作者：郑水林、孙志明 编著
出版社：化学工业出版社
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非金属矿加工与应用(第四版)试读：
内容提要本书在简要介绍非金属矿加工与应用的研究内容、特点及发展趋势以及共性加工技术的基础上，从矿石性质和矿物结构特点出发，介绍了六大类、数十余种非金属矿物与岩石的应用领域及其发展、产品标准与技术指标要求以及精选提纯、超细粉碎、精细分级、表面与界面改性为特征的深加工技术和相应的矿物功能材料和矿物化工技术。
与第三版相比，本书内容上主要进行了如下修订：增加了非金属矿深加工和非金属矿物材料的最新进展与重要创新以及非金属矿物功能材料的应用进展，如超细粉碎技术与装备、表面有机与无机改性、无机纳米复合功能材料、纳米结构材料、层状结构矿物插层材料、矿物负载和掺杂修饰纳米TiO复合环保材料等；更新了相应的产品标准2与应用技术指标，删除了已淘汰的技术和已废弃的产品标准。
本书可供从事矿物加工与矿物材料、化工、轻工、建材、冶金、机械、电力、电子、环保、新材料等相关领域的工程技术人员、管理人员及大专院校有关专业师生参考。版权页书名：非金属矿加工与应用（第四版）作者：郑水林，孙志明 编著CIP号：第175056号ISBN：978-7-122-32770-3责任编辑：朱 彤出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）购书咨询：010-64518888售后服务：010-64518899网址：http://www.cip.com.cn版权所有 违者必究第四版前言第四版前言《非金属矿加工与应用》从2003年出版至今，多次再版和重印，已是超出了作者的预期；承蒙化学工业出版社之约于2018年5月完成的第四版修订更使作者体会到非金属矿和非金属矿物材料行业的春天来到了！伴随春天的脚步，作者的心情也似春天万物般兴奋和快乐！
受益于国家绿色矿山和节能环保发展战略以及供给侧改革的推动，非金属矿加工与应用技术以及非金属矿物功能材料的创新发展明显提速，论文发表量和专利申请量快速增长，技术标准的制定和更新频率加快。同时，非金属矿深加工和非金属矿物材料产业的结构调整和转型升级取得显著进步，经济效益和社会效益显著提升。在这一大背景下，修订《非金属矿加工与应用》以适应该领域科技与产业发展和满足广大读者的需求是十分有意义的。
本次第四版修订保留了第三版的结构和风格，即科学、简明、先进、实用。主要修订内容如下。
①第1章修改了分类方法，增加了按矿石成分分类。
②第2章补充了大型改进雷蒙磨以及新型靶式气流磨、搅拌磨和砂磨机、辊磨机的技术进展和应用，精简螺旋分级机和旋风分级机的相关内容；修改了表面改性方法和工艺。
③第3章增补了大理石；修订了方解石超细粉碎和表面改性的内容，补充了最新进展；补充了菱镁矿选矿更新技术成果。
④第4章补充了石英砂与粉石英的选矿和表面改性技术进展；高岭土插层剥片及纳米化；膨润土选矿、插层改性和复合技术进展；伊利石选矿和深加工材料及应用技术进展；云母纸生产工艺、产品性能特点及应用；辉沸石负载纳米TiO和ZnO复合环保与抗菌功能材料；2海泡石选矿及负载纳米TiO复合材料；硅藻土水处理材料及纳米2TiO/硅藻土复合材料掺杂和异质结修饰；电气石及蛋白土的加工与2应用技术进展。
⑤第5章～第8章补充了萤石和金红石晶体结构图并修订金红石的应用与选矿技术；精简岩棉及其制品生产工艺，补充玄武岩纤维的性能特点及应用和连续玄武岩纤维生产技术。
⑥更新了相应产品标准与应用技术指标，删除已淘汰的技术和已废弃的产品标准。
本书内容中的膨润土、伊利石、海泡石、累托石、硅藻土等部分的修订以及产品标准与应用技术指标的更新由孙志明副教授完成，其余部分由郑水林教授完成，并由郑水林教授负责整理和定稿。
本书能够在15年之内实现多次再版并获得2014年中国石油和化学工业优秀出版物（图书奖）一等奖，作为作者甚感欣慰。为此，衷心感谢非金属矿及矿物材料及相关行业广大读者的厚爱！感谢从事非金属矿及非金属矿物材料科学研究、技术开发、生产和应用的广大科技工作者！特别感谢化学工业出版社的领导和该书的编辑！谢谢你们圆了作者的梦，也圆了中国非金属矿行业的梦！
最后还要说的是，尽管作者在此版的修订中又做了一些新的努力和尝试，但难免存在不足之处，继续欢迎同行专家和读者批评斧正！郑水林 2018年6月第1章 绪 论1.1 现代产业发展与非金属矿
非金属矿和岩石是人类利用最早的地球矿产资源。从原始人使用的石斧、石刀到现在以各种非金属矿和岩石为原（材）料制备的无机非金属材料、有机/无机复合材料、微电子和光电子材料、化工和生物医学材料等新材料，人类在利用非金属矿物和岩石原（材）料方面走过了从简单利用到初步加工后利用，再到深加工和综合利用的漫漫历程。非金属矿加工利用技术的每一次进步都伴随着人类科学技术的进步和人类文明的发展。同时，人类科学技术和文明的发展又都促进非金属矿加工利用的发展。但是，在现代科技革命和新兴产业发展之前的人类漫长历史长河中，基本上是以金属材料为主导。现代科技革命、产业发展、社会进步、人类生活质量的提高和健康与环境保护意识的普遍觉醒开创了广泛应用非金属矿物和岩石材料的新时代。非金属矿深加工及非金属矿物材料产业已被视为21世纪的朝阳产业之一。
人类在进入21世纪后，以电子、信息、生物、航空航天、海洋开发以及新能源和新材料为主的高技术和新材料产业逐渐壮大。这些高技术和新材料产业与非金属矿物原料及非金属矿物和岩石材料密切相关。例如，石墨、云母、石英、锆英石、金红石、高岭土等与微电子、光电子及信息技术及其产业有关； 氧化硅、石墨、云母、高岭土、硅灰石、硅藻土、滑石、方解石、冰洲石、硅线石、石英、红柱石、蓝晶石、石棉、菱镁矿、石膏、珍珠岩、叶蜡石、金刚石、石榴子石、蛭石、透辉石、透闪石、电气石、沸石、玄武岩、辉绿岩等与新材料技术及其产业有关；石墨、重晶石、膨润土、石英等与新能源有关；沸石、麦饭石、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、膨润土、蛋白土、珍珠岩、高岭土等与生物技术及食品与药品等健康产业有关；石墨、石棉、云母、石英等与航空航天技术与产业有关。因此，高技术和新材料产业与非金属矿和岩石密切相关，是21世纪非金属矿深加工技术和产业发展的重要机遇之一。
