM51型超细粉碎机内部风扇的作用等进行综合分析与研究，并结合我们对于冲击式超细粉碎机内所应选用的耐磨材料的研究，确定了技术改造的方案，将CXF51 A型冲击式超细粉碎分级成套设备成功改造为CXF51 C型冲击式超细粉碎分级成套设备，并采用内蒙古中部煤系高岭土作为原料进行了工业试验，取得了较为满意的结果。

通过技术改造，CM51A型冲击式超细粉碎机转子的线速度在原有的基础上提高了8%～12%，给料粒度增大为0～15mm，并对系统风量做适当调整，产量最终提高了20%～30%，产品粒度d97减小至2.03μm，产品颗粒形貌去除了棱角和平整解理面，形状比较均一，在后续应用中，使得表面改性效果良好，显著降低了改性剂用量，并且避免了这些部位在微观上都是复合材料内部的应力集中点，而对非金属矿填料的使用效果所产生的不良影响，改善了超细煤系高岭土粉体在使用中的应用效果。

改造后的CXF51 C型设备目前已销售20余台套，用户反映良好。

（二）产品的系列化

在充分发掘现有设备潜力的同时，我们也注重新产品的系列化开发，在51型设备成功经验的基础上，我们通过承担国家科研院所技术研究开发专项资金项目，成功开发出CXF61型冲击式超细粉碎分级成套设备，在产品主要性能指标不变的情况下单机产量比CXF51型提高了一倍，达到0.4～0.6 t/h，获得了中国中材集团公司科技进步二等奖，目前该设备已完成产品的定型工作，投入批量生产，并将马上进入市场。

（三）新型设备的进一步开发

随着科技的进步，非金属矿物材料的应用范围越来越广，作为非金属矿物深加工重要手段之一的超细粉碎技术也有了长足的进步。目前超细粉碎设备的发展趋势是大型化、自动化、节能化。国外目前的大型干法超细粉碎设备近年来在大型化、节能化方面取得了很大的进步，单机的产量已经能够达到4～5 t/h，单位产品的能耗≤120（kW·h）/t，设备自动化水平较高，各参数的调整非常方便。

咸阳非金属矿研究设计院目前也在进行这一方面的研发工作，在原有的研究基础上结合对国外先进技术设备的研究，将冲击式超细粉碎机与气流磨的工作原理进行合理的集成与创新，从而形成新的对撞式超细粉碎机。与冲击式超细粉碎机相比，对撞式超细粉碎机吸收了气流磨的特点，物料在粉碎腔内的撞击更猛烈，频次增多，提高了粉碎效率；与单纯的气流磨相比，由于融入了冲击式粉碎机的特点，所以物料的入料粒度大大增加，一次粉碎比很大，粉碎能量的利用率显著提高。对撞式超细粉碎机的单机产量得以大幅度的提高，产品1250目，90%通过率，产能＞1.5 t/h。目前该设备的设计工作正在进行。

五、前景展望

冲击式超细粉碎作为超细粉碎的一种重要组成形式，由于具有工艺简单，设备性能稳定，产品便于包装运输，环保性能良好等优势，有着良好的发展前景。

参考文献

［1］王新江，亓丰源，吴治林.冲击式超细磨对方解石类矿物的超细粉碎实践及工艺技术研究［J］.非金属矿，2000（3）

［2］王长会，谭涌，马亮.微细分级机转子结构参数对分级点的影响分析［J］.中国粉体技术，2006（3）

［3］朱瀛波，龚国华.一种具有粉碎和提纯双重功能的超细粉碎设备［J］.非金属矿，2003（4）

［4］王新江.冲击式超细粉碎机对功能性非金属矿物材料的加工利用［J］.中国非金属矿工业导刊，2003（4）

［5］马亮，亓丰源，谭涌.CXF51A 型冲击式超细粉磨机的技改与应用［J］.非金属矿，2005（4）

Application and Development of Impact Ultrafine Mill

Yin Xiaodong，Qi Fengyuan，Guo Li，Wang Zhanghui，Tan Yong，Ma Liang，Yang Zhanhou，Wang Xinjiang

（Xian Yang Research ＆ Design Institute Of Non-Metallic Minerals，Xian Yang 712021）

Abstract：Through analysing the working principle and application condition of CXF series impact ultrafine mill，integrating the development of relative technology at home and abroad，the article put forward the development objective and trend of the impact ultrafine mill.

