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1、1,第五章 非金属矿物原料加工与应用实践,5.1非金属矿物原料资源的开发利用现状5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用5.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用5.5 非金属矿物原料在耐火材料加工中的应用5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用5.7非金属矿物原料在环保材料加工中的应用,2,5.1非金属矿物原料资源的开发利用现状,在当今社会不仅在各个工业和经济部门，而且在许多高新技术领域都离不开非金属矿物材料。（1）结合本国资源特点，充分发挥资源优势。（2）紧密结合产业和技术革命，方向明确。一种新产业或新技术的出现往往带动一大批矿物新材料的开拓。非
2、金属矿物资源具有种类多、用途广、利用形式多样化的特点。然而对某一种非金属矿物资源而言，根据其主要特性又有主要用途、次要用途、最佳用途之分。各国在开发非金属矿物材料中，均注意抓住它的主要特性进行系列产品开发。例如膨润土，除了钻井泥浆、球团及铸造三大作用外，依据它具有优良粘结剂、悬浮性和吸附性、开发为高效吸水剂、动物饲料、化工、石油、油脂的精制剂、涂料、触变剂、土木工程灌浆、不透水水泥、抗渗漏混合剂、蓄水水泥、绝缘陶瓷等。,3,5.1非金属矿物原料资源的开发利用现状,（3）重视资源综合利用 原苏联用石棉废料制成硅酸盐制品，用劣质碱性膨润土及玄武岩纤维生产隔热保温材料。美国利用碎玻璃加霞石正长岩、膨
3、润土、瓷土制成机械强度高的防裂瓷砖等。我国自力更生研制了一大批新型矿物材料。如膨胀石墨密封材料、新型耐火隔热保温与节能材料、碳纤维与碳素材料、宇航与通讯用材料、电子与光学材料、特种功能材料与复合材料、精细陶瓷等一大批国家急需材料，填补了国内空白。,4,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,水泥原料主要包括石灰质原料、粘土质原料及校正原料。石灰质原料 常用的石灰质原料有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。我国大部分水泥厂使用石灰岩与泥灰岩。（1）石灰岩：石灰岩是有碳酸钙所组成的化学与生物化学沉积岩。主要矿物是方解石，并含有白云石、硅质（石英或燧石）、含铁矿物和粘土质杂质，是一种具有微晶或潜晶结构的
4、致密岩石，中等硬度、性脆，纯的方解石含有56%CaO和44%CO2，制造硅酸盐水泥用石灰石中氧化钙含量一般应不低于48%，以免配料发生困难。,5,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,（2）泥灰岩：泥灰岩是由碳酸钙和黏土物质同时沉积而形成的均匀混合沉积岩。它是一种由石灰岩向黏土过渡的岩石。当泥灰岩中氧化钙含量高于45 时称为高钙泥灰岩；当其中氧化钙含量低于43.5 时称为低钙泥灰岩。低钙泥灰岩通常与石灰石搭配使用。泥灰岩是一种极好的水泥原料，因它含有的石灰岩和黏土混合均匀，易于煅烧，有利于提高窑的产量，降低燃料消耗。有些地方产的泥灰岩，其成分接近制造水泥的原料，其氧化钙含量在43.5 45
5、 之间，可直接用来烧制水泥熟料，这种泥灰岩称为天然水泥岩，但这种泥灰岩的矿床是不常见的。（3）白垩：白垩是海生生物外壳与贝壳堆积而成的，富含生物遗骸，主要是由隐晶或无定形且疏松的碳酸钙所组成,6,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,的石灰岩，其主要成分是碳酸钙，含量为 80 90，有的碳酸钙含量可达90以上。白垩易于粉磨和煅烧，是立窑水泥厂的优质石灰质原料。中国河南省（如新乡地区）盛产白垩。（4）贝壳和珊瑚类：其主要有贝壳、蛎壳和珊瑚石，含碳酸钙90 左右，表面附有泥砂和盐类等对水泥生产有害的物质，所以使用时需用水冲洗干净。蛎壳来自海底，含15 16的水分，韧性比较大，不容易磨细，需要煅