进入21世纪，化工、机械、能源、汽车、轻工、冶金、建材等传统产业普遍引入新技术和使用新材料，进行技术创新和产业转型升级。这些产业的技术进步与产业转型升级与非金属矿深加工产品密切相关。例如，造纸工业的技术进步和产品结构调整需要大量高纯、超细的重质碳酸钙、高岭土、滑石等高白度非金属矿物颜料和填料；高分子材料（塑料、橡胶、胶黏剂等）的技术进步以及工程塑料、塑钢门窗、塑料管材等复合材料的兴起需要大量超细和活性碳酸钙、高岭土、滑石、针状硅灰石、云母、透闪石、二氧化硅、水镁石以及氢氧化镁、氢氧化铝等矿物功能填料；汽车面漆、乳胶漆以及防腐蚀和辐射、道路发光等特种涂料需要大量的珠光云母、着色云母、超细和高白度碳酸钙、超细二氧化硅、针状超细硅灰石、超细和高白度煅烧高岭土、超细重晶石、有机膨润土等非金属矿物颜料、填料和增黏剂；冶金工业的技术进步和产品结构调整需要高品质的以硅线石、红柱石、蓝晶石等高铝矿物为原料的优质耐火材料和以镁（菱镁矿）和碳（石墨）为原料的镁碳复合材料；新型建材和防火、节能产品的发展需要大量的石膏板材和饰面板、花岗岩和大理岩板材和异形材以及以硅藻土、超细石英粉、石灰粉等为原料的微孔硅钙板、膨胀珍珠岩、硅藻土等保温隔热材料、石棉制品等；石化工业的技术进步和产业升级需要大量具有特定孔径分布、活性和选择性好的沸石和高岭土基催化剂、载体以及以膨润土为原料的活性白土；机电工业的技术进步需要以碎云母为原料制造的云母纸和云母板绝缘材料、高性能的柔性石墨密封材料、石墨盘根、石棉基板材和垫片；汽车工业的发展需要大量非金属矿物纤维为基料的摩擦材料以及以滑石、云母、硅灰石、透闪石、超细碳酸钙等为无机填料的工程塑料和底漆；化学纤维工业的发展需要超细二氧化钛、电气石、二氧化硅、云母等填料以生产出有利于人类健康的功能纤维；电池材料的技术进步，需要石墨、萤石、含锂矿物原料或材料。综上所述，传统产业的技术进步和产业结构转型升级与非金属矿物材料紧密相连，是21世纪初非金属矿深加工技术和产业发展的主要机遇之一。
环境保护和生态修复是人类21世纪面临的重大挑战之一，它直接关系到人类的生存和经济社会的可持续发展。随着人类环保意识的增强、全球环保标准及要求的提高以及对生态建设的日渐重视，环保和生态修复产业将成为21世纪最重要的产业之一。许多非金属矿，如硅藻土、沸石、膨润土、凹凸棒石、海泡石、蛋白土、石墨、珍珠岩、蛭石、高岭土、埃洛石等经过加工后具有选择性吸附有害及各种有机和无机污染物的功能，而且具有原料易得、单位处理成本低、本身不产生二次污染等优点，可以用来制备新型环境保护材料；膨润土、凹凸棒石、海泡石、珍珠岩、蛭石、沸石等还可用于固沙和改良土壤。许多非金属矿还是环境友好材料，加工、应用过程和应用后清洁环保，例如，在塑料薄膜中加入一定量的超细重质碳酸钙可制成降解塑料，超细水镁石、含水铝石用作高聚物基复合材料的阻燃填料不仅可以阻燃，而且不产生可致人死亡的毒烟。因此，环保产业和生态修复是21世纪非金属矿深加工技术和非金属矿物材料发展的另一个重要机遇。1.2 非金属矿的分类与用途
由于非金属矿种类繁多，每一种又常有几种成因，其用途又多种多样。在同一应用领域中，不同种类的非金属矿又可相互替代，而且许多非金属矿的化学成分复杂。因此，要提出一个完整或完善的分类比较困难。近20年来有不少学者提出了不少方案，但从分类的原则而言，大体上有三种，即以矿石成分分类原则、以工业用途分类原则和以产品功能为分类原则。
按矿石成分非金属矿分为碳酸盐矿、硅酸盐矿、硫酸盐矿、碳质矿、氟化钙、含钛矿、磷矿、钾盐矿、硼镁矿、铝土矿及复合非金属矿等。
表1-1是按用途对非金属矿进行的分类。按用途分为14类：磨料，陶瓷原料，化工原料，建筑材料，电子及光学材料，肥料矿产，填料，过滤物质及矿物吸附剂，助熔剂，铸型原料，玻璃原料，矿物颜料，耐火原料，钻井泥浆原料。表1-1 主要非金属矿物和岩石的用途和分类
表1-2是从非金属矿物材料功能角度进行的分类。表1-2 非金属矿物材料的类型及其应用
随着科学技术的进步，许多以往认为无价值的矿物和岩石，由于得到工业上的应用而进入非金属矿的行列。20世纪初非金属矿产的品种仅60余种，到20世纪末已达200余种（包括宝玉石）。若不计宝玉石在内，非金属矿中以矿物名称命名的有50多种，如云母、滑石、高岭土等，以岩石名称命名的有20多种，如石灰岩、白云岩、大理岩等。1.3 非金属矿加工技术的主要内容
非金属矿加工的目的是制备满足应用要求的具有一定粒度大小和粒度分布、纯度或化学成分、物理化学性质、表面或界面性质的粉体材料或化工产品以及一定尺寸、形状、力学性能、物理性能、化学性能、生物功能等的功能性矿物材料或制品。
非金属矿加工技术主要包含以下三个方面。
①颗粒制备与处理技术。主要包括矿石的粉碎与分级技术、选矿提纯技术、矿物（粉体）的表面或界面改性与复合技术、脱水技术、造粒技术等。
②非金属矿物材料加工与应用技术。主要包括非金属矿物材料配方、加工工艺与设备以及应用技术等。
③非金属矿物化工技术。主要是以非金属矿为主要原料的无机化工产品制备技术。1.3.1 颗粒制备与处理技术
颗粒制备与处理技术是指通过一定的技术和工艺设备生产出满足应用领域要求的具有一定粒度大小和粒度分布、纯度或化学成分、物理化学性质、表面或界面性质的非金属矿物粉体材料或产品，是非金属矿产品生产所必需的加工技术之一。（1）粉碎与分级 是指通过机械、物理和化学方法使非金属矿石粒度减小和具有一定粒度分布的加工技术。根据粉碎产物粒度大小和分布的不同，可将粉碎与分级细分为破碎与筛分、粉碎（磨）与分级及超细粉碎（磨）与精细分级，分别用于加工大于1mm、10～1000μm及0.1～10μm等不同粒度及其分布的粉体产品。