Key words：ultrafine-powder，impact type mill，development direction.

5. 第6章 样品加工

天然的岩石矿物是极不均匀的。将天然的地质样品变成可供实验室分析的分析试样，这个过程称之为样品加工或样品制备，俗称碎样。

样品加工是分析工作必不可少的重要组成部分，它不仅是分析工作的第一步，而且是分析质量保证的重要环节。分析中的误差可以通过不同的分析方法、不同的分析人员或不同实验室的相互比对发现，而样品加工不当引入的误差是分析工作本身无法消除的。分析工作者也许并不直接参与样品加工，然而必须懂得样品加工的重要性，了解样品加工的方法和程序，知道样品加工的基本要求和加工过程中可能存在的误差来源。

6.1 样品加工的原则和基本要求

采用经济有效的加工方法，将岩石矿物等地质样品经过破碎、过筛混匀、缩分，制备成代表性、均匀性合格的分析试样，这就是样品加工的原则。

样品加工的基本要求是: ① 加工后的试样应保证与原始样品的物质组分及其含量不发生变化，即试样的代表性不变。这就要求加工过程中不应有损失或沾污，且要防止诸如加工过程中因发热而引起的某些成分 ( 如亚铁、硫) 氧化而导致的成分含量变化; 这在样品加工中实际上极难完全做到，采取适当的措施将这些影响降低至最小是可以办到的。② 加工后的试样应该有良好的均匀性。欲使加工后的试样绝对均匀是不可能的，但是在一定的取样量前提下，试样待测组分的均匀性应满足分析工作的需要，无疑是必须达到的基本要求。③ 加工后的试样必须达到规定的粒度要求，便于后续分析工作的试样分解和测定。④ 样品加工的方法应根据不同矿种和不同的分析要求，采取不同的加工方法，确保样品加工的质量。

6.2 样品缩分公式———切乔特公式

6.2.1 切乔特公式及其物理意义

在地质样品的加工过程中，必然要经过破碎和缩分。如何保证缩分后样品的代表性，实际工作中通常使用切乔特公式判断，这是一个经验公式，可用下式表示:

Q=Kd²

式中: Q 为样品最低可靠质量，kg; d 为样品中最大颗粒直径，mm; K 为根据样品特性确定的缩分系数，它为一常数，必要时可通过试验求得。

6.2.2 样品的最低可靠质量 Q

样品加工的过程是样品粒度和质量不断减小的过程。在一定的样品粒度下，确保样品化学成分不变所需的样品最小质量，称之为样品的最低可靠质量，也可理解是确保样品缩分前后化学成分不变的样品最小质量。在样品加工过程中，凡样品质量大于最低可靠质量的，上述意义下是合格样品; 反之，则违犯了样品加工的规定，是不允许的。

从切乔特公式可以看出，影响 Q 值的主要因素是 K 值和样品的最大粒径。与 K 值大小相关的因素，如样品种类、待测元素的含量及其分布的均匀程度、分析精密度和准确度的要求等均会影响 K 值。样品的粒度越细，样品的最低可靠质量 Q 就越小。

6.2.3 缩分系数 K 值及其确定

不同种类样品的 K 值并不相同，见表 6.1。大多数的岩石矿物的 K 值在 0.1 ～0.5 之间，通常采用 0.2。待测组分的含量越低，分布越不均匀，所取的 K 值就越大; 分析质量要求越高的试样，也必须取较高的 K 值，以便将试样均匀性引起的误差降低至可以忽略的水平。

样品粒径 ( d) 及不同 K 值情况下的 Q 值列于表 6.2。

表 6.1 主要岩石矿物的缩分系数 ( K 值)

表 6.2 d、Q 与 K 的对应值

续表

严格地讲，K值应该针对特定的矿种和特定的测定组分进行试验而确定。对已经勘探的矿床，从最典型的矿石中取全巷或剥层样1000～2000kg，将其粉碎至10mm左右的颗粒，并缩分成若干个部分样品(通常分为8～16个部分)，然后进一步粉碎，选用不同K值缩分，缩分过程中不丢弃任何一份样品，最终制成分析试样。对每组分析试样进行待测组分的测定，根据测定结果的平均偏差确定最合理的系数K。以后该矿床的样品加工就采用该K值。

