楊連威
（清華大學 材料科學與工程系 先進材料教育部重點實驗室 北京100084）
摘要：本文簡明闡述了粉體技術的特點，當前粉體技術的國內外發展狀況和未來發展前景，論述了粉體技術在促進清潔生產和發展循環經濟方面的應用狀況，在此基礎上闡明了粉體技術對發展循環經濟，促進社會可持續發展具有巨大的作用。
關鍵詞：粉體技術，清潔生產，循環經濟，可持續發展
1粉體技術概述
粉體技術是一門以顆粒狀固體物質為對象，研究其性質、制備、加工和應用的綜合性技術，主要包括破碎、粉磨、均化、分級、干燥、收捕、混合、存儲、裝運以及某些粉體產品的改性造粒等工序，各工序間還有輸送、計量作業。
粉體技術已經發展到超微粉體技術和納米粉體技術。超微粉體技術是傳統粉體技術的進一步發展，它是近幾十年來新興的一門科學技術，它源自古老的傳統粉碎技術，而將其粉碎的概念向前大大延伸了。所謂“超微粉體”，國內外目前對這一名詞尚無嚴格的界定。從粉體學的角度，通常將1250 目（即 10 u m ）以下的粉體，稱之為“超微粉體”。采用傳統的工藝方法，很難將固形物料粉碎到如此的細度。
固形物質經過超微粉碎后，使其處于微米甚至納米尺寸時，該粉體的物理、化學特性都發生極大的變化。
在化工、塑料、油漆、涂料等行業中，“超微粉體”可制成高強度、高附著力的高檔新產品。特別是在中醫藥領域，“超微粉體”技術可改變傳統的中醫手段，中藥材經“超微粉碎”細化后，可直接用于口服，從而免除了飲片、煎煮等繁鎖的工藝，這樣就大大方便了病人用藥。不僅如此，經研究表明，經“超微細化”后的中藥，只相當于原方劑用藥量的十分之一，甚至更少，這就可以大大節省寶貴的中藥材資源，對提高全民族健康，有效保護環境，都有深遠的意義。
國外對粉體技術非常重視，許多國家先后建立樂粉體研究機構。如，英國里茲大學粉體工程研究所（選礦、環保，從礦物加工、電子材料）和美國馬州高分子材料研究所（研究范圍涵蓋了從普通塑料到納米復合材料，從宏觀機械加工，到微結構控制）。我國對粉體技術也非常重視，先后建立樂粉體研究機構，如北京海正粉體技術有限公司、丹東藍天粉體材料科技有限公司、清華大學粉體材料研究室、江蘇省超細粉體工程研究中心等。
“超微粉體技術”是一門跨行業的新興技術領域，在我國從八、九十年代開始才逐步被越來越多研究部門和行業所重視。隨著信息、生物和新材料的發展，粉體技術相應的向更深更廣的方面發展，當前粉體技術不僅僅是簡單的粉碎、分級的物理過程，而是建立在高新技術平臺上的并且與材料科學、化學、現代物理學、生物學、醫學等學科有密切聯系的交叉學科。
粉體技術主要以固體物料的加工處理對象,隨著世界粉體工業向精細化發展，固體原料深加工技術在科學研究和工業生產中顯示了重要的作用。當前粉體技術不僅在紡織、建材、中藥、食品、保健品、飼料、國防等領域的應用日益廣泛，而且在清潔生產和循環經濟中也具有獨特的優勢。
2循環經濟簡介
循環經濟是一種以資源的高效和循環利用為核心，以“減量化（reduce）、再利用（reuse）、資源化（recyle）”為原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征，符合可持續發展理念的經濟增長模式，是對“大量生產、大量消費、大量廢棄”的傳統增長模式的根本變革。循環經濟是在現代工業社會條件下，為解決經濟增長與資源緊缺和環境惡化的矛盾而產生的一種新的經濟增長模式，兼顧了經濟社會發展與資源節約、環境保護的目標，為正確處理可持續發展的三大支柱——經濟發展、社會進步和環境保護之間的關系指明了方向。
循環經濟是一種可持續發展的新模式，將資源利用和環境影響綜合考慮。在整個產品生命周期中，從產品設計、制造到使用、報廢、回收，實行面向產品生命周期的綠色設計，面向環境的材料選擇，綠色工藝規劃、綠色包裝，采用回收及再制造技術、面向環境和資源的生態技術以及全生命周期評價和決策分析管理方法，以實現環境影響最小、資源利用效率最高、企業經濟效益和社會效益協調優化的目標。
發展循環經濟是黨中央、國務院為貫徹落實科學發展觀、實現經濟增長方式根本性轉變而提出的一項重大戰略任務。循環經濟本質上是一種生態經濟，要求把經濟活動組織成一個“資源－產品－再生資源”的反饋式流程，其特征是低開采、高利用、低排放。所有的物質和能源能在這個不斷進行的經濟循環中得到合理和持久地利用，以把經濟活動對自然環境的影響降低到盡可能小的程度。循環經濟為工業化以來的傳統經濟轉向可持續發展的經濟提供了戰略性的理論范式，從根本上消解了長期以來環境與發展之間的尖銳沖突�！皽p量化、再利用、再循環”是循環經濟最重要的實際操作原則。