粉碎与分级是以满足应用领域对粉体原（材）料粒度大小及粒度分布要求为目的的粉体加工技术。主要研究内容包括：粉体的粒度、物理化学特性及其表征方法；不同性质颗粒的粉碎机理；粉碎过程的描述和数学模型；物料在不同方法、设备及不同粉碎条件和粉碎环境下的能耗规律、粉碎和分级效率或能量利用率及产物粒度分布规律；粉碎过程力学；粉碎过程化学；粉体的分散；助磨剂及应用；粉碎与分级工艺及设备；粉碎及分级过程的粒度监控和粉体的粒度检测技术等。它涉及颗粒学、力学、固体物理、化工原理、物理化学、流体力学、机械学、岩石与矿物学、晶体学、矿物加工、现代仪器分析与测试等诸多学科。（2）改性与复合 是指用物理、化学、机械等方法对矿物粉体进行表面处理或有机改性、无机包覆、插层，根据应用的需要有目的地改变粉体表（界）面的物理化学性质，如表面成分、结构和官能团、润湿性、电性、光学性质、磁性与电性、吸附和反应特性以及制备层间化合物等。根据改性原理和改性剂的不同，表面改性方法可分为有机物理与化学包覆改性、无机沉淀包覆改性、机械力化学改性、插层改性、高能处理改性等。
表面改性与复合是以满足应用领域对粉体原（材）料表面或界面性质、分散性和与其他组分相容性以及功能性要求的粉体材料深加工技术。对于超细粉体和纳米粉体，表面改性是提高其分散性能和应用性能的主要手段之一，在某种意义上决定其能否实际应用和呈现出纳米效应。主要研究内容包括：表面改性与复合的原理和方法；表面改性与复合过程的化学、热力学和动力学；粉体表面或界面性质和结构与改性、复合工艺及改性剂的关系；表面改性剂的种类、结构、性能、使用方法及其与粉体表/界面结构和性能的关系以及作用机理和作用模型；不同种类及不同用途粉体材料的表面改性、复合工艺条件及改性剂配方；表面改性剂的合成和应用；表面改性设备；表面改性与复合粉体材料结构和性能的表征/评价方法；表面改性工艺的智能化；表面改性与复合无机粉体的应用基础与应用技术等。它涉及颗粒学、表面或界面物理化学、胶体化学、有机化学、无机化学、高分子化学、无机非金属材料、高聚物或高分子材料、复合材料、生物医学材料、化工原理、过程控制、现代仪器分析与测试等诸多相关学科。（3）选矿提纯 是指利用主要矿物与共伴生矿物或脉石之间密度、粒度和形状、磁性、电性、颜色（光性）、表面润湿性以及化学反应特性对矿物进行分选或提纯的加工技术。根据分选提纯原理不同，可分为重力分选、磁选、电选、浮选、化学提纯、光电拣选等。
非金属矿的选矿提纯是以满足相关应用领域，如高级和高技术陶瓷、耐火材料、微电子、光纤、石英玻璃、涂料和油墨及造纸填料和颜料、密封材料、有机/无机复合材料、生物医学、环境保护等现代高技术和新材料对非金属矿物原（材）料纯度要求为目的的重要非金属矿物加工技术之一。主要研究内容包括：石英、硅藻土、石墨、金刚石、萤石、菱镁矿、金红石、硅灰石、硅线石、蓝晶石、红柱石、石棉、高岭土、海泡石、凹凸棒土、膨润土、伊利石、石榴子石、滑石、云母、长石、蛭石、方解石、重晶石、明矾石、锆英石、硼矿、钾矿等非金属矿的选矿提纯方法和工艺；微细颗粒提纯技术和综合力场分选技术；适用于不同原料及不同纯度要求的精选提纯工艺与设备；精选提纯工艺过程的控制技术等。它涉及颗粒学、岩石与矿物学、晶体学、流体力学、物理化学、表面与胶体化学、有机化学、无机化学、高分子化学、化工原理、机械学、矿物加工工程、过程控制、现代仪器分析与测试等诸多学科。（4）脱水技术 是非金属矿物粉体材料的后续加工作业，是指采用机械、物理化学等方法脱除加工产品中的水分，特别是湿法加工产品中水分的技术。其目的是满足应用领域对产品水分含量的要求和便于储存和运输。脱水技术也是非金属矿物材料必需的加工技术之一。脱水技术包括机械脱水（离心、压滤、真空等）和热蒸发（干燥）脱水两部分。（5）造粒技术 是指采用机械、物理和化学方法将微细或超细非金属矿粉体加工成具有较大粒度、特定形状及粒度分布的非金属矿粉体材料深加工技术。其目的是方便超细非金属矿粉的应用，减轻超细粉体使用时的粉尘飞扬和提高其应用性能。主要研究内容包括：造粒方法、工艺和设备。由于非金属矿物粉体材料，尤其是微米级和亚微米级的超细粉体材料直接在塑料、橡胶、化纤、医药、环保、催化等领域应用时，不同程度地存在分散不均、扬尘、使用不便、难以回收和重复使用等问题，因此，将其造粒后使用是解决上述应用问题的有效方法之一，尤其适用于高聚物基复合材料（塑料、橡胶等）填料的非金属矿物粉体，如碳酸钙、滑石、云母、高岭土等，一般做成与基体树脂相容性好的各种母粒。
目前，造粒方法主要有压缩造粒、挤出造粒、滚动造粒、喷雾造粒、流化造粒方法等。造粒方法的选择要依原料特性以及对产品粒度大小和分布、产品颗粒形状、颗粒强度、孔隙率、颗粒密度等的要求而定。1.3.2 非金属矿物材料加工技术
非金属矿物材料是指以天然非金属矿物或岩石为基本或主要原料，经加工、改造获得的具有一定功能的无机矿物材料或复合材料，如机械工业和航空航天工业用的石墨密封材料和石墨润滑剂及石墨乳、石棉摩擦材料、高温和防辐射涂料等；电子工业用的石墨导电涂料、熔炼水晶、电子塑封料等；用硅藻土、蛋白土、珍珠岩制备的助滤材料；用硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等为原料制备的吸附环保材料；以高岭土（石）为原料制备的煅烧高岭土、铝尖晶石、莫来石、赛龙、分子筛和催化剂；以珍珠岩、硅藻土、石膏、石灰石、蛭石、石棉等制备的隔热保温材料、防火材料及轻质高强建筑装饰材料；以碎云母为原料制备的云母纸和云母板等绝缘材料。主要研究内容包括：各种非金属矿物材料的结构和性能；非金属矿物材料的制备工艺和设备；原（材）料配方、制备工艺等与非金属矿物材料结构和性能的关系；非金属矿物材料制备过程的控制技术等。它涉及岩石学与矿物学、结晶学、材料学、材料加工、材料物理化学、固体物理、结构化学、高分子化学、有机化学、无机化学、电子、生物、环保、机械、过程控制、现代仪器分析与测试等学科。其核心技术主要包括以下两个方面。（1）原料配方复合技术 是指根据产品功能要求的原料配方或配制技术，包括不同化学组成、结构、粒形非金属矿物原（材）料的配合或复合，即无机/无机复合；非金属矿物原料与有机物或有机高聚物的复合，即有机/无机复合；其他助剂的配合等。原材料复合技术是非金属矿物材料或制品的核心技术之一。非金属矿物材料或制品种类繁多，涉及的领域非常广泛，按其功能可分为：结构或力学功能材料（如新型建材、高级陶瓷结构材料、高级磨料、摩擦材料、减磨润滑材料、密封材料等）、热学功能材料（如保温节能材料，高温耐火材料、隔热或绝热材料、导热材料等）、电功能材料（如导电材料、磁性材料、半导体材料、压电材料、介电材料、电绝缘材料等）、光功能材料（如光导材料、荧光材料、聚光材料、透光材料、感光材料、偏振材料等）、吸波与屏蔽材料、催化材料、吸附材料、流变材料、颜料、黏结材料、装饰材料、聚合物/黏土纳米复合材料、环保与健康材料等。