6.2.4 切乔特公式应用中特别需要注意的问题

鉴于切乔特公式是一个经验的公式，它有一定的局限性;对于组成极其复杂、化学成分多变且含量变化悬殊的岩石矿物这一特定的对象而言，下列问题是需要重视的。

1)同一样品的不同组分，其K值差别可能很大。如石英砂中的SiO₂，即使取很小的K值，也能保证分析结果有良好的重现性。对Cr₂O₃或TFe而言，要保证样品的代表性，其缩分系数K值就要大得多。

2)以元素状态或独立矿物存在的痕量元素，其K值与大多数其他组分的K值会有很大的差异;在某些情况下，切乔特公式不适用。例如金矿石，其中金很可能以自然金粒形态存在，分布极不均匀，且金有良好的延展性，金不能与基岩介质同步粉碎。若用基岩介质的最大颗粒直接代替金粒，显然是不合适的。

3)以K=0.2计算，样品粒度为200目(0.074mm)时，由切乔特公式求得可靠的最低样品质量为1.0925g。因此，取K值为0.2时得到200目分析试样也不是绝对均匀的;当取样量小于1g时，某些组分的不均匀性就有可能出现。但是，在近代的岩石矿物分析中，取样量低于1g是常见的做法，分析结果表明样品的均匀性并没有问题，可能的解释是由于样品加工中的K值一般都取得较大。加工后的试样粒度往往不是200目，而是-200目，即试样粒度小于0.074mm。尽管如此，分析工作者必须清醒地认识到，分析时的取样与样品加工中的缩分是性质完全相同的，是在更细粒度下的缩分，它对样品代表性仍然是有影响的。近代大型仪器分析取样量有不断减少的趋势，其潜在的取样代表性风险不容低估。

对于样品加工问题的研究远远落后于分析技术的研究。事实上，分析技术的发展对样品加工提出了更高的要求，这点常常被忽视。

6.3 一般岩石矿物样品的加工

样品加工一般可分为3个阶段，即粗碎、中碎和细碎。每个阶段又包括破碎、过筛、混匀和缩分4道工序。根据样品的质量和原始样品的情况，每件样品不一定都要经过3个阶段或4道工序。样品加工过程中应当留存相应的副样。

6.3.1 样品加工流程

一般样品加工的流程如图6.1所示。

图6.1 一般样品加工流程

6.3.2 关于样品加工的粒度要求

按照《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T0130—2006)规定，各类岩石矿物样品加工后的试样粒度应符合表6.3的要求。

表6.3 分析试样的粒度要求

如果样品矿种不明，则加工后的试样粒度一般为0.097～0.074mm。

试样粒度是样品加工中的重要指标，其原因是它直接与试样的均匀性有关;试样越细，其均匀性越好，取样误差越小。另外，粒度越细，试样分析越方便。但是，某些矿种的样品加工粒度又不宜太细。例如黄铁矿，粒度越细，硫的氧化越严重，导致分析结果失真。因此，样品的加工粒度要求应视样品的类型而定，凡是在加工过程中组分不易变化或丢失的样品，加工粒度最好碎至200目。当然在金属的加工机械中粉碎，粒度越细，被污染的可能性就越大。

6.4 金矿和铂族元素样品的加工

6.4.1 金矿样品的特性

金矿样品中金往往以自然金形态存在，嵌布极不均匀。由于金含量低、强度大、延展性好，故样品的加工存在一定的困难，尤其是含粗粒、巨粒金的样品。

6.4.2 不同粒级金矿样品加工

6.4.2.1 金矿样品粒级的划分

矿石中自然金的粒度不一，样品加工的难易程度也不同，加工流程也不同。

金矿粒级的划分见表6.4。

表6.4 金矿粒级的划分

金粒度也可以用实验方法大致确定，常用的方法是人工重砂法和筛上残金比法。

人工重砂法是将原样在颚式破碎机破碎至全部通过18目筛(样品粒度为1.00mm)后，缩分一半，继续加工为分析试样;另一半做人工重砂，进行自然金粒度分布情况的测定。为了使结果有一定的代表性，同一矿区或矿点的样品应多做几件人工重砂测定，重要的零星样品也可采用此法。

