第九章 礦物材料

第九章礦物材料第1頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第九章

礦物材料第2頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三目錄1、概述2、礦物材料應(yīng)用3、礦物材料論述第3頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.1.1礦物材料概念

以天然礦物（主要是非金屬礦物）和巖石為主要原料，以利用其技術(shù)物理性能和化學(xué)性能為主要目的，經(jīng)過(guò)必要的加工處理和制備后所獲得的材料產(chǎn)品。9.1概述返回目錄第4頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三礦物材料是從礦物和巖石的物化性質(zhì)出發(fā)?進(jìn)行材料的生產(chǎn)加工和應(yīng)用的。而不是為提取其中?的某些化學(xué)元素；若與化學(xué)成分有關(guān)也是整體利用?礦物的化學(xué)組成，如利用高嶺石制備4A沸石。第5頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三礦物材料屬于無(wú)機(jī)非金屬材料的范疇，是?無(wú)機(jī)非金屬材料的重要構(gòu)成部分，也可以是礦物材?料與金屬材料、其他無(wú)機(jī)非金屬材料或有機(jī)材料任?二者形成的復(fù)合體，即復(fù)合礦物材料.第6頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.1.2礦物材料分類天然礦物材料是指將天然礦物或巖石原?料經(jīng)物理加工后，沒(méi)有改變礦物巖石原料的成分和?結(jié)構(gòu)，而制成的具有一定性能和用途的礦物材料。?如寶石、玉石、大理石、花崗石、重鈣粉、石英?粉、石棉繩(布)、作為礦物中藥的石膏、?滑石等、作為礦物肥料的蛭石、蛇紋石、海綠石?等。第7頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三人工礦物材料

是指從天然礦物和巖石本?身的物理化學(xué)性質(zhì)出發(fā)，將天然礦物巖石原料或與?天然礦物理想成分相當(dāng)?shù)幕ぎa(chǎn)品經(jīng)物理或化學(xué)加?工后，制成的具有一定性能和用途的礦物材料。?人造紅寶石、人造水晶、煅燒高嶺土、輕質(zhì)碳酸?鈣、4A沸石等等。第8頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三改性(含改型)礦物材料

是指將天然或?人造礦物或巖石原料經(jīng)物理或化學(xué)加工后，礦物巖?石的性能產(chǎn)生了定向性的變化，但礦物巖石主體的?成分和結(jié)構(gòu)沒(méi)有產(chǎn)生明顯的變化，而制成的具有一?定性能和用途的礦物材料?；钚园淄痢⒂袡C(jī)蒙脫?石、珠光云母粉、改性碳酸鈣、膨脹珍珠巖、膨脹?蛭石、膨脹石墨、石墨乳、涂敷石棉等等第9頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三復(fù)合礦物材料

將天然礦物材料、人?工礦物材料、改性礦物材料與少量有機(jī)材料任二者?以上，經(jīng)物理加工后而制成的具有一定性能和用途的?礦物材料。石棉剎車片、絕緣云母紙(板、帶)、人造大理石、蒙脫石／有機(jī)物納米復(fù)合材料、石棉?納米電纜與半導(dǎo)體量子線等等。

第10頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三礦物材料的用途分類信息技術(shù)礦物材料能源技術(shù)礦物材料生物技術(shù)礦物材料環(huán)境協(xié)調(diào)型礦物材料（綠色建材）納米礦物材料（超細(xì)粉體）航空航天技術(shù)礦物材料第11頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.1.3礦物材料學(xué)以結(jié)晶學(xué)與晶體化學(xué)、礦物學(xué)與巖石學(xué)和材料科學(xué)的相關(guān)理論基礎(chǔ)，來(lái)研究礦物材料性能與其物理組成和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，研究礦物材料性能與原料特性和加工制備技術(shù)之間的關(guān)系，研究礦物材料和應(yīng)用效果和反響，探索礦物材料加工的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，進(jìn)而開發(fā)研制新型礦物材料。第12頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三礦物材料學(xué)的研究?jī)?nèi)容1、基礎(chǔ)理論研究

主要研究礦物材料成分、微觀結(jié)構(gòu)與宏觀物理性能和化學(xué)性能之間的關(guān)系以及表征方法。第13頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、礦物材料加工與制備技術(shù)研究

生產(chǎn)工藝、工藝流程、設(shè)備選型、最佳配方、最佳工藝參數(shù)、成型技術(shù)、固化技術(shù)。

第14頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、礦物材料應(yīng)用研究

應(yīng)用中性能變化、與環(huán)境協(xié)調(diào)性、對(duì)環(huán)境的修復(fù)功能、再循環(huán)利用等。4、礦物新材料設(shè)計(jì)研究