不同功能非金属矿物材料的原（材）料配方不同，因此，非金属矿物材料配方技术涉及广泛的学科面，如结晶学与矿物学、矿物加工、材料加工、无机非金属材料、高分子材料、功能材料、化工工程、机械、电子、生物等，是一种跨学科或多学科的综合。追求功能化、环境友好或无害化是非金属矿物材料配方复合技术的主题。（2）加工工艺与设备 是指非金属矿物材料或制品的成型、固化、煅烧、表/界面改性修饰等工艺与设备，是制备非金属矿物材料或制品的关键技术之一。非金属矿物材料或制品的种类多，一般来说，不同种类和不同用途的非金属矿物材料或制品的生产方法不同，工艺也是千差万别。追求工艺性能和操作参数的优化及降低能耗、物耗等是非金属矿物材料或制品工艺与设备发展的主题。1.3.3 非金属矿物化工技术
非金属矿物化工是以非金属矿为原料，通过对矿物分子结构的改变，提取矿物中某些化合物或有用元素的加工技术。如用含氟矿物萤石制备含氟酸的化合物；用含钡矿物重晶石生产钡盐系列产品；用含铝矿物铝土矿、高岭土等生产氯化铝、硫酸铝、氧化铝、分子筛等；用含硅矿物石英、蛋白石制备硅酸钠或水玻璃、沉淀二氧化硅或白炭黑等；用含镁矿物菱镁矿、白云石生产氯化镁、硫酸镁、氧化镁、轻质碳酸镁等；用石灰石生产氧化钙、轻质或沉淀碳酸钙等；用明矾石制备硫酸、硫酸钾等。
非金属矿物化工技术一般包括热处理、湿法分解或浸取、过滤分离、溶液精制、结晶、干燥、粉碎等工序。热处理可分为煅烧、焙烧、熔融等；湿法分解或浸取是用酸、碱、盐类溶液在水热条件下提取固体物料中有用组分的过程，一般伴有化学反应。1.4 非金属矿加工与应用的特点
由于非金属矿的多样性，与金属矿及燃料矿物的加工相比，非金属矿加工与应用具有以下特点：
①非金属矿选矿的技术指标在很多情况下，不是指其中的某种有用元素，而是某种化学成分或矿物成分，如膨润土的蒙脱石含量、硅藻土的硅藻含量、高岭土的高岭石含量、石墨的晶质（固定）碳含量、蓝晶石的氧化铝含量、萤石的氟化钙含量等。
②结构特性是非金属矿物的重要性能和应用特性之一，在加工中要尽量保护矿物的天然结晶特性和晶形结构。如鳞片石墨、云母的片晶要尽可能地少破坏，因为在一定纯度下，颗粒直径越大或径厚比越大，价值越高；硅灰石粉体的长径比越大，价值越高；海泡石和石棉纤维越长，价值越高等。
③非金属矿物的磨矿分级不仅仅是选矿的预备作业，它还包括直接加工成满足用户粒度和颗粒形状要求的磨粉、分级作业以及超细粉碎和精细分级作业的原料。
④表面改性与复合是非金属矿加工最主要的特点之一，它是改善和优化非金属矿物的应用性能，提升其功能性和附加值的主要深加工技术之一。
⑤非金属矿粉脱水的特点是，部分黏土矿物材料（如膨润土、高岭土、海泡石、凹凸棒土、伊利石等）及超细非金属矿粉的水分含量高，机械脱水难度大，干燥后团聚现象严重。因此，一般采用加压脱水方式；对于酸洗或漂白后的非金属矿粉还须在压滤过程中进行洗涤。为解决干燥后粉体，尤其是超细粉体的团聚问题，一般要在干燥设备中或干燥后设置解聚装置。
⑥多用途和相互替代性。即一种非金属矿具有多种（甚至几十种和上百种）用途，而一种用途又可以使用多种非金属矿。例如，膨润土的用途多达上百种，但作为脱色剂可以被凹凸棒土、海泡石等代替；作为造纸填料，可以使用滑石、碳酸钙、绿泥石、皂石、白云石、石膏等多种非金属矿粉。1.5 非金属矿加工技术的发展趋势
非金属矿是人类赖以生存和发展的重要矿产资源之一。非金属矿矿物材料既是现代工业的重要基础材料，也是支撑现代高新技术产业的原辅材料和节能、环保、生态等功能性材料，广泛应用于现代高技术与新材料、传统产业、环保与生态建设等产业以及人类日常生活中，在现代经济和社会发展中扮演越来越重要的角色。
高效综合利用和深加工是开发利用非金属矿的必由之路。而功能化则是非金属矿物材料发展的主题。（1）精选提纯 绝大多数非金属矿物只有选矿提纯以后其物理化学特性才能充分体现和发挥。因此，无论是新兴的高技术和新材料产业、生物医药、环保产业还是传统产业都将对非金属矿物材料的纯度提出更高的要求。而随着非金属矿物材料纯度要求的提高，精选提纯技术的难度也将增加；此外，资源的贫化和资源综合利用率要求的提高也将增加精选提纯技术的难度。因此，为了满足相关应用领域对非金属矿物原（材）料高纯化的要求，微细粒选矿提纯和综合力场（重力、离心力、磁力、电力、化学力）精选技术将成为未来非金属矿提纯技术的主要发展趋势，特别是石墨、金刚石、石英、长石、高岭土、云母、滑石、硅藻土、锆英砂、硅灰石、重晶石、金红石、膨润土、萤石、硅线石、红柱石、蓝晶石、菱镁矿等非金属矿物和岩石。（2）超细粉碎 由于超细粉体具有比表面积大、表面活性高、化学反应速率快、烧结温度低且烧结体强度高、填充补强性能好、遮盖率高等优良的物理化学性能。因此，许多应用领域要求非金属矿物原（材）料的粒度微细（微米或亚微米）；部分领域不仅要求粒度超细而且要求粒度分布范围窄。如部分高档纸张涂料要求重质碳酸钙的细度为-2μm≥90%，粒度分布要求最大粒度≤5μm，-0.2μm≤10%～15% ；再如，功能纤维填料要求无机非金属填料的细度为97%≤2μm，最大粒度≤3μm；高聚物基复合材料用氢氧化镁和氢氧化铝阻燃填料要求中位径d≤1μm， 97%≤5μm。未来市场对各类非金属矿超细粉50体材料的需求量将显著增长。因此，未来粉碎与分级技术发展的重点将是超细粉碎和精细分级技术。第一，将在现有粉碎设备基础上完善工艺配套，开发分级粒度细、精度高、生产能力大、单位产品能耗低、磨耗小、效率高的精细分级设备；第二，发展粉碎极限粒度小、粉碎比和生产能力大、单位产品能耗低、磨耗小、粉碎效率高、适用范围宽以及可用于低熔点、韧性、高硬度、高纯度、易燃易爆等特殊物料加工的超细粉碎方法和设备；第三，发展粒度大小和粒度分布的自动监控和调节技术，完善粒度检测方法和仪器。同时发展用于生产高长径比硅灰石粉体和大径厚比云母粉的专门的粉碎、分级工艺与设备。（3）表面改性与复合 许多应用领域都对非金属矿物材料的表面或界面性质有特殊要求，如高聚物基复合材料（塑料、橡胶、胶黏剂等）、多相复合陶瓷材料、涂料、功能纤维、生物医学材料等要求非金属矿物粉体材料表面或界面与有机或无机基料（高聚物、陶瓷坯料、油性漆、水性漆、化学纤维等）及生物基体有良好的相容性；石化工业用的沸石和高岭土催化剂或载体要有特定的孔径分布和较高的比表面积，炼油脱色用的活性白土（膨润土）以及啤酒过滤用的硅藻土要有较强的表面吸附能力；用于废水处理的膨润土、硅藻土等对有机、无机污染物及重金属离子等有选择性吸附的能力；用于室内甲醛净化的多孔矿物材料不仅要有良好的吸附捕捉性能，还要有持续高效分解的功能；钛白粉需要在表面包覆硅、铝、锆并进行有机表面改性以提高其耐候性、分散性、相容性；高档白云母颜料需要表面包覆二氧化钛和其他金属氧化物。表面改性与复合是优化非金属矿表面性能、提升功能和应用性能和应用价值的重要深加工技术之一，对现代高新技术产业及环保健康产业的发展具有重要意义。
