矿物材料的特性、分类和应用？
人们把材料分为金属材料、有机材料、无机非金属材料和复合材料。矿产分为三类:金属矿产、非金属矿产和燃料矿产。
金属矿物是指最终目的是通过冶炼提取金属元素的矿物。例如，铝矿物通过熔炼提取和利用铝元素。
大部分非金属矿物是指直接利用其天然矿物原料固有的物理化学特性的一些矿物，如高岭土、应时等，直接用作原料。
燃料矿物是指通过热化学反应提取和利用其热能的矿物，如煤，主要通过燃烧获得其热能。
显然，传统意义上的金属矿物和燃料矿物的利用手段是改变矿物原有的化学结构来达到利用的目的，即通过改变矿物本身的微观结构来实现矿物的价值；而非金属矿物则利用其宏观结构的技术和物理特性，大部分不改变矿物的微观结构。那么，根据矿物材料的定义，矿物材料与目前使用的非金属矿物非常相似，但也包含金属矿物和燃料矿物。也就是说，只要不破坏目前使用的金属矿物或燃料矿物的原始微观结构，并保留和利用其宏观技术和物理特性，这种金属矿物或燃料矿物也是矿物材料。比如赤铁矿可以直接做铁红，此时赤铁矿就是一种矿物材料。所以矿物材料的范畴大于现在的非金属矿物的范畴，不能一视同仁。所以广义来说，矿物材料包括自然界的各种矿物，包括金属矿物、非金属矿物和燃料矿物。
矿物材料具有以下特性:
1，多功能
矿物材料的多功能性意味着一种矿物材料可以有多种用途。如以蒙脱石为主要成分的膨润土，可用于石油钻井泥浆、铁矿球团粘结剂、食用油脱色剂、酒饮料澄清、油脂净化、污水处理、农药载体、防水密封、化妆品原料等多种行业。
2.多样性
矿物材料的多样性是指矿物的多样性和矿物性质的复杂性。目前已知的天然矿物有3000多种，其成分和结构非常复杂，每种矿物都有其独特的物理化学性质和工艺性能。但即使矿物材料种类繁多，在20世纪初，人类开发应用的矿物材料还不到60种。虽然现在已开发应用的矿物材料有200多种，但它们在矿物材料总数中所占的比例仍然很小。也就是说，矿物材料还有很大的研究、开发和应用潜力。
3.储量大，价格低。
与合成材料相比，矿物材料一般具有储量巨大、生产成本低等特点。
4.可替代性强
矿物材料的强替代性是指性质相近的矿物在应用中可以互相替代。
5.应用领域广泛。
目前，矿物材料的应用已涉及几乎所有工业领域，包括建材、化工、机械、冶金、纺织、电子、农业、食品、医药、环保、宝石、工艺美术等领域和部门。而且在需要高强度、高速度、耐高温、重量轻、绝缘、耐腐蚀等特殊要求的地方，矿物材料可以发挥更大的作用。
6.显著的经济效益。
由于矿物材料具有用途多、储量大、价格低等特点，矿物材料的研究开发可以获得巨大的经济效益，而且随着矿物材料开发的深度和广度不同，经济效益也会有所不同。比如散装膨润土的价格是30美元/t，而有机膨润土的价格是2400-3600美元/t，可以达到80-1.20倍。
矿物材料分类
随着对矿物材料的研究，现在人们把矿物材料分为以下三类:一是根据矿物材料中主要矿物的名称进行分类；第二，按矿物材料的结构分类；第三，根据矿物材料的功能进行分类。其中，按矿物材料中主要矿物名称分类是最古老的分类方法，以矿物材料中最重要的矿物名称命名。如石棉材料、石墨材料、云母材料等。，也就是说这些矿物材料中的主要矿物是石棉、石墨、云母等。然而，随着越来越多的矿物材料被开发利用，而且用于同一功能的矿物材料往往可以相互替代，这种分类方法逐渐显示出其局限性，需要其他分类方法对其进行丰富和补充。于是衍生出以下分类方法:
1，按矿物材料的结构分类
这种分类方法是基于矿物的成分及其相互关系。然后，根据矿物材料的结构，通常将矿物材料分为单一矿物材料和复合材料。
1)单一矿物材料
单矿物材料是指那些主要由单一矿物组成的材料，称为单矿物材料，如柔性石墨纸、石墨填料、碳纤维、石墨纤维、云母片、金刚石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、重质碳酸钙等。
2)复合材料
复合材料是指由矿物材料和其他材料组成的混合体系，称为复合材料。复合材料分为三大类:无机复合材料、无机有机复合材料和杂化复合材料:
(1)无机复合材料是指由两种或两种以上无机矿物材料组成的体系，称为无机复合材料。如石棉水泥制品、微孔硅酸钙和陶瓷材料。但需要指出的是，在复合材料中，只要复合材料的基体是矿物材料，即使使用一些其他材料，如有机或金属材料作为增强材料，也称为无机复合材料。比如钢纤维水泥，纸纤维石膏板，都是无机复合材料。
(2)无机-有机复合材料是指以无机矿物材料为增强材料，与有机高分子材料复合而成的体系。比如火车用合成闸瓦，石棉橡胶板，玻璃钢制品。
(3)混杂复合材料是指由两种或两种以上普通复合材料组成的系统。一般来说是指在基体中混合两种不同特性的纤维作为增强材料的材料。混杂复合材料被认为是复合材料的最新研究成果，也被称为“复合材料的复合材料”。比如飞机上使用的摩擦材料，航空、能源部门使用的高强度结构材料，都是混杂复合材料。
2、按矿物材料的成分结构和加工特性分类。
该方法将矿物材料分为以下四种类型:
1).天然矿物材料。指直接利用其物理化学性质，经过物理加工后原料的成分和结构没有发生变化的矿物或岩石。包括填充剂(如碳酸氢钙粉、滑石粉等。)、装饰材料(如石材、宝石)、光学材料(如水晶、萤石)、中药(如芒硝、石膏)、研磨材料(如石榴石、刚玉)、保健营养品(如电气石、麦饭石)、隔热材料(如石棉绳、布)。
2)改性矿物材料。矿物(岩石)经过超细、超纯的改性和改性，包括表面改性(如珍珠岩、改性碳酸钙等)，改变或部分改变了原料的成分或结构。)、成分改性(如改性膨润土、氟化石墨、石膏灰泥等。)和结构改性(如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、膨胀石墨、岩棉等)。).
3)人造矿物材料。这是利用合成矿物材料模拟天然矿物或岩石形成的原理。包括人造水晶(如人造水晶、人造钻石、人造宝石、矿物晶须等。)、多孔材料(如合成沸石、微孔硅酸钙)、纳米矿物粉体材料(如纳米碳酸钙、纳米氧化锌等)。)，等等。
4)复合矿物材料。复合矿物材料是具有不同相组成的合成矿物材料，包括矿物-有机复合材料(如摩擦材料、密封材料、绝缘材料等。用石棉、蛭石、硅灰石、云母等高分子材料合成。)和矿物-无机复合材料(如矿物纤维增强无机胶凝材料、矿物基建筑材料、绝热材料、电气功能材料等。).