筛上残金比法是称取40～80g粒度为0.075mm的分析副样，用振动筛机过筛或水析过筛，筛上残留试样的质量为称取分析副样质量的0.5%～3.5%时，取下，烘干，称量。筛上残留试样的质量占过筛试样全部质量的百分比为A;分别测定筛上试样和过筛试样中的含金量，筛上残金的量占过筛样全部金的百分比为B。

B/A＜1.5，可判定为微、细粒金矿，属易加工金样;

B/A为1.5～4，可判定中粒级金矿，属可加工金样;

B/A＞4，可判定为粗粒金矿或巨粒级金矿，属难加工金样。

6.4.2.2 不同粒级金矿样品的加工流程

不同粒级的金矿样品应该选用不同的加工流程，并兼顾不同的分析取样量。流程中的关键是确定第一次缩分时的样品粒度。有条件的矿区，应通过试验确定。图6.2给出了不同粒级金矿样品加工流程，以供使用中参考。

6.4.3 金矿样品加工的特殊措施

为了保证金矿样品的加工质量，卡林型金矿可按一般样品加工流程进行，K值可取0.2～0.4;其他金矿除按图6.2的流程加工外，还应采取以下措施。

1)避免使用对辊式破碎机。

2)中碎时采用圆盘式破碎机，适当调大进料和出料粒度，细碎采用棒磨机。

3)延长棒磨时间。

4)对于基岩介质(即脉石)较软的金矿样品，可以定量加入不含待测元素的石英岩或石英砂，增加样品自磨效果，减少粘结;但必须注意根据加入的石英岩或石英砂量和样品量，校正最终分析结果。

5)缩分后样品量不应少于500g。

6)样品粉碎至粒度为0.075mm后，可以不过筛，避免过筛造成贫化效应，使金的结果偏低。

7)对于巨粒金样品，也可以在样品破碎后分别测定筛上物和筛下物，最终以质量为权重，加权平均后求得试样中金含量。

图6.2 不同粒级金矿样品加工流程

6.4.4 金矿样品加工质量检查

6.4.4.1 用分析结果的精密度检查

称取相同质量(例如20g)试样由同一分析者同时进行3份以上平行分析，从分析结果的精密度判定加工质量;再取不同量的试样进行分析，视其精密度是否符合要求。

6.4.4.2 用副样检查

在第一次缩分时，将应弃去的一半样品保留，平行加工成另一试样。然后对两份试样进行平行分析，以检查制样是否有代表性和第一次缩分的粒度和留样量是否合适。

6.4.5 铂族元素矿样品加工

铂族矿样品加工可参照金矿样品的加工方法。

6.5 特殊样品加工

6.5.1 黄铁矿和测定亚铁样品加工

中碎后通过18目筛(粒度1.00mm)的样品，直接用棒磨机或圆盘细碎机加工至0.149mm(100目)。使用圆盘机加工时不能将磨盘调得过紧，以免磨盘发热引起硫或亚铁氧化。若磨盘发热，则应停止磨样，待其温度下降后再继续磨样。也可以采用水冷方式控制磨盘温度，副样应装入玻璃瓶中密封保存。测定亚铁的分析试样不烘样。

6.5.2 铬铁矿样品加工

由于铬铁比值是评价铬铁矿石质量的重要指标，因此加工时应防止铁质混入。宜采用高强度锰钢磨盘或镶合金磨盘加工至0.177～0.149mm后，再用玛瑙球磨机或玛瑙研钵研细至0.074mm。

6.5.3 玻璃及陶瓷原料所用的石英砂、石英岩、高岭土、黏土、瓷土等样品加工

这类样品加工中应严格避免铁、铬等影响颜色的元素的污染。致密的石英岩硬度大，不易粉碎，可其将在800℃灼烧1h，然后迅速置于冷水中骤冷，碎裂后风干，再破碎。也可用多层洁净耐磨布包裹后撞击使其破碎。少量石英砂或水晶等样品的研磨宜在玛瑙研钵中进行，也可使用玛瑙球磨机或翡翠盘磨机加工，过筛应采用尼龙筛，筛的边框应为塑料材料，盛样器皿和分样工具也应采用塑料制品。

