《矿物材料》PPT课件.ppt

第八章. 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，有： （1）南京石膏矿 （2）大汶口石膏矿山东 （3）平邑石膏矿山东 （4）大量的化学（副产品）石膏，如磷石膏、脱硫石膏。 据统计我国化学副产品石膏已经达到4000万吨，燃煤电厂烟气脱硫也迫在眉睫。,石膏化学构成,理论组成(wB%)：CaO 32.5，SO3 46.6，H2O+ 20.9。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,凝结硬化快 硬化后体积微膨胀 孔隙率大，质轻但强度低 具有良好的保温隔热和吸声性能 具有一定的调节湿度的性能 防火性能优良 耐水性差 有良好的装饰性和可加工性,二水石膏,1071700,煅烧,（建筑石膏）,125度，0.13MPa,（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 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，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；,石膏装饰制品,2、纸面石膏板 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1.2万人死亡。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0.3-0.5g/cm3,硬度为11.5（硅藻骨骼微粒为4.5-5m），孔隙率达80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水，是热、电、声的不良导体，熔点1650-1750C，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1.42，结合力502.416kJ/mol，层间距3.354，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，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20-500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2.22.9，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2.62.9，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