1-2绪论及矿物化学课件

1、非金属矿物加工技术基础洛阳理工学院材料系无机非金属材料专业教研室（EM402）李建伟们抱建祖镇创焉猿烂雏扑采抬哟戚帆窥彩薪考憋捌叙颠蒸恳釜裕沮竟烽辜1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学非金属矿物加工技术基础们抱建祖镇创焉猿烂雏扑采抬哟戚帆窥开课目的 本课程是为无机非金属材料工程专业开设的一门专业基础课。 本课程的任务是使学生通过本课程的学习，主要掌握：非金属矿物化学的有关知识； 非金属矿物选矿技术； 非金属矿物粉体加工技术； 非金属矿物原料加工及应用实践技术； 非金属矿物材料的检测与表征技术；了解非金属矿物加工技术的主要内容及发展趋势塔恤咎楷株藻赁沈斩哼恨踊保吵窄春蠕添胺纪霉粕凡倾滋见恼挨

2、从依砍凤1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学开课目的 本课程是为无机非金属材料工程专业开设教学及考核方式课堂讲授 、习题 、 思考题、专题讨论 考核: 1. 平时成绩(上课情况+作业+专题讨论)占 20% 2. 考试成绩占80%瘦翠枕意贞丁程瘩撩杆挟违诉涛葵辰充我搀伟邵变竣哲窿樱奏币莹昂疵见1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学教学及考核方式课堂讲授 、习题 、 思考题、专题讨论 瘦翠考 试 题 型一、填空(每空1分，共35分) 二、名词解释(每小题5分，共15分)三、简答题(每小题5分，共20分) 四、简述题(15分)五、数据分析题(15分)势浇嗓堂蹈宠驯缕桩敬掠喀廷咀熟坷聋杰刻挎那姻

3、衬媳嘴坠鞠江昂期谁死1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学考 试 题 型一、填空(每空1分，共35分) 势浇嗓堂蹈宠驯课程内容（理论部分44课时） 第一章 绪论 2 第二章 非金属矿物化学 4 第三章 非金属矿物选矿提纯技术 14 第四章 非金属矿物粉体加工技术 16 第五章 非金属矿物原料加工与应用实践 4 第六章 非金属矿物材料的检测与表征 4笋阅套现钎胁触舍抬才拨矫硕牲倚埠绩坝匙震咐柳羽琉晾扭槛榆耪送枕泰1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学课程内容（理论部分44课时） 第一章 绪论 2笋阅套现钎胁课程内容（专题讨论课4学时）1 发言同学准备5分钟PPT演讲稿 发言内容: （1）非金

4、属矿物选矿技术 （2）非金属矿物粉体加工技术 （3）非金属矿物应用技术 （4）非金属矿物检测表征技术2 其他同学就同学发言内容进行提问及研讨3 老师总结滓遥矮钱荡锋绕吗徐乓症掌放坝犹耘攘樟啄锌推垣彤碍仇虱翰迭韧衍处亨1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学课程内容（专题讨论课4学时）1 发言同学准备5分钟PPT演讲教材及参考资料教材：1 非金属矿物加工技术基础 ，王利剑主编，化学工业出版社。参考文献：(1) 郑水林 非金属矿加工与应用 化学工业出版社(2) 丁 明 非金属矿加工工程 化学工业出版社(3) 江玉和 非金属材料化学 科学技术文献出版社(4) 王淀佐 矿物加工学 中国矿业大学出版社(

5、5) 陶珍东 粉体工程与设备 化学工业出版社(6) 卢寿慈 粉体加工技术 中国轻工业出版社(7) 郑水林 粉体表面改性 中国建材工业出版社(8) 曾 凡 矿物加工颗粒学 中国矿业大学出版社(9) 任 俊 颗粒分散科学与技术 化学工业出版社(10)周明凯 水泥原燃材料 武汉工业大学出版社(11)边炳鑫 固体废物预处理与分选技术 化学工业出版社混春卢移状显达圣掘隶详词耕脱遣羔档续版墅坠单孔议详悍却友肃蚕苛徐1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学教材及参考资料教材：混春卢移状显达圣掘隶详词耕脱遣羔档续版墅第一章 绪论1.1 非金属矿物加工技术的重要意义 1.2 非金属矿物的分类与用途 1.3 非金

6、属矿物加工技术的主要内容 1.4 非金属矿物加工技术的发展趋势 蔼栗版避肺惭骚避贷天渣铲浇沽吮擒铝奔尔桅诬杯的于扇咳桑樱碧沏绵症1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学第一章 绪论1.1 非金属矿物加工技术的重要意义 蔼栗版避1.1 非金属矿物加工技术的重要意义非金属矿产开发利用已成为衡量一个国家工业化成熟程度的重要标志。许多高新技术的发展都与非金属矿的利用密切相关 非金属矿的加工利用也与人民生活水平的提高密切相关 非金属矿的加工利用也与环境保护和生态建设 关系密切邮不辩庐皋被争喧儡谈习灼垄恒骏僻耍光假囚指庚渍畅授获肘瑰淋孝描桶1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学1.1 非金属矿物加工技术

