礦物材料課件

目錄1、概述2、礦物材料應用3、礦物材料論述第1頁/共41頁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，以利用其技術物理性能和化學性能為主要目的，經過必要的加工處理和制備后所獲得的材料產品。9.1概述返回目錄第2頁/共41頁

礦物材料是從礦物和巖石的物化性質出發(fā)?進行材料的生產加工和應用的。而不是為提取其中?的某些化學元素；若與化學成分有關也是整體利用?礦物的化學組成，如利用高嶺石制備4A沸石。第3頁/共41頁

礦物材料屬于無機非金屬材料的范疇，是?無機非金屬材料的重要構成部分，也可以是礦物材?料與金屬材料、其他無機非金屬材料或有機材料任?二者形成的復合體，即復合礦物材料.第4頁/共41頁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?料經物理加工后，沒有改變礦物巖石原料的成分和?結構，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5頁/共41頁人工礦物材料

是指從天然礦物和巖石本?身的物理化學性質出發(fā)，將天然礦物巖石原料或與?天然礦物理想成分相當的化工產品經物理或化學加?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、輕質碳酸?鈣、4A沸石等等。第6頁/共41頁改性(含改型)礦物材料

是指將天然或?人造礦物或巖石原料經物理或化學加工后，礦物巖?石的性能產生了定向性的變化，但礦物巖石主體的?成分和結構沒有產生明顯的變化，而制成的具有一?定性能和用途的礦物材料?；钚园淄?、有機蒙脫?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7頁/共41頁復合礦物材料

將天然礦物材料、人?工礦物材料、改性礦物材料與少量有機材料任二者?以上，經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／有機物納米復合材料、石棉?納米電纜與半導體量子線等等。

第8頁/共41頁礦物材料的用途分類信息技術礦物材料能源技術礦物材料生物技術礦物材料環(huán)境協調型礦物材料（綠色建材）納米礦物材料（超細粉體）航空航天技術礦物材料第9頁/共41頁9.1.3礦物材料學

以結晶學與晶體化學、礦物學與巖石學和材料科學的相關理論基礎，來研究礦物材料性能與其物理組成和結構之間的關系，研究礦物材料性能與原料特性和加工制備技術之間的關系，研究礦物材料和應用效果和反響，探索礦物材料加工的新技術、新工藝、新設備，進而開發(fā)研制新型礦物材料。第10頁/共41頁礦物材料學的研究內容1、基礎理論研究

主要研究礦物材料成分、微觀結構與宏觀物理性能和化學性能之間的關系以及表征方法。第11頁/共41頁2、礦物材料加工與制備技術研究

生產工藝、工藝流程、設備選型、最佳配方、最佳工藝參數、成型技術、固化技術。

第12頁/共41頁3、礦物材料應用研究

應用中性能變化、與環(huán)境協調性、對環(huán)境的修復功能、再循環(huán)利用等。4、礦物新材料設計研究

材料學理論和計算機技術結合，根據材料性能的具體要求，對材料配方、加工制備技術、生產工藝、材料性能進行預測。第13頁/共41頁9.1.4礦物材料生產工藝1、原材料的選擇方法和依據2、原料加工工藝技術3、配方及多相體系物料制備工藝技術4、礦物材料工藝技術5、礦物材料固化工藝技術6、礦物材料后處理工藝技術第14頁/共41頁9.2礦物材料應用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15頁/共41頁9.3

礦物材料論述

返回目錄第16頁/共41頁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、轉換、傳輸、顯示和存儲等功能的礦物材料。第17頁/共41頁舉例說明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18頁/共41頁9.3.1.1

影響非金屬礦物材料功能的因素

（1）礦物組成、化學成分和結構

石英和硅藻土，化學成分雖都是二氧化硅，但前者為晶質結構(硅氧四面體)，而后者為結構復雜的非晶質多孔結構，因此，它們的應用性能或功能不同。

第19頁/共41頁（2）礦物的粒度大小和形狀

多數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，粉碎分級技術，尤其是超細粉碎和精細分級以及特殊粒形(如片狀、針狀、球狀等)加工技術對非金屬礦物功能的發(fā)揮是非常重要的。第20頁/共41頁（3）礦物的表面性質

很多功能取決于礦物原料的表面或界面性質，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。礦物的表面性質既與先天因素即礦物的組成、化學成分和結構有關，也與加工技術有關。第21頁/共41頁9.3.2光學礦物材料1、如石英：作棱鏡等光學儀器。2、冰洲石：具有雙折射現象。3、螢石：光學材料，夜明珠。4、閃鋅礦作紫外半導體激光材料5、電氣石具有高紅外輻射性能第22頁/共41頁9.3.3特種礦物材料