材料學(xué)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，根據(jù)材料性能的具體要求，對(duì)材料配方、加工制備技術(shù)、生產(chǎn)工藝、材料性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。第15頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.1.4礦物材料生產(chǎn)工藝1、原材料的選擇方法和依據(jù)2、原料加工工藝技術(shù)3、配方及多相體系物料制備工藝技術(shù)4、礦物材料工藝技術(shù)5、礦物材料固化工藝技術(shù)6、礦物材料后處理工藝技術(shù)第16頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.2礦物材料應(yīng)用1、原料提取有用成分；或作其它原料如：高嶺土是制備陶瓷的原料2、利用礦物某種特殊性能以其本身直接做材料使用：如金剛石返回目錄第17頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3

礦物材料論述

返回目錄第18頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.1功能礦物材料電、磁、光、吸波、屏蔽、催化、吸附、流變、抗(殺)菌、脫色、壓電、光電、熱電、紅外輻射等具有感受、轉(zhuǎn)換、傳輸、顯示和存儲(chǔ)等功能的礦物材料。第19頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三舉例說(shuō)明1、石英具有壓電性2、電氣石具有熱電性和高紅外輻射性能3、磁鐵礦具有磁性4、閃鋅礦作紫外半導(dǎo)體激光材料5、納米銳鈦礦具光催化活性6、蒙脫石具有脫色功能7、沸石作分子篩第20頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.1.1

影響非金屬礦物材料功能的因素

（1）礦物組成、化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)

石英和硅藻土，化學(xué)成分雖都是二氧化硅，但前者為晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(硅氧四面體)，而后者為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的非晶質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)，因此，它們的應(yīng)用性能或功能不同。

第21頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）礦物的粒度大小和形狀

多數(shù)非金屬礦物功能性的發(fā)揮有賴于粒度大小、分布及粒形。因此，粉碎分級(jí)技術(shù)，尤其是超細(xì)粉碎和精細(xì)分級(jí)以及特殊粒形(如片狀、針狀、球狀等)加工技術(shù)對(duì)非金屬礦物功能的發(fā)揮是非常重要的。第22頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）礦物的表面性質(zhì)

很多功能取決于礦物原料的表面或界面性質(zhì)，如吸附、催化、電性、光性、流變、分散及與材料中其它組分的相容性等。礦物的表面性質(zhì)既與先天因素即礦物的組成、化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與加工技術(shù)有關(guān)。第23頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.2光學(xué)礦物材料1、如石英：作棱鏡等光學(xué)儀器。2、冰洲石：具有雙折射現(xiàn)象。3、螢石：光學(xué)材料，夜明珠。4、閃鋅礦作紫外半導(dǎo)體激光材料5、電氣石具有高紅外輻射性能第24頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.3特種礦物材料根據(jù)特定的礦物(主要是非金屬礦物)原料的物理化學(xué)性質(zhì)和工藝特性，經(jīng)過(guò)高新技術(shù)深加工處理或人工合成，形成具有特殊性能和多用途的功能材料。密封材料、導(dǎo)電涂料、潤(rùn)滑材料、保溫隔熱材料、輕質(zhì)高強(qiáng)建筑裝飾材料、分子篩以及催化、吸附與過(guò)濾材料、合成晶體材料和高硬耐磨材料等。第25頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

9.3.4環(huán)保礦物材料用稀土、沸石、海泡石、膨潤(rùn)土、硅藻土等礦物所具有的優(yōu)良的吸附性、離子交換性等物理化學(xué)性質(zhì)，并經(jīng)深加工改性復(fù)合制成的環(huán)保礦物材料及其制品，具有獨(dú)特優(yōu)良的對(duì)水體和氣體除臭、凈化等治廢處理效果。第26頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.5功能晶體材料如人工合成的剛玉、釔鋁榴石(YAG)、釓鎵榴石(GGG)及人造金剛石等人工晶體被譽(yù)為空間時(shí)代的材料，是現(xiàn)代高新技術(shù)必不可少的功能晶體材料之一。第27頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三金剛石及金剛石薄膜除作常用的超硬磨切鉆材料外，也是微波器、高功率電子元件、高保真音響元件和激光器件理想的熱敏元件材料、光敏元件材料和傳聲材料等。由于金剛石與目前作電子元件材料的單晶硅比較具有更優(yōu)越的電學(xué)特性，世界發(fā)達(dá)國(guó)家已把它列為21世紀(jì)最有前景的高新技術(shù)開發(fā)的新材料研究課題。第28頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.6超硬材料合成的人造金剛石和立方氮化硼成為超硬材料中制造切磨工具的佼佼者，其中，立方氮化硼多晶復(fù)合材料(PCBN)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種性能優(yōu)異的超硬材料，具有耐磨性高、耐熱性好、與黑色金屬不起親和反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，是制作數(shù)控機(jī)床等必備的刀具材料，用于高硬度、高耐磨性、高精度材料的加工。第29頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.7保溫節(jié)能礦物材料膨潤(rùn)土、硅藻土、珍珠巖和海泡石等礦物經(jīng)膨脹、改性復(fù)合后，可成為高強(qiáng)輕質(zhì)的保溫隔熱隔音材料，在冶金、建材等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。高純超細(xì)石英粉不僅是光導(dǎo)纖維、計(jì)算機(jī)存貯芯片及高清晰顯像管的重要材料，也可制作耐高溫硅酸鈣保溫材料及紅外陶瓷材料。第30頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.8工程密封材料利用膨脹石墨固有的耐高溫、抗腐蝕、自潤(rùn)滑、低密度、可塑性等優(yōu)異特性，研制成功新型密封材材，應(yīng)用于各類機(jī)器和工程管道的動(dòng)、靜壓密封效果十分理想，故得到迅速發(fā)展，成為當(dāng)今世界的“密封材料之王”。第31頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.9精密陶瓷材料??