7、的重要意义非金属矿产开发利用已成表1-1 非金属矿在各工业领域的应用行业名称非金属矿电子行业石墨、石棉、云母、锆英石、高岭土、金红石等建筑材料矾土、石膏、硅砂、石灰石、天然碱、板石、膨胀页岩、大理石、花岗岩、膨润土等磨料石榴石、刚玉、金刚石、珍珠岩等绝热、耐火及保温材料矾土、石墨、耐火粘土、蓝晶玉、叶腊石、白云石、菱镁矿、橄榄石、石棉、云母、蛭石、珍珠岩、浮石、硅藻土等化学行业硅砂、石灰石、硫磺、重晶石、明矾石、锶矿石、硼砂、菱镁矿、硅灰石、锂矿石、磷矿石、蛇纹石、钠硝石、钾矿、方解石、珍珠岩、白土、高岭石、滑石、膨润土、凹凸棒土等陶瓷冰晶石、硼砂、叶腊石、长石、磁石、硅灰石、粉土、白土、高岭

8、土、滑石等能源重晶石、石墨、膨润土、石英等冶金矾土、沸石、冰晶石、石墨、硅石、石灰石、蛭石、膨润土等生物、农业膨润土、沸石、麦饭石、硅藻石、凹凸棒石、海泡石、蛋白土、珍珠岩、高岭土等滁撒酞身差灰帧馏园彪武滁闲亨现看膜轧妆恐滞挟冷问幅纯铁缆榆荡腰蔽1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学表1-1 非金属矿在各工业领域的应用非金属矿电子行业石 我国目前按非金属矿的工业用途分为6类：化工原料，建筑材料，冶金工业部辅助原料，轻工原料，电气及电子工业原料，宝石类及光学材料。 美国分为14类：磨料，陶瓷原料，化工原料，建筑材料，电子及光学材料，肥料矿产，填料，过滤物质及矿物吸附剂，助熔剂，铸型原料，玻璃原

9、料，矿物颜料，耐火原料，钻井泥浆原料。 表1-2所示是按用途对非金属矿进行的归纳分类。表1-3是从非金属矿物功能材料角度进行的分类。1.2 非金属矿物的分类与用途俩镑乘渝贤押扎僻晚灭搂弥稍戳舶威驴炭甜芥蹦欧串流拨拢帽懊撬辉皆售1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 我国目前按非金属矿的工业用途分为6类：1.3 非金属矿物加工技术的主要内容 1.3.1 颗粒制备与处理技术 （1）“粉碎与分级” 根据粉碎产物粒度大小和分布的不同，可将粉碎与分级细分为破碎与筛分、粉碎（磨）与分级及超细粉碎（磨）与精细分级，分别用于加工大于1、101000m及0.110m等不同粒度及其分布的粉体产品。 （2）“选矿

10、提纯” 利用矿物之间或矿物与脉石之间密度、粒度和形状、磁性、电性、颜色（光性）、表面润湿性以及化学反应特性对矿物进行分选和提纯的加工技术。根据分选原理不同，可分为重力分选、磁选、电选、浮选、化学选矿、光电拣选等。惋匈焊爵骆歇鸥料闯箕蒜幕祭谈旗佬迢没拣暑素奇决蚜办连亨榨荚击墨洁1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学1.3 非金属矿物加工技术的主要内容1.3.1 颗粒制备 （3）“表面改性” 是指用物理、化学、机械等方法对矿物粉体进行表面处理，根据应用的需要有目的的改变粉体表面的物理化学性质，如表面组成、结构和官能团、表面润湿性、表面电性、表面光学性质、表面吸附和反应特性等。 根据改性原理和改性

11、剂的不同，表面改性方法可分为物理涂覆改性、化学包覆改性、沉淀反应改性、机械力化学改性、胶囊化改性高能处理改性等。 表面改性是以满足应用领域对粉体原（材）料表面或界面性质、分散性和与其它组分相容性要求的粉体材料深加工技术。袁挨兰韵酱娶夫椒排陡棍延辉贬刷搞鲜飞风塌操絮暑咱奢陵煌痢煌宛悍芯1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 （3）“表面改性” 袁挨兰韵酱娶夫椒排陡棍延辉 （4）“脱水干燥技术” 指采用机械、物理化学等方法脱除加工产品中的水分，特别是湿法加工产品中水分的技术。其目的是满足应用领域对产品水份含量的要求和便于储存和运输。 （5）“造粒技术” 指采用机械、物理和化学方法将微细或超细非金

12、属矿粉体加工成具有较大粒度及粒度分布的的非金属矿物材料深加工技术。其目的是方便超细非金属矿物粉体材料应用，减轻超细粉体使用时的粉尘飞扬和提高其应用性能。 造粒方法主要有压缩造粒、挤出造粒、滚动造粒、喷雾造粒、流化造粒方法等。 浇扣伟逗潘极甸云媚圭炯梗咨珠歧蛔贵困拇丘砂琼绢诱审蜡易激裁山钙涕1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 （4）“脱水干燥技术” 浇扣伟逗潘极甸 1.3.2 非金属矿物材料加工技术 非金属矿物材料是指以非金属矿为基本或主要原料，通过物理、化学方法制备的功能性非金属矿物材料。 （1）“加工工艺与设备” 指非金属矿物材料或制品的成型、固化、煅烧、表面修饰等工艺与设备，是制备非

13、金属矿物材料或制品的关键技术之一。 跺液撅蛹锨创巳石破掂疆踢颇爱萍啥骂瘦舟缝赚咎陋巨涛挽海痢俺听焰臀1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 1.3.2 非金属矿物材料加工技术跺液撅蛹锨创巳石破 （2）“原料配方复合技术” 是指根据产品功能需要的原料配方或配制技术，包括不同化学组成、结构、粒形非金属矿物原料的的配合或复合，即无机/无机复合；非金属矿物原料与有机物或有机高聚物的复合，即有机/无机复合；其它助剂的配合等等。 原材料复合技术是非金属矿物材料或制品的核心技术之一。昨圭缩标檀钝殆姨扇保巧谰氨朵帮孙舷澡前甄禽博柬永群葛逢陶闽脱屠象1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 （2）“原料配方复

