非金属矿物材料简介
非金属矿物材料的加工与应用
［行业发展］非金属矿物材料的加工与应用郑水林（中国矿业大学北京校区化环系，北京 １０００８４）［摘 要］非金属矿物材料应用范围广泛，市场前景看好。
本文着重介绍了非金属矿物材料的加工技术，包括颗粒制备与处理、材料的复合及加工技术等。
［关键词］非金属矿物材料；加工；复合；应用［中图分类号］ＴＢ３２１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００７－９３８６（２００２）０４－０００３－０５１ ２１世纪的产业发展与非金属矿物材料 “非金属矿物材料”是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过物理、化学方法制备的功能性材料或制品，如机械工业和航空航天工业用的石墨密封材料和石墨润滑剂、石棉磨擦材料、高温和防辐射涂料等；微电子工业用的石墨导电涂料、显像管石墨乳、熔炼水晶等；以硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等制备的吸附、助滤和环保材料；以高岭土（石）为原料制备的煅烧高岭土、铝尖晶石、莫来石、赛隆、分子筛和催化剂；以珍珠岩、硅藻土、石膏、石灰石、蛭石、石棉等制备隔热保温防火和节能材料及轻质高强建筑装饰材料；以碎云母为原料生产的超细云母填料、颜料以及云母纸和云母板等；以膨润土为原料制备的凝胶及有机膨润土等。
非金属矿石是人类利用最早的矿物材料。
从原始人使用的石斧、石刀到现在以非金属矿为原料制备的各种非金属矿物新材料，人类在利用非金属矿物原（材）料方面走过了从简单利用到初步加工后利用，再到深加工和综合利用的漫漫历程。
现代科技革命和产业发展，尤其是高技术和新材料产业的发展开创了广泛应用非金属矿物材料的新时代，非金属矿物原（材）料加工业已被视为２１世纪的朝阳工业。
以信息、微电子、生物、航空航天、海洋开发以及新材料和新能源为主的高技术和新材料产业将在２１世纪进一步发展壮大，这些高技术和新材料产业与非金属矿物（原）材料密切相关。
例如，石墨、云母、石英、锆英石、金红石、高岭土、滑石、叶蜡石、长石、金刚石等与微电子及信息技术及其产业有关；氧化硅、石墨、云母、高岭土、硅灰石、硅藻土、滑石、方解石、夕线石、石英、红柱石、蓝晶石、石棉、菱镁矿、石膏、珍珠岩、叶蜡石、金刚石、石榴子石、蛭石、电气石、绿泥石等与新材料技术及其产业有关；石墨、重晶石、膨润土、石英等与新能源有关；沸石、麦饭石、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、膨润土、蛋白土、珍珠岩、高岭土、麦饭石等与生物技术及产业有关；石墨、石棉、云母、石英等与航空航天技术与产业有关。
非金属矿物制品行业概述
第一章非金属矿物制品行业概述1定义一般认为，非金属矿，即非金属矿物材料，是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过深加工或精加工制备的具有一定功能的现代新材料，它是无机非金属材料的一种，如功能填料和颜料、摩擦材料、密封材料、保温隔热材料、电功能材料、吸附催化材料、环保材料、胶凝与流变材料、聚合物/纳米黏土复合材料、建筑装饰材料等。
而非金属矿物制品则是以这些非金属矿物材料经过进一步加工形成的产品。
例如我们常见的建筑材料、玻璃、人造金刚石、磨料磨具、石棉制品等。
2 发展历史3 特征现代非金属矿物制品具有以下主要特征：1、原料或主要组分为非金属矿物或经过选矿或初加工的非金属矿物。
