非金属矿物材料深加工技术发展动向浅析
2020-12-18 17:42:26
非金属矿物材料的广泛使用已经有了很长的一段历史，常规应用已经基本步入了技术成熟稳定期。然而人类对新科技新产品及高性能的追求的步伐不会停止，各种技术创新带来的材料革命不断涌现。本文将以非金属矿物材料深加工技术的发展动向为话题，与大家分享一下材料学科的一些技术进步成果。
1、合成矿物材料的性质研究与应用技术
合成矿物材料的性质研究与应用技术，将简单的加工利用单一纯净非矿材料变为对多种矿物的复合深加工技术。非金属矿物经高温、高压等加工处理后，在物相、结构、成分等发生变化的同时，性质也发生变化。据此，可以利用多种非矿材料合成具有不同性质和用途的新材料。例如，利用硅藻土、石英粉、膨润土、火山灰等生产微孔硅酸钙制品，具有容重小、导热系数低、无腐蚀、平整美观等优点，广泛用于电力、化工、石油、冶金用管道及热工设备保温以及建筑保温材料，这方面的技术在国内已日趋成熟。再如，中国科学院地质所在国内外首先研制成功了青刚玉新产品，其硬度和耐磨性等性能与刚玉相似，却有更好的质量价格比。中国科学院地球化学所等单位利用开采铝土矿的废料为原料合成莫来石，利用贵州的钡矿物和粘土矿物合成钡长石特种耐火材料等。
2、纳米矿物材料的性质研究与应用技术
纳米科技诞生于90年代初期，不久即引起了科技界的广泛兴趣，并相继出现了冠以“纳 米”为字首的分支学科，如纳米材料学、纳米矿物学、纳米生物学、纳米电子学、纳米机械学等。纳米材料学是纳米科技与材料学相结合的产物。研究结果证明，当物质的几何尺寸大小达到纳米级时，该物质的物理、化学性质(如颜色、脆性、韧性、熔点、比热、热膨胀系数、磁性、光性、声波、化学活性和溶解度等)会发生一系列的变化。这种变化叫做纳米效应。也有人把纳米微粒看作继物质三态(气态、液态、固态)之后的第四态。由于纳米材料具有不同于传统材料的独特性能而成为当前材料科学、物理界、化学界研究的国际前沿。若能在矿物材料研究中注意引进纳米学的思想，那么将给矿物材料的研究带来意想不到的成果，为新型矿物材料的研制开辟新的途径。目前，我国已开始在纳米级粘土微粒、SiO2微粒和纳米级金微粒等方面进行研制及应用。
3、碳质矿物材料的性质与应用技术
碳质矿物材料是矿物材料学另一个值得高度重视的前沿领域。国际上很热门，有人称之为“黑旋风”。其实碳质矿物材料并不一定都是黑色，它可以从透明到黑色，也有各种颜色。更重要的是，它具有最全面的物化性质，也具有最广泛的用途，是一种应用前景十分广阔的全材料。例如，硬度最低的良导体石墨和硬度最大的绝缘体金刚石都是碳质材料家族中的成员。当前最引人注目的碳质材料是金刚石薄膜超硬材料、碳纤维复合材料和石墨烯。 大家知道，金刚石是迄今发现的所有矿物中最硬的。若能在刀具表面形成金刚石薄膜，对于延长刀具使用寿命、提高产品加工精度都是至关重要的。碳纤维是当前应用最广并最具特殊价值的一类纤维。它制成的复合材料是高性能复合材料，经济价值很高。碳纤维复合材料迅速发展的原因主要有三:一是碳资源丰富;二是可以循环使用，无污染、无毒害，是最清洁的材料;三是碳纤维具有一系列的优异性能，可说是近于全面的多形式的优异性能。用碳纤维制成的复合材料几乎可以成为工业生产、科学技术以及日常生活必需的所有材料，即是一类“全材料”。石墨烯，英文名Graphene，是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的二维晶体，是目前已知世界上强度最高的材料。同时石墨烯也是性能优异的导体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
4、资源的二次利用与废弃物质的资源化
随着矿产资源的逐年减少和矿渣、尾砂、烟尘等废弃物质对环境影响不断加剧，资源的二次利用与废弃物质的资源化间题也日益受到人们的重视。近年来，这方面的研究显得比较活跃，取得了较好的经济效益和社会效益，并成为非金属矿物材料较重要的发展方向之一例如，我国各煤矿都有大量的煤砰石堆放，污染环境，占用大片土地。煤炭科学研究院西安分院等单位将以高岭石为主要成分的煤歼石进行锻烧、提纯、改性、超细及剥片等深加工处理，开发锻烧高岭土、全煤研石超内燃烧空心砖等非金属矿物材料产品。我国现有尾矿库达420个，库容内储存量已达7x108m3，而且还以每年700~800万吨的速度递增，真是“尾”满为患。中南工业大学等单位采用湖南某矿山尾矿砂为主要原料开发CaO-A1203-Si02:系统的尾砂微晶玻璃，取得了初步的成果。贵州某厂每年排放上万吨刚玉烟尘，中国科学院地球化学所开展了刚玉烟尘开发建材、钾肥产品和有用元素回收等综合利用研究，进展较为顺利。此外，燃煤电厂排放粉煤灰中的空心微珠(特别是漂珠)，由于其质轻、粒细、成分和性质特殊，目前已制成轻质漂珠砖，其最大特点是随着温度升高，导热系数和递增率比耐火纤维和传统的轻质耐火材料小，是一种新型节能耐火材料制品，目前已在国内许多地区建成漂珠砖生产线。
综上所诉，不难看出非金属矿物材料新技术的趋势是超微化、复合材料、环保循环再利用这三大主题。材料技术的开发永无止境。中国工业正处于由资源型、粗放加工型、劳动密集型向高技术高附加值型工业转型的阶段。作为一个非矿资源大国，非矿材料应用技术的开发有着非常重要的意义，非矿行业的前景一定是大有可为的。
（ ：终吉）