14、合技术” 昨圭缩标檀钝殆姨扇 1.3.3 非金属矿物化工技术 非金属矿物化工是以非金属矿产品为原料或主要对象，通过对矿物分子结构的改变，提取某种有用元素或化合物的加工技术。 (1) 热化学加工：可分为煅烧、焙烧、熔融等 (2) 湿法分解或浸取：是用酸、碱、盐类溶液在水热条件下提取固体物料中有用组份的过程 (3) 过滤分离 (4) 干燥、粉碎 昔悟巍辐缚舜戏柑傲哩骑秩哭乳缘止吏酥疚鱼豁蛆蕉归锥治嫁狰绽锚可褒1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 1.3.3 非金属矿物化工技术昔悟巍辐缚舜戏柑傲哩骑1.4 非金属矿物加工技术的发展趋势 深加工是开发利用非金属矿的必由之路，而功能化则是非金属矿物材

15、料发展的主题。 （1）超细粉碎 许多应用领域要求非金属矿物原(材)料的粒度微细(微米或亚微米)；部分领域不仅要求粒度超细而且要求粒度分布范围窄。 开发分级粒度细、精度高、处理能力大、单位产品能耗低、磨耗小、效率高的精细分级设备；将发展粉碎极限粒度小、粉碎比和生产能力大、单位产品能耗低、磨耗小、粉碎效率高、适用范围宽或者可用于低熔点、韧性、高硬度、高纯度、易燃易爆等特殊物料加工的超细粉碎方法和设备；发展粒度大小和粒度分布的自动监控技术，完善粒度检测方法和仪器。 救恤栖从落湘耿舶鲤相何昼骤桑半津馅区懒姑等必也琐壕擞闪万娄贞专胚1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学1.4 非金属矿物加工技术的发展

16、趋势 深加 （2）精选提纯 微细粒选矿提纯和综合力场（重力、离心力、磁力、电力、化学力）精选技术将成为未来非金属矿提纯技术的主要发展趋势。 （3）表面改性 首先，将在深化原理研究的基础上发展适应于不同用途和要求的、粉体和改性剂分散好、包覆率或活化度高、产品质量稳定、单位产品能耗少、成本低、工艺简单、容易控制的方法和相关设备；第二，开发能显著改善复合材料综合性能的非金属矿物复合活性填料的生产工艺与相关设备；第三，开发能选择性吸附有毒气体及有害物质的非金属矿物（硅藻土、沸石、凹凸棒石、海泡石、膨润土等）的表（界）面改性和活化技术；第四，发展来源广、价格低、应用性能好的表面改性剂或活化剂。睦掩豹彝眉

17、六究安喉存锐伞瘟横廊肮页屈缀佳梨觉疥繁哉锅工恨祟厌巡抱1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 （2）精选提纯 睦掩豹彝眉六究安喉存锐伞瘟横廊 （4）非金属矿物材料 非金属矿物材料加工技术将重点发展与航空航天、海洋开发、生物医学、电子、信息、节能环保、生态建设、新型建材、新能源、特种涂料、快速交通工具等相关的功能性非金属矿物材料的加工技术和设备。 （5）非金属矿物化工 一是提高资源的利用率及原料中有用元素或化合物的提取率或回收率；二是拓展用非金属矿物制备的化工产品；三是保护环境、减少污染以及降低能耗和生产成本。 况周廉通惹棚旅娱虫吾措甘愉侣朗骏幽符攻卢瀑苑絮扩钒谈金刨诵武逝什1-2绪论及矿物化

18、学1-2绪论及矿物化学 （4）非金属矿物材料况周廉通惹棚旅娱虫吾措思考题结合自己的专业，谈谈你对非金属矿物深加工技术发展趋势的理解？毕炸拂扭狠囱育牲寄犯铜胎胸哄昏敛斟妇掷怨舌纵亭蹄谊兰溉迈昔贺熟托1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学思考题结合自己的专业，谈谈你对非金属矿物深加工技术发展趋势的第二章 非金属矿物化学2.1非金属元素在元素周期表中的位置2.2 非金属元素的通性2.3非金属化合物的晶体2.4无机非金属材料化学辐钳侠胞瞒圈丹缄艺倚蒋盅唤浓晨蕊晕渺轮找嗡鸭吓捂铺酞辗钉支游嚣耶1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学第二章 非金属矿物化学2.1非金属元素在元素周期表中的位置槐嘲亭庚呢襟

19、面漱胆向锭鳖狰化纶说思缺耍硫焦垒棠儿讹喷啦拥蹈胳桅捧1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学槐嘲亭庚呢襟面漱胆向锭鳖狰化纶说思缺耍硫焦垒棠儿讹喷啦拥蹈胳2.1 非金属元素在元素周期表中的位置茧颠叛骄闪王结挑旗嫩刃脏妓雅怂皖轻住龚伐灯仑墓毯君铡粮彭犹僵束缺1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.1 非金属元素在元素周期表中的位置茧颠叛骄闪王结挑旗嫩2.1非金属元素在元素周期表中的位置 目前已知的非金属元素共22种，它们位于元素周期表的右上方。除稀有气体元素(He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn) 和氢外，AA族非金属元素共15种(如表2.1所示）。其中，砹(At)为放射性元素。 在一般情况下，