6、烧后再磨碎。贝壳、蛎壳主要分布于沿海诸省，如河北、山东、浙江、福建、广东等均有产出。钙质珊瑚石主要分布在海南岛、台湾及东沙、西沙、中沙、南沙群岛。目前沿海小水泥厂有的采用这种原料。,7,石灰石、白垩加工技术：石灰石及白垩资源丰富，原矿品位一般能满足各工业部门要求，目前只需要进行简单的洗矿、手选、分级破碎，不需要复杂的选矿提纯。,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,8,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,黏土质原料 天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、泥岩等。其中黄土、黏土应用最多最广。黄土和黏土均由花岗岩、玄武岩等经风化分解后，再经搬运或沉积而成。衡量黄土和黏土的质量主要看化学成分、
7、含砂量、含碱量等。黏土中一般均含碱，风化程度愈大，含碱量愈低。碱含量过高既会给熟料的生产带来困难，又会影响熟料的质量。因此一般要控制熟料中的碱含量小于 1.3，为此黏土质原料中的碱含量要控制在小于 4.0 的范围内。黏土质原料的主要化学成分是SiO2，其次是 Al2O3、Fe2O3和CaO，在水泥生产中，它主要是提供水泥熟料所需要的酸性氧化物（SiO2、Al2O3和Fe2O3）,9,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,中国水泥工业采用的天然黏土质原料有黏土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中使用最多的是黏土和黄土。随着国民经济的发展以及水泥厂向大型化趋势迈进，为保护耕地，不占农田，近
8、年来多采用页岩、粉砂岩等作为黏土质原料。（1）黏土:黏土是多种微细的呈疏松状或密实胶状的含水铝硅酸盐矿物的混合体，它是由富含长石的铝、硅酸盐矿物的岩石经漫长地质年代风化而成的。它包括华北及西北地区的红土、东北地区的黑土与棕壤、南方地区的红壤与黄壤等。纯黏土的组成近似于高岭石（Al2O32SiO22H2O），但水泥生产采用的黏土由于它们的形成和产地的差别，常含有各种不同的矿物，不能用一个固定的化学式来表示。,10,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,黏土广泛分布于我国的华北、西北、东北、南方地区。黏土中常常含有石英砂、方解石、黄铁矿、碳酸镁、碱及有机物质等杂质，因所含杂质不同，颜色不一，多
9、呈红色、黑色与棕色、黄色等。其化学成分差别较大，但主要是含SiO2、Al2O3，以及少量Fe2O3、CaO和MgO、K2O和SO3等。其塑性指数较高。（2）页岩：页岩是黏土受地壳压力胶结而成的黏土岩，一般形成于海相或陆相沉积，或海相与陆相交相沉积。页岩的主要成分是SiO2、Al2O3，还有少量的Fe2O3和K2O等。化学成分类似于黏土，可作为黏土使用，但其硅酸率较低，通常配料时需要掺加硅质校正原料。若采用细粒砂质页岩或砂岩、页岩互相重叠间层的矿床，可以不再另掺加硅质校正原料，,11,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,（3）黄土：黄土是没有层理的黏土与微粒矿物的天然混合物。黄土的化学成分