6.5.4 岩盐、芒硝、石膏样品加工

此类样品的特殊性在于其水分的不稳定。为避免水分的损失，样品应尽可能就地及时加工并进行分析。若需长途送样，样品应瓶装后尽快运送。实验室收样后立即粗碎，迅速置于搪瓷盘中称量。然后于40～50℃烘6～8h，必要时可延长至20h;烘干后再称量，计算样品在过程中失去的水分。然后再继续加工，在加工过程中仍应防止水分变化，故应尽快将样品加工完成并立即装瓶密封。此类样品应留粗副样，装瓶密封保存。

石膏样品的制样粒度为0.125mm，对不含芒硝、岩盐的样品于55℃烘样2h，含芒硝、岩盐的样品不烘样立即装瓶。

岩盐样品的制样粒度为0.149mm。

6.5.5 云母、石棉样品加工

云母多呈片状、鳞片状或板状，石棉为纤维状，这类样品可先用剪刀剪碎，再在玛瑙研钵中磨细。也可以先灼烧使云母变脆，再粉碎，混匀。还可采用棒磨机粉碎至0.125mm。

6.5.6 沸石样品加工

沸石样品不烘样，留存的副样也应装瓶密封。沸石测定不同项目要求的粒度不一，需要分步粉碎，其加工流程见图6.3。

6.5.7 膨润土样品加工

膨润土系蒙脱石为主的黏土类矿物，极易吸水，而其层间水又不稳定。样品加工前于105℃烘干，然后尽快进行粗碎和中碎。加工至粒度为1.00mm后留副样，于塑料瓶中密封保存。正样置于洁净的搪瓷盘中，再于105℃烘干，细碎至0.074mm，供可交换阳离子和阳离子交换总量、脱色率、吸蓝量、胶质价、膨胀容积、pH值等项目分析用。进行X射线衍射分析、差热分析和红外光谱分析的试样则不烘样，以免失去层间水。

6.5.8 物相分析样品加工

供物相分析的试样对粒度要求较严，为了获得相对可靠的分析结果，试样的粒度应尽可能均匀一致;制样时磨盘不要调得过紧，应逐步破碎，多次过筛避免过粉碎。物相分析的试样粒度视矿物和分相的要求不同也不尽一致。一般为0.149mm，不烘样。硫化物高的样品宜用手工磨细或棒磨机细碎。有些样品的物相分析试样粒度要求为0.097mm或更细。

图6.3 沸石样品加工推荐流程

6.5.9 单矿物样品加工

因样品量很少，可用玛瑙研钵直接研磨至0.074mm，防止沾污和损失。

6.5.10 组合分析样品加工

组合样是由多件或几十件样按采样长度比计算得到的每件单样应称取的质量组合而成。组合样的质量不少于200g。应先将其置于磨盘调得较松的圆盘细碎机中细碎，然后选用比原样粒度稍粗的筛子过筛，再充分混匀、缩分、粉碎至所需的粒度。也可将组合后的样品直接装入棒磨筒中棒磨至所需粒度。如不需要对组合样粉碎，也可用棒磨机棒磨样30min使其初步混匀。

组合样的加工关键是必须混匀。

6.5.11 水系沉积物、土壤样品和煤样加工

水系沉积物和土壤样品一般不烘样。可在刚玉或玛瑙碎样机中加工至粒度为0.074mm的分析试样，加工后的试样质量应不少于加工样品质量的90%，不过筛，凭手感检查粒度是否达到要求。

煤样加工按GB/T474执行。

6.6 样品加工中的质量控制

样品加工应尽可能防止引入误差，否则误差将被带至后续的分析工作中，严重时将导致分析结果全部无效。

6.6.1 防止污染是样品加工质量保证的首要条件

样品加工中的污染是指在加工过程中，引入了样品之外的外来物质，即改变了样品的成分，从而导致了待测组分的分析结果与原样的真实结果存在显著性差异。其后果是分析结果失真，无效。从广义的角度看，加工过程中样品某个组分的损失使该组分的测定结果偏低也是一种污染，只不过是负污染。加工样品时，引入的污染杂质即使不是待测组分，对待测组分也无干扰，但由于其改变了样品的组成，实际上对样品进行了“稀释”，也是不允许的。

严格地讲，样品加工中的污染是不能避免的。“无污染制样”只是一种理想。它仅是指加工引入的污染可以控制在能够容忍的水平下的一种相对概念。防止污染意味着必须付出相应的成本。在满足分析结果要求的准确度前提下，应尽量减少加工成本是应当遵循的原则。