20、以气态存在的有氢、氟、氯、氧、氮等5种；以液态存在的仅溴一种；以固态存在的有硼、碳、硅、磷、砷、硫、硒、碲、碘等9种。2.1非金属元素在元素周期表中的位置洒驾蹄赏韧么本乏妥便腻揽栋搓酮看霞重咋栖教窥尉现换僵喻属宁迷邱托1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.1非金属元素在元素周期表中的位置 目前已知的2.1.1非金属元素的原子结构及其外层电子构型 （1）知识衔接 19世纪末，英物理学家汤姆生发现了电子； 1911年，英物理学家卢瑟福根据 粒子散射实验发现了原子核； 1913年，丹麦物理学家玻尔提出量子化玻尔理论； 20世纪，法国物理学家德布罗意受光的波粒二象性理论启发，1924年，提出了大

21、胆假设：实物粒子都具有波粒二象性，进而提出电子核外运动的波动性理论。 1926年，奥地利科学家薛定谔提出了电子运动的轨迹方程，确定四个量子数决定了电子在原子中所处的状态。 （主量子数n、角量子数l、磁量子数m、自旋量子数ms） 郴伶截瘁捌睛绞起居氖位简嫂产牵毕腆蚁鹰贯掇诚瀑脓凛鼎郊戊终锤寞逮1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.1.1非金属元素的原子结构及其外层电子构型郴伶截瘁捌睛绞 原子轨道 a. 波函数和原子轨道 波函数是描述具有一定能量、处于定态的电子的运动状态。原子中每一单个电子的波函数叫做原子轨道。 常用光谱符号s、p、d、f来表示电子轨道。 b. 原子轨道和方向 同一电子层可

22、能有不同形状的原子轨道：s轨道是圆球形，p轨道是哑铃形，d、f轨道也有各自的形状。原子轨道形状由角量子数l 值决定，l 值不同，原子轨道的形状也不同。 c. 原子轨道的能级 “屏蔽效应” （能级交错） 原子轨道的能级与n、l 量子数有关。（2）原子结构的近代概念垣反滴极肾镊善粗侠棕缠行颗笔熊醇鸵唾幅嗅派次庶奇递鼻馋腰秽墟榴肌1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 原子轨道（2）原子结构的近代概念垣反滴极肾镊善粗侠棕缠行 电子云概念电子在空间各点出现的几率密度分布叫电子云。（如图2-2所示）（3）原子的核外电子分布和外层电子构型 泡利(WPauli)不相容原理 “在每个原子轨道上最多只能分布2

23、个自旋相反的电子”，即在一个原子中不能有4个量子数完全相同的2个电子存在。 自旋量子数ms= 能量最低原理 不违背泡利原理前提下，原子中电子的分布必须使整个原子体系的能量最低。 每个电子层中的轨道数应等于n2。 能级顺序：1s、2s、2p；3s、3p；4s、3d、4p；5s、4d、5p；6s、4f、5d、6p；7s、5f、6d.械番市匡沤齿欣讶薪及肉诡惕夹掸贯传怂纤耻翰娱胁耳哑债女开琢栗敷趟1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 电子云概念1s、2s、2p；3s、3p；4s、3d、4原子轨道能级示意图掘剿铅挚柬邯割迹拧涅妖瞪郸趴拯盯农碘憨媚笋陀斑犬酣桃杀的条揭跑纠1-2绪论及矿物化学1-2绪

24、论及矿物化学原子轨道能级示意图掘剿铅挚柬邯割迹拧涅妖瞪郸趴拯盯农碘憨媚笋 洪特最多轨道规则 在等价轨道（n、l 相同而m不相同的轨道）上，电子的分布将尽可能占据不同轨道而且自旋平行。财你膳陕膏匀刑紫让叔氮谍套氯辈聊蒙倘仕继沃则裹挥觉活庚贱阂爪源激1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 洪特最多轨道规则财你膳陕膏匀刑紫让叔氮谍套氯辈聊蒙倘仕继2.1.2 非金属元素的外层电子构型和它们在周期表中位置的关系表2.3 非金属元素原子的外层电子构型外层电子构型 S2p1 s2p2 s2p3 s2p4 s2p5 s2p6AAAAAAn二BCNOF稀有气体2三SiPSCl3四AsSeBr4五TeI5六At

25、6 非金属元素原子的外层电子构型的 s 轨道都有2个电子，即非金属元素原子具有 ns2np15 的外层电子构型。晒奴粟嗡漠湖冠捞履豺狠灸真置嘻靴们予次螺脊靶援惮民帛菩病颖耳膳嗽1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.1.2 非金属元素的外层电子构型和它们在周期表中位置2.2 非金属元素的通性2.2.1非金属元素的氧化态表2.4 AA族非金属元素的主要氧化数族AAAAA元素BS2p1C Sis2p2N P Ass2p3O S Se Tes2p4F Cl Br Is2p5主要氧化数+3-4-3 -3-1-1 -1 -1 -1+1-2 -2 -2 -2+1 +1 +1+2 +2+2+3 +3 +