有机表面改性、无机包覆改性和层状结构矿物（膨润土、石墨、高岭土、伊利石、蛭石等）的插层改性以及复合改性将是未来非金属矿表面改性与复合的主要研发领域。
在表面改性与复合原理、方法和工艺方面，今后将在深化基本原理研究和优化现有方法和工艺以适应各种不同粉体材料和不同功能要求的表面改性处理的基础上借鉴其他学科方法创新发展工艺简单、可控性好的表面改性方法和工艺；并在多学科综合的基础上，根据目的材料的性能要求选择粉体材料和“设计”粉体表面，运用先进计算方法及技术以及人工智能技术辅助设计粉体表面改性工艺和配方，以减少实验室工艺和配方试验的工作量，提高表面改性工艺和改性剂配方的科学合理性，实现更优的应用性能和应用效果。
表面改性剂在粉体的表面改性与复合中起重要作用。表面改性剂的发展方向：一是在现有表面改性剂基础上，创新生产工艺、降低生产成本；二是运用先进化学、高分子和化工科学技术和计算技术，研发应用性能好、成本低、在专门应用领域有特殊功能并能与粉体表面和基质材料形成牢固作用的新型表面改性剂。
随着市场对表面改性与复合粉体材料需求量的持续增加，表面改性装备的大型化和高效、低耗化将是表面改性设备的必然发展趋势。连续生产、对粉体及表面改性剂的分散性好、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等、改性温度可调性好、单位产品能耗低、磨耗小、无粉尘污染、操作简便、运行平稳、适应性强的大型专用有机表面改性设备将具有良好的发展前景。同时，将在设备结构优化的基础上采用人工智能技术发展主要工艺参数和改性剂用量的在线自动调控技术。
目前对表面改性产品尚缺乏标准化或规范化的质量检验和直接表征或评价方法。随着表面改性技术的发展以及表面改性产品用途的扩大和用量的增加以及产业的壮大，需要建立系统、规范的表面改性产品质量标准和相应的检测、评价或表征方法。（4）非金属矿物材料加工技术 功能化是未来非金属矿物材料的主要发展趋势。为了满足相关应用领域对功能化非金属矿物材料的要求，非金属矿物材料加工技术将重点发展与航空航天、海洋开发、生物医学、电子、信息、节能环保、生态修复、新型建材、新能源、特种涂料、快速交通工具等相关的功能性非金属矿物材料的制备技术和设备。如石墨密封材料、石墨润滑材料、石墨导电材料、矿物纤维和石墨增强摩擦材料、石墨插层化合物、高纯超细石墨粉、云母珠光颜料、高温润滑涂料、辐射屏蔽材料、催化剂和催化材料、高性能吸附材料、增强填料、抗菌填料、阻燃填料以及石墨烯材料等。其中包括与高新技术产业相关的石墨烯、高纯超细石墨粉（≤2μm）、石墨密封和润滑材料、石墨导电涂料、石墨插层化合物、黏土层间化合物、云母珠光颜料、辐射屏蔽材料、催化剂和催化材料等；与环境保护相关的硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等具有高比表面积和选择性吸附活性的新型非金属矿物环保材料；以非金属矿为基料的道路标志、防酸雨、抗氧化、防火、耐候、防污、保温隔热等特种涂料；与节能与安全相关的轻质、保温绝热、防火、阻燃材料；与建材装饰相关的人造石和异形装饰石材；具有耐高温、耐冻、耐磨等功能的路面沥青改性填料；与快速交通工具相关的矿物纤维和人造矿物纤维增强高性能摩擦材料以及高速公路和高速铁路噪声阻隔材料等具有广阔的发展前景。（5）非金属矿物化工技术 非金属矿物化工是综合和高效利用非金属矿物资源的重要途径之一，特别是对于重晶石、天青石、明矾等硫酸盐矿物，菱镁矿、石灰石、白云石等碳酸盐矿物，金红石、钛铁矿等含钛矿物，高铝黏土矿物，含锆、钾、磷、硫、硼等元素的非金属矿物，具有良好的发展前景。
非金属矿物化工技术的发展趋势之一是提高资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，如综合利用各种尾矿资源；通过创新工艺技术和设备，更新改造传统工艺。
非金属矿物化工技术的发展趋势之二是拓展用非金属矿物制备的化工产品的品种，特别是通过采用新工艺和新技术生产纳米级产品，如纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化镁、纳米氧化锆、纳米碳酸镁、纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米氧化钡、纳米碳酸钡、纳米碳酸锶、纳米碳化硼等以及不同晶形和一定孔径分布的多孔产品，如晶须、针状、片状、柱状、立方体状、球状等晶形的粉体产品和各种分子筛。此外，发展绿色工艺、减少污染、保护环境以及降低能耗和生产成本也是非金属矿物化工技术的主要发展趋势之一。（6）脱水 非金属矿加工产品脱水技术的主要发展趋势：一是尽可能地采用机械脱水，因为机械脱水方式能耗最低；二是提高机械脱水作业的效率，特别是高黏性超细粉体浆料的过滤效率；三是提高干燥作业的效率，降低干燥作业的能耗；四是提高脱水作业的自动化水平；五是发展大型化过滤和干燥设备。第2章 非金属矿共性加工技术2.1 破碎与筛分2.1.1 破碎
破碎是将原矿石破碎至满足磨矿、选矿或应用要求的粒度（一般是1～100mm）的粉碎技术。相应的设备为破碎机。
除特殊情况外，破碎通常是分阶段进行的。这是因为在多数情况下现有的破碎设备不能一次就将大块原矿破碎至要求的细度。具体选择破碎段数要依原矿性质、原矿块度、产品粒度及设备类型而定。物料每经过一次破碎机，称为一个破碎段。对于每一个破碎作业，定义破碎前后（即给料与产物）的粒度之比为该段破碎作业的破碎比，它反映了经过破碎机粉碎后，原矿或原料粒度减小的程度。各段破碎或粉碎作业的破碎比或粉碎比的乘积为该破碎或粉碎工艺流程的总破碎比。表2-1 破碎机类型、性能及应用