试样加工中的污染来源是多方面的。多数污染是可以防止的，如样品交叉污染、样品加工室的环境污染、制样人员佩戴金属饰品引起的污染等。有些污染只要严格执行加工规程也可以避免，如高纯石英砂和水晶样品严格禁止使用铁质机械粉碎即可防止铁的污染。唯独大部分岩石矿物样品加工时因碎样设备材料的磨损而引入的污染是无法避免的。铁或其合金类的加工设备在长时间使用后，必然会引入铁或其他金属元素，刚玉材料的加工设备必然会引入铝等元素污染。对多数样品而言，这种污染尚可接受;如果引入的元素正好是样品中要求测定的痕量组分，则必须变更碎样设备。

6.6.2 严格控制样品加工的损耗率

在样品加工过程中，样品的损失是必然的，粗碎时样品的蹦跳、细碎时排风除尘和碎样机粘结残留均会引起损耗。必须认识到，样品的损耗可能会影响样品的代表性，故应控制损耗率。损耗率的计算公式为:

岩石矿物分析第一分册基础知识和通用技术

损耗率按粗碎、中碎和细碎3个阶段计算，应分别小于3%、5%和7%。

细碎时若排风量过大，会引起密度高的金属矿物相对富集，从而使样品的代表性受到影响。

6.6.3 高度重视缩分对样品加工质量的影响

样品加工全过程的各个环节均会影响样品的质量，其中缩分这一环节的影响最应重视。缩分必须满足的质量要求是:一般样品的缩分必须遵循切乔特公式，特殊样品如金矿不得随意缩分，必须在满足一定粒度后方能缩分;缩分前样品必须充分混匀，缩分误差必须小于3%。

缩分误差的计算公式是:

岩石矿物分析第一分册基础知识和通用技术

式中:R为缩分误差，%;E、F为缩分后两个部分样品的质量，g;G为缩分前样品的质量，g。

6.6.4 坚持样品加工的内部抽查制度和样品的过筛检查

为了保证样品加工质量，必要的内部抽查制度可按规定执行。其基本做法是:先确定检查的样品，在拟检查的样品第一次缩分后准备弃去的部分保留，以备检查用。待样品加工完成后，再将供检查用的部分按正样的加工流程加工，将此加工后的样品和正样同时送交实验室进行主要组分的测定，从分析结果判断样品加工的质量。

过筛的目的是保证样品的粒度，以确保样品缩分后的代表性。提取不同粒级的副样进行过筛检查，其实质就是检查加工过程中试样的代表性是否有保证。对于完成样品加工后的分析试样的过筛检查为的是确认粒度是否符合分析要求。过筛率应达到95%以上。所谓过筛率就是通过规定筛目的样品质量占过筛前样品质量的比例。

6.7 关于超细粉碎

在分析技术日益进步的今天，分析者发现，原先一直被忽视的取样误差在取样量不断减小的情况下，它已成为分析误差的重要来源之一。有关试样均匀性的问题已受到关注。试样的均匀性无疑是与样品的加工粒度相关的。粒度越细，均匀性越好。于是人们对于超细粉碎的样品加工技术产生了兴趣。现在，国内外已制备了若干个经过超细粉碎的地质标准物质。经均匀性检验，有的标准物质的均匀性极好，毫克级的取样量，其均匀性即有保证。这对于地质样品加工而言，无疑是一项值得重视的成果。当然，试样的均匀性除了与粒度相关外，还与样品的种类、待测组分的赋存状态和含量等诸多因素有关。地质样品经过超细粉碎后，其均匀性可以得到明显的改善，这是一个不容争辩的事实。

地质样品的超细粉碎，是指粒度已达0.075mm的试样再于雷蒙磨或气流磨等超细加工设备中进行粉碎，使其粒度变得更细(通常小于20μm)。将粒度0.074mm的试样与经过超细粉碎后的试样进行粒度分布测量对比，可以发现经超细粉碎后的试样粒度分布区间明显变窄，主要是直径较大的颗粒减少了。这也许是超细试样可以减小取样量和取样误差的原因。

