[工学]矿物材料讲义.doc

序 人类对环境的关注程度远远超过历史上任何一个时代，天然及改性矿物材料将以原料来源广泛、产品性能优异等特点在净化环境、保护环境、实现人与自然的和谐共处过程中发挥重要的作用。随着塑料、橡胶等高分子材料的广泛使用，高聚物的阻燃问题引起了社会的广泛关注。早期应用的卤系阻燃剂在阻燃过程中会产生大量的毒烟，而这种毒烟在火灾过程中危害更大，因而在呼唤“绿色、环保”的 21 世纪，广泛采用氢氧化铝和氢氧化镁已成为阻燃剂发展之必然趋势。 该书的特点主要体现在三个方面。一是将矿物材料与非金属矿产资源的开发利用紧密结合起来。二是把普通矿物材料与高技术新材料融合在一起。该书既研究了重质碳酸钙、滑石粉等普通粉体材料，又对矿物晶须、纳米级矿物材料及功能性陶瓷粉的制备进行了系统论述。三是在矿物材料制备过程中，强调了颗粒粒度与颗粒形状的控制，在分子、原子等超微粒子的层面实现矿物材料的控制生长，这是高新技术与传统学科有机结合的典范。 该书以矿物材料的制备为主线，首次将非金属矿深加工、粉体制备、矿物合成、矿物材料的应用有机结合在一起，分类进行论述，内容涵盖了非金属矿物粉体材料、无机阻燃剂、保温材料、陶瓷粉体、纳米矿物粉体、矿物晶须、矿物助滤剂、树脂基摩擦材料及环境矿物材料等各方面的知识。近年来，东北大学矿物材料与粉体技术研究中心在矿物材料的研究与开发方面取得了优异的成绩，先后成功地实现了硫酸钙晶须和纳米碳酸钙的工业化生产，创造了良好的经济效益和社会效益。相信该书的出版必将会对我国矿物材料工业的发展与进步起到积极的推动作用。 第 1 章 1 . 1 绪论 概述 材料可分为金属材料、有机材料、无机非金属材料及复合材料。矿物材料是指以天然矿物或岩石为主要原料经加工、改造所获得的材料或者能直接应用其物理、化学性质的矿物或岩石。其含义包括四个方面： ① 能被直接利用或经过简单的加工处理（如破碎、选矿、切割、改性等），即可被利用的天然矿物、岩石； ② 以天然的非金属矿物、岩石为主要原料，通过物理化学反应（如焙烧、熔融、烧结、胶结等）制成的成品或半成品材料； ③ 人工合成的矿物或岩石； ④ 这些材料的直接利用目标主要是其自身具有的物理或化学性质，而不局限于其中的个别化学元素。 矿物材料包括：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、石棉摩擦材料、高温和防辐射涂料等，微电子工业用的石墨导电涂料、显像管石墨乳、熔炼水晶等，以硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等制备的吸附、助滤和环保材料，以高岭土为原料制备的煅烧高岭土、铝尖晶石、莫来石、赛隆、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防火和节能材料及轻质高强度建筑装饰材料，以碎云母为原料生产的超细云母填料、颜料以及云母纸和云母板等，以膨润土为原料制备的凝胶及有机膨润土等。 矿物材料是从矿物学、岩石学的角度来研究矿物材料的性质与其物质组分、结构、构造、晶界、粒径和使用原料以及加工工艺等之间的关系，以探索矿物材料的生产工艺、技术和应用的一门综合性边缘学科。矿物材料学是矿物学、岩石学、矿物加工学和材料学等学科相结合的产物，是现代最活跃、最具生命力的新兴学科之一。 矿物材料的发展更有利于人类社会的可持续发展，与传统无机材料相比，矿物材料重视科学发掘和利用矿物岩石的结构、性质和性能，以最大限度地发挥天然功能材料的性能优势为重要目标。由于天然矿物岩石种类及性能的多样性，矿物材料应用潜力极大，可以适应各行各业的应用要求。不论是新材料的开发，还是传统材料的更新换代，都有广阔的用武之地，其应用领域与范围必将越来越广，在国民经济中的作用会越来越大。 我国非金属矿产资源分布极其广泛，种类齐全，储量也十分丰富，已探明非金属矿有 86 种，矿产地 5500 多处。其中，石墨、滑石、石膏、菱镁矿、叶蜡石、重晶石、膨润土、硅灰石等 20 多种非金属矿探明的储量均位居世界前列。因此，利用我国丰富的非金属矿产资源，进行非金属矿物材料学的研究，加强非金属矿物材料的开发与应用，具有十分重要的战略意义。 1 . 2 矿物材料的分类和加工技术 1 . 2 . 1 矿物材料的分类制备 矿物材料的主要原料是非金属矿物，非金属矿物是指除了矿物燃料以外的化学组成或技术和物理性能可供工业应用且具有经济价值的所有非金属矿物与岩石，一般称为工业矿物。按地质成因分类，非金属矿物可分为伟晶岩、脉岩、交代岩、变质岩和沉积岩等五种，非金属岩石可分为岩浆岩、变质岩和沉积岩三种；以工业用途分类，可分成建筑材料、陶瓷材料、耐火材料、化工材料和肥料用非金属矿等。 矿物材料按生产方式进行分类，即按矿物材料工程进行分类，可分为熔浆冷凝型材料、成型烧结型材料和骨料胶凝型材料等三种类型。根据矿物材料成分结构和加工改造特点，可将矿物材料分为四大类型。 ①