根据破碎设备的形式和施力特点，常用的破碎设备可分为颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机、立轴冲击式破碎机等。这些设备的类型、性能特点和应用列于表2-1。各类设备各有其特点，在实际中如何选择使用，有赖于对各种设备的结构、原理、工作特点和应用特性的了解。图2-1所示为非金属矿工业常用的破碎设备的结构示意图。其结构和工作原理简述如下：图2-1 常用破碎机的结构与工作原理示意图（1）颚式破碎机 颚式破碎机通常由一个定颚和一个动颚组成破碎腔，根据动颚的运动轨迹和特点，颚式破碎机可分为简摆式（双肘板或双推力板机构）和复摆式（单肘板单推力板机构）两种。如图2-1（a）所示，复摆式颚式破碎机主要由机架、固定颚板、活动颚板、偏心轴、肘板、调整座等组成。进入破碎腔之间的物料在动颚向定颚运动的挤压作用下被破碎，破碎后的物料又在动颚离开定颚后从破碎腔下部排出。动颚每一个摆动周期，物料受到一次挤压作用并向下排送一段距离。物料从给入破碎腔开始，通常受到多次压碎作用后排出机外。颚式破碎机的主要技术参数为进料口尺寸、最大进料粒度、排料口调整范围、偏心轴转速、处理能力、电机功率、设备重量等。（2）圆锥破碎机 圆锥破碎机按其使用的粒度范围可分为粗碎、中碎和细碎三种。粗碎圆锥破碎机又称旋回破碎机，是大型矿山破碎坚硬物料的典型设备，但目前在非金属矿山很少应用；中碎和细碎圆锥破碎机又称为菌形圆锥破碎机。
由于破碎锥的运动是旋回摆动，因而在圆锥破碎机中物料的破碎是连续进行的。这一点与颚式破碎机不同。中、细碎圆锥破碎机根据排矿口调整置和保险方式的不同，分为弹簧圆锥破碎机和液压圆锥破碎机。其结构示意和外形见图2-1（b）。
根据中碎、细碎圆锥破碎机破碎腔的形式不同，又可分为标准型（中碎用）、中间型（中碎、细碎用）和短头型（细碎用）三种，其中以标准型和短头型应用最为广泛。它们的主要区别在于破碎腔剖面形状和平行带长度的不同，标准型最短，短头型最长。平行带越长，破碎产品粒度越均匀。
圆锥破碎机的产品粒度一般在10mm左右，特殊要求也可达3～5mm以下，如惯性圆锥破碎机。圆锥破碎机的主要技术参数为破碎锥直径、最大给料尺寸、排料口宽度、处理能力、主轴摆动次数、电机功率、设备重量和外形尺寸等。（3）辊式破碎机 辊式破碎机构造简单。根据辊子的数目可分为单辊、双辊、三辊和四辊四种。最常见的为双辊，也称对辊破碎机。图2-1（c）是双辊式破碎机的结构示意图。
双辊式破碎机由两个圆柱形辊筒作为主要的工作机构。工作时，电动机通过三角皮带（或齿轮减速装置）和一对长齿齿轮，带动两个破碎辊作相向的旋转运动，由于物料和辊子之间的摩擦作用，将给入辊子上方的物料卷入两辊所形成的破碎腔内而被压碎。破碎的产品在重力的作用下，从两个辊子之间的间隙处排出。辊式破碎机的主要技术参数为辊子直径、辊子长度、最大给料尺寸、出料粒度、生产能力、辊子速度、电机功率、设备重量、外形尺寸等。（4）冲击式破碎机 冲击式破碎机包括反击式破碎机和锤式破碎机及立轴冲击式破碎机。
①反击式破碎机 根据转子数目的不同，可分为单转子和双转子两种。反击式破碎机是利用高速旋转的转子上的板锤对给入破碎腔内的物料产生高速冲击而被破碎，被冲击破碎的物料沿切线方向被高速抛向破碎腔另一端的冲击板并再次受到破碎。图2-1（d）为反击式破碎机的结构示意图，电动机通过三角皮带带动转子高速转动，物料经给料口、链幕送入破碎腔，受板锤高速冲击，碎块以高速抛向第一段冲击板。在该处再次受到冲击和破碎，然后反弹到转子上，又受到板锤的冲击并抛向第二段冲击板。第二段冲击板与转子之间形成第二段破碎腔，并重复以上的破碎过程。物料最后从破碎机的下部排出机外。物料在破碎腔内，除了物料与板锤及冲击板发生冲击破碎外，高速的物料颗粒之间也相互冲击产生粉碎作用。反击式破碎机的主要技术参数为规格、进料口尺寸、最大进料尺寸、出料粒度、生产能力、电机功率、设备重量和外形尺寸等。
②锤式破碎机 锤式破碎机具有与冲击式破碎机相似的结构，根据转子的数目也可分为单转子和双转子两种；根据转子许可旋转的方向，转子只能以一个方向旋转工作的称为不可逆式，转子可以以正反两个方向旋转的称为可逆式。另外，根据结构不同，还可分为反击型锤式破碎机、立轴锤式破碎机、锤式破碎机和环锤式破碎机等。图2-1（e）所示为立轴锤式破碎机的结构示意图。电动机通过主轴带动锤子高速旋转。主轴及锤子整个部件称为转子，在转子下部设有筛板，粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒子通过筛孔排出，大于筛孔尺寸的物料留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨作用，直至最后通过筛板排出。
锤式破碎机主要用于各种中硬且磨蚀性弱的物料的细碎，具有破碎比大、破碎效率高、过粉碎现象少、设备体积小、重量轻、结构简单、维修方便等特点，是非金属矿常用的中碎、细碎设备，主要技术参数为转子直径、转子转速、进料口尺寸、最大进料尺寸、出料粒度、生产能力、电机功率、设备重量和外形尺寸等。
③立轴冲击式破碎机 又称立轴细破碎机，出料粒度在1～8mm之间，最细可以达到20目左右，而且分布均匀、粒形规则，具有出料粒度细小、破碎效率较高、受物料水分影响小、单位产品能耗低以及易损件少、耐用性强、维护保养方便等特点。
立轴冲击式破碎机主要由电机、液压缸、分料盘、机架、破碎腔、反击块、甩轮装置、减振器、油站、主轴、平台等组成，图2-1（f）为其外形。工作时，物料直接进入高速旋转的叶轮内，在离心力的作用下，与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周的物料进行撞击，由此物料在叶轮和机壳中形成涡流式多次相互撞击、摩擦而粉碎，形成闭路破碎周期循环。最后，物料通过筛分控制达到所需要的成品粒度。
立轴式冲击破碎机的技术特点主要是矿石是通过矿石间的互相摩擦、磨蚀和冲击来实现物料破碎的，因此，其磨损率较低，产品污染小，特别是在破碎磨蚀性较大的物料时。破碎产物的粒度比可通过调节转子的速度来控制。