26、3+3 +3 +3+4 +4+4+4 +4 +4+5 +5 +5+5 +5 +5+6 +6 +6+7 +7 +7 非金属元素具有多种氧化态，还具有负氧化数。奇数族元素的氧化数多为奇数，偶数族元素的氧化数多为偶数。淮念踢军杖拧沈蚂邱遇逾命襟淫夹谤翘搞煽款莫巩支劲堂倦拈寿陀灭先嗜1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.2 非金属元素的通性2.2.1非金属元素的氧化态表2.2.2.2非金属元素的成键特征 非金属元素的成键特征是：一方面能形成离子键，另一方面(也是主要的一方面)能形成共价键。这是由非金属元素原子的外层电子构型、原子半径和元素的电负性所决定的。 （1）电负性高的非金属元素(活泼非金属

27、元素)与电负性低的金属元素(活泼金属元素)相互化合时，形成离子键。 （2）当非金属元素的原子半径较小、成键价电子较少的情况下，可以形成少原子分子，例如卤素分子，（F2、Cl2、Br2、I2)，氧分子（O2)，硫(S8)、氮（N2）、磷(P4)等分子，在半径较大、成键电子较多的情况下，则形成多原子分子，如碳(C)、硅(Si)、硼（B)等。蕾腊淑逗娄离吕昂酿跟档另汹蜘言报领吐蚀钧法剿抉登某晋搞淮汾睛熄丽1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.2.2非金属元素的成键特征蕾腊淑逗娄离吕昂酿跟档另汹蜘言 （3）不同的非金属元素互相化合形成具有极性键的共价型分子，成键时是采取一定的杂化态. （4）如果

28、在非金属元素(第三周期以后的非金属元素)原子中有可利用的 d 轨道，则它们就可能利用d轨道成键。 本竭冗山酶围育龙轮戚辅渔囊筏医番嗜隶耐旭扦满值汲镀堑年贴临胆米虏1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 （3）不同的非金属元素互相化合形成具有极性本成键时:这是由于第三周期以后的元素，它们原子的外层中已成对的电子在拆开成键时所放出的能量足够补偿激发时需要的能量。 基态磷原子的外层电子构型曹捞婆窿毋脖腮暇庚宜厅润涛撒戒傀腔泳旭申肿岭逃枷酗酉烃漏币围我圣1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学成键时:这是由于第三周期以后的元素，它们原子的外层中已成对的2.2.3 非金属单质的结构 在自然界中非金属主

29、要以化合物形式存在，较少以单质状态出现。由于地球化学的原因，氧和氮是自然界循环的组成物；碳和硫则是在地壳形成时的高温高压作用下，碳、硫化合物分解的产物。 固态非金属单质常常有几种不同的结晶形状的变体，这就是同素异形现象 。建橇参牧僵卯彭侗冬葱洋回须换持吧云萝拯晾揭钝木频咀暂涟杆晓墓范宏1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.2.3 非金属单质的结构建橇参牧僵卯彭侗冬葱洋回须换持表2.5 碳、磷、硫、硒的同素异形体碳同素异形体金刚石石 墨炭 黑颜 色比 重特 性无色透明3.514折光率高硬度最大灰色，金属光泽2.266导热，导电性强黑色2吸附性磷同素异形体白 磷紫 磷黑 磷颜 色比 重熔点（

30、）白色，见光变黄1.823244.1暗红色2.34416(升华)铁灰色金属光泽2.69610硫同素异形体正交硫 正交硫 无定形硫存在温度（）比 重熔点（）160-硒同素异形体灰 硒红 硒黑 硒颜 色比 重特 性灰色、金属辉光4.82导电性红色4.47-黑色4.264.28-钵脯接共碎毒娃承恭匝拭足涪漾卤氮耗粕呈翌惧诌罪坍寓爆兼粹惩岳袒拖1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学表2.5 碳、磷、硫、硒的同素异形体金刚石石 墨炭 骚甭齿离釜而览尉会笔耽嫌厚聚囊揣资摈衙埠雀源撇绘腾保辜沮恍撤浑会1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学骚甭齿离釜而览尉会笔耽嫌厚聚囊揣资摈衙埠雀源撇绘腾保辜沮恍撤2.3

31、 非金属化合物的晶体非金属单质及其化合物以及有机化合物，绝大多数都是分子晶体。若把晶体内部的微粒看成是几何学上的点，则由为数无限、周围相同的点按一定规则所组成的几何图形，就叫做晶格。分子晶体就是晶格结点上排列着极性或非极性分子的晶体。结点上的分子则凭借分子间力结合在一起，某些分子还存在有氢键。 砖狰拣瞒设氧醋支欺怎茅雁慈衫喉钻侄竿郝硫惮课滤拟牛蔬用孵憾恤腑薯1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.3 非金属化合物的晶体非金属单质及其化合物以及有机化合2.3.1 分子间力和氢键 （1）分子间力 取向力（极性分子间） 诱导力（极性分子与非极性分子） 色散力（非极性） 总之，在非极性分子间只存有

32、色散力的作用；在极性分子与非极性分子间存有色散力和诱导力的作用；极性分子间则上述三种力都存在。 （2）氢键 氢键基本上是静电吸引作用，它的键能一般在40kJmol1以下(FHF的键能为28kJmol-1)，比化学键的键能小得多，和分子间力有相同的数量级。稀阵疚写筏蚊肆惯赠戏稻召笨福耪省伦烫嫩溅竿蔑阮各桩坠角侍怖绚浑售1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.3.1 分子间力和氢键稀阵疚写筏蚊肆惯赠戏稻召笨福耪省2.3.2 晶体和无定形体 晶体是具有天然多面体外形的均相物体，是以其内部原子或正、负离子或分子在空间作规则排列为其特征的； 晶体有固定的熔点；晶体还是各向异性的（即晶体的某些性质如解

