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1、第八章第八章. 矿物材料矿物材料第一节.概念矿物材料是以天然矿物（主要是非金属矿物）和岩石为主要原料，以利用其技术物理性能和化学性能为主要目的，经过必要的加工处理和制备后所获得的材料产品。根据加工技术特点分类 1.天然矿物材料 2.深加工矿物材料 3.复合与合成矿物材料根据矿物材料用途分类根据矿种分类 矿物材料学研究内容和任务1.基础理论研究2.矿物材料加工与制备技术研究3.矿物材料应用研究4.矿物新材料设计研究第二节. 石膏矿物材料概述化学式： CaSO42H2O我国石膏资源：我国石膏矿储存量居于世界首位，我国石膏资源：我国石膏矿储存量居于世界首位，有：有： （1 1）南京石膏矿）南京石膏矿
2、 （2 2）大汶口石膏矿）大汶口石膏矿山东山东 （3 3）平邑石膏矿）平邑石膏矿山东山东 （4 4）大量的化学（副产品）石膏，如磷石膏、）大量的化学（副产品）石膏，如磷石膏、脱硫石膏。脱硫石膏。 据统计我国化学副产品石膏已经达到据统计我国化学副产品石膏已经达到40004000万万吨，燃煤电厂烟气脱硫也迫在眉睫。吨，燃煤电厂烟气脱硫也迫在眉睫。石膏化学构成石膏化学构成理论组成(wB%)：，。成分变化不大。常有粘土、有机质等机械混入物。有时含SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、Na2O、CO2、Cl等杂质。 石膏的特性1.凝结硬化快2.硬化后体积微膨胀3.孔隙率大，质轻但强度低4.具有良好的
3、保温隔热和吸声性能5.具有一定的调节湿度的性能6.防火性能优良7.耐水性差8.有良好的装饰性和可加工性二二水水石石膏膏1071700煅烧煅烧 （建筑石膏）（建筑石膏）125度，度， （高强石膏）（高强石膏） 天然二水石膏（CaSO42H2O）又称为生石膏，经过煅烧、磨细可得型半水石膏（CaSO41/2H2O），即建筑石膏，又称熟石膏、灰泥。中医应用中医应用石膏做药物可解肌清热，除烦止渴、清热解毒。 主治：治热病壮热不退，心烦神昏，谵语发狂，口渴咽干，肺热喘急，中暑自汗，胃火头痛、牙痛，热毒壅盛，发斑发疹，口舌生疮。煅敷生肌敛疮。外治痈疽疮疡，溃不收口，汤火烫伤。 药性论记录：石膏治伤寒头痛如裂
4、，壮热，皮如火燥，烦渴，解肌，出毒汗，主通胃中结，烦闷，心下急，烦躁，治唇口干焦。中药材石膏粉 石膏中药材原状 装饰石膏板表面细腻，色彩、花纹图案丰富，浮雕板和孔板具有较强的立体感，质感亲切，给人以清新柔和感，并且具有质轻、强度较高、保温、吸声、防火、不燃、调节室内湿度等特点。装饰石膏板广泛用于宾馆、饭店、餐厅、礼堂、影剧院、会议室、医院、幼儿园、候机（车）室、办公室、住宅等的吊顶、墙面等。它可划分为平板、浮雕板系列，浮雕饰线系列（阴型饰线及阳型饰线），艺术顶棚、灯圈、角花系列，艺术廊柱系列，浮雕壁画、画框系列，艺术系列及人体造型系列。 装饰制品如石膏像等；装饰制品如石膏像等；石膏装饰制品石膏
5、装饰制品 2、纸面石膏板面石膏板在建筑石膏中加入少量胶粘剂、纤维、泡沫剂等与水拌和后连续浇注在两层护面纸之间，再经辊压、凝固、切割、干燥而成。板厚925毫米，干容重750850公斤/米3，板材韧性好，不燃，尺寸稳定，表面平整，可以锯割，便于施工。主要用于内隔墙、内墙贴面、天花板、吸声板等，但耐水性差，不宜用于潮湿环境中，在潮湿环境下使用容易生霉。 第三节 石棉矿物材料一.概述Mg6Si4O10(OH)8良好的纤维松解特性、热绝缘性、化学稳定性、热稳定性、吸附性和分散成浆性能。石棉制品：石棉水泥制品、石棉纺织制品、石棉塑料制品、石棉摩阻材料制品、石棉密封材料、石棉保温隔热制品等。二.石棉摩擦矿物
6、材料刹车片：1模压法 2水浆法 3辊压法离合器面片：1石棉绒离合器面片 2石棉线缠绕离合器面片 3石棉布缠绕离合器面片湿式纸基摩擦材料三.石棉密封矿物材料1.石棉橡胶板 正硫化点2.石棉乳胶板3石棉绝热矿物材料 新型石棉工程绝热材料：泡沫石棉、微孔硅酸钙四.危害石棉本身并无毒害，它的最大危害来自于它的纤维，这是一种非常细小，肉眼几乎看不见的纤维，当这些细小的纤维被吸入人体内，就会附着并沉积在肺部，造成肺部疾病，石棉已被国际癌症研究中心肯定为致癌物。德国19802003年期间，石棉相关职业病造成了万人死亡。法国每年因石棉致死达2000人。美国在19901999年期间报告了近20000个石棉沉着病