这种破碎机可应用于卵石、山石（石灰石、花岗岩、石英岩、玄武岩、辉绿岩、安山岩等）、矿石尾矿、石屑的人工制砂，建筑骨料、公路路面料、垫层料、沥青混凝土和水泥混凝土骨料的生产以及冶金、化工、矿山、水泥、磨料等行业的物料细碎。2.1.2 筛分
在破碎作业中，常常需要设置筛分设备，以控制产品粒度分布和提高粉碎作业的效率。筛分作业不构成单独的破碎段，而是与相应的破碎机构成破碎段。因此，无论一台破碎机配置一台还是多台筛分机，都是一个破碎段。
筛分是将颗粒大小不同的松散物料，通过单层或多层筛子分成若干不同粒级的过程。矿粒通过筛孔的可能性称为筛分概率，它与筛孔大小、物料粒径、筛子的有效面积、颗粒的运动方式以及物料的含水量等因素有关。
筛分效率是指实际得到的筛下产品质量与给料物料中小于筛孔尺寸粒级的质量之比，通常用百分数表示，它是衡量筛子工作状况的重要指标。使用筛分设备时，要求尽可能地将小于筛孔的细粒物料过筛到筛下产物中。
筛分设备的种类很多，在非金属矿加工中常用的筛分机械主要有固定筛、自定中心振动筛、平面摇动筛、平面旋回筛、圆筒筛、高方筛、旋振筛等，见表2-2。表2-2 常用筛分机械2.2 磨矿与分级2.2.1 磨矿
磨矿是在矿石经破碎机破碎之后的继续粉碎作业，常称为磨粉或磨矿作业，主要目的有三个：一是满足选矿提纯对矿物解离度的要求；二是直接加工满足塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、耐火材料、涂料、造纸等相关应用领域细度要求的非金属矿粉体产品；三是为下述超细粉碎和精细分级作业提供满足其给料粒度要求的粉体原料。
非金属矿的磨矿方法主要是机械粉碎。常用设备是各类干法磨粉机，如雷蒙磨（悬辊磨）、立式磨、机械冲击磨、球磨机、棒磨机、振动磨、辊磨机或压辊磨等。从是否使用研磨介质来说，这些设备又可分为两类：一是无研磨介质磨机，包括雷蒙磨、旋磨机、辊磨机、机械冲击式磨机等；二是研磨介质磨机，包括球磨机、棒磨机、振动磨等。表2-3为常用的磨机类型、磨矿原理、给料粒度、产品细度及其应用。表2-3 常用磨机的种类及应用
图2-2所示是非金属矿加工业中常用磨矿或磨粉设备的结构示意。以下分别予以介绍。（1）球磨机 球磨机是非金属矿磨矿中常用的细磨设备，包括用于选矿准备作业的磨矿、为后续超细粉碎作业进行预粉碎以及直接加工粉体产品的粉磨作业。
各类球磨机的基本结构大体上是相同的，一般均由回转筒体、传动装置、进料装置、出料装置、润滑装置等部分构成。图2-2（a）所示是用于方解石干磨（生产重质碳酸钙）的球磨机结构示意图。图2-2 常用磨矿或磨矿设备的结构示意
进料装置通过螺栓紧固上衬板以避免磨损和方便更换衬板。两个相同的主轴承安装在磨筒的两端，每个主轴承装配一套润滑油站。回转筒体是磨机的主体，是由钢板焊接的壳体和进料出料耳轴组成。衬板安装在球磨机的内侧。排料装置由带有排风管和排料管的排料罩组成，在排料罩和球磨机壳体之间设有密封装置。衬板及磨矿介质有两种：一种是铁质的；另一种是非铁质的。铁质衬板用奥氏体锰钢或高锰钢、合金铸钢制造，介质为各种不同直径的钢球或合金；非铁质衬板采用燧石、陶瓷、氧化铝（刚玉）等制造，介质为燧石、氧化铝（刚玉）、陶瓷球、氧化锆球磨（珠）等。
球磨机中常用的磨矿介质有钢球（相对密度7.8）、高铬钢段和钢球、氧化锆球（相对密度5.6）、氧化铝球（相对密度3.6）、瓷球（相对密度2.3）等。磨矿介质的尺寸，直接影响球磨机产品的粒度和粒度分布。磨矿介质粒径愈大，产品的粒度也愈大、产量愈高；反之，磨矿介质粒径愈小，磨矿产品的粒径也愈小，产量愈低。适宜的磨矿介质粒径，要视物料的性质和对产品粒度及粒度分布的要求而定。磨矿介质的密度也影响磨矿效率，一般磨矿介质密度较大，磨矿效率较高。
球磨机的工作原理是：当以适当的转速运转时，球磨机中磨矿介质与物料一起，在离心力和摩擦力的作用下被提升到一定高度后，因重力作用而脱离筒壁沿抛物线轨迹下落。然后，它们又被提升一定高度，再沿抛物线轨迹下落，如此周而复始，使处于磨矿介质之间的物料受冲击作用而被击碎。同时，由于磨矿介质的滚动和滑动，使颗粒受研磨、摩擦、剪切等作用而被磨碎。
球磨机的转速大小决定着筒体内磨矿介质的运动状态和磨矿的效果。当转速较小时，全部球荷被提升的高度较小，只向上偏转一定角度，其中每个介质都绕自己的轴线转动。当球荷的倾斜角度超过介质（钢球或瓷球等）在球荷表面上的自然休止角时，介质即沿此斜坡滚下，介质的这种运动状态称为泻落。在泻落式状态工作的磨机中，物料在介质间主要受到磨剥作用，冲击作用很小。如果磨机的转速足够高，介质边自转边随筒体内壁作圆曲线运动上升至一定高度，然后纷纷作抛物线下落，这种运动状态叫抛落式。在抛落式状态工作的磨机中，物料在圆曲线运动区受到介质的磨剥作用，在介质落下的地方，物料受到介质的冲击和强烈翻滚着的介质的磨剥作用，故此种运动状态，磨矿效率最高。当球磨机的转速超过某一限度时，介质就贴在筒壁上而不再下落，这种状态称为离心运转。发生离心运转时，物料也随筒体一起运转，既无介质的冲击作用，磨剥作用也很弱。
球磨机的种类较多，按球磨机筒体长度L与直径D不同，可分为短筒型（L/D≤1）、长筒型（1
球磨机的规格用筒体直径×长度表示。如ϕ900mm×1800mm、ϕ1500mm×100mm、ϕ1500mm×3000mm；溢流型球磨机表示为MQY900×1800、MQY1500×3000等；对于格子型球磨机，无论是湿式或干式的，均用MQG表示，如MQG900×1800、MQG1500×3000，有的设备厂则用MQS表示湿式，MQG表示干式。
球磨机目前仍是国内外广泛使用的粉磨设备，其中格子型球磨机和溢流型球磨机是非金属矿选矿常用的粉磨设备；中心排料球磨机和周边排料球磨机主要用于方解石、白云石、石英、锆英砂等非金属矿的细磨和超细磨（与分级机组成闭路作业）。（2）棒磨机 棒磨机的结构与溢流型球磨机大致相同，因使用长圆棒作为磨矿介质，因此称为棒磨机。为确保介质棒在棒磨机内有规则运动和落下时不互相打击而变弯曲，棒磨机的锥形端盖曲率较小，内侧面铺有平滑衬板，而筒体多采用不平滑衬板；排料中空轴直径一般比同规格球磨机大，其他部分与同类溢流型球磨机相同。