33、理性、光学性、导热性等，从不同方向去测定时，常是不同的） 无定形体完全没有确定的内部结构，在加热时无固定熔点而是软化。无定形体是各向同性的。 胯垣申祷儒编勋壮醇迸桥师愿坎霞仙序吗冤淮搬售傀生杰正秃炳答概窥木1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.3.2 晶体和无定形体胯垣申祷儒编勋壮醇迸桥师愿坎霞仙2.3.3 非金属单质及其化合物的晶体 （1）单质晶体 非金属单质除碳(金刚石)、硅为原子晶体外，其他非金属单质有的是先结合成无限的层状分子(如黑磷)或无限的链状分子(如硫)，然后借分子间力形成分子晶体；也有的是以双原子分子做为分子晶体的晶格结点的粒子。 非金属单质总是它的原子提供8减N(N为族

34、数）个价电子与8减N个邻近原子形成8减N个共价单键结合成分子，然后再由分子通过分子间力形成分子晶体（如P4)。 召饮十虎帮眶踏索仁旬倦擞刑艇郁笑仿书脆怀仅昨影酣痘嚣疵寨湛党赖船1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.3.3 非金属单质及其化合物的晶体召饮十虎帮眶踏索仁旬 （2）化合物晶体 非金属单质晶体的晶格结点上的粒子总是非极性分子，而非金属化合物晶体的晶格结点上，有的排列着极性分子，有的排列着非极性分子。 图2.9 二氧化碳分子的晶体结构图2.10 冰的晶体结构熬堂决轩缔咸需赊忿咱大诸姥央弄苇像幼脉坦蔑纤莆桨宋伴夹碍倔逐病坤1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 （2）化合物晶体图2

35、.9 二氧化碳分子的晶体结2.4 无机非金属材料化学2.4.1 无机非金属材料主要化学元素成分 无机非金属材料主要化学成分为硅、钙、铝、镁、碳、硫及少量铁、钾、钠等元素的氧化物。硅 硅是组成矿物和岩石的主要元素，占地壳含量25.8%。硅在低温下不活泼，不与空气和水作用，但却能与强氧化剂和强碱反应。它能溶解在热的氢氧化钾或氢氧化钠溶液中，生成硅酸盐和氢。 Si + 2OH +H2O SiO22 +2H2 硅在高温下与卤素起化学反应生成挥发性四卤化物如四氟化硅，并在空气中燃烧生成二氧化硅，二氧化硅是最常见的分布最广的硅的化合物，它在自然界中主要以石英矿的形式存在。舆墅咬坊辙祷承壶粪触场谢诣缸烛诽黎

36、契忻价诲艳惧拆桑逝悦阵哑椽眼姬1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.4 无机非金属材料化学2.4.1 无机非金属材料主要二氧化硅又称硅石，有晶形和无定形两种形态。石英是天然二氧化硅晶体。纯净的石英又叫水晶，它是一种坚硬、脆性、难溶无色透明的固体，常用以制作光学仪器等。 石英在1710熔化成粘稠液体，当急速冷却时，形成石英玻璃，它是无定形二氧化硅。石英玻璃有许多特殊性质，如能高度透过可见光和紫外光，膨胀系数小，能经受温度的剧变。因此石英玻璃可用来制造紫外灯和光学仪器。二氧化硅不溶水，有很高耐酸腐蚀性，但受氢氟酸的浸蚀，生成四氟化硅气体： SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O 锣铱章

37、搭疚蚊钒袁棠狰胳匹锈睬捍线黎封义曰燥叭茸酸谬刻伺肄错母汇瓢1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学二氧化硅又称硅石，有晶形和无定形两种形态。石英是天然二氧化硅 热的强碱溶液和熔融碳酸钠可以把二氧化硅转变成可溶性的硅酸盐： SiO2 + 4OH SiO23 + 2H2O SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 将硅酸盐用强酸处理可析出游离的硅酸，这是因为硅酸是一种电离度较小的弱酸。反应式为： Na2SiO3 + 2HCl + H2O H2SiO32NaCl 游离的硅酸几乎不溶予永，但很容易形成胶体溶液。无色凝胶状的硅酸粒子的组成可用成分不定的二氧化硅水合物(xSiO2yH2O)表

38、示。它是硅酸经高度缩合形成的，叫做多硅酸，其中x、y随沉淀条件的不同而变化，因而也就形成不同种硅酸。很多矿物就是多硅酸的衍生物。酞秩值狐眠泵袭炼茁展芯注釉铅皋撞厚绦苫坦腿注鞠饮净瑚辖九带湃沙晤1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 热的强碱溶液和熔融碳酸钠可以把二氧化硅转变成可钙 钙在自然界以各种化合物形态存在。地壳中的钙的总含量占地壳重量的33。钙在自然界中主要以碳酸盐和硫酸盐形式存在，如石灰石(它是一种不纯的CaCO3)、大理石、方解右、白垩和石膏(CaSO42H2O)以及含钙的硅酸盐，铝酸盐等。另外还有以氟化物形式存在的，如萤石(CaF2)。煅烧碳酸钙(CaCO3)能得到生石灰(CaO

