功能性礦物及應用.doc

功能性礦物及應用 一、礦物材料 礦物材料（Mineral Materials）是70年代末由地質學工作者提出的一個新概念，並很快發展成為一門相對獨立的學科。礦物材料定義為：在工農業生產和日常生活中具有應用價值的天然礦物、岩石及其製成品和仿製品。其含義包括四個方面： 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、岩石； 以天然的非金屬礦物、岩石為主要原料，通過物理化學反應(焙撓、熔融、燒結、膠結等)製成的成品或半成品材料； 人工合成的礦物或岩石； 這些材料的直接利用目標主要是其自身具有的物理或化學性質，而不局限於其中的個別化學元素。礦物材料屬於無機非金屬材料範疇，但涉及範圍卻十分廣泛。 礦物材料的開發和應用是許多學科綜合的結果，涉及範圍非常廣泛，本文僅對其中的一些重要發展方向加以探討。 奈米礦物材料 奈米技術的開發和應用風靡全球，在今後相當長的一個時期裏，仍將是材料領域的研究重點。奈米科學在礦物材料領域的應用起步較晚，但天然礦物中的各種奈米級結構早己引起重視。許多天然礦物（如沸石類、粘土類礦物及其改性化合物）具有奈米級孔道結構以及離子交換、吸附性能；絕大部分天然礦物具有奈米尺度的參雜結構，層狀結構的礦物的層間結構可被擴充或壓縮。在不久的將來，奈米科學和奈米技術的研究成果將在礦物材料研究領域產生更為廣泛的影響，礦物的奈米級結構的研究、奈米級礦物材料的合成、製備、改造、性能研究及應用將成為礦物材料重點研究的方向。其中，奈米級的礦物粉體的製備、礦物孔道結構的改造及其應用將得到優先發展。 環境礦物材料 90年代初，日本學者山本良一（Yamamoto）首先提出了環境材料的概念，很快在世界各國興起了全球性的環境材料研究、開發和應用熱潮，並成為材料科學與工程的最強勁的發展方向之一。環境材料是指那些對資源和能源消耗最少，對生態環境影響最小，再生迴圈利用率最高或可分解使用的，具有優異使用性能和特別優異的環境協調性的材料，以及那些直接具有淨化環境，修復環境能力的材料。也有人將其稱為生態材料、綠色材料。隨著環境壓力的增加人們在研究、設計、製備材料和使用、廢棄材料時，強化環境意識，不片面追求最大限度地發揮材料的性能或功能而忽視環境問題；在滿足用戶對材料性能的要求的同時，應盡可能節約資源和能源，減少對環境的污染；充分重視材料在整個使用壽命週期中與環境的協調性，並將其作為重要評價指標。因此，環境材料與其說是材料的一類，不如說是針對材料研究、設計、開發、生產、使用而提出的一種新理念、新要求，這種理念適用於各種材料。一般而言，天然礦物是一類資源豐富、價格低廉、能源消耗最少、污染少、與環境協調性最佳的材料。一些天然礦物還具有淨化環境和修復環境的功能，是理想的環境材料，如沸石、矽藻土、海泡石、蒙脫石、麥飯石、膨脹珍珠岩等許多具有選擇性吸附、過濾性能的礦物材料已被廣泛應用於農、工業生產和環境污染治理。以蒙脫石、沸石等層狀、多孔狀礦物研製的抗菌材料已用於日用消費品。鐵的硫化物礦物可用於處理重金屬污染物。具有奈米或微米級尺度的多孔結構的礦物材料和用於載體、催化、過濾媒介的礦物材料以及對已有材料的綠色化改造，將是環境礦物材料研製、開發的重點。廢氣、廢水治理、工業用水淨化、居室淨化等領域將是環境礦物材料研究和應用的主要領域。 能源礦物材料 尋求新能源和節約現有的能源，是全人類面臨的重要課題之一。能源礦物材料主要包括節能礦物材斜和儲能礦物材料兩種類型。 材料的節能既體現在其生產過程中能耗較低，更體現於它在、使用過程中具有減少能量損失的作用。稻殼、軟木、爐渣等傳統的節能材料以及岩棉、礦棉、矽藻土、膨脹珍珠岩、微孔矽酸鈣、加氣混凝土、泡沫玻璃等新型節能材料以其優良的隔熱性能在工業管道、鍋爐、窯爐、熱交換器、冷藏設備和房屋建築得到了廣泛應用。這類材料主要利用其自身在三維空間內的高氣孔率所賦予材料的低導熱率而使材料具有一定的絕熱性能，今後它仍將是隔熱材料的主體，但在進一步提高材料強度、降低導熱係數、減小容重、改善施工性能等方面還需加強研究。與此同時，具有高反射係數的絕熱塗層、薄膜材料將會成為礦物材料發展的主要方向。 自然界的礦物因種類不同，組成和結構各異，蘊含著許多特異的性能。它們或具有多種同質異構體（如石英），或具有高的熱容和相變能，或具有很高的表面電性，或具有良好的光、電、聲轉換效應。從能量的吸收、貯存、轉換和輸出性質來研究礦物的物化性質及其在儲能（包括儲熱、儲光、燃氣儲存及化學能儲存等）、節能領域中的作用，將為新型能源材料的開發研究提供一個新的途徑，並在礦物材料領域中形成一個新的分支。 功能礦物材料 礦物特性的研究、表徵，以及對礦物材料性能與其成分、結構、形成機制之關係，是礦物材料研製開發的基礎。老礦種新用途和新礦種的開發都是基於對礦物性質的