3、按矿物材料的功能分类
这种分类方法是基于矿物材料的不同性能和用途。根据矿物材料的电、磁、光、热、摩擦、表面化学反应、胶体性质和矿物材料的充填密封性能等性质进行分类。一般将矿物材料分为九大类:机械功能材料、热功能材料、电磁功能材料、光学功能材料、吸附功能材料、粘结和包覆功能材料、填充和增强功能材料、装饰功能材料和核反应堆功能材料。根据矿物材料的用途，矿物材料可以分为许多应用类型，如耐火、保温、绝缘、陶瓷、建材、化工、填料、农业、医药、环保、研磨、功能和宝石等。
在《矿物材料》一书中，韩岳信等人结合上述分类方法，以中国硅酸盐学会技术岩石学委员会的分类方法为主线，兼顾行业分类和成分分类。
郑水林根据矿物材料的功能和用途对其进行分类，如表1所示。
表1矿物材料的种类及其应用
材料类型、矿物原料、材料品种、应用领域
功能性粉末材料包括方解石、大理石、白垩、滑石、叶蜡石、伊利石、石墨、高岭土、地开石、云母、硅灰石、硅线石、硅藻土、膨润土、皂石、海泡石、凹凸棒石、金红石、长石、锆英砂、重晶石、石膏、应时、石棉、石榴石、电气石和红柱石。细粉(10 ~ 1000微米)、超细粉(0.1 ~ 10微米)、超细粉或一维或二维纳米粉(0.001 ~ 0.1微米)等。橡胶、粘合剂、化纤、油漆、涂料、陶瓷、玻璃、耐火材料、保温材料、阻燃剂、胶凝材料、造纸、机械、石化、电力、交通、微电子、冶金、建材、饮料、仪器、医药、饲料、航空航天、土壤改良、废水废气处理等。
机械功能材料，如石棉、石膏、石墨、花岗岩、大理石、石英岩、锆英砂、高岭土、长石、金刚石、石榴石、云母、滑石、硅灰石、透闪石、石灰石、硅藻土、燧石、蛋白石和其他石棉水泥制品、硅酸钙板、纤维石膏板、石材、石材、结构陶瓷、无机/聚合物复合材料。研磨膏)、磨料、衬片材料、制动衬片、闸瓦、制动带(片)、石墨轴承、垫片、密封圈、离合器片、润滑剂(膏)、气缸垫、石棉橡胶板、石棉盘根等建筑材料、建筑、机械、电力、交通、农业、化工、轻工、航空航天、石油、微电子等。
热功能材料包括石棉、石墨、应时、长石、金刚石、蛭石、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、水镁石、珍珠岩、云母、滑石、高岭土、硅灰石、沸石、金红石、锆英砂、石灰石、云母、铝矾土等石棉布、片材、板材、岩棉、玻璃棉、矿棉吸音板等。微孔硅酸钙板、玻璃珠、隔热涂料、耐火材料、镁碳砖、碳/石墨复合材料、蓄热材料、莫来石、堇青石、氧化锆陶瓷等建筑材料、建筑、冶金、化工、轻工、机械、电力、交通、航天、石油、煤炭等。
电磁功能材料如石墨、应时、金刚石、蛭石、云母、滑石、高岭土、金红石、电气石、铁石榴石等碳石墨电极、电刷、胶体石墨、石墨制品氟化物、电极糊、热敏电阻、电池、非线性电阻、陶瓷半导体、石榴石铁氧体、压电材料(压电晶体、自动点火元件等。)、云母电容器、云母纸等等。
光学功能材料:晶体、冰洲石、萤石等偏振、折射、聚光镜片、光学玻璃、光纤、滤光片、偏振材料、荧光材料等通讯、电子、仪器仪表、机械、航空、航天、轻工等。
吸收屏蔽材料包括金红石、电气石、应时、高岭土、石墨、重晶石、膨润土、滑石等二氧化钛(二氧化钛)、纳米二氧化硅、氧化铝、核反应堆屏蔽材料、护肤霜、防护服、保暖服、塑料薄膜、消光剂等核、军、妆(护肤)品、民(军)服、农业等。
催化材料如沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、地开石等分子筛、催化剂、催化剂载体等石油、化工、农药、医药等。