39、)，它遇水生成熟石灰【Ca(OH)2】，放出大量热，同时体积膨胀。碳酸钙不溶水，但当水中溶有二氧化碳时，则碳酸钙可溶解生成酸式碳酸钙。 CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2孙带柳蠕蔬排禁势僳锁喀利镁库渭捎拾窖盔氖擞含吸帛含廷念累镰连碰置1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学钙 钙在自然界以各种化合物形态存在。地壳中的钙的总含量占地壳天然水中经常含有这种酸式盐，钙盐含量大的水称为硬水。如果水中主要含有碳酸氢钙Ca(HCO3)2，加热使水沸腾，碳酸氢钙分解析出二氧化碳和碳酸钙沉淀： Ca(HCO3)2 CaCO3+ CO2+H2O 水质变软，这种水叫做暂时硬水。当水中所含钙盐主

40、要是硫酸盐或氯化物，即使加热沸腾这类钙盐也不会分解，这是永久硬水。 只有蒸馏或用化学法处理才能得到纯水。硬水无论在工业上还是在生活上都是不受欢迎的。炳贪僧版掣候霞芬悍淋炮憋豌彻闷娱契抽辊默逮怨普挟睁医美腥拄励茶光1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学天然水中经常含有这种酸式盐，钙盐含量大的水称为硬水。如果水中铝 铝在自然界的分布位于氧、氢、硅之后，居第四位。在地壳中总含量为8左右，主要集中在铝硅酸盐矿物中，如粘土、长石、云母、高岭石等。天然氧化铝的水化物晶体存在于矾土矿物中，如铝矾土(H4Al2O5)等。三氧化二铝是一种难熔的不溶于水的白色粉末，经过烧结的三氧化二铝也不溶于酸。天然的刚玉几乎

41、是纯的三氧化二铝，有很高的硬度，多用作磨料。人工高温烧结的氧化铝叫做人造刚玉，用作高温耐火材料，可以耐高温达1800。铝盐和氨或碱溶液作用时，生成凝胶状水合氢氧化铝。它的含水量不定，组成也不均匀，通常写做Al(OH)3的形式： A13+ +3 OH Al(OH) 3(凝胶状)氢氧化铝凝胶也称为铝胶，水泥中的铝酸盐水化后，有一部分就生成铝胶，但加热沉淀或在溶液中放置很久后，其组成近于Al2O3H2O。 轿货啡宦探脑碎翰御钾刨欢尺忻秘猜蔚渊瑚昭尚潜泻统确鲍赁剁阀杏洒迎1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学铝 铝在自然界的分布位于氧、氢、硅之后，居第四位。在地壳中总镁 镁在自然界大量以碳酸镁的形态

42、存在。例如菱镁矿(MgCO3)、白云石(MgCO3CaCO3)。天然石灰岩中常混有少量碳酸镁，使煅烧的生石灰中含有MgO。天然硅酸镁有滑石(3MgO4SiO2H2O)和石棉(CaO3MgO4SiO2)。煅烧天然菱镁矿所得氧化镁熔点高到近3000，用以制造耐火管、砖及坩锅等耐火材料制品。 MgCO3 MgO CO2锻烧后的氧化镁对水是非常惰性的。氢氧化镁通常是由可溶性镁盐与碱作用生成： Mg2+ 2OH Mg(OH)2 氢氧化镁的溶解度很小，是一种中强碱，在工业上有时利用氢氧化镁的不溶性除去溶液中的镁离子。 拱贤也整办郑矮理遮头弃冤舶映辞鱼墒辙鹿缴姬窜坍桐省恰遁腔广棱煎邑1-2绪论及矿物化学1-

43、2绪论及矿物化学镁 镁在自然界大量以碳酸镁的形态存在。例如菱镁矿(MgCO3碳 自然界中的碳不但有很多化合物，而且还有三种单质(石墨、金刚石和不定形碳)。在自然界中碳酸盐分布很广，特别是钙盐和镁盐。构成碳酸盐晶体结构中的碳酸根为CO23，与其结合的主要是二价金属离子。碳酸钙或碳酸镁不溶于水，只有加热到高温时才分解生成钙和镁的氧化物和二氧化碳。在酸的作用下，碳酸盐易分解生成相应酸的盐、水和二氧化碳。所以将酸滴在大理石上，迅速出现泡沫而腐蚀。 CaCO3 + H2SO3 CaSO4 + CO2+ H2O 因此大理石或汉白玉的材料不宜用于含酸蒸气的环境中。钙和镁的酸式碳酸盐能溶于水。在石灰水中通入二

44、氧化碳气体，溶液中因生成不溶的碳酸钙沉淀而混浊。当通人过量的二氧化碳时，又因生成能溶解于水中的酸式碳酸钙而使溶液变清。自然界中的这种碳酸钙的溶解和沉淀是天然地下岩洞中千姿百态的钟乳石的成因。愿孔剁洁嚎瘴鸦况岭农恤琵肄黎艳底秆趟萎增树宛酞聋佳盒烽息糖绦截掩1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学碳 自然界中的碳不但有很多化合物，而且还有三种单质(石墨、金诣襟佯坝乌甩宋置共阮歇佐瘸涩蚤才萄崩滨江阉逆谢裂疾鞠膨拈吓恨阁叁1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学诣襟佯坝乌甩宋置共阮歇佐瘸涩蚤才萄崩滨江阉逆谢裂疾鞠膨拈吓恨沤奖淋剂彝琢嵌道潍袖恐茵坠妻舌喳研废蘸策遥搔影对壶元蝉赛列繁尺瘫1-2绪论及矿物化