10、以SiO2、Al2O3为主，其次还有Fe2O3、MgO、CaO以及碱金属氧化物K2O，其中K2O含量高达 3.5 4.5，由于黄土中含有细粒状、斑点状、薄膜状和结核状的碳酸钙，一般CaO含量达5 10。黄土以黄褐色为主，密度为2.62.7g/cm3，含水量随地区降雨量而异。华北、西北地区的黄土水分一般在10 左右。黄土中粗粒砂级（0.005mm）颗粒一般占2025，黏粒级（0.005mm）颗粒一般占2040。黄土塑性指数较低。,12,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,（4）粉砂岩：粉砂岩是由直径为0.010.1mm 的粉砂经长期胶结变硬后的碎屑沉积岩。粉砂岩的主要矿物是石英、长石、黏土
11、等，胶结物质有黏土质、硅质、铁质及碳酸质；颜色呈淡黄色、淡红色、淡棕色、紫红色等；质地取决于胶结程度，一般疏松，但也有较坚硬的。粉砂岩的硅酸率一般大于3.0，铝氧率在 2.43.0 之间，含碱量为24，可作为水泥生产用的硅铝质原料。（5）河泥、湖泥类：河泥、湖泥类是由于江、河、湖、泊的流水速度分布不同，使挟带的泥沙规律地分级沉降所产生的产物。其成分决定于河岸崩塌物和流域内地表流失土的成分。如果在固定的江河地段采掘，则其化学成分稳定，颗粒级配均匀，使用它不仅可不占农田，而且有利于江河的疏通。建造在靠江、湖的湿法水泥厂，可注：硅酸率-反映水泥熟料中硅酸盐矿物（3CaOSiO2+2Ca0SiO2）与
12、熔剂矿物（3CaOAl2O3+4CaOAl2O3）的相对含量！,13,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,利用挖泥船在固定区域内进行采掘，经淘泥机处理后的泥浆即为所需的黏土质原料。（6）千枚岩 由页岩、粉砂岩或中酸性凝灰岩经低级区域变质作用形成的变质岩称为千枚岩。岩石中的细小片状矿物呈定向排列，断面上可见许多大致平行、极薄的片理，片理面呈丝绢光泽。主要矿物成分为绢云母（化学组成与白云母极相似）、绿泥石（主要化学成分为SiO2、Al2O3等）和石英等。岩石常呈浅红色、深红色、灰色及黑色等颜色。根据矿物着色不同可有各种名称，如硬绿泥石千枚岩、黄绿色钙质千枚岩等。千枚岩分布范围广，如我国的辽东
13、地区、秦岭地区、南方地区都存在，江西水泥厂使用的黏土质原料便是千枚岩。,14,5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用,校正原料 当石灰质原料和黏土质原料配合所得生料成分不符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称为校正原料。常用校正原料主要有硅质校正原料、铁质校正原料和铝质校正原料。当氧化硅含量不足时，需掺入硅质校正原料。常用的有砂岩、河砂、粉砂等。一般要求硅质校正原料中的氧化硅含量为7090；大于90 时石英含量过高，对粉磨和煅烧带来很大困难，一般不采用。河砂的石英结晶更为完整粗大，只有在无砂岩矿源时才采用。最好采用风化砂岩或粉砂岩，其氧化硅
14、含量不低，且易于粉磨、煅烧。当氧化铝含量不足时，需掺加铝质校正原料。一般有粉煤灰、煤渣、煤矸石、铝矾土等。,15,5.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用,玻璃工业常用原料分为主要原料及辅助原料。主要原料指引入SiO2、Na2O、Al2O3、CaO、MgO等五种成分的原料，辅助原料主要指为使玻璃获得某种必要的性质或为加速玻璃熔制过程而引入的原料。石英类原料 自然界中的SiO2结晶矿物统称为石英。常用的石英类原料为石英砂，石英砂又称硅砂，是石英岩、长石等受水、碳酸酐以及温度变化等作用，逐渐分解风化由水流冲击沉积而成。质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂因含有铁的氧化物和有机质，故多呈淡黄色、浅灰色或红褐
