矿物材料

释义

矿物材料是指天然产出的具有一种或几种可资利用的物理化学性能或经过加工后达到以上条件的矿物。

简介

有某种或某几种物理、化学特性可供利用、由矿物构成或加工成的原材料。广义的矿物材料还包括一部分由岩石构成或制成的原材料。矿物材料不是以提取矿物中所含的有用元素作为用途，它的利用目的与冶金、化学工业中的矿物原料的利用目的不同。例如金红石作为矿物原料，从其中提取钛。作为矿物材料可利用它的高介电常数和低介电损耗，制作微波介质基片材料，高纯的合成金红石微粉──钛白粉由于白度高，遮盖能力强，可制作颜料，用于油漆、涂料、搪瓷等工业；金红石人工晶体以其高双折射率用作近红外偏光晶体。矿物材料大多为非金属矿物，也包括某些金属矿物。

矿物材料可分为结构材料和功能材料。

结构材料

狭义的是指用于制造业和建筑业的材料。广义的泛指一切非功能材料。矿物结构材料用于很多部门。在建筑工业中，石膏制品可在强度要求较低的情况下代替水泥制品，用作隔墙板和装饰板；用蛭石、浮石、火山渣、珍珠岩和膨胀页岩加工可制成含有大量孔隙、具有保温和隔热等性能的轻质建筑材料。在化学工业中，制造塑料、橡胶和粘合剂时都大量添加矿物，制成复合材料。塑料中加入石棉或高岭石、滑石等矿物，可增加强度、减振、隔音、阻燃和抗老化。冶金工业中利用膨润土的粘结性加工铁精矿球团。在耐火材料中除了传统的粘土、硅石、铝土矿和菱镁矿等，还发展了蓝晶石族矿物、石墨和锆石为主的新型耐火材料。在机械工业中，矿物用作磨削材料、保护涂层、固体润滑剂、摩擦剂、密封剂、焊接材料等。用作磨料的，从软的硅土、方解石到最硬的金刚石，有30多种矿物。应用最多的天然和合成矿物磨削材料有金刚石、石榴子石、金刚砂（合成碳硅石）、合成刚玉和刚玉砂等。陶瓷工业中使用硅灰石、透辉石和透闪石等节能型原料，降低烧成温度，缩短烧成时间。在造纸中片状高岭石、滑石和轻质碳酸钙以其高白度和强遮盖能力，用作纸张涂料、填料和增白。石油钻探中矿物用作造浆和加重剂。膨润土、海泡石和坡缕石用作水基泥浆，而有机膨润土可制油基泥浆。比重较大的重晶石和赤铁矿等用作泥浆加重剂，可防止井喷。食品加工中硅藻土和活性膨润土等用作饮料和食品的过滤、脱色。这类矿物也常用于水和放射性废弃物的处理。农业中沸石、膨润土、海泡石和硅藻土等用作土壤改良剂，以改善土壤结构，调节水分，吸附有毒物质和改善肥料特性。膨润土、沸石和皂石等用作畜禽的饲料添加剂，可使畜禽减少疾病，明显增加体重。

功能材料

主要用于电子、激光和仪表工业。功能材料是对光、磁、电、热、声等外界能量或信息，具有感受、转换、传输、显示和存贮功能的材料。常需借助于晶体人工培养手段，得到高纯和缺陷很少的单晶体。电子工业用的功能材料很多。例如,石英用作谐振器,作为频率标准和制造电子表。彩色显像管用的萤光粉，发蓝色和黄色光是硅锌矿型和闪锌矿型晶体萤光粉，而红光可以使用钪钇矿型晶体。日光灯用萤光粉则为磷灰石型晶体。红锑矿可以把可见光能转换为电能，用作卫星摄像管靶面。在激光工业中，矿物功能材料用于激光的发射、传导、调制、偏转和存贮。例如，固体激光晶体有14个矿物类型，常用的有红宝石等。

材料特点

矿物材料的特点是价廉和用途多。矿物的复杂的结构、组成、杂质和缺陷是寻找新材料的源泉。通过矿物研究解决了卫星温控涂层、航天飞机重返大气层的防热瓦和一系列激光材料。矿物材料的价格低于金属和有机材料。另外，同一矿物有多种用途，具有不同的开发层次。例如,膨润土主要用途有20多种,不同矿石适于制造不同的产品，其商品价格相差也很大。

研制

矿物材料研制的目标是得到市场需求的具有经济效益的新材料及其生产工艺。为此，必须进行下列工作。①进行市场需求调研及预测。②确定矿石技术经济指标，进行矿区开发可行性研究。可行性研究程度应与勘探程度相适应。③加强工艺流程研究。工艺流程包括选矿、加工或人工合成，或其中部分环节。选矿可采用磁选、重选和浮选等，根据矿石特征和产品目标而定。加工主要涉及粉碎、粒度分级、热处理、表面处理、有机络合、定向磨光、镀层等。人工合成包括分解提纯、相变、烧结以及晶体培养等。晶体培养手段主要有水热法、水溶液法、盐熔法、焰熔法、气相沉积法和高压法等。

发展趋势

一般矿物材料向节能、省料、高性能方向发展。值得注意的是结构陶瓷和超微粒技术的应用。矿物功能材料将占据更重要的位置，特别是传感器和信息记录材料。通过矿物物理研究，矿物材料的定向设计是今后矿物材料研究的重要内容。

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