2、一般来说，与同样用非金属矿物为原料生产的硅酸盐材料（水泥、玻璃、陶瓷等）以及无机化工产品（如硫化钡、氯化钡、碳酸锶、氧化铝等）不同，非金属矿物没有完全改变非金属矿物原料或主要组分的物理、化学特性或结构特征。
3、非金属矿物制品是通过深加工或精加工制备的功能性制品。
因此，非金属矿物制品具有一定的技术含量和明确的用途，不能直接应用的原矿和初加工产品不属于非金属矿物制品的范畴。
当然，深加工或精加工是一个相对的概念，随着科学技术的发展和社会的进步，其内涵也将发生变化。
4 分类非金属矿物制品一般按照不同的特征分为如下几类：①水泥制品和石棉水泥制品业。
包括水泥制品业、砼结构构件制造业、石棉水泥制品业、其他水泥制品业等。
②砖瓦、石灰和轻质建筑材料制造业。
包括砖瓦制造业、石灰制造业、建筑用石加工业、轻质建筑材料制造业、防水密封建筑材料制造业、隔热保温材料制造业、其他砖瓦、石灰和轻质建筑材料制品等。
③玻璃及玻璃制品业。
包括建筑用玻璃制品业、工业技术用玻璃制造业、光学玻璃制造业、玻璃仪器制造业、日用玻璃制品业、玻璃保温容器制造业、其他玻璃及玻璃制品业等。
④陶瓷制品业。
包括建筑、卫生陶瓷制造业、工业用陶瓷制造业、日用陶瓷制造业、其他陶瓷制品业等。
非金属矿物质
非金属矿物质非金属矿物质是指那些在自然界中不含金属元素的矿产。
这些矿物质广泛用于建筑、工业、农业、化工等领域。
以下是一些常见的非金属矿物质：1.石英（Quartz）：是一种常见的硅酸盐矿物，主要成分是二氧化硅（SiO2）。
石英常用于制造玻璃、陶瓷、电子器件等。
2.方解石（Calcite）：是一种碳酸盐矿物，主要成分是碳酸钙（CaCO3）。
方解石广泛用于建筑、制造水泥、冶金等。
3.膨胀土（Expanded Clay Aggregate）：也称为轻质粘土骨料，是一种轻质、多孔的陶粒，常用于建筑和园艺中。
4.硫磺（Sulfur）：是一种黄色的非金属元素，通常以矿石的形式存在。
硫磺在农业、化工、医药等领域有广泛应用。
5.石膏（Gypsum）：是一种硫酸盐矿物，主要成分是硫酸钙（CaSO4·2H2O）。
石膏常用于建筑、医药、农业等。
6.滑石（Talc）：是一种软质的镁硅层状矿物，常用于制造化妆品、塑料、涂料等。
7.菱锰矿（Rhodochrosite）：是一种含锰的碳酸盐矿物，主要成分是碳酸锰（MnCO3）。
在冶金中用于提取锰。
8.大理石（Marble）：是一种变质岩，主要成分是碳酸钙。
大理石广泛用于雕塑、建筑装饰等。
9.蛭石（Vermiculite）：是一种具有膨胀性的硅铝片层矿物，用于制造保温材料、土壤改良剂等。
10.磷灰石（Apatite）：是一类含磷的磷酸盐矿物，主要成分包括氟磷灰石、氯磷灰石等。
磷灰石在农业和化肥生产中有重要用途。
这些非金属矿物质在各行各业中都发挥着重要作用，支撑着现代社会的建设和发展。
非金属矿物环境材料
非金属矿物环境材料在空气污染方面的应用
工业废气是我国大气污染的主要来源，据资料介绍，我国 目前每生产1t水泥熟料要排放1tCO2、0.74kgSO2、130kg粉尘； 每生产1t石灰排放1.18tCO2。美国联合碳化物公司用人工合成 沸石回收SO2，含量由3500μL/L下降至15～25μL/L，回收率达 98%～99%，酸雾下降至3.53mg/m3。我国杭州硫酸厂排放 的尾气中含SO20.2%～0.5%，SO3 0.0014%～0.0035%，硫酸雾 0.03～0.1g/m3，用改型缙云沸石吸附处理后，SO2仅含20～ 100μL/L，吸附的SO2解吸后，可回收重新使用。