根據特定的礦物(主要是非金屬礦物)原料的物理化學性質和工藝特性，經過高新技術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、導電涂料、潤滑材料、保溫隔熱材料、輕質高強建筑裝飾材料、分子篩以及催化、吸附與過濾材料、合成晶體材料和高硬耐磨材料等。第23頁/共41頁

9.3.4環(huán)保礦物材料

用稀土、沸石、海泡石、膨潤土、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性質，并經深加工改性復合制成的環(huán)保礦物材料及其制品，具有獨特優(yōu)良的對水體和氣體除臭、凈化等治廢處理效果。第24頁/共41頁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為空間時代的材料，是現代高新技術必不可少的功能晶體材料之一。第25頁/共41頁

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)越的電學特性，世界發(fā)達國家已把它列為21世紀最有前景的高新技術開發(fā)的新材料研究課題。第26頁/共41頁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，立方氮化硼多晶復合材料(PCBN)是近幾年發(fā)展起來的一種性能優(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等優(yōu)點，是制作數控機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27頁/共41頁9.3.7保溫節(jié)能礦物材料

膨潤土、硅藻土、珍珠巖和海泡石等礦物經膨脹、改性復合后，可成為高強輕質的保溫隔熱隔音材料，在冶金、建材等領域獲得廣泛應用。高純超細石英粉不僅是光導纖維、計算機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28頁/共41頁9.3.8工程密封材料

利用膨脹石墨固有的耐高溫、抗腐蝕、自潤滑、低密度、可塑性等優(yōu)異特性，研制成功新型密封材材，應用于各類機器和工程管道的動、靜壓密封效果十分理想，故得到迅速發(fā)展，成為當今世界的“密封材料之王”。第29頁/共41頁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，廣泛應用于無線電、半導體、原子?能和火箭等技術領域。第30頁/共41頁9.3.10磨擦材料?

作為制動或傳動必?需部件，是關系到安全可靠性的關鍵基礎部?件，目前以石棉為主導，鑒于石棉有害健康，?正在積極開發(fā)無石棉摩擦材料。高純超細的石墨粉、?高純輝鉬礦粉則是較理想的潤滑材料。第31頁/共41頁9.3.11天然納米礦物材料

蛋白石是一種含水非晶質或膠質二氧化硅，其化學組成為SiO2·nH2O。分土?狀(蛋白土)與塊狀(蛋白石)，前者為SiO2納米微?粒構成的土狀粉體，后者或為SiO2納米微粒粘結在一?起構成的塊體，或為介孔狀塊體（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32頁/共41頁

蒙脫石、皂石等是層狀結構硅酸鹽礦物，它們在一?定的地質條件下可形成在厚度上為納米尺寸的片狀晶?體，經分散處理后可制成無機凝膠，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33頁/共41頁

沸石、海泡石、坡縷石是具有納米通道結構的天然?納米結構礦物材料。由于它們具有非常大的內表面積?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。國內外已對沸石的納米結構進行?了研究，并利用沸石的納米結構進行了半導體量子納米團簇的組裝和應用研究；國外也在海泡石的納米通?道結構中組裝GaAs半導體和發(fā)光體納米量子線的研?究，并發(fā)現了特殊的納米效應和性能，為量子納米器件?的組裝奠定了基礎。第34頁/共41頁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、結構和形成條件等，通過物理或化學加工方法制成的具?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、結構和性能特征幾乎相同，但成?分更純，性能更加優(yōu)良和突出。

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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、氧化鎂等應用領域非常廣?泛，并在?高新技術材料的應用中占有重要的地位。以蛇紋石礦和煤系高嶺土為原料，通過化學處理，用水解與均勻沉淀法制備納米SiO2、納米MgO和納米A1203粉體。第36頁/共41頁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物理或化學方法加工后，使礦物的性質產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用最為成功的是?膨潤土經提純、改性和分散處理后獲得的納米蒙脫石，主要應用于塑料改性，制備納米工程塑料和食品包裝?材料等。第37頁/共41頁

柱撐粘土礦物是由柱化劑在具層狀結構的粘土礦?物層間呈柱狀支撐結合所形成的一種新型層柱狀礦物?材料。用于制備柱撐粘土礦物的礦物原料主要有蒙脫?石、累脫石、蛭石等。柱撐粘土礦物是將粘土礦物經離子交換改性而制?成的。具有很大的比表面能及吸附、催化活性。在石?油冶煉(催化、裂化、環(huán)氧化等方面)及吸附、脫色等領?域有著廣泛的用途和巨大的潛力。第38頁/共41頁

石墨層間化合物是利用石墨的納米結構特點，使?化學反應物質插入石墨層間，并與碳原子鍵合，形成一?種具有新性質而且不破壞石墨結構的化合物。插人石?墨層間的物質可以是金屬陽離子、鹵素、金屬鹵化物與?氧化物及分子