15、色。优质硅砂是理想的玻璃工业原料。硅砂的质量主要由其化学组成、颗粒组成和矿物组成来评定。硅砂的成分主要是SiO2，并含有少量的Al2O3、Fe2O3和K2O等杂质，而Fe2O3、Cr2O3和TiO2等是极其有害的成分，它们均能使玻璃着色而影响其透明度。,16,5.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用,硅砂的颗粒组成对原料制备、玻璃熔制、窑炉蓄热室的堵塞均有重要影响，是评价硅砂质量的重要指标。在同种硅砂中，颗粒大小不同，其铁铝含量不同，粒度越小，铁铝含量越高。因此，熔制玻璃用硅砂的颗粒直径应在0.150.8mm 之间，其中0.250.5mm的颗粒应不少于90，0.1mm以下的不超过5。硅砂中伴生矿
16、物的种类和含量与确定矿源和选择原料的精选方式有直接关系。有些伴生矿物如长石、高岭石、白云石等对玻璃无害；有些如赤铁矿、钛铁矿等能使玻璃强烈地着色；有些重矿物如铬铁矿等，由于熔点高，化学组成稳定，使玻璃难以熔化而形成黑点和疙瘩，必须加以注意。,17,5.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用,长石类原料 长石是一种常见的造岩矿物，约占地壳总质量的50%，是架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。根据其结构特点，可将长石类矿物分为如下四种基本类型，见表5.2所示。长石类矿物是玻璃和陶瓷工业的主要原料之一。由于在提供Al2O3的同时，也引入Na2O、K2O等成分，减少了纯碱用量，因此在一般玻璃的生产中得到
17、广泛的应用。长石类矿物在自然界中多数是以各类岩石的集合体产出，共生矿物多，成分波动大。因此，不同工业对所用长石的品质要求不尽相同。,18,5.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用,5.3.3 引入氧化镁的主要原料 白云石和菱镁矿是玻璃生产中引入MgO的主要原料。用MgO代替部分CaO，可改善玻璃成型性能，提高玻璃的化学稳定性和机械强度。由于菱镁矿含Fe2O3较高，一般首选白云石作为引入MgO 的原料，只有当所引入的MgO仍不足时才考虑菱镁矿。对白云石的品质要求为：MgO含量 20；CaO含量 32；Fe2O3含量 0.15。,19,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,当今世界，陶瓷已经发
18、展成为一个体系庞大的家族，其分支目前国际上还没有公认的划分方法，国标GB 919588中定义建筑陶瓷为：用于建筑物饰面或作为建筑构件的陶瓷制品。我国建筑陶瓷产量大，花色品种多，与此同时，产品品种年年增加，质量不断提高。建筑陶瓷用原料的分类（1）可塑性原料：包括软质粘土(如木节土、漳州土、苏州土、界牌土等)、硬质粘土(如叶蜡石、紫矽土、红页岩等)。（2）瘠性原料：包括石英、熟料、废砖粉、长石、硅灰石、透解石等。,20,（3）熔剂原料：包括长石、硅灰石、远辉石、石灰石、滑石、霞石、珍珠岩、伟晶花岗岩、霞石正长岩等。熔剂原料包括以下两类：熔剂：能在较低温度下自身转变成液相，去溶解其他物质的原料；助熔
19、剂：能在较低温度下与其他物料形成低共熔物，使坯料出现液相的温度降低。（4）非熔剂原料：包括高岭土、石英等。在建筑陶瓷生产中，常常要用到辅助原料，包括电解质、乳浊剂、色料及水等。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,21,5.4.2 建筑陶瓷生产对原料的一些特殊要求（1）要有尽可能小的干燥收缩和烧成收缩，以便保证产品尺寸准确、平整和不变形。（2）加热过程中热变化要小，即差热曲线要尽量平缓。理由是：热变化小的原料在烧成过程中不会产生巨大的应力，不易导致开裂。（3）烧成前和烧成后的热膨胀系数要小，最好与温度变化的关系是直线关系，以利于快速升温和冷却。理由是：热膨胀系数小，意味着整个烧成过程中