7、例。中国：温石棉在车间空气中的阈限值为2个纤维立方厘米（大约5m的纤维） 美国：温石棉、石棉粉尘、铁石棉等六种石棉的加权平均浓度：2个纤维立方厘米（大于5m的纤维）。第四节.硅藻土矿物材料硅藻土是一种生物成因的硅质岩，主要由古代硅藻及其微体生物的硅质遗骸组成，主要成分为蛋白石（非晶质SiO2）及其变种。成分： SiO2含量越高质量越好。 陶瓷工业的要求：SiO2含量大于85%，Fe2O3会降低耐火度及使成品带色，降低绝缘性，含量要小于1%，CaO,MgO含量1% 建筑行业要求比较低。性质： 硅藻土的颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等，有细腻、松散、质轻、多孔、吸水性和渗透性强的物性。 硅藻土
8、中的硅藻有许多不同的形状，如圆盘状、针状、筒状、羽状等。松散密度为3,硬度为（硅藻骨骼微粒为m），孔隙率达8090%，能吸收其本身重量倍的水，是热、电、声的不良导体，熔点16501750C，化学稳定性高，除溶于氢氟酸以外，不溶于任何强酸，但能溶于强碱溶液中。用途： 1.作为保温材料，硅藻土用于锅炉、蒸馏器、热处理炉、干燥器的保温材料以及轻质保温板、保温砖、保温管等； 2.作为助滤剂，应用在啤酒、制药等行业中，是著名的啤酒助滤剂； 3.作为功能性填料，加入添加颜料的薄膜中可以起到消光的作用； 4.硅藻土也是化学工业催化剂载体，在制造硫酸中作钒催化剂，精炼石油中能加强石油的氢化作用； 5.是建筑材
9、料中的优选轻质材料，又是防水防渗的原料之一。 6.高纯的硅藻土细粉加到银抛光粉中，可作汽车的抛光剂等。7.近年来，以硅藻土为原料的新型涂料倍受青睐。无毒环保；隔音隔热防水；通透性好；消除有害物质，消除异味，有吸烟者，墙壁也不会发黄；保持室内湿度，超细孔是木炭的5000倍。第五节.石墨矿物材料炭是生命的根本，晶态单质有石墨和金刚石。金刚石硬度最高，石墨非常柔软。石墨是混合晶体。石墨原子以共价键结合成六边形网格层状结构。原子间距，结合力，层间距，结合力83.736kJ/mol。性质：1 耐高温型：石墨的熔点为385050，比金刚石高（3550 ）沸点为4250，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小
10、，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000时，石墨强度提高一倍。 2 导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。 石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。 3 润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。 4 化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 5可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。 6 抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈
11、变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。 用途：1、作耐火材料： 石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚，在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬。 2、作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。 3、作耐磨润滑材料：石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可以在2002000 温度中在很高的滑动速度下，不用润滑油工作。4、石墨具有良好的化学稳定性。经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低等特点，就大量用