胡錦濤總書記論述循環經濟指出：要加快轉變經濟增長方式，將循環經濟的發展理念貫穿到區域經濟發展、城鄉建設和產品生產中，使資源得到最有效的利用。《國務院關于加快發展循環經濟若干意見》指出到2 0 1 0年發展目標：我國消耗每噸能源、鐵礦石、有色金屬、非金屬礦等十五種重要資源產出的GDP比2003年提高25%左右每萬元GDP能耗下降18%以上。礦產資源總回收率和共伴生礦綜合利用率分別提高5個百分點。工業固體廢物綜合利用率提高到60%以上再生銅、鋁、鉛占產量的比重分別達到35%、25%、30%，主要再生資源回收利用量提高65%以上。工業固體廢物堆存和處置量控制在4.5億噸左右城市生活垃圾增長率控制在5%左右。我國“十一五”規劃中明確指出：積極推進以節能減排為主要目標的設備更新和技術改造，引導企業采用有利于節能環保的新設備、新工藝、新技術，加強資源綜合利用和清潔生產，大力發展循環經濟和節能環保產業。
3 粉體技術在循環經濟中的應用
隨著社會化大生產和生活水平的提高，我國工業、農業生產過程中產生了大量的廢氣、廢水和廢渣等廢物。按照清潔生產和循環經濟的要求，必須對其無害化處理。在此過程中粉體技術以其獨特的優勢發揮了不可替代的重大的作用。
3.1 減量化（reduce）方面
粉體技術以其獨特的優勢在建材、環保、固體廢物處理等過程中能夠降低能耗，減少資源消耗。例如
建材工業領域
水泥、石灰、磚等是常用的建筑材料，在生產過程中都離不開粉體技術。如，制備水泥時需要對原料和成品進行兩次研磨粉碎。水泥熟料的粉磨，其電能消耗占全部消耗的60％以上（干法生產水泥工藝），因此需要研究開發新的水泥粉磨工藝以降低能耗。隨著對混凝土制品強度要求的提高，水泥的細度也在逐漸增加。原料細度的提高有利于改善原料各組分的混合均勻度，降低游離氧化鈣的含量。水泥熟料的硬度較大，而細粉含量的高低在一定程度上決定了混凝土早期強度的高低。水泥的粒度分布對混凝土在不同齡期的強度有著決定性的影響。我國水泥的產量已達五億噸，需要粉磨的物料量高達十幾億噸。如此巨大的處理量，粉碎分級過程的節能降耗是該行業的突出問題。球磨機是水泥生產中的主力軍，隨著機械工業的進步，輥壓磨、立式磨、高效選粉機等新設備不斷涌現，有效地降低了水泥生產中粉磨工藝的電耗。為了改善混凝土強度、降低水化熱和減小收縮，近年來隨著超細礦渣、超細粉煤灰等混凝土摻和料的用量逐年增加，水泥的超細粉碎技術顯得越發重要。
冶煉領域
利用粉體技術對冶金原料在冶金前進行粉碎和分級處理以去除雜質，不僅可以最大限度在減少非金屬雜質進入冶煉工序，還可以提高精煉、精軋，提高軋鋼成材率。如濟南鋼鐵廠通過粉體技術實施源頭削減雜質的精料方針， 從1995年到2005年，軋鋼成材率提高6.18個百分點，相當于同等坯料多產鋼材46.8萬噸，10年累計多產鋼材127.8萬噸。
環保領域
當前，工業生產中很容易產生“三廢”，按照清潔生產和循環經濟的要求，在安全排放前必須對其采用有效的處理措施。粉體技術在“三廢”治理方面具有很大的作用，如廢氣治理方面。目前大氣污染日益加劇，一般采用常規的TiO2粉體除去空氣中超標的CO、NOx，與SO2等嚴重危害人類健康的有害氣體，具有一定的效果。采用超微粉體技術制備的TiO2超微粉體用于廢氣處理，研究結果表明：超微粉體的用量降低到原來的四分之一時具有相同的處理效果。1989年通用汽車公司的Donald Beck 采用納米粉體技術制備了納米TiO2，并研究了納米TiO2從模擬汽車廢氣（含H2S氣流）中除去硫的能力，研究結果表明：500℃經7小時后從模擬廢氣中除去的總硫量比各種常規TiO2除去的量大5倍。意味著粉體的用量降低到原來的五分之一時具有相同的處理效果�？梢姺垠w技術在污染治理和清潔生產方面有很大的潛力。
制藥領域
目前已經試驗證明，采用超微粉體技術，可以節省中草藥、礦物藥和動物要的原料，提高藥材利用率。采用一般的機械粉碎，某些類型中藥材粉碎成細粉都非常困難，如纖維類的甘草、黃芪、艾葉等，粉碎得到大量渣料，造成原藥材的浪費。若采用生物粉體技術（超細粉碎），纖維類中藥材極易操作，可減少資源浪費。藥材經超微粉碎后，用小于原處方的藥量即可獲得原處方的療效。根據藥材性質和粉碎程度的不同，一般可節省藥材30％-70％。據初步統計，微粉中藥的丸散藥給藥量可減少到原來的 1/3-1/5，湯藥給藥量為原來的1/5-1/20。而且藥材經超微粉碎制成生物粉體后，一般不進行煎煮浸取就可以直接制劑。因此減少生產環節中有效成分的損耗，提高藥材的利用率，又可以減少資源的浪費。
3.2 再利用（reuse）方面
粉體技術在廢物再利用方面也具有較大作用，如廢舊耐火材料可再利用方面。目前，我國耐火材料的年總消耗量超過900萬噸，用后的廢舊耐火材料達到400萬噸，廢舊耐火材料占耐火材料總消耗量的45%.而這些廢舊耐火材料的處理方式，大多數是被當成工業垃圾填埋。大量廢舊耐火材料的填埋不僅占用了土地，經風化和雨淋的廢棄耐火材料，易造成土壤土質的破壞，而且有些廢舊耐火材料可以致癌（如含鉻耐火材料）、具有放射性（如含鋯耐火材料）。隨著我國對循環經濟、可持續發展戰略的推進，對廢舊耐火材料的研發再利用力度也需逐漸增大。