20、，体积变化量小，不致引起开裂。（4）烧矢量尽可能地小。理由是；烧失量小，表明原料所含的结构水少，有机物少，或者是易分解的盐类物质少，烧成过程中氧化分解反应不激烈，可以快烧。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,22,（5）导热性要好，烧成时物理化学反应应迅速进行。理由是：导热性好，可以使坯体迅速被加热,内外温差小，加热均匀性好。尤其是体积变化小，则可以保证由此原料制成的坯体在烧成时可以快速升温或降温。（6）烧成后获得的液相要尽可能是吸湿膨胀小的玻璃相。理由是：吸湿膨胀大的液相存在于坯体中会导致制品后期龟裂，一般K、Na玻璃相吸湿膨胀大，Ca、Mg玻璃相吸湿膨胀小。（7）可以利用结晶程度
21、差及风化不完全的原料，以便降低烧成温度。理由是：因为这类原料缺陷较多，晶格不完整，在烧成过程中，实现相变所需要的能量较小，可以在较低温度下进行。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,23,建筑陶瓷工业常用原料（1）叶蜡石 叶蜡石又名图章石、寿山石、青田石、鸡血石、黄田石、冻石等。叶蜡石的化学通式为：Al2O34SiO2H2O。块状叶蜡石无可塑性，经粉碎成纫粉后，表现出弱可塑性。自然界完整的晶体少见，常呈片状、放射状、块状集合体。叶蜡石的常见颜色为白色、淡黄色、淡青色、腊绿色等。由于叶蜡石层问是由范德华力联结的，因而结合力弱，解理完全。叶蜡石硬度为1-2，熔点平均为1700，可用作耐火材
22、料(制作半硅砖)。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,24,（2）硅灰石：硅灰石是新开发的工业矿物，应用历史较短，最早开始开发与应用硅灰石的是美国。硅灰石是一种含钙的偏硅酸盐矿物，透辉石伴生矿物有硅灰石、石榴子石、符山石、方解石、透闪石等。透辉石的产地主要有湖北宜昌、河北唐山、山东幅山、四川乐山等地。（3）透闪石：透闪石是继硅灰石、透辉石之后被人们开发出的新型陶瓷原料。透闪石的化学通式为：；透闪石的产地主要有湖北、吉林、陕西、江西等省。（4）珍珠岩：珍珠岩是一种酸性火山岩浆喷出冷凝的玻璃质熔岩。其化学组成如表5.3所示。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,25,5.4非金属
23、矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,表5.3 珍珠岩的化学组成(，wt),珍珠岩的收缩温度：1025，软化温度：1175；熔融温度；1500。珍珠岩具有烧成温度低、烧成范围宽的特点，可替代长石作熔剂使用。,（5）霞石 霞石的分子式是(Na，K)Al SiO4。化学组成为：Al2O3：23%，SiO2：4072，（K）Na O在1420(大于长石类)，其余为Fe2O3、CaO、P2O5。、TiO2、MgO、MnO2等。,26,霞石的化学性质与钾、钠长石相似，因其K、Na含量大于19，Ca、Mg含量大于5(1份霞石含的助熔剂相当于1.2份钾长石，1.7份钠长石)，故能显著降低烧成温度，缩短烧成周期。同
24、时，霞石中不含游离石英，且高温下能熔解石英，使熔体粘度上升，产品不变形，热稳定性能好。又因其中所含氧化铝量高于正长石，成瓷机械强度有所提高。霞石的主要作用为：作为助熔剂原料，长石的代用品。常用于制作玻化砖，烧成温度约1180。（6）霞石正长岩 霞石正长岩属贫硅富含钾钠的碱性结晶质岩石。典型的霞石正长岩矿物组成为：霞石22，钠长石54，微斜长石20，Mg、Fe质矿物(黑云母、磁铁矿等)4。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,27,霞石正长岩的作用代替坯料中部分或全部长石，起熔剂作用，显著降低烧成温度，扩大烧结范围，降低烧成收缩。釉中引入霞石正长岩，在高温下形成的熔体比长石形成的熔体的热
