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。礦物材料是在工農業生產和日常生活中具有應用價值的天然礦物、巖石及其制成品和仿制品，即指天然產出的具有一種或幾種可資利用的物理化學性能或經過加工后達到以上條件的礦物^［1］。

礦物材料的含義包括以下4個方面：

（1）能被直接利用或經過簡單的加工處理（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，通過物理化學反應（焙燒、熔融、燒結、膠結等）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性質可直接利用，而不局限于其中的個別化學元素。

顯然，礦物材料屬于無機非金屬材料范疇，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、化學工業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和低介電損耗，制作微波介質基片材料；高純的合成金紅石微粉——鈦白粉由于白度高，遮蓋能力強，可制作顏料，用于油漆、涂料、搪瓷等工業；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

礦物材料可分為結構材料和功能材料。目前，由于對環境的重視，有的又把對環境無害的礦物材料稱為環境友好材料。

①結構材料　結構材料狹義的是指用于制造業和建筑業的材料。廣義的泛指一切非功能材料。礦物結構材料用于很多領域。在建筑工業中，石膏制品可在強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建筑材料。在化學工業中，制造塑料、橡膠和黏合劑時都大量添加礦物，制成復合材料；塑料中加入石棉或高嶺石、滑石等礦物，可增加強度、減震、隔聲、阻燃和抗老化。在冶金工業中，利用膨潤土的黏結性加工鐵精礦球團；在耐火材料中除了傳統的黏土、硅石、鋁土礦和菱鎂礦等，還發展了藍晶石族礦物、石墨和鋯石為主的新型耐火材料。在機械工業中，礦物用作磨削材料、保護涂層、固體潤滑劑、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。在陶瓷工業中，使用硅灰石、透輝石和透閃石等節能型原料，降低燒成溫度，縮短燒成時間。在造紙工業中，片狀高嶺石、滑石和輕質碳酸鈣以其高白度和強遮蓋能力，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，膨潤土、海泡石和坡縷石用作水基泥漿，而有機膨潤土可制油基泥漿，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，硅藻土和活性膨潤土等用作飲料和食品的過濾、脫色，以及水和放射性廢棄物的處理。在農業中，沸石、膨潤土、海泡石和硅藻土等用作土壤改良劑，以改善土壤結構，調節水分，吸附有毒物質和改善肥料特性；膨潤土、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，是對光、磁、電、熱、聲等外界能量或信息，具有感受、轉換、傳輸、顯示和存儲功能的材料。常需借助于晶體人工培養手段，得到高純和缺陷很少的單晶體。電子工業用的功能材料很多。例如，石英用作諧振器，作為頻率標準和制造電子表。彩色顯像管用的熒光粉，發藍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。紅銻礦可以把可見光能轉換為電能，用作衛星攝像管靶面。在激光工業中，礦物功能材料用于激光的發射、傳導、調制、偏轉和存儲。固體激光晶體有14個礦物類型，常用的有紅寶石等。

③環境友好材料　環境友好材料是礦用材料的先進性（功能性）、舒適性（經濟性）和環境協調性3個方面都達到指標定量標準的材料 。評價一種材料是否為環境材料，首先必須確定評價標準。 從環境材料的定義看，制定評價標準實際上是按材料的先進性（功能性）、舒適性（經濟性）和環境協調性3個方面進行判定。