廢舊耐火材料再利用的工藝流程如下：廢棄耐火材料→分類堆放→分揀→除去渣層→破碎、粉碎→篩選→規格→按比例摻入到新產品中→配料、混煉→困料成型→熱處理→制品。
寶鋼在廢舊鎂碳磚的回收利用方面做了大量工作，并取得了很好的成效。從鋼包拆包現場揀選出粒度大于20毫米的廢棄鋁鎂尖晶石質鋼包澆注料，除去表面黏附的廢鋼和殘渣等雜質，再經人工破碎、顎破、錘破及球磨機破碎成粒度為1～5毫米的再生顆粒料和小于0.088毫米的再生細粉。將這些再生料用在中小型高爐炮泥中，完全可以滿足高爐出鐵口的要求。
陶瓷工業中大量廢棄的匣缽和硼板經揀選、粉碎后，可以按一定比例的再生原料用于生產瓷磚、西式琉璃瓦、墻地磚和滲水磚。以50%～70%的莫來石-剛玉質輥道窯陶瓷輥棒廢料為原料，再添加高嶺石、滑石、碳酸鈣和碳酸鋇等粉料，可生產鋁含量為50%～60%的高檔耐磨研磨介質。
北京通達耐火技術有限公司對工業固體廢棄物的再利用，有近20年的經驗和技術。該公司在新產品開發與應用過程中，使用了廢棄材料生產不定形耐火材料，且應用于各種不同的耐火材料領域，取得了很好的效果。對廢棄耐火材料，該公司技術人員并不是將其簡單地摻入到新產品中，而是與先進的粉體技術結合起來，確保再生產品的理化指標和使用壽命達到甚至超過原產品水平。該公司將廢陶瓷、廢硅磚等，經過回收粉碎成不同粒度的再生料，開發出多種再生產品（如高鋁高強澆注料和輕質隔熱料等），還將生產過程中產生的粉塵引用到耐火澆注料中，得到性能優良的澆注料新產品。
國內外多項試驗研究表明，采用適當的粉體技術，以高比例的廢舊耐火材料制成的各種再生耐火材料，其性能完全可以接近、達到，甚至超過原耐火產品水平，能為企業帶來一定的經濟效益和良好的社會效益。
3.3 資源化（recycle）方面
隨著工業化進程的加快多，作為二次資源的固體廢物越來越多，如廢舊輪胎、廢舊塑料制品、廢電纜電器、煤矸石等等，已經成為國際和國內各界十分關注的重大課題。這些廢物采用粉體技術經深加工后再生利用：首先粉碎，再將其微細化，以使不同成份的單體解離，最后用磁選或浮選工藝，對物料中的不同組分進行成份分離。粉碎工藝是上述過程不可缺少的重要環節。
廢舊輪胎、廢舊塑料資源化
隨著工業化進程的加快多，廢舊輪胎、廢舊塑料制品、廢電纜電器等的數量越來越多，需要對其資源化處理。在這方面的資源化技術中粉碎是不可缺少的過程。一般首先對其粉碎，在此基礎上對其記一步微細化處理，其目的是使不同的單體解離，最用磁選或浮選工藝，對物料中的不同組分進行成份分離�？梢姺垠w技術在整個過程中至關重要。
廢電路板資源化
隨著電器用品的增加，廢舊電路板的存量不斷增加。這類廢物料的特點是熱固性樹脂的基體上附著了大量的貴金屬。傳統的方法是將電路板燒掉，從而達到分離的目的。這種方法對環境造成極大的污染，而且部分貴金屬也容易氧化。用粉碎分離的方法就解決了這一問題，粉碎的目的是將這些貴金屬與樹脂分離。熱固性樹脂的粉碎特點是在常溫下成脆性，適合于用沖擊式粉碎機來完成這一工作。各類貴金屬的尺寸比較小，如果要做到與樹脂的單體分離必須進行超細粉碎。在粉碎工作完成后，再分別進行粒度分離和成份的分離。
廢礦渣和鋼渣資源化
鋼鐵廠的固體廢棄物主要是礦渣和鋼渣，兩項物料的總量在數千萬噸以上。對于這類固體廢棄物的利用，主要是用作建材，粉碎是必須的一道工藝。它的粉碎特點是量大、難磨，產品的容許加工成本有限。物料中常�；煊薪饘傥�，因此在設備選型上主要考慮的是球磨機和自磨機。新出現的輥壓磨對礦渣進行預處理，使顆粒內部產生微細裂紋，然后進行球磨超細，可以大大降低能耗。礦渣在粉磨過程機械力的作用下微細化后，表面晶格缺陷增多，活性增大。這種活性有利于礦渣參與混凝土中水泥的水化過程，提高強度、降低水灰比，并有利于混凝土的輸送。
廢粉煤灰資源化
在粉煤灰方面。粉煤灰含有大量的有毒有害物質，對環境危害很大。運用粉體技術制備技術能夠將粉煤灰制成“亞納米級空心微珠”和“硅晶纖維紙漿”二種新技術產品，他們是工業上的重要原輔材料。將粉煤灰作為再生資源綜合利用，不僅體現了循環經濟的要求，而且減輕了粉煤灰環境的危害，還能便廢為寶�！皝喖{米級空心微珠”與“硅晶纖維”復合增強纖維材料產品將獲得廣泛應用，它們將成為二十一世紀新型復合材料的主流。
煤矸石資源化
煤矸石是采煤過程和洗煤廠生產過程中排出的矸石。煤礦經過多年開采，廢棄的煤矸石堆積如山。我國煤炭系統多年來積存下來的煤矸石達10億t以上，現在每年還要排放出近1億t，其中洗矸約1500多萬t。煤矸石的堆積不但占用大量土地，而且煤矸石中所含的硫化物散發后會污染大氣和水源，造成嚴重的后果。煤矸石中所含的黃鐵礦(FeS2)易被空氣氧化，放出的熱量可以促使煤矸石中所含煤炭風化以至自燃。煤矸石燃燒時散發出難聞的氣味和有害的煙霧，使附近居民慢性氣管炎和氣喘病患者增多，周圍樹木落葉，莊稼減產。煤矸石山受雨水沖刷，常使附近河流的河床淤積，河水受到污染。國家對此等非常重視，如國家發改委和國家環�？偩值年P于印發煤炭工業節能減排工作意見（發改能源[2007] 1456號）的第二十七條到三十二條規定：煤炭企業必須按照清潔生產和發展循環經濟的要求，制定資源綜合利用規劃，煤矸石等必須綜合利用，不得長期排放堆存。
