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非金屬礦物材料深加工技術發展動向淺析
2015年02月17日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:5020
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      非金屬礦物材料的廣泛使用已經有了很長的一段歷史,常規應用已經基本步入了技術成熟穩定期。然而人類對新科技新產品及高性能的追求的步伐不會停止,各種技術創新帶來的材料革命不斷涌現。本文將以非金屬礦物材料深加工技術的發展動向為話題,與大家分享一下材料學科的一些技術進步成果。


     1、合成礦物材料的性質研究與應用技術 


      合成礦物材料的性質研究與應用技術,將簡單的加工利用單一純凈非礦材料變為對多種礦物的復合深加工技術。非金屬礦物經高溫、高壓等加工處理后,在物相、結構、成分等發生變化的同時,性質也發生變化。據此,可以利用多種非礦材料合成具有不同性質和用途的新材料。例如,利用硅藻土、石英粉、膨潤土、火山灰等生產微孔硅酸鈣制品,具有容重小、導熱系數低、無腐蝕、平整美觀等優點,廣泛用于電力、化工、石油、冶金用管道及熱工設備保溫以及建筑保溫材料,這方面的技術在國內已日趨成熟。再如,中國科學院地質所在國內外首先研制成功了青剛玉新產品,其硬度和耐磨性等性能與剛玉相似,卻有更好的質量價格比。中國科學院地球化學所等單位利用開采鋁土礦的廢料為原料合成莫來石,利用貴州的鋇礦物和粘土礦物合成鋇長石特種耐火材料等。


      2、納米礦物材料的性質研究與應用技術 


      納米科技誕生于90年代初期,不久即引起了科技界的廣泛興趣,并相繼出現了冠以“納 米”為字首的分支學科,如納米材料學、納米礦物學、納米生物學、納米電子學、納米機械學等。納米材料學是納米科技與材料學相結合的產物。研究結果證明,當物質的幾何尺寸大小達到納米級時,該物質的物理、化學性質(如顏色、脆性、韌性、熔點、比熱、熱膨脹系數、磁性、光性、聲波、化學活性和溶解度等)會發生一系列的變化。這種變化叫做納米效應。也有人把納米微粒看作繼物質三態(氣態、液態、固態)之后的第四態。由于納米材料具有不同于傳統材料的獨特性能而成為當前材料科學、物理界、化學界研究的國際前沿。若能在礦物材料研究中注意引進納米學的思想,那么將給礦物材料的研究帶來意想不到的成果,為新型礦物材料的研制開辟新的途徑。目前,我國已開始在納米級粘土微粒、SiO2微粒和納米級金微粒等方面進行研制及應用。


     3、碳質礦物材料的性質與應用技術  


      碳質礦物材料是礦物材料學另一個值得高度重視的前沿領域。國際上很熱門,有人稱之為“黑旋風”。其實碳質礦物材料并不一定都是黑色,它可以從透明到黑色,也有各種顏色。更重要的是,它具有最全面的物化性質,也具有最廣泛的用途,是一種應用前景十分廣闊的全材料。例如,硬度最低的良導體石墨和硬度最大的絕緣體金剛石都是碳質材料家族中的成員。當前最引人注目的碳質材料是金剛石薄膜超硬材料、碳纖維復合材料和石墨烯。  大家知道,金剛石是迄今發現的所有礦物中最硬的。若能在刀具表面形成金剛石薄膜,對于延長刀具使用壽命、提高產品加工精度都是至關重要的。碳纖維是當前應用最廣并最具特殊價值的一類纖維。它制成的復合材料是高性能復合材料,經濟價值很高。碳纖維復合材料迅速發展的原因主要有三:一是碳資源豐富;二是可以循環使用,無污染、無毒害,是最清潔的材料;三是碳纖維具有一系列的優異性能,可說是近于全面的多形式的優異性能。用碳纖維制成的復合材料幾乎可以成為工業生產、科學技術以及日常生活必需的所有材料,即是一類“全材料”。石墨烯,英文名Graphene,是從石墨材料中剝離出來的由碳原子組成的二維晶體,是目前已知世界上強度最高的材料。同時石墨烯也是性能優異的導體,最大的特性是其中電子的運動速度達到了光速的1/300,遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。

 

     4、資源的二次利用與廢棄物質的資源化 


      隨著礦產資源的逐年減少和礦渣、尾砂、煙塵等廢棄物質對環境影響不斷加劇,資源的二次利用與廢棄物質的資源化間題也日益受到人們的重視。近年來,這方面的研究顯得比較活躍,取得了較好的經濟效益和社會效益,并成為非金屬礦物材料較重要的發展方向之一例如,我國各煤礦都有大量的煤砰石堆放,污染環境,占用大片土地。煤炭科學研究院西安分院等單位將以高嶺石為主要成分的煤殲石進行鍛燒、提純、改性、超細及剝片等深加工處理,開發鍛燒高嶺土、全煤研石超內燃燒空心磚等非金屬礦物材料產品。我國現有尾礦庫達420個,庫容內儲存量已達7x108m3,而且還以每年700~800萬噸的速度遞增,真是“尾”滿為患。中南工業大學等單位采用湖南某礦山尾礦砂為主要原料開發CaO-A1203-Si02:系統的尾砂微晶玻璃,取得了初步的成果。貴州某廠每年排放上萬噸剛玉煙塵,中國科學院地球化學所開展了剛玉煙塵開發建材、鉀肥產品和有用元素回收等綜合利用研究,進展較為順利。此外,燃煤電廠排放粉煤灰中的空心微珠(特別是漂珠),由于其質輕、粒細、成分和性質特殊,目前已制成輕質漂珠磚,其最大特點是隨著溫度升高,導熱系數和遞增率比耐火纖維和傳統的輕質耐火材料小,是一種新型節能耐火材料制品,目前已在國內許多地區建成漂珠磚生產線。

 

      綜上所訴,不難看出非金屬礦物材料新技術的趨勢是超微化、復合材料、環保循環再利用這三大主題。材料技術的開發永無止境。中國工業正處于由資源型、粗放加工型、勞動密集型向高技術高附加值型工業轉型的階段。作為一個非礦資源大國,非礦材料應用技術的開發有著非常重要的意義,非礦行業的前景一定是大有可為的。


(粉體圈 作者:終吉)

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