的以纤维状坡缕石、海泡石、沸石制作的环保型特种多功能纸不 仅具有难燃、阻燃效果，而且能有效地吸附室内空气中的氮氧化 物和有害极性气体。
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结构效应
通常矿物表面的原子结构及电子特性有可能和 其内部的有很大差异。暴露的矿物表面要进行 重构，即表面的不饱和状态会促使其结构进行 某些自发的调整。当有被吸附的分子存在时， 表面又会以不同的方式在结构上进行重新调整， 不同的晶体表面上重构程度也是不同的。一个 常被忽略的问题是在矿物表面上吸着物所具有 的结构影响。通常与吸着物最近的基底表面上 的原子，为了更好吻合吸着物结构会发生空间 位移。这种情况往往发生在吸着物与表面之间 具有强的交互作用，也就是吸着物与表面具有 强的化学活性并有强键形成。
非金属矿物环境材料在空气污染方面的应用
城市空气污染主要来源于汽车尾气的排放，其中包括NOx、金 属排放物(如Pb等)的排放，随着现代大中城市之无铅汽油的使 用，由汽车排放的铅金属阳离子的危害大为减少，同时三元催 化油的使用使得汽油燃烧的NOx排放量显著减少。以青石为主 体的三元催化剂载体得到了广泛的应用。青石为环状结构含铝 硅酸盐，其四面体中存在着[AlO4]对[SiO4]的置换以及配位多面 体中金属阳离子的类质同象置换，活性强，同时具有极好的高 温热稳定性。利用低白度滑石研制出新型多微孔陶瓷专用微细 粉，对尾气净化率达到98%以上，并且使用效果不会随时间下 降。这为根治汽车尾气的工作找到了一种良好的方法。由于汽 车排放气体有害成分主要为NOx，国外近来利用高温热稳定性 好同时吸附能力强的海泡石制作高效汽车尾气净化器，国外用 粘土矿物制成汽车排气管、过滤器，主要是充分利用粘土矿物 的吸附性。用粘土矿物代替活性炭还可降低卷烟中含有的焦油、 自由基、尼古丁等对人体的危害。
非金属矿行业分析报告
非金属矿行业分析报告一、定义非金属矿指的是不含金属元素的矿物，其包括工业矿物、建筑材料、化工矿物等，广义上也包括水泥、玻璃、陶瓷等行业。
二、分类特点非金属矿行业可以分为以下几个方面：1、工业矿物：指用于工业制品、建筑材料等领域的非金属矿，其中最具代表性的品种有石灰石、石膏、滑石、云母、重晶石等。
2、建筑材料：由于城市化和工业化的快速发展，建筑材料需求持续增长。
建筑材料主要包括：石料、砖块、混凝土、水泥等。
3、化工矿物：指用于化工产品制造的矿物，其中包括碳酸钙、天然重晶石等。
三、产业链非金属矿行业的产业链包括下面几个环节：1、采矿：主要是矿山和采石场采石、采矿和采沙。
2、选矿：对采出来的原料进行筛分和分类。
3、加工制造：采矿和选矿后，需要进行加工制造，制成成品，如果是建筑材料，则需要制作砖块、石料等产品；如果是工业矿物，则需要炼制成各种机械零件、电子元件等产品；如果是化工矿物，则需要制造化工原料。
4、销售：将加工后的成品销售到各个行业，并配套提供服务。
四、发展历程中国的非金属矿行业经历了以下几个阶段：1、1950年代-1980年代：这个时期，中国的非金属矿行业还处于起步阶段，主要生产规模和技术水平都比较低。
2、1990年代-2000年：这个时期，随着中国经济体制改革的深入，非金属矿行业得到了快速发展，生产能力大大提高，出现了很多中小型企业。
3、2000年-2010年：这个时期，中国非金属矿业规模继续扩大，产量和品质都得到了显著提高，同时也面临着一些问题，如环境污染、安全生产等。