煤矸石可以利用來發電、生產建筑材料、回收有益礦產品、制取化工產品、改良土壤、生產肥料等。工藝是： 首先采用粉體技術將煤矸石按產品要求進行粉碎，粉碎后可以利用來發電、生產建筑材料、回收有益礦產品、制取化工產品、改良土壤、生產肥料等。其中粉體技術至關重要，它直接影響產品的性質。
鍋爐尾氣脫硫
鍋爐尾氣脫硫是環保的重要問題，傳統的脫硫方案采用普通細度的碳酸鈣粉體為固硫載體，經受熱分解成氧化鈣后與氧化硫結合成固體的硫酸鈣或亞硫酸鈣，從而將硫元素固化。這一過程包含兩個氣固相反應過程，固相物的高比表面積有利于過程的進行和化學反應過程的深度進行。超微粉體技術還可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。采用粉體技術以提高碳酸鈣的細度，是改善脫硫效果的重要手段之一。傳統的鋼球磨機生產的碳酸鈣粉體顆粒平均直徑為50μm，采用超微粉體技術能將顆粒的平均直徑降低到6μm以下，顆粒的外表面積將擴大8倍以上。結果表明：采用超微粉體技術生產的脫硫用超細碳酸鈣粉體，能夠大大提高鍋爐尾氣的脫硫效率。由于這種碳酸鈣超細粉體的用量很大，因此粉體技術在此方面具有重大的現實意義。
4粉體技術的前景
進入新世紀后的信息技術、生物技術和新材料技術的發展帶動了粉體技術研究內容的深入和應用開發水平的提高。超微粉體技術不再僅僅是粉碎分級等簡單的物理單元作業，而是在新的科學氛圍和新的技術平臺上與材料科學、化學、現代物理學、生物學、醫學等學科的交融。即使是在那些簡單的物理單元作業中，新材料、計算機和測控技術的應用，也在不斷使這些技術和設備推陳出新，更新換代。
德國、美國和日本已出現了超微粉體專業開發公司。日本是采用粉體技術研究開發精細陶瓷較早的國家，20世紀90年代日本和西歐生產新型陶瓷用超微粉體的年總產值分別為71.5億美元和15億美元，年平均增長率分別為15.8％和18.9％。我國已建立了一些超微粉體專業生產企業，有的產品如鋁粉已形成了生產規模，氧化鋯、碳酸鈣、氧化鈦、氧化硅等也有一定的生產規模。目前超微粉體已廣泛應用于環保、清潔生產、固體廢物的資源化、無害化綜合利用、以及宇航、國防工業等領域，它不僅在高科技領域有著不可替代的作用，同時，也給傳統產業帶來生機和活力。除在傳統技術的逐步改革之外，超微粉體技術的一個突出的發展趨勢是納米化。納米技術的研究領域甚廣，并處在不斷拓展中。
隨著科技的發展和經濟發展的要求，粉體技術能在發展循環經濟方面能夠得到越來越廣泛地應用，因此在長期的發展戰略中具有不可低估的經濟、社會和環保效益。
5 結束語
目前，我國正處于工業化高速發展階段，一方面是經濟的高速增長，另一方面也付出了沉重的環境代價。能耗高，尤其是重化工業能源、資源消耗量高，萬元GDP能耗是日本的4.43倍，是世界平均水平的2.2倍，主要工業產品單位能耗比國際先進水平高20%%—40%。單位GDP有色金屬（銅、鋁、鉛、鋅）資源消耗量約為日本的7.1倍，美國的5.7倍鋼材是世界平均水平的3.6倍，且礦產資源回收率比國外低20%%。隨著經濟的快速增長和人口的不斷增加，淡水、土地、能源、礦產等資源不足的矛盾更加突出，環境壓力日益增大。環境問題已成為制約我國經濟發展、影響社會和諧的重要因素。
粉體產業在“減量化、再利用和資源循環利用”方面具有重大的作用，因此是清潔生產和發展循環經濟重要技術支撐產業,是資源高附加值利用工程，是二十一世紀循環經濟可再生資源充分利用新亮點 。粉體技術利用與開發完全符合國家鼓勵循環經濟、鼓勵固體廢物綜合利用的政策符合國家實施資源綜合利用關鍵技術國家重大產業技術開發專項符合國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術 。循環經濟又為粉體產業的發展創造了更大的空間和指明了途徑。發展循環經濟對于轉變我國經濟增長方式的重大意義和對發展粉體產業的推進作用。隨著科技的發展和環保意識的提高，以及循環經濟理念的深入貫徹，粉體技術和粉體將在環保領域和循環經濟發展中發揮越來越大的作用，粉體技術對社會的可持續發展具有重大意義。當前黨中央、國務院對清潔生產和發展循環經濟都非常重視。而粉體技術在資源和廢氣物的“最小化，再利用和再循環”方面具有技術上的重要作用。因此粉體技術具有巨大的發展空間和廣闊的應用前景。
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（清華大學 材料科學與工程系 先進材料教育部重點實驗室 北京100084）