吸附材料如沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、地开石、膨润土、皂石、珍珠岩、蛋白土、石墨、滑石等助滤剂、脱色剂、干燥剂、除臭剂、杀菌剂、水处理剂、空气净化器、油污处理剂、核废料处理剂等啤酒、饮料、食用油、食品等行业。
膨润土、皂石、海泡石、凹凸棒石、水云母等有机膨润土、触变剂、防沉剂、增稠剂、凝胶、流平剂、钻井泥浆等涂料、涂料、粘合剂、清洗剂、采油、地质勘探等流变材料。
粘结材料包括膨润土、海泡石、凹凸棒石、水云母等骨料矿物粘结剂、硅酸钠、粘合剂、模具、粘土基复合粘结剂等冶金、建筑、铸造、轻工等。
装饰材料大理石、花岗岩、砚、云母、叶蜡石、蛋白石、水晶、石榴石、橄榄石、玛瑙、玉石、辉石、孔雀石、冰洲石、琥珀石、绿松石、钻石、月亮石等装饰石材、珠光云母、彩色石材、各种宝石、观赏石等建筑、建材、涂料、皮革、化妆品。
生物功能材料如沸石、麦饭石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、膨润土、皂石、珍珠岩、蛋白土、滑石、电气石、碳酸钙等药品和保健品、药物载体、饲料添加剂、杀菌剂、吸附剂、化妆品添加剂、制药工业、生化工业、畜牧业、化妆品等。
矿物材料的应用
矿物材料的应用可以说是最古老的。早在石器时代，人们就使用天然的制矿工具，但在当时只是一种无意识的应用。随着社会的发展，人类逐渐掌握了金属的冶炼技术，金属材料的应用也逐渐发展起来，并逐渐超越了天然矿物的应用。到了青铜时代和铁器时代，金属材料已经占据了绝对优势。但到了近代，随着研究方法的发展和对天然矿物本质认识的深入，人们发现天然矿物有许多人造物品无法比拟的性质。比如耐高温材料，人类还没能做出能达到石墨矿耐高温的材料。石墨矿石的熔点为3 850℃，汽化温度为4 500℃，在7 000℃的超高温下加热l0s的质量损失为0.8%，而在此条件下耐高温的人造金属材料的质量损失为65 438+02.9%，石墨在2500℃时的强度高于室温。比如在耐腐蚀性和抗氧化性方面，很多天然矿物的耐腐蚀性和抗氧化性都比金属材料好很多。正因为如此，天然矿物的开发利用重新受到重视，并得到迅速发展。目前，矿物材料的开发和应用是衡量一个国家工业化程度的标志。有人说21世纪将是人类的第二个石器时代，这意味着21世纪将有大量矿物材料被开发应用。还有人说，当一个国家经济中矿物材料产值首次超过金属矿产产值时，就是这个国家工业成熟的边界。矿物材料产值超过金属矿产产值的现象出现在20世纪初的英国和美国，美国为1934。70年代，这两个国家的矿物材料与金属矿产的产值比达到2: 1，1986年达到3: 1。从世界范围来看，自20世纪50年代以来，矿物材料的消费量每十年增长50% ~ 60%，现在年总产值超过800亿美元，其中各国出口额约为300亿美元，年增长率约为3%。
矿物材料的应用领域已经涉及到几乎所有的工业领域和部门。由于各个领域对矿物材料的种类和性能要求不同，所以首先要了解矿物材料在各个领域的使用情况。目前，根据矿物材料应用领域的不同，矿物材料主要可分为矿物绝缘材料、绝缘矿物材料、陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化学矿物原料、农业矿物材料、填充矿物材料、药用矿物材料、环保矿物材料、研磨矿物材料、宝石矿物材料和功能矿物材料。
与发达国家相比，我国矿物材料的研发相对较晚。前年出口额约6亿美元，仅占世界出口额的2%，而且大部分是未加工的原材料。就我国矿产资源而言，我国矿产资源种类繁多，种类繁多，各具特色。相当数量的矿产资源居世界前列，如钨、稀土等矿产。因此，矿物材料的研发潜力巨大，尤其是针对我国矿物瓷源特点的研发，前景更加广阔。