由滑石、堇青石、頑火輝石、高嶺石、?重晶石、天青石、金紅石等礦物材料深加工而?形成的電子陶瓷、壓電陶瓷、磁性陶瓷和金屬?陶瓷材料，廣泛應(yīng)用于無(wú)線電、半導(dǎo)體、原子?能和火箭等技術(shù)領(lǐng)域。第32頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.10磨擦材料?

作為制動(dòng)或傳動(dòng)必?需部件，是關(guān)系到安全可靠性的關(guān)鍵基礎(chǔ)部?件，目前以石棉為主導(dǎo)，鑒于石棉有害健康，?正在積極開發(fā)無(wú)石棉摩擦材料。高純超細(xì)的石墨粉、?高純輝鉬礦粉則是較理想的潤(rùn)滑材料。第33頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.11天然納米礦物材料蛋白石是一種含水非晶質(zhì)或膠質(zhì)二氧化硅，其化學(xué)組成為SiO2·nH2O。分土?狀(蛋白土)與塊狀(蛋白石)，前者為SiO2納米微?粒構(gòu)成的土狀粉體，后者或?yàn)镾iO2納米微粒粘結(jié)在一?起構(gòu)成的塊體，或?yàn)榻榭谞顗K體（2-50nm)。天然蛋白石和蛋白土用酸處理后具有很好的吸附性?和脫色力，并可用作分子篩、催化劑、吸收劑和脫色劑。第34頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三蒙脫石、皂石等是層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，它們?cè)谝?定的地質(zhì)條件下可形成在厚度上為納米尺寸的片狀晶?體，經(jīng)分散處理后可制成無(wú)機(jī)凝膠，用于化妝品、牙膏、?特種涂料和油漆中作膠體穩(wěn)定劑、稠化劑等。第35頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三沸石、海泡石、坡縷石是具有納米通道結(jié)構(gòu)的天然?納米結(jié)構(gòu)礦物材料。由于它們具有非常大的內(nèi)表面積?和一定的離子交換性，因此廣泛用作吸附劑、催化劑載?體和抗菌劑載體等。國(guó)內(nèi)外已對(duì)沸石的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行?了研究，并利用沸石的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了半導(dǎo)體量子納米團(tuán)簇的組裝和應(yīng)用研究；國(guó)外也在海泡石的納米通?道結(jié)構(gòu)中組裝GaAs半導(dǎo)體和發(fā)光體納米量子線的研?究，并發(fā)現(xiàn)了特殊的納米效應(yīng)和性能，為量子納米器件?的組裝奠定了基礎(chǔ)。第36頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.12合成納米礦物材料??合成納米礦物材料是利用非金屬礦物的成分、結(jié)構(gòu)和形成條件等，通過(guò)物理或化學(xué)加工方法制成的具?有一定性能和用途的納米礦物材料。合成納米礦物材?料與天然礦物的成分、結(jié)構(gòu)和性能特征幾乎相同，但成?分更純，性能更加優(yōu)良和突出。

第37頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三納米二氧化鈦具有濕敏、氣敏及光催化等功能，在?特種陶瓷、涂料、抗菌材料、隱形與屏蔽材料等方面具?有重要的意義。納米白炭黑、氧化鋁、氧化鎂等應(yīng)用領(lǐng)域非常廣?泛，并在?高新技術(shù)材料的應(yīng)用中占有重要的地位。以蛇紋石礦和煤系高嶺土為原料，通過(guò)化學(xué)處理，用水解與均勻沉淀法制備納米SiO2、納米MgO和納米A1203粉體。第38頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3.13改性納米礦物材料改性納米礦物材料是利用非金屬礦物的納米屬性將非金屬礦物經(jīng)物理或化學(xué)方法加工后，使礦物的性質(zhì)產(chǎn)生定向性的變化而制成的具有一定性能和用途的?納米礦物材料。在改性納米礦物材料中研究和應(yīng)用最為成功的是?膨潤(rùn)土經(jīng)提純、改性和分散處理后獲得的納米蒙脫石，主要應(yīng)用于塑料改性，制備納米工程塑料和食品包裝?材料等。第39頁(yè)，共42頁(yè)，2023年