摘要：本文簡明闡述了粉體技術的特點，當前粉體技術的國內外發展狀況和未來發展前景，論述了粉體技術在促進清潔生產和發展循環經濟方面的應用狀況，在此基礎上闡明了粉體技術對發展循環經濟，促進社會可持續發展具有巨大的作用。
關鍵詞：粉體技術，清潔生產，循環經濟，可持續發展
1粉體技術概述
粉體技術是一門以顆粒狀固體物質為對象，研究其性質、制備、加工和應用的綜合性技術，主要包括破碎、粉磨、均化、分級、干燥、收捕、混合、存儲、裝運以及某些粉體產品的改性造粒等工序，各工序間還有輸送、計量作業。
粉體技術已經發展到超微粉體技術和納米粉體技術。超微粉體技術是傳統粉體技術的進一步發展，它是近幾十年來新興的一門科學技術，它源自古老的傳統粉碎技術，而將其粉碎的概念向前大大延伸了。所謂“超微粉體”，國內外目前對這一名詞尚無嚴格的界定。從粉體學的角度，通常將1250 目（即 10 u m ）以下的粉體，稱之為“超微粉體”。采用傳統的工藝方法，很難將固形物料粉碎到如此的細度。
固形物質經過超微粉碎后，使其處于微米甚至納米尺寸時，該粉體的物理、化學特性都發生極大的變化。
在化工、塑料、油漆、涂料等行業中，“超微粉體”可制成高強度、高附著力的高檔新產品。特別是在中醫藥領域，“超微粉體”技術可改變傳統的中醫手段，中藥材經“超微粉碎”細化后，可直接用于口服，從而免除了飲片、煎煮等繁鎖的工藝，這樣就大大方便了病人用藥。不僅如此，經研究表明，經“超微細化”后的中藥，只相當于原方劑用藥量的十分之一，甚至更少，這就可以大大節省寶貴的中藥材資源，對提高全民族健康，有效保護環境，都有深遠的意義。
國外對粉體技術非常重視，許多國家先后建立樂粉體研究機構。如，英國里茲大學粉體工程研究所（選礦、環保，從礦物加工、電子材料）和美國馬州高分子材料研究所（研究范圍涵蓋了從普通塑料到納米復合材料，從宏觀機械加工，到微結構控制）。我國對粉體技術也非常重視，先后建立樂粉體研究機構，如北京海正粉體技術有限公司、丹東藍天粉體材料科技有限公司、清華大學粉體材料研究室、江蘇省超細粉體工程研究中心等。
“超微粉體技術”是一門跨行業的新興技術領域，在我國從八、九十年代開始才逐步被越來越多研究部門和行業所重視。隨著信息、生物和新材料的發展，粉體技術相應的向更深更廣的方面發展，當前粉體技術不僅僅是簡單的粉碎、分級的物理過程，而是建立在高新技術平臺上的并且與材料科學、化學、現代物理學、生物學、醫學等學科有密切聯系的交叉學科。
粉體技術主要以固體物料的加工處理對象,隨著世界粉體工業向精細化發展，固體原料深加工技術在科學研究和工業生產中顯示了重要的作用。當前粉體技術不僅在紡織、建材、中藥、食品、保健品、飼料、國防等領域的應用日益廣泛，而且在清潔生產和循環經濟中也具有獨特的優勢。
2循環經濟簡介
循環經濟是一種以資源的高效和循環利用為核心，以“減量化（reduce）、再利用（reuse）、資源化（recyle）”為原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征，符合可持續發展理念的經濟增長模式，是對“大量生產、大量消費、大量廢棄”的傳統增長模式的根本變革。循環經濟是在現代工業社會條件下，為解決經濟增長與資源緊缺和環境惡化的矛盾而產生的一種新的經濟增長模式，兼顧了經濟社會發展與資源節約、環境保護的目標，為正確處理可持續發展的三大支柱——經濟發展、社會進步和環境保護之間的關系指明了方向。
循環經濟是一種可持續發展的新模式，將資源利用和環境影響綜合考慮。在整個產品生命周期中，從產品設計、制造到使用、報廢、回收，實行面向產品生命周期的綠色設計，面向環境的材料選擇，綠色工藝規劃、綠色包裝，采用回收及再制造技術、面向環境和資源的生態技術以及全生命周期評價和決策分析管理方法，以實現環境影響最小、資源利用效率最高、企業經濟效益和社會效益協調優化的目標。
發展循環經濟是黨中央、國務院為貫徹落實科學發展觀、實現經濟增長方式根本性轉變而提出的一項重大戰略任務。循環經濟本質上是一種生態經濟，要求把經濟活動組織成一個“資源－產品－再生資源”的反饋式流程，其特征是低開采、高利用、低排放。所有的物質和能源能在這個不斷進行的經濟循環中得到合理和持久地利用，以把經濟活動對自然環境的影響降低到盡可能小的程度。循環經濟為工業化以來的傳統經濟轉向可持續發展的經濟提供了戰略性的理論范式，從根本上消解了長期以來環境與發展之間的尖銳沖突�！皽p量化、再利用、再循環”是循環經濟最重要的實際操作原則。