25、膨胀系数低，可降低釉熔体的热膨胀系数，提高坯釉的适应性。用量范围较宽，在釉中可引入1015。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,28,（7）绢英岩 绢英岩是一种新型的陶瓷原料，具有开采价值的矿藏分布于吉林哈福、陕西洛南。属于典型的花岗岩变斑岩型，按其化学成分和矿物组成，属于高硅富钾的钙性碱岩石系列，近矿围岩为花岗岩，可露天开采，因绢英岩具有层理构造，颗粒间结合力不大，可省去破碎、淘洗等工序，开采成本较低，节能。在坯料中用量小于60，在釉料中可取代部分石英。因为其可塑性及Al2O3含量偏低，坯料中需要加入高可塑性粘土，并要适当提高烧成温度，延长高火保温时间，使坯体完全烧结。（8）辉绿岩
26、 辉绿岩为基性岩，主要由基性长石和辉石组成，次要矿物有橄榄石、角闪石、黑云母、少量石英。常见结构为辉绿石结构和斑状结构，以块状结构为主，暗色，一般为黑、绿、灰绿、暗紫色，在我国分布普遍。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,29,（9）玄武岩 玄武岩是一种火山喷出岩，由火山岩浆在高温、高压下从地壳喷出，溢流、凝固而成。广泛分布于世界各地。主要化学成分为：SiO2、Al2O3，部分K、Na、Ca、Mg、Fe等元素。矿物组成主要是含铁铝硅酸盐(如橄榄石、长石、辉石类)以及部分玻璃相。目前国内外主要用作建筑石材及铸石的主要原料。其化学成分与釉料相近。据国外报道，1969年利用玄武岩(6377
27、)添加部分粘土、碎玻璃制备釉料。1971年采用7292玄武岩制成瓷器釉料。1975年用玄武岩4050制备成一种仿木质结构的不光滑的釉涂层，用8090玄武岩制得一种暗黑色的釉涂层。1986年用玄武岩制备了低温无铅有色釉料。1991年较系统地研究了玄武岩的性能及其制备釉料的组成、烧成温度等。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,30,（10）钙质原料：陶瓷工业使用的钙质原料主要有较纯的石灰石、方解石和硅灰石等，主要目的是增加坯体及釉料中熔剂矿物的含量，降低产品的烧成温度。硅灰石还可作为日用瓷、低损耗无线电陶瓷、火花塞及磨具、釉料等的主要原料。由于其本身不含挥发分，反应过程也没有气体放出，干
28、燥收缩、烧成收缩以及热膨胀系数小，有利于陶瓷快速烧成。,5.4非金属矿物原料在建筑陶瓷加工中的应用,31,5.5 非金属矿物原料在耐火材料加工中的应用,耐火材料是指耐火度不低于1580 的无机非金属材料。大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁矿、白云石等）为原料制造的。采用某些工业原料和人工合成原料（如工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石等）也日益增多，因此，耐火材料的种类很多。按矿物组成可分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊耐火材料。按制造方法可分为天然矿石和人造制品。按成型方式可分为块状制品和不定形耐火材料。按热处理方式
29、可分为不烧制品、烧成制品和熔铸制品。按耐火度可分为普通、高级及特级耐火制品。按化学性质可分为酸性、中性及碱性耐火材料。按其密度可分为轻质及重质耐火材料。按其制品的形状和尺寸可分为标准砖、异形砖、特异形砖、管和耐火器皿等。还可按其应用分为高炉用、水泥窑用、玻璃窑用、陶瓷窑用耐火材料等。,32,我国耐火材料矿物资源状况 我国耐火资源品种齐全,但各种耐火资源储量不均衡。铝矾土矿、铬铁矿、锆英石矿不足,菱镁矿、石墨、高岭土矿、膨润土矿等富足,耐火资源无明显优势。铝矾土矿和菱镁矿是耐火材料工业的主体原料。全球开采出来的约85%的铝矾土矿用来生产氧化铝的，然后继续将氧化铝主要生产为金属铝，少量作为耐火材料