4、2010年至今：当前，中国非金属矿行业处于全面转型升级的阶段，大型企业规模进一步扩大，技术水平持续提高，同时也面临着去产能、去杠杆等问题。
五、行业政策文件及其主要内容1、《矿业法》：规定了矿产资源的产权、开采、管理、利用等方面的基本要求。
2、《非金属矿物资源分类和储量目录》：对非金属矿物资源的分类、储量、利用价值等方面进行了规定。
一、非金属矿物制品的定义
非金属矿物制品行业现状及未来发展趋势分析作者：顿忠清一、非金属矿物制品的定义非金属矿物制品，是指以非金属矿物材料经过进一步加工形成的产品。
非金属矿物材料，即非金属矿，是以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过深加工或精加工而制备的具有一定功能的现代新材料。
非金属矿物材料属于无机非金属材料，如功能填料和颜料、摩擦材料、密封材料、保温隔热材料、电功能材料、吸附催化材料、环保材料、胶凝与流变材料、聚合物/纳米黏土复合材料、建筑装饰材料等，均属于非金属矿物材料。
而平时常见的建筑材料、玻璃、人造金刚石、磨料磨具、石棉制品等则是非金属矿物制品。
二、非金属矿物制品的特征现代非金属矿物制品具有以下主要特征：1、原料或主要组分为非金属矿物或经过选矿或初加工的非金属矿物。
2、并未完全改变原料的原本特性和特征。
一般来说，与同样用非金属矿物为原料生产的硅酸盐材料（水泥、玻璃、陶瓷等）以及无机化工产品（如硫化钡、氯化钡、碳酸锶、氧化铝等）不同，非金属矿物没有完全改变非金属矿物原料或主要组分的物理、化学特性或结构特征。
3、具有功能性。
非金属矿物制品是通过深加工或精加工制备的功能性制品。
非金属矿物制品要求具有相应的技术含量和明确的用途，因此不能直接应用的原矿和初加工产品不属于非金属矿物制品。
当然，深加工或精加工没有特别明确的定义，是一个相对的概念，其内涵随着时代的不同和技术的不断更新发生着巨大的变化。
三、非金属矿物制品的分类非金属矿物制品一般按照不同的特征分为如下几类：①水泥制品和石棉水泥制品业。
包括水泥制品业、砼结构构件制造业、石棉水泥制品业、其他水泥制品业等。
②砖瓦、石灰和轻质建筑材料制造业。
包括砖瓦制造业、石灰制造业、建筑用石加工业、轻质建筑材料制造业、防水密封建筑材料制造业、隔热保温材料制造业、其他砖瓦、石灰和轻质建筑材料制品等。
③玻璃及玻璃制品业。
包括建筑用玻璃制品业、工业技术用玻璃制造业、光学玻璃制造业、玻璃仪器制造业、日用玻璃制品业、玻璃保温容器制造业、其他玻璃及玻璃制品业等。
资源型矿物简介非金属矿的分类
❖物理性质：卤素化合物的物理性质与它们的组成 成分、晶体结构有密切的关系。在惰性气体型离 子所组成的典型的离子键的矿物中，所表现的物 理性质，一般为透明无色、玻璃光泽、密度小、 导电性差。其中氯化物和溴化物、碘化物均易溶 于水。而在铜型离子所组成的、存在有共价键的 矿物中，则一般为浅色，透明度降低、金刚光泽、 密度大、导电性增强，并具有延展性。
2、氧化物与氢氧化物
❖ 主要矿物: ❖ 刚玉（Al2O3)、 金红石（TiO2） ❖ 板钛矿（TiO2） 、锐钛矿(TiO2) ❖ 石英(SiO2)、尖晶石(MgAl2O4) ❖ 水镁石(Mg(OH)2)、三水铝石（Al2O3·3H2O) ❖ 一水铝石(Al2O3·H2O)。
4、主要的碳酸盐矿物
6、硅酸盐