胡錦濤總書記論述循環經濟指出：要加快轉變經濟增長方式，將循環經濟的發展理念貫穿到區域經濟發展、城鄉建設和產品生產中，使資源得到最有效的利用。《國務院關于加快發展循環經濟若干意見》指出到2 0 1 0年發展目標：我國消耗每噸能源、鐵礦石、有色金屬、非金屬礦等十五種重要資源產出的GDP比2003年提高25%左右每萬元GDP能耗下降18%以上。礦產資源總回收率和共伴生礦綜合利用率分別提高5個百分點。工業固體廢物綜合利用率提高到60%以上再生銅、鋁、鉛占產量的比重分別達到35%、25%、30%，主要再生資源回收利用量提高65%以上。工業固體廢物堆存和處置量控制在4.5億噸左右城市生活垃圾增長率控制在5%左右。我國“十一五”規劃中明確指出：積極推進以節能減排為主要目標的設備更新和技術改造，引導企業采用有利于節能環保的新設備、新工藝、新技術，加強資源綜合利用和清潔生產，大力發展循環經濟和節能環保產業。
3 粉體技術在循環經濟中的應用
隨著社會化大生產和生活水平的提高，我國工業、農業生產過程中產生了大量的廢氣、廢水和廢渣等廢物。按照清潔生產和循環經濟的要求，必須對其無害化處理。在此過程中粉體技術以其獨特的優勢發揮了不可替代的重大的作用。
3.1 減量化（reduce）方面
粉體技術以其獨特的優勢在建材、環保、固體廢物處理等過程中能夠降低能耗，減少資源消耗。例如
建材工業領域
水泥、石灰、磚等是常用的建筑材料，在生產過程中都離不開粉體技術。如，制備水泥時需要對原料和成品進行兩次研磨粉碎。水泥熟料的粉磨，其電能消耗占全部消耗的60％以上（干法生產水泥工藝），因此需要研究開發新的水泥粉磨工藝以降低能耗。隨著對混凝土制品強度要求的提高，水泥的細度也在逐漸增加。原料細度的提高有利于改善原料各組分的混合均勻度，降低游離氧化鈣的含量。水泥熟料的硬度較大，而細粉含量的高低在一定程度上決定了混凝土早期強度的高低。水泥的粒度分布對混凝土在不同齡期的強度有著決定性的影響。我國水泥的產量已達五億噸，需要粉磨的物料量高達十幾億噸。如此巨大的處理量，粉碎分級過程的節能降耗是該行業的突出問題。球磨機是水泥生產中的主力軍，隨著機械工業的進步，輥壓磨、立式磨、高效選粉機等新設備不斷涌現，有效地降低了水泥生產中粉磨工藝的電耗。為了改善混凝土強度、降低水化熱和減小收縮，近年來隨著超細礦渣、超細粉煤灰等混凝土摻和料的用量逐年增加，水泥的超細粉碎技術顯得越發重要。
冶煉領域
利用粉體技術對冶金原料在冶金前進行粉碎和分級處理以去除雜質，不僅可以最大限度在減少非金屬雜質進入冶煉工序，還可以提高精煉、精軋，提高軋鋼成材率。如濟南鋼鐵廠通過粉體技術實施源頭削減雜質的精料方針， 從1995年到2005年，軋鋼成材率提高6.18個百分點，相當于同等坯料多產鋼材46.8萬噸，10年累計多產鋼材127.8萬噸。
環保領域
當前，工業生產中很容易產生“三廢”，按照清潔生產和循環經濟的要求，在安全排放前必須對其采用有效的處理措施。粉體技術在“三廢”治理方面具有很大的作用，如廢氣治理方面。目前大氣污染日益加劇，一般采用常規的TiO2粉體除去空氣中超標的CO、NOx，與SO2等嚴重危害人類健康的有害氣體，具有一定的效果。采用超微粉體技術制備的TiO2超微粉體用于廢氣處理，研究結果表明：超微粉體的用量降低到原來的四分之一時具有相同的處理效果。1989年通用汽車公司的Donald Beck 采用納米粉體技術制備了納米TiO2，并研究了納米TiO2從模擬汽車廢氣（含H2S氣流）中除去硫的能力，研究結果表明：500℃經7小時后從模擬廢氣中除去的總硫量比各種常規TiO2除去的量大5倍。意味著粉體的用量降低到原來的五分之一時具有相同的處理效果�？梢姺垠w技術在污染治理和清潔生產方面有很大的潛力。
制藥領域
目前已經試驗證明，采用超微粉體技術，可以節省中草藥、礦物藥和動物要的原料，提高藥材利用率。采用一般的機械粉碎，某些類型中藥材粉碎成細粉都非常困難，如纖維類的甘草、黃芪、艾葉等，粉碎得到大量渣料，造成原藥材的浪費。若采用生物粉體技術（超細粉碎），纖維類中藥材極易操作，可減少資源浪費。藥材經超微粉碎后，用小于原處方的藥量即可獲得原處方的療效。根據藥材性質和粉碎程度的不同，一般可節省藥材30％-70％。據初步統計，微粉中藥的丸散藥給藥量可減少到原來的 1/3-1/5，湯藥給藥量為原來的1/5-1/20。而且藥材經超微粉碎制成生物粉體后，一般不進行煎煮浸取就可以直接制劑。因此減少生產環節中有效成分的損耗，提高藥材的利用率，又可以減少資源的浪費。
3.2 再利用（reuse）方面
粉體技術在廢物再利用方面也具有較大作用，如廢舊耐火材料可再利用方面。目前，我國耐火材料的年總消耗量超過900萬噸，用后的廢舊耐火材料達到400萬噸，廢舊耐火材料占耐火材料總消耗量的45%.而這些廢舊耐火材料的處理方式，大多數是被當成工業垃圾填埋。大量廢舊耐火材料的填埋不僅占用了土地，經風化和雨淋的廢棄耐火材料，易造成土壤土質的破壞，而且有些廢舊耐火材料可以致癌（如含鉻耐火材料）、具有放射性（如含鋯耐火材料）。隨著我國對循環經濟、可持續發展戰略的推進，對廢舊耐火材料的研發再利用力度也需逐漸增大。
