第1章　礦物材料綜述

1.1　礦物材料定義和分類

1.1.1　礦物材料的定義

眾所周知，地殼由巖石組成，而巖石是礦物的集合體。礦物材料是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中具有應(yīng)用價(jià)值的天然礦物、巖石及其制成品和仿制品，即指天然產(chǎn)出的具有一種或幾種可資利用的物理化學(xué)性能或經(jīng)過(guò)加工后達(dá)到以上條件的礦物^［1］。

礦物材料的含義包括以下4個(gè)方面：

（1）能被直接利用或經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的加工處理（如破碎、選礦、切割、改性等）即可利用的天然礦物、巖石。

（2）以天然的非金屬礦物、巖石為主要原料，通過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)（焙燒、熔融、燒結(jié)、膠結(jié)等）制成的成品或半成品材料。

（3）人工合成的礦物或巖石。

（4）其自身具有的物理或化學(xué)性質(zhì)可直接利用，而不局限于其中的個(gè)別化學(xué)元素。

顯然，礦物材料屬于無(wú)機(jī)非金屬材料范疇，但涉及范圍卻十分廣泛。

廣義的礦物材料還包括一部分由巖石構(gòu)成或制成的原材料。礦物材料不是以提取礦物中所含的有用元素作為用途，它的利用目的與冶金、化學(xué)工業(yè)中的礦物原料的利用目的不同。例如，金紅石作為礦物原料，從其中提取鈦，作為礦物材料可利用它的高介電常數(shù)和低介電損耗，制作微波介質(zhì)基片材料；高純的合成金紅石微粉——鈦白粉由于白度高，遮蓋能力強(qiáng)，可制作顏料，用于油漆、涂料、搪瓷等工業(yè)；金紅石人工晶體以其高雙折射率用作近紅外偏光晶體。礦物材料大多為非金屬礦物，也包括某些金屬礦物。

1.1.2　礦物材料的分類

礦物材料可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。目前，由于對(duì)環(huán)境的重視，有的又把對(duì)環(huán)境無(wú)害的礦物材料稱為環(huán)境友好材料。

①結(jié)構(gòu)材料　結(jié)構(gòu)材料狹義的是指用于制造業(yè)和建筑業(yè)的材料。廣義的泛指一切非功能材料。礦物結(jié)構(gòu)材料用于很多領(lǐng)域。在建筑工業(yè)中，石膏制品可在強(qiáng)度要求較低的情況下代替水泥制品，用作隔墻板和裝飾板；用蛭石、浮石、火山渣、珍珠巖和膨脹頁(yè)巖可加工制成含有大量孔隙、具有保溫和隔熱等性能的輕質(zhì)建筑材料。在化學(xué)工業(yè)中，制造塑料、橡膠和黏合劑時(shí)都大量添加礦物，制成復(fù)合材料；塑料中加入石棉或高嶺石、滑石等礦物，可增加強(qiáng)度、減震、隔聲、阻燃和抗老化。在冶金工業(yè)中，利用膨潤(rùn)土的黏結(jié)性加工鐵精礦球團(tuán)；在耐火材料中除了傳統(tǒng)的黏土、硅石、鋁土礦和菱鎂礦等，還發(fā)展了藍(lán)晶石族礦物、石墨和鋯石為主的新型耐火材料。在機(jī)械工業(yè)中，礦物用作磨削材料、保護(hù)涂層、固體潤(rùn)滑劑、摩擦劑、密封劑、焊接材料等。用作磨料的，從軟的硅土、方解石到最硬的金剛石，有30多種礦物。應(yīng)用最多的天然和合成礦物磨削材料有金剛石、石榴子石、金剛砂（合成碳硅石）、合成剛玉和剛玉砂等。在陶瓷工業(yè)中，使用硅灰石、透輝石和透閃石等節(jié)能型原料，降低燒成溫度，縮短燒成時(shí)間。在造紙工業(yè)中，片狀高嶺石、滑石和輕質(zhì)碳酸鈣以其高白度和強(qiáng)遮蓋能力，用作紙張涂料、填料和增白。在石油鉆探中，礦物用作造漿和加重劑，膨潤(rùn)土、海泡石和坡縷石用作水基泥漿，而有機(jī)膨潤(rùn)土可制油基泥漿，比重較大的重晶石和赤鐵礦等用作泥漿加重劑（可防止井噴）。在食品加工中，硅藻土和活性膨潤(rùn)土等用作飲料和食品的過(guò)濾、脫色，以及水和放射性廢棄物的處理。在農(nóng)業(yè)中，沸石、膨潤(rùn)土、海泡石和硅藻土等用作土壤改良劑，以改善土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)水分，吸附有毒物質(zhì)和改善肥料特性；膨潤(rùn)土、沸石和皂石等用作畜禽的飼料添加劑，可使畜禽減少疾病，明顯增加體重。

②功能材料　功能材料主要用于電子、激光和儀表工業(yè)，是對(duì)光、磁、電、熱、聲等外界能量或信息，具有感受、轉(zhuǎn)換、傳輸、顯示和存儲(chǔ)功能的材料。常需借助于晶體人工培養(yǎng)手段，得到高純和缺陷很少的單晶體。電子工業(yè)用的功能材料很多。例如，石英用作諧振器，作為頻率標(biāo)準(zhǔn)和制造電子表。彩色顯像管用的熒光粉，發(fā)藍(lán)色光和黃色光是硅鋅礦型和閃鋅礦型晶體熒光粉，而紅色光可以使用鈧釔礦型晶體。日光燈用熒光粉則為磷灰石型晶體。紅銻礦可以把可見(jiàn)光能轉(zhuǎn)換為電能，用作衛(wèi)星攝像管靶面。在激光工業(yè)中，礦物功能材料用于激光的發(fā)射、傳導(dǎo)、調(diào)制、偏轉(zhuǎn)和存儲(chǔ)。固體激光晶體有14個(gè)礦物類型，常用的有紅寶石等。

③環(huán)境友好材料　環(huán)境友好材料是礦用材料的先進(jìn)性（功能性）、舒適性（經(jīng)濟(jì)性）和環(huán)境協(xié)調(diào)性3個(gè)方面都達(dá)到指標(biāo)定量標(biāo)準(zhǔn)的材料 。評(píng)價(jià)一種材料是否為環(huán)境材料，首先必須確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 從環(huán)境材料的定義看，制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是按材料的先進(jìn)性（功能性）、舒適性（經(jīng)濟(jì)性）和環(huán)境協(xié)調(diào)性3個(gè)方面進(jìn)行判定。