12、于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。可节省大量的金属材料。5、作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：由于石墨的热膨胀系数小，而且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而节省了大量金属。6、用于原子能工业和国防工业：石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中，铀石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个 PPM 。特别是
13、其中硼含量应少于 0.5PPM 。在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。 7、石墨还能防止锅炉结垢，有关单位试验表明，在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用 45 克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。 8、石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。石墨经过特殊加工以后，可以制作各种特殊材料用于有关工业部门。 9、电极：与铜相比，石墨加工速度快，重量轻，放电消耗小，没有毛刺，容易抛光，材料成本低。膨胀石墨 又称柔性石墨，层间距可增大20500倍。 膨胀石墨是优秀的吸附剂，1g膨胀石墨可吸附80g石油，对于水
14、处理有不可替代的效果，吸附量大、易捕捞回收、再生利用简便，不会形成二次污染。 耐高温耐高压耐腐蚀，成为优秀的密封材料，解决了原子能阀门泄漏问题。第九节. 粘土矿物材料自然界中的粘土是多种含水铝硅酸盐矿物的混合物，外观多为土状或致密块状，呈白、黄、红、黑、灰等多种颜色，颗粒细微，大多数均不大于2m，晶体呈片状、管状、球状以及六角鳞片状等。化学组成： 粘土的主要化学成分为SiO2、Al2O3和H2O，同时还含有碱金属氧化物（K2O、Na2O）、碱土金属氧化物（CaO、MgO）、着色氧化物（Fe2O3、TiO2）以及烧失成分（机械结合水、化合水、有机质、碳酸盐、硫酸盐等）。矿物组成：1高岭石 结构式
15、为Al4Si4O10(OH)8，是高岭土原料的主要成分。当高岭土中的高岭石矿物含量高，杂质较少，耐火度也较高，烧成后颜色较白，高温时莫来石发育较好，机械强度、热稳定性、化学稳定性均较好。但因其吸附能力弱，分散度较小，故其可塑性和结合性较差。蒙脱石 以蒙脱石为主要矿物的粘土称为膨润土。呈白色或灰白色，有时因含杂质而呈黄色、浅红色、蓝绿色等。比密度为，硬度12。属于单斜晶系晶体，其理论化学通式Al2O34SiO2nH2O（n通常大于2），晶体结构式为Al4(Si8O20)(OH)4nH2O。 蒙脱石易于粉碎，颗粒细小，可塑性较强，遇水体积膨胀，干燥收缩率较大，干燥强度高，但含杂质较多，收缩较大，故
16、烧成温度较低。在陶瓷生产中其用量一般控制在5%以下，否则，产品易出现变形、开裂等质量缺陷。伊利石 伊利石类矿物又称水云母类矿物，是由云母水解成高岭石的中间产物。伊利石属于单斜晶系，晶体呈厚薄不等的鳞片状，有时有劈裂、折断痕迹，也有呈板条状。纯的伊利石多呈白色，含杂质时呈黄、绿、褐等色，比密度为，硬度12。 伊利石类粘土一般可塑性较差，干燥强度低，干燥和烧成收缩均较小，烧结温度低，烧结范围窄。粘土在陶瓷生产中的作用（1）粘土的可塑性是陶瓷制品得以成型的基础；（2）粘土的结合性可以合理地将各种原料结合在一起，是设计和实现多种原料有效配合、成型的基础；（3）加入适量粘土的注浆料以及釉料，呈现较好的悬浮性和稳定性，使得浆料组成均匀，不至于发生沉淀分层和成分偏析；（4）粘土所具有的离子交换能力，使得可以通过添加电解质而获得流动性好、含水量适当的浆料；（5）粘土中Al2O3以及杂质的含量是确定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软化温度的主要因素指标；（6）粘土原料中Al2O3系陶瓷坯体生成莫来石晶体的主要成分。通过莫来石的形成及其含量的调控，可以获得机械强度、介电性能、热稳定性和化学稳定性等性能均较好的陶瓷制品。