超细粉碎对地质样品分析的影响不仅是可以使最小取样量大幅度地降低，从而为近代高灵敏度的分析技术拓展更为广阔的应用天地;超细粉碎后的试样表面积大大增加，使试样分解的难度大大减小，分解试样所需的试剂用量很少，加热时间也明显缩短;既减少了溶样引入的污染，更重要的是减少了环境污染，是实现“绿色”分析的重要途径，也是实验室落实“节能减排”国策的有效措施。

与超细粉碎相联系的是试样粒度检测方法的改变。传统的过筛方法用于确定超细试样粒度肯定已不适用，而代之以现代的粒度检测方法。目前广泛使用的激光粒度仪可以快速地提供直观的粒度分布图、多项特征粒度表、详尽的粒度分布表等有关试样粒度的“立体”信息，这对分析工作的取样理论和取样误差等方面的研究是很有价值的。

应当指出的是，超细粉碎的加工技术目前只停留在标准物质的研制上。在日常的例行分析中的应用研究尚未起步。超细粉碎中可能存在的问题尚未进行系统的研究。超细粉碎设备对大批样品加工的可行性以及粉碎后加工设备的清洗和防止样品交叉污染等许多实际问题尚待解决，超细粉碎对各类地质样品加工后可能发生的问题也远未暴露;但超细粉碎作为一种样品加工技术，其优点无疑是显而易见的。

附表

附表 6.1 试验筛筛号———孔径对照表

注: GB/T 6003.1—1997，金属统编织网试验筛; 等效采用 ISO 3310—1: 1990 试验筛———技术要求和检验———第一部分: 金属统编织网试验筛。

参 考 文 献

地质矿产实验室测试质量管理规范 第 2 部分: 岩石矿物分析试样制备 ( DZ/T 0130.2—2006) ［S］.2006.北京: 中国标准出版社，16-26

王金木 .1990.工业分析取样技术的进度与现状 ［J］.分析试验室，9 ( 1) : 62 -65

王晓红，高玉淑，王毅民 .2006.超细地质标准物质及其应用 ［J］.自然科学进展，16 ( 3) : 309 -315

王毅民，王晓红，高玉淑 .2009.地质标准物质粒度测量与表征的现代方法 ［J］.地质通报，28 ( 1) :137-145

杨政 .1992.痕量金分析方法和金矿碎样技术 ［M］.北京: 地质出版社，37 -46

郑大中，郑若锋 .1992.岩矿样品新缩分公式的建立及其应用 ［J］.地质实验室，8 ( 4) : 204 -211

本章编写人: 熊及滉 ( 四川省地矿局成都综合岩矿测试中心) 。

凌进中 ( 中国地质调查局西安地质调查中心) 。

6. 建筑垃圾处理生产需要哪些设备

建筑垃圾处理再利用技术在国外已经非常成熟，但在国内这种技术应用还专不是很好，我国目前建属筑垃圾回收再利用率很低。要想把水泥、砖瓦、石头、钢筋、玻璃等进行回收处理，就必须先分类进行粉碎，然后分别加以有效利用。
针对建筑垃圾破碎后的回收处理的相关机械设备。
首先是大型鄂式破碎机，对于大块的建筑垃圾如石头、水泥块等，就必须先经过鄂式破碎机的破碎处理，才能作进一步的安排。如果要破碎小块的物料，将物料破碎到很细小的程度，那么可以用PCL冲击式破碎机（制砂机）。另外还有一款最新研制生产重工设备——移动式破碎站，这款重工设备立足为客户提供优质服务，想客户之所想，急客户之所急，不但能够自带电机组，而且移动起来灵活方便，整套设备占地面积小，可以随时进入加工现场，完成破碎作业后随时开往另一作业现场。

7. 求解关于沸石的商业价值以及沸石粉的不同用途及规格要求

吸附剂和干燥剂
催化剂
洗涤剂
其他用途（污水处理、土壤改良剂、饲料添加剂）
天然沸石是一种新兴材料，被广泛应用于工业、农业、国防等部门，并且它的用途还在不断地开拓。

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加工设备比较简单：磨石机、挖掘机、烘干机。
加工在100~500吧，因质量要求有差异。

8. 专业制造中空玻璃加工设备，全自动生产线，丁基胶涂布机，双组份打胶机，热熔机，铝条折弯机，分子筛灌装机

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