廢舊耐火材料再利用的工藝流程如下：廢棄耐火材料→分類堆放→分揀→除去渣層→破碎、粉碎→篩選→規格→按比例摻入到新產品中→配料、混煉→困料成型→熱處理→制品。
寶鋼在廢舊鎂碳磚的回收利用方面做了大量工作，并取得了很好的成效。從鋼包拆包現場揀選出粒度大于20毫米的廢棄鋁鎂尖晶石質鋼包澆注料，除去表面黏附的廢鋼和殘渣等雜質，再經人工破碎、顎破、錘破及球磨機破碎成粒度為1～5毫米的再生顆粒料和小于0.088毫米的再生細粉。將這些再生料用在中小型高爐炮泥中，完全可以滿足高爐出鐵口的要求。
陶瓷工業中大量廢棄的匣缽和硼板經揀選、粉碎后，可以按一定比例的再生原料用于生產瓷磚、西式琉璃瓦、墻地磚和滲水磚。以50%～70%的莫來石-剛玉質輥道窯陶瓷輥棒廢料為原料，再添加高嶺石、滑石、碳酸鈣和碳酸鋇等粉料，可生產鋁含量為50%～60%的高檔耐磨研磨介質。
北京通達耐火技術有限公司對工業固體廢棄物的再利用，有近20年的經驗和技術。該公司在新產品開發與應用過程中，使用了廢棄材料生產不定形耐火材料，且應用于各種不同的耐火材料領域，取得了很好的效果。對廢棄耐火材料，該公司技術人員并不是將其簡單地摻入到新產品中，而是與先進的粉體技術結合起來，確保再生產品的理化指標和使用壽命達到甚至超過原產品水平。該公司將廢陶瓷、廢硅磚等，經過回收粉碎成不同粒度的再生料，開發出多種再生產品（如高鋁高強澆注料和輕質隔熱料等），還將生產過程中產生的粉塵引用到耐火澆注料中，得到性能優良的澆注料新產品。
國內外多項試驗研究表明，采用適當的粉體技術，以高比例的廢舊耐火材料制成的各種再生耐火材料，其性能完全可以接近、達到，甚至超過原耐火產品水平，能為企業帶來一定的經濟效益和良好的社會效益。
3.3 資源化（recycle）方面
隨著工業化進程的加快多，作為二次資源的固體廢物越來越多，如廢舊輪胎、廢舊塑料制品、廢電纜電器、煤矸石等等，已經成為國際和國內各界十分關注的重大課題。這些廢物采用粉體技術經深加工后再生利用：首先粉碎，再將其微細化，以使不同成份的單體解離，最后用磁選或浮選工藝，對物料中的不同組分進行成份分離。粉碎工藝是上述過程不可缺少的重要環節。
廢舊輪胎、廢舊塑料資源化
隨著工業化進程的加快多，廢舊輪胎、廢舊塑料制品、廢電纜電器等的數量越來越多，需要對其資源化處理。在這方面的資源化技術中粉碎是不可缺少的過程。一般首先對其粉碎，在此基礎上對其記一步微細化處理，其目的是使不同的單體解離，最用磁選或浮選工藝，對物料中的不同組分進行成份分離�？梢姺垠w技術在整個過程中至關重要。
廢電路板資源化
隨著電器用品的增加，廢舊電路板的存量不斷增加。這類廢物料的特點是熱固性樹脂的基體上附著了大量的貴金屬。傳統的方法是將電路板燒掉，從而達到分離的目的。這種方法對環境造成極大的污染，而且部分貴金屬也容易氧化。用粉碎分離的方法就解決了這一問題，粉碎的目的是將這些貴金屬與樹脂分離。熱固性樹脂的粉碎特點是在常溫下成脆性，適合于用沖擊式粉碎機來完成這一工作。各類貴金屬的尺寸比較小，如果要做到與樹脂的單體分離必須進行超細粉碎。在粉碎工作完成后，再分別進行粒度分離和成份的分離。
廢礦渣和鋼渣資源化
鋼鐵廠的固體廢棄物主要是礦渣和鋼渣，兩項物料的總量在數千萬噸以上。對于這類固體廢棄物的利用，主要是用作建材，粉碎是必須的一道工藝。它的粉碎特點是量大、難磨，產品的容許加工成本有限。物料中常�；煊薪饘傥�，因此在設備選型上主要考慮的是球磨機和自磨機。新出現的輥壓磨對礦渣進行預處理，使顆粒內部產生微細裂紋，然后進行球磨超細，可以大大降低能耗。礦渣在粉磨過程機械力的作用下微細化后，表面晶格缺陷增多，活性增大。這種活性有利于礦渣參與混凝土中水泥的水化過程，提高強度、降低水灰比，并有利于混凝土的輸送。
廢粉煤灰資源化
在粉煤灰方面。粉煤灰含有大量的有毒有害物質，對環境危害很大。運用粉體技術制備技術能夠將粉煤灰制成“亞納米級空心微珠”和“硅晶纖維紙漿”二種新技術產品，他們是工業上的重要原輔材料。將粉煤灰作為再生資源綜合利用，不僅體現了循環經濟的要求，而且減輕了粉煤灰環境的危害，還能便廢為寶�！皝喖{米級空心微珠”與“硅晶纖維”復合增強纖維材料產品將獲得廣泛應用，它們將成為二十一世紀新型復合材料的主流。
煤矸石資源化
煤矸石是采煤過程和洗煤廠生產過程中排出的矸石。煤礦經過多年開采，廢棄的煤矸石堆積如山。我國煤炭系統多年來積存下來的煤矸石達10億t以上，現在每年還要排放出近1億t，其中洗矸約1500多萬t。煤矸石的堆積不但占用大量土地，而且煤矸石中所含的硫化物散發后會污染大氣和水源，造成嚴重的后果。煤矸石中所含的黃鐵礦(FeS2)易被空氣氧化，放出的熱量可以促使煤矸石中所含煤炭風化以至自燃。煤矸石燃燒時散發出難聞的氣味和有害的煙霧，使附近居民慢性氣管炎和氣喘病患者增多，周圍樹木落葉，莊稼減產。煤矸石山受雨水沖刷，常使附近河流的河床淤積，河水受到污染。國家對此等非常重視，如國家發改委和國家環�？偩值年P于印發煤炭工業節能減排工作意見（發改能源[2007] 1456號）的第二十七條到三十二條規定：煤炭企業必須按照清潔生產和發展循環經濟的要求，制定資源綜合利用規劃，煤矸石等必須綜合利用，不得長期排放堆存。