棒磨机的排料粒度较相同规格球磨机要粗，但过粉碎少，目前主要应用于石英石和石英岩或砂岩的磨矿，加工满足工业与民用建筑玻璃、玻璃器皿及其他玻璃制品生产要求的石英砂或石英粉原料。（3）悬辊磨 又名雷蒙磨（Raymond mill）或摆式磨粉机。其结构如图2-2（b）所示，辊子2的轴安装于梅花架1上，梅花架由传动装置带动而快速旋转。磨环3是固定不动的，物料由机体侧部通过给料机给入机内，在辊子2和磨环之间受到磨矿作用。气流从磨环下部以切线方向吹入，经过辊子同圆盘之间的磨碎区，夹杂粉尘排入盘磨机上部的风力分级机（选粉机）。梅花架上悬有3～5个辊子，绕机体中心轴线公转。由于公转产生的离心力，辊子向外张开，压紧磨环并在其上面滚动。给入磨机内的物料由铲刀4铲起并送入辊子与磨环之间进行磨碎。铲刀与梅花架连在一起，铲刀是倾斜安装的，每个辊子前面有一把铲刀，使物料形成一股物料流连续送至辊子与磨环之间。研磨后的物料随气流向上进入上部的风力分级机进行分级，粗粒物料脱离气流落至磨碎区再度研磨，细粒级产品随气流进入旋风集料器，从集料器下部收集。
悬辊磨按研磨辊子数目的不同分为3R（3辊）、4R（4辊）、5R（5辊）。主要技术参数为磨环内径、磨辊数目、磨辊尺寸、主轴转速、最大进料粒度、产品粒度、生产能力、分级机叶轮直径、风机风量、主机功率、设备重量和外形等。
悬辊磨具有性能稳定、工艺简单、操作方便等优点，广泛应用于方解石、大理石、白垩、石灰石、滑石、硅灰石、石膏、硬质高岭岩、陶土、长石、重晶石、膨润土、石墨、透闪石、伊利石、绢云母等非金属矿物的细磨。悬辊磨主要用于加工150～400目的细粉。
悬辊磨发明至今已过去100多年，2000年后悬辊磨在结构和内分级上有了重大改进，如增加磨辊质量、磨辊加压、提高磨辊的摆动速度、提高选分机的分级细度和精度，同时提高磨辊和磨环的硬度和强度。这些改进显著提高了传统雷蒙磨的生产能力，降低了单位产品的能耗和磨耗；而且通过增加分级机叶片数量，提高分级叶轮转速，或配置涡轮式空气分级机进行二次分级，提高产品细度，还可以生产600目（20μm）、800目（15μm）等更细的粉体。（4）盘辊磨 又称立式磨。其结构主要由磨辊、磨盘、给料器、排料部、传动机构、分级机及风力输送系统等组成。其结构形式与悬辊式磨机相似，也是下部传动，中部给料和研磨，上部分级和排料；不同之处是用磨盘代替了磨环，磨辊形状也不同。其特点是磨盘卧式安装，磨盘上表面可以是水平的，也可以有一定锥度。磨辊位于磨盘上方，由压紧机构压紧在磨盘上。如图2-2（c）所示，被磨物料由设在机壳侧壁的给料口给到研磨盘上面，靠辊子的自重和磨辊对磨盘内物料的碾（挤）压作用将物料磨碎。研磨盘周围有一圈孔口，气流经这些孔口向上运动，将磨细的物料送至上部的分级机，细粒通过叶片从上部排出，粗粒则被叶片阻留而返回研磨区。
盘辊磨具有生产能力大、产品粒度可调范围宽、磨耗小等特点，广泛应用于石灰石、方解石、大理石、石膏等大多非金属矿和水泥原料的粉磨。（5）机械冲击或涡旋式粉碎机 机械冲击磨是一类应用广泛的磨粉设备。如图2-2（d）所示为HWV型旋风磨的结构示意图，它主要由机架、机体、粉碎装置、加料斗、传动装置和电机等组成。
工作原理如下：物料由上箱体的顶部加入后，迅速被转子上部的预粉碎刀片打散，散向定子四壁，进入转子和定子组成的粉碎区。转子高速旋转产生的大量空气流，既受机内转动和静止部件的影响，又受机内的恰当导向，被转变成无数个急转的湍流。这些在粉碎区内为数众多的空气湍流，使物料的运转方向和速度都在瞬间突然改变，导致大多数颗粒相互碰撞和粉碎，只有小部分颗粒是通过机内运动和静止部件的冲击而被粉碎的。粉碎后的粉体物料随空气流排出机外。大流量的空气及其急转的湍流确保物料粉碎过程中温升最小。
HWV型旋风磨的主要技术参数是转子直径、转子转速、风速、风量、电机功率、产品粒度、产量、设备重量及外形尺寸等。（6）振动磨 振动磨是主要的非金属矿粉磨设备之一，机型较多，应用范围较宽，既可以用于粗磨、细磨，又可以用于超细研磨。
振动磨的典型结构形式分单筒式和双筒或三筒式。单筒式一般用于间隙式粉磨物料；双筒或三筒式一般用于连续粉磨物料。图2-2（e）为双筒式振动磨结构示意图。其结构主要由磨机筒体、激振装置、弹性支承装置、万向传动联轴装置、制动装置、驱动电动机及机座等部件组成。
振动磨由电动机经万向传动联轴器驱动偏心激振器高速旋转，从而产生激振力使参振部分（筒体部件）在弹性支承装置上作高频率、低振幅的连续振动，筒体内的物料受到研磨介质（球或棒）的强烈冲撞、打击、挤压和磨剥作用；同时由于研磨介质的自转和相对运动，对粉体颗粒产生频繁的研磨作用。
振动磨的主要技术参数为筒体容积、筒体直径、振动频率、振幅、研磨介质装填量、进料粒度、出料粒度、生产能力、电机功率、振动部件质量等。
振动磨已在石墨粗选精矿的再磨以及石英和石英岩等的细磨及超细磨中得到应用。2.2.2 分级
非金属矿磨矿或磨粉中常用的分级设备包括用于选矿准备作业的螺旋分级机、湿法除砂（杂）和分级的水力旋流器、细筛、水力分级机及用于干法磨粉分级的气流分级机等。（1）螺旋分级机 螺旋分级机分为高堰式、低堰式和沉没式三种。根据螺旋数目，又可分为单螺旋分级机和双螺旋分级机。这些螺旋分级机的结构大同小异。
螺旋分级机有一个倾斜的半圆柱形槽子，槽中装有一个或两个螺旋，它的作用是搅拌矿浆并把沉砂运向斜槽的上端。螺旋叶片与空心轴相连，空心轴支承在上下两端的轴承内。传动装置安在槽子的上端。电动机经伞齿轮使螺旋转动。下端轴承装在提升机构6的底部，可转动提升机构使它上升或下降。提升机构由电动机经减速器和一对伞齿轮带动丝杆组成，使螺旋下端升降。停车时，可将螺旋提取，以免沉砂压住螺旋，使开车时不至于过负荷。
高堰式螺旋分级机的溢流堰比下端轴承高，但低于下端螺旋的上边缘。它适合于分离出0.15～0.20mm的粒级，通常与磨矿机相配合。沉没式螺旋分级机的下端螺旋有4～5圈全部浸在矿浆中，分级面积大，有利于分出比0.15mm细的粒级。低堰式螺旋分级机的溢流堰低于下端轴承的中心，分级面积小，现已不采用。
螺旋分级机构造简单，工作平稳，操作方便，易于与球磨机自流
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