❖ 硅酸盐种类很多且分布极广，约占矿物种总数的四 分之一，构成地壳总重量的75％。它们是火成岩和 变质岩的最主要的造岩矿物，并且在沉积岩中也起 着显著的作用。同时，它们当中有许多是极为重要 的非金属矿产，如云母、石棉、高岭石、硅灰石、 蛇纹石、膨润土；同时又是一系列稀有元素的重要 矿物原料，如绿柱石、锆石等。
方解石：矿物名，化学组成为CaCO3。 大理岩：俗称大理石，变质岩之一，因盛产于我国云 南大理而得名。是石灰岩或白云岩受接触或区域变 质作用而重结晶的产物。主要成分为方解石。 汉白玉：颜色洁白的细粒大理岩，质地坚硬，是高 档建筑材料。 （变质岩：地壳中先成的火成岩或沉积岩受变质作 用的影响而变成的岩石）
一、按用途分类
（1）主要用作建筑材料的非金属矿 石灰石、 石膏、石英、花岗岩、白云石。
（2）主要用作耐火材料的非金属矿物 三石（蓝 晶石、红柱石、硅线石）、菱镁矿、锆英石、 铝矾土。
（3）主要用作陶瓷的非金属矿 高岭土、长石、 透辉石、蛇纹石、滑石。
传统无机非金属材料简介
随着长石颗粒尺寸的下降，玻璃的熔制和澄清质量 会变好，但0.08mm以下会使玻璃的澄清质量变差。
Na2O
引入Na2O的原料 纯碱、芒硝 A.纯碱 (Na2CO3) 分玻为璃结 工晶业纯采碱用(煅Na烧2C纯O3碱·1。0H2O)和煅烧纯碱(Na2CO3)， 煅烧纯碱分为轻质碱和重质碱 轻质碱的假密度为0.1～1g/cm3。颗粒细小（<0.1mm
但过细，除了飞料、易分层外，细粉会过早与配合料中含 钠、钙、镁的物质反应，生成密度大、黏度小的初生熔体；
颗粒表面积增大，产生颗粒间的静电吸附效应，造成配合 料的团聚；
熔化过程中，反应速度快，发泡激烈，产生的微小气泡部 易排除，难于澄清。
2、CaO和MgO
引入CaO和MgO的原料 引入的CaO原料主要有白云石（CaCO3·MgCO3）、石
断面呈石状，敲击2.3亿
陶土
陶土是陶器原料。矿物成分复杂，主要由高岭石、 水白云母、蒙脱石、石英和长石组成。颗粒大小不 一致，常含砂粒、粉砂和粘土等。具吸水性和吸附 性，加水后有可塑性。颜色不纯，往往带有黄、灰 等色，因而仅用于陶器制造。
含二 氧化硅65.18-71.86%，三氧化二铝15.02-17.99%， 三氧化二铁3.27-6.61%，氧化钙 0.75-1.68%，氧化镁 0.89-2.07%，烧失量4.19-6.20%。
传统硅酸盐材料通常以黏土、钾长石、钠长石、石 英为原料。
黏土矿物 高岭石：Al2O3.2SiO2.2H2O …… 钾长石 K2O·Al2O3·6SiO2 钠长石 Na2O·Al2O3·6SiO2 石英 SiO2
1、黏土
黏土是一类层状硅酸盐，层片由硅氧四面体和铝氧 八面体组成。
黏土分类
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汽车工业的发展需要大量以石棉、石墨、针 状硅灰石等非金属矿为基料的摩擦材料
分类： ①按矿物原料的化学成分和结构进行分类(见
表1.1) ②按材料功能进行分类(见表1.2P3)。
第一章 绪论
特征: ①原料或主要组分为非金属矿物或经过选矿
或初加工的非金属矿物。 ②没有完全改变非金属矿物原料或主要组分
的物理、化学特性或结构特征。 ③非金属矿物材料是通过深加工或精加工制
备的功能性材料。因此，非金属矿物材料 具有一定的技术含量和明确的用途。
第一章 绪论
开设课程目的 非金属矿物材料的定义与特征 非金属矿物材料的用途与分类 非金属矿物材料的主要研究内容 非金属矿物材料的发展趋势
非金属矿物材料
江苏大学材料科学与工程 唐丽永
第一章 绪论