煤矸石可以利用來發電、生產建筑材料、回收有益礦產品、制取化工產品、改良土壤、生產肥料等。工藝是： 首先采用粉體技術將煤矸石按產品要求進行粉碎，粉碎后可以利用來發電、生產建筑材料、回收有益礦產品、制取化工產品、改良土壤、生產肥料等。其中粉體技術至關重要，它直接影響產品的性質。
鍋爐尾氣脫硫
鍋爐尾氣脫硫是環保的重要問題，傳統的脫硫方案采用普通細度的碳酸鈣粉體為固硫載體，經受熱分解成氧化鈣后與氧化硫結合成固體的硫酸鈣或亞硫酸鈣，從而將硫元素固化。這一過程包含兩個氣固相反應過程，固相物的高比表面積有利于過程的進行和化學反應過程的深度進行。超微粉體技術還可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。采用粉體技術以提高碳酸鈣的細度，是改善脫硫效果的重要手段之一。傳統的鋼球磨機生產的碳酸鈣粉體顆粒平均直徑為50μm，采用超微粉體技術能將顆粒的平均直徑降低到6μm以下，顆粒的外表面積將擴大8倍以上。結果表明：采用超微粉體技術生產的脫硫用超細碳酸鈣粉體，能夠大大提高鍋爐尾氣的脫硫效率。由于這種碳酸鈣超細粉體的用量很大，因此粉體技術在此方面具有重大的現實意義。
4粉體技術的前景
進入新世紀后的信息技術、生物技術和新材料技術的發展帶動了粉體技術研究內容的深入和應用開發水平的提高。超微粉體技術不再僅僅是粉碎分級等簡單的物理單元作業，而是在新的科學氛圍和新的技術平臺上與材料科學、化學、現代物理學、生物學、醫學等學科的交融。即使是在那些簡單的物理單元作業中，新材料、計算機和測控技術的應用，也在不斷使這些技術和設備推陳出新，更新換代。
德國、美國和日本已出現了超微粉體專業開發公司。日本是采用粉體技術研究開發精細陶瓷較早的國家，20世紀90年代日本和西歐生產新型陶瓷用超微粉體的年總產值分別為71.5億美元和15億美元，年平均增長率分別為15.8％和18.9％。我國已建立了一些超微粉體專業生產企業，有的產品如鋁粉已形成了生產規模，氧化鋯、碳酸鈣、氧化鈦、氧化硅等也有一定的生產規模。目前超微粉體已廣泛應用于環保、清潔生產、固體廢物的資源化、無害化綜合利用、以及宇航、國防工業等領域，它不僅在高科技領域有著不可替代的作用，同時，也給傳統產業帶來生機和活力。除在傳統技術的逐步改革之外，超微粉體技術的一個突出的發展趨勢是納米化。納米技術的研究領域甚廣，并處在不斷拓展中。
隨著科技的發展和經濟發展的要求，粉體技術能在發展循環經濟方面能夠得到越來越廣泛地應用，因此在長期的發展戰略中具有不可低估的經濟、社會和環保效益。
5 結束語
目前，我國正處于工業化高速發展階段，一方面是經濟的高速增長，另一方面也付出了沉重的環境代價。能耗高，尤其是重化工業能源、資源消耗量高，萬元GDP能耗是日本的4.43倍，是世界平均水平的2.2倍，主要工業產品單位能耗比國際先進水平高20%%—40%。單位GDP有色金屬（銅、鋁、鉛、鋅）資源消耗量約為日本的7.1倍，美國的5.7倍鋼材是世界平均水平的3.6倍，且礦產資源回收率比國外低20%%。隨著經濟的快速增長和人口的不斷增加，淡水、土地、能源、礦產等資源不足的矛盾更加突出，環境壓力日益增大。環境問題已成為制約我國經濟發展、影響社會和諧的重要因素。
粉體產業在“減量化、再利用和資源循環利用”方面具有重大的作用，因此是清潔生產和發展循環經濟重要技術支撐產業,是資源高附加值利用工程，是二十一世紀循環經濟可再生資源充分利用新亮點 。粉體技術利用與開發完全符合國家鼓勵循環經濟、鼓勵固體廢物綜合利用的政策符合國家實施資源綜合利用關鍵技術國家重大產業技術開發專項符合國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術 。循環經濟又為粉體產業的發展創造了更大的空間和指明了途徑。發展循環經濟對于轉變我國經濟增長方式的重大意義和對發展粉體產業的推進作用。隨著科技的發展和環保意識的提高，以及循環經濟理念的深入貫徹，粉體技術和粉體將在環保領域和循環經濟發展中發揮越來越大的作用，粉體技術對社會的可持續發展具有重大意義。當前黨中央、國務院對清潔生產和發展循環經濟都非常重視。而粉體技術在資源和廢氣物的“最小化，再利用和再循環”方面具有技術上的重要作用。因此粉體技術具有巨大的發展空間和廣闊的應用前景。
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