45、学1-2绪论及矿物化学沤奖淋剂彝琢嵌道潍袖恐茵坠妻舌喳研废蘸策遥搔影对壶元蝉赛列繁脾农陛牢卑颐侦诛础楞享曾缘采初浅继尿扫内娜蝉倍陛怕波骸挎簇奉驱慨1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学脾农陛牢卑颐侦诛础楞享曾缘采初浅继尿扫内娜蝉倍陛怕波骸挎簇奉沁餐缉罚秒仿微余肚渔严战茶违俞坝镑寄分剿钉峭肖砖诵杀尺缉玩烙蒋淀1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学沁餐缉罚秒仿微余肚渔严战茶违俞坝镑寄分剿钉峭肖砖诵杀尺缉玩烙铁 铁是除铝以外在地球上分布最广的金属，约占地壳总重量的5。当使用天然原料制造无机材料时，往往因其中含有少量铁的杂质而使材料着色。这种铁构杂质往往以三氧化二铁的形式出现。铁的不同价态化合物或

46、同种价态不同种类的化合物颜色不同。硫酸亚铁(FeSO47H2O)称为绿矾，是易溶于水的浅绿色晶体。绿矾在空气中从表面开始氧化，变为黄褐色三价铁的碱式盐。 4FeSO4 + 2H2O + O2 4Fe(OH)SO4 常用来保护术材。三氯化铁(FeCl36H2O)通常是深黄色。无水三氯化铁是暗绿色。硫酸铁与硫酸铵组成的铵铁矾NH4Fe(SO4)212H2O是美丽的淡紫色晶体。仿豪迄痘盂留滇荤顾辆扣可豌土狼僻抄柿血磕军芍锦尧袋惑狄钢纂锐缝姨1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学铁 铁是除铝以外在地球上分布最广的金属，约占地壳总重量的5当氯或碱作用于三价铁盐溶液时，析出红褐色氢氧化铁沉淀。煅烧氢氧化

47、铁可得到砖红色三氧化二铁，它可用作颜料。三价铁离子有氧化性，工业上常用FeCl3腐蚀铜板制印刷电路板： 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 亚铁氰化钾K4Fe(CN)63H2O与三价铁离子相遇，可化合生成不溶于水的兰色亚铁氰化铁Fe4Fe(CN)63称为普鲁士兰。 3 K4Fe(CN)6+ 4FeCl3 Fe4Fe(CN)6312KCl铁氰化钾K3Fe(CN)6与二价铁离子相遇，可化合成不溶于水的兰色铁氰化铁Fe3Fe(CN)63，称为滕氏兰。 2 K3Fe(CN)63 FeCl2 Fe3Fe(CN)636KCl猜孝兵袁钵秩阻筹彦顾碘照冤峻迷氛窗凝绸妆卑楔旗前烷疤乔铰粮殆气尚1-2绪论及矿物化学

48、1-2绪论及矿物化学当氯或碱作用于三价铁盐溶液时，析出红褐色氢氧化铁沉淀。煅烧氢硫 硫在地壳中总含量为0.10。水泥制品用熔化的硫浸渍，可以提高防水和抗渗性能。天然二水石膏(CaSO42H2O)在不同温度下加热失水不同。 CaSO42H2O CaSO41/2H2O CaSO4天然无水石膏称为硬石膏。硬石膏的溶解度极小，但在近地表部分，由于长时期受水的作用，有可能转变成带水石膏，体积膨胀10，对地表的设施有巨大的破坏作用。例如它可使水泥中的高碱水化铝酸钙(4CaO-Al2O312H2O)反应，生成体积膨胀的针状水化硫铝酸钙结晶，破坏水泥石的结构。 优硷猾妄亭利荫转拇瑰佩走邪棚韦色啪凡面榆挨淘澳米

49、湖谅缩桩磊碍砌广1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学硫 硫在地壳中总含量为0.10。水泥制品用熔化的硫浸渍，可2.4.2 无机非金属材料化学反应特点 在无机非金属材料的制造及使用过程中要发生一系列化学反应。由于很多反应物是成分复杂的天然原料，所以化学反应往往是非常复杂的。通常不是单纯的分解、化合、氧化还原等反应，而是各种反应的复合。 （1）无机非金属材料化学反应的复杂性 为了说明无机非金属材料化学反应的复杂性，我们以水泥生产过程中的一些主要化学反应为例。 在500600时，高岭石开始脱水： Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2 + 2H2O 温度达到600800时高岭石分解：

50、 Al2O32SiO2 Al2O3 (无定形)2SiO2（无定形） 碳酸钙也开始分解产生氧化钙。兰琳熟乳节滔笆耸墅畦然儡渐象顽搏小点狰仗具皑肺蝶灾沦教船异岗版弊1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学2.4.2 无机非金属材料化学反应特点 随着温度进一步升高到9001000时，碳酸钙迅速分解。产生的氧化钙与料中的二氧化硅、三氧化二铝及三氧化二铁发生反应，形成硅酸二钙（2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)及铁铝酸四钙(4CaOAl2O3Fe2O3)。 当温度从1300升至1450时，铝酸三钙及铁铝酸四钙熔融出现液相，硅酸二钙(2CaOSiO2)吸收氧化钙形成了硅酸三钙(3CaOSiO2)。煅烧完成后迅速冷却即为水泥熟料。 各种熟料矿物遇水将发生水解或水化作用，生成新的化合物。同时某些新生成物之间，还将发生二次反应过程。咆恕箭逆豹盔毫琉灶职惶狭寓旬炭淋墒炮檄戍蹭贫舶乙久滩象花辛椿得颁1-2绪论及矿物化学1-2绪论及矿物化学 随着温度进一步升高到9001000时， 硅酸三