主要内容： 开设课程目的 非金属矿物材料的定义与特征 非金属矿物材料的用途与分类 非金属矿物材料的主要研究内容 非金属矿物材料的发展趋势
第一章 绪论
教学要求
1、熟练掌握非金属矿物材料的定义与特征. 2、正确理解 非金属矿物材料的研究内容、应用领 域、在国民经济建设中的作用和发展趋势 3、一般了解非金属矿物材料的发展史
学习方法和目的：
课堂学习与课外阅读相结合，在前期基 础专业理论基础上，提高综合解决、分析 问题的能力
第一章 绪论
开设课程目的 非金属矿物材料的定义与特征 非金属矿物材料的用途与分类 非金属矿物材料的主要研究内容 非金属矿物材料的发展趋势
1.1 非金属矿物材料的定义与特征
定义: 非金属矿物或岩石为基本或主要原料， 通过深加工或精加工制备的具有一定功能的现 代新材料，如功能填料和颜料、摩擦材料、密 封材料、保温隔热材料、电功能材料、吸附催 化材料、环保材料、胶凝与流变材料、聚合物 ／纳米黏土复合材料、建筑装饰材料等。
1.4 非金属矿物材料的发展趋势
中国的非金属矿物材料将在未来一段时间 以较快的速度持续发展
(1)提升行业的工艺和装备水平，提高产品的档次和 技术含量 :较高的科技含量、较低的环境负荷和 更适应社会发展的需要为前提生产适用性好的非 金属矿物材料或深加工产品
(2)提高资源的综合利用率
(3Байду номын сангаас功能化 ：如石墨密封材料、石墨润滑材料、石墨 导电材料、摩擦材料、石墨插层化合物、高纯超 细石墨粉
涉及:结晶学与矿物学、矿物加工、材料学、材料加工、材料 物理化学、固体物理、结构化学、高分子化学、有机化学、 无机化学、化工、环保、生物、机械、电子、自动控制、现 代仪器分析与测试等学科。
第一章 绪论
开设课程目的 非金属矿物材料的定义与特征 非金属矿物材料的用途与分类 非金属矿物材料的主要研究内容 非金属矿物材料的发展趋势
1.2 非金属矿物材料的用途与分类 用途: 以电子信息、航空航天、海洋开发、新材
料和新能源为代表的高新技术产业。
例如，石墨、云母、石英、锆英石、金红 石基石棉矿物材料等与电子信息、航空航 天产业有关。
化工、机械、能源、汽车、轻工、冶金、 建材等传统产业的技术进步与产业升级也 与非金属矿物材料密切相关 。
课外自主学习：
查阅文献，了解非金属矿物材料应用、加 工利用技术和产业发展趋势
第一章 绪论
教学主要内容 开设课程目的 非金属矿物材料的定义与特征 非金属矿物材料的用途与分类 非金属矿物材料的主要研究内容 非金属矿物材料的发展趋势
开设课程的目的:
1、社会发展的需要：
进入21世纪及未来社会，非金属矿物材 料的应用领域非常广泛：
从航空航天、微电子、通信等高新技术 产业到建材、交通、电力、石油、化工、 机械、轻工等传统产业；
开设课程目的 非金属矿物材料的定义与特征 非金属矿物材料的用途与分类 非金属矿物材料的主要研究内容 非金属矿物材料的发展趋势
1.3 非金属矿物材料的主要研究内容
(1)非金属矿物材料物理化学 (2)非金属矿物材料的结构与性能 (3)非金属矿物材料加工工艺与装备 (4)非金属矿物材料的应用 (5)非金属矿物材料的环境服役行为与失效机理
从节能、环保新技术领域到现代高速发 展的材料工业。非金属矿物材料在现代产 业和社会发展中发挥重要的作用。
因为 在加工和应用过程中环境负荷小， 污染轻。它是21世纪各国着力开发的新型无 机非金属功能材料 。
非金属矿物材料开发和应用的程 度和水平也从一个侧面反映了现代 社会和工业的发达程度。
2、开拓专业知识面，提高综合素质，增强竞 争力