非金屬礦產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),一直發(fā)揮著重要的作用。雖然各類非金屬礦資源通過初步粉碎研磨、提純改性、擠出造粒等精深加工后也能直接應(yīng)用到生態(tài)環(huán)保、生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,但更多時(shí)候是通過進(jìn)一步的加工復(fù)合,成為新材料后應(yīng)用到下游各新興領(lǐng)域——即以“非金屬礦→新材料→戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”的模式對(duì)下游產(chǎn)生影響。
在新材料產(chǎn)業(yè)各細(xì)分領(lǐng)域中,以特種水泥、特種玻璃、功能陶瓷、高性能纖維及復(fù)合材料等為代表的新型無機(jī)非金屬材料;以特種橡膠、功能塑料、表面功能涂料、高性能密封材料等為代表的先進(jìn)高分子材料;新型負(fù)極材料;石墨烯;氣凝膠;鋰離子電池隔膜等均對(duì)非金屬礦資源產(chǎn)生大量需求,而非金屬礦則多以工業(yè)原料、功能填料、工業(yè)助劑等形式在新材料生產(chǎn)制造過程中發(fā)揮作用。
近些年,隨著戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,各領(lǐng)域?qū)π虏牧掀焚|(zhì)要求也逐漸傳導(dǎo)對(duì)非金屬礦物原料的高質(zhì)量供應(yīng)上,其特點(diǎn)和趨勢(shì)集中體現(xiàn)在以下方面:
1、新材料對(duì)礦物組分在高純低雜方面的需求
新材料產(chǎn)業(yè)對(duì)非金屬礦物原料的需求就是非金屬礦物原料中特定組分的高純低雜,其有效組分純度越高,下游新材料在生產(chǎn)制造過程中就越接近于理論設(shè)計(jì),各項(xiàng)性能指標(biāo)也越接近于設(shè)計(jì)要求。
以應(yīng)用領(lǐng)域較廣的高嶺土為例,其高嶺石Al2Si2O(5OH)4含量越高,則以其為原料的眾多新材料則在各項(xiàng)性能指標(biāo)上。各類雜質(zhì)含量的高低決定了非金屬礦物原料能否用于附加值更高的新材料中,例如應(yīng)用到特高壓輸電中的高壓瓷絕緣子等新材料對(duì)高嶺土原料中鐵、鈦等有害元素的含量就有嚴(yán)格要求。
除高嶺土外,石英(SiO2)、膨潤(rùn)土(蒙脫石)、凹凸棒土(坡縷石)、菱鎂礦(MgCO3)、硅灰石(CaO·SiO2)、螢石(CaF)、石墨(C)、重晶石(BaSO4)等多種非金屬礦物原料在應(yīng)用到新材料的生產(chǎn)過程中時(shí),均對(duì)其純度以及各類雜質(zhì)含量提出了具體要求。
雖然提純除雜是非金屬礦原料加工的傳統(tǒng)課題,但是在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),與非金屬礦物原料提純除雜相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究、生產(chǎn)工藝創(chuàng)新及專用設(shè)備制造仍然是保障下游相關(guān)領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。
2、新材料對(duì)特定礦物結(jié)構(gòu)及晶體形態(tài)的需求
眾多新材料的生產(chǎn)不僅對(duì)非金屬礦物原料在有效組分的純度方面有需求,也對(duì)其在微觀形態(tài)方面有特定需求,例如眾多新材料對(duì)充當(dāng)填料的非金屬礦物,就要求其顆粒度小于某一指標(biāo),要求非金屬礦物填料達(dá)到的新材料也常見。
除對(duì)非金屬礦在超細(xì)微方面(高比表面積)的需求外,在一維(非金屬礦物纖維化,具有較高的長(zhǎng)徑比,如硅灰石、非金屬礦晶須等)、二維(非金屬礦物片層化,如石墨烯、滑石等)、管狀(如埃洛石、凹凸棒石等)、孔狀(如硅藻土等)等結(jié)構(gòu)形態(tài)方面也均有需求。非金屬礦這些特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)有的是在自然狀態(tài)下礦物本身所具有的,有的是經(jīng)過人工改造后實(shí)現(xiàn)的,不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)對(duì)應(yīng)著不同的性能。通過利用不同結(jié)構(gòu)形態(tài)非金屬礦物原料所具有的特殊性能,或?qū)⑵渑c一些功能因子(儲(chǔ)能、吸附、過濾、中和、催化、曾韌、補(bǔ)強(qiáng)等)進(jìn)行復(fù)合后,可應(yīng)用到不同類型新材料的生產(chǎn)制造中。
面對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)對(duì)非金屬礦物在結(jié)構(gòu)形態(tài)方面的需求,一是要從基礎(chǔ)理論出發(fā),研究清楚不同礦物在不同結(jié)構(gòu)形態(tài)下所具有的特殊性能;二是要在非金屬礦開采、分選、加工等制造環(huán)節(jié),對(duì)有益礦物晶型及結(jié)構(gòu)的保護(hù),注重相應(yīng)生產(chǎn)工藝及設(shè)備的開發(fā);三是要在理論研究的基礎(chǔ)上,對(duì)可能具有特殊功能屬性能的礦物結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行逆推式的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造,實(shí)現(xiàn)非金屬礦工業(yè)從礦物加工階段向材料設(shè)計(jì)階段的發(fā)展。
3、新材料對(duì)普適礦物原料穩(wěn)定性方面的需求
目前,非金屬礦物原料加工企業(yè)產(chǎn)能普遍偏小,下游新材料企業(yè)在生產(chǎn)過程中常常要面對(duì)多家非金屬礦物原料供應(yīng)商,原料穩(wěn)定性方面的問題時(shí)常困擾著下游企業(yè)。除對(duì)非金屬礦物原料在各項(xiàng)性能指標(biāo)方面有需求外,能長(zhǎng)期提供性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的礦物原料也是新材料產(chǎn)業(yè)對(duì)非金屬礦礦物原料的又一重大需求,而通過推動(dòng)非金屬礦工業(yè)原料工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)是保證產(chǎn)品性能穩(wěn)定性,產(chǎn)品價(jià)格的有效的途徑。當(dāng)前,以碳酸鈣粉體為代表的部分礦種已經(jīng)形成了大規(guī)模的生產(chǎn)能力,但是眾多礦種的生產(chǎn)能力仍然較小,在原料穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面與下游需求差距較大。
面對(duì)這方面的需求,在借助市場(chǎng)及行政手段進(jìn)行產(chǎn)業(yè)整合的同時(shí),一是要開發(fā)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)制造適合不同礦物品種,尤其是能廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的通用礦物原料的大規(guī)模集成生產(chǎn)線,包含生產(chǎn)工藝、控制系統(tǒng)、專用設(shè)備、輔助儀器等環(huán)節(jié);二是各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、數(shù)字化以及智能化水平,減少不必要的人工干預(yù),生產(chǎn)成本的同時(shí)做好非金屬礦物原料的質(zhì)量控制。