30、、陶瓷和磨料的原料。铝矾土又分为氧化铝用铝矾土、磨料用铝矾土、水泥用铝矾土以及耐火材料用铝矾土等。铝矾土首先作为金属矿使用，各地在铝矾土资源配置上，是以金属铝工业为主，以获得较大的产值和利润，一些重要铝矾土矿山已被金属铝企业占有。作为非金属矿使用所占比例较小。,5.5 非金属矿物原料在耐火材料加工中的应用,33,菱镁矿用于耐火材料、冶金辅助材料、建材胶粘材料、隔音材料、化工原料、肥料、饲料、净化材料、提炼金属镁和镁合金等。石墨用于钢铁和铸造、坩埚、耐火材料、导电材料和润滑剂等。其中,耐火材料消耗所占份额约10%。硅石用于玻璃、耐火材料和陶瓷等。高岭石用于造纸、催化剂、搪瓷、陶瓷和耐火材料等。,
31、5.5 非金属矿物原料在耐火材料加工中的应用,34,高铝质原料 高铝质原料主要用于制造高铝陶瓷、高铝质耐火材料和高铝水泥。常用的高铝质原料主要有高铝矾土及硅线石族矿物。（1）高铝矾土 高铝矾土按其成因可分为沉积和风化两种类型。沉积型矾土主要由斜方晶系的一水硬铝石-Al2O3H2O（又称水铝石）、一水软铝石-Al2O3H2O(也称波美石或水铝矿）等一水型矿物组成。风化型矾土主要矿物为三水铝石（又称三水铝矿）Al2O33H2O 等。高铝矾土常含有Fe2O3、SiO2、TiO2及碳酸盐等杂质。耐火材料工业对高铝矾土进行等级划分的情况参见表5.4。,5.5 非金属矿物原料在耐火材料加工中的应用,35,
32、（2）硅线石族 硅线石族矿物是由氧化铝质水成岩受变质作用而形成，包括硅线石、蓝晶石和红柱石三种同质异形体。硅线石、蓝晶石大多产于区域变质岩，红柱石则产于接触变质岩内。矿床中含量一般为10 40，因此，需要选矿后才能使用。三种矿物的化学式均为Al2O3SiO2，理论化学组成Al2O3 含量为62.93SiO2含量为37.07，但晶体结构、阳离子配位和物理性质还是有一定的差别。,5.5 非金属矿物原料在耐火材料加工中的应用,36,镁质原料 镁质原料是生产镁质耐火材料、镁质胶凝材料的主要原料，也是陶瓷和玻璃工业常用的熔剂原料之一。在耐火材料工业，高温煅烧菱镁石、白云石可获MgO（也称方镁石）或CaO
33、和MgO，由于其晶格能和熔点都很高，可用于生产普通镁砖、直接结合镁砖等以MgO为主要晶相的镁质耐火制品，或以CaO和MgO为主要成分的白云石耐火材料。,5.5 非金属矿物原料在耐火材料加工中的应用,37,建筑业的发展带动了建筑装饰材料的发展,非金属矿物材料在建筑装饰材料中起到了量、质、功能等多方面的作用。建筑装饰材料应用非金属矿物材料的现状（1）应用非金属矿物材料的种类 直接用非金属矿物材料：重、轻质碳酸钙、滑石粉、石英粉、重晶石、石棉、硅灰石粉、凹凸棒土、膨润土、云母、陶土、白云石、硅砂等。加工后用非金属矿物材料：氧化物类颜料、钛白粉、涂覆超细碳酸钙、珍珠岩、蛙石等。（2）非金属矿物材料在建
34、筑装饰材料中的作用,5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用,38,建筑装饰材料包括：建筑塑料；建筑涂料；防水材料；建筑胶粘剂等四大类材料，非金属矿物材料在其中的主要作用有：增量作用。补强作用。阻燃作用。屏蔽作用。保温隔热作用。改善施工性。,5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用,39,（3）非金属矿物材料在建筑装饰材料中的应用塑料门窗型材：型材中的钛白粉主要作用是增白和抗老化，碳酸钙是填充料，起到补强和降低成本作用。塑料管材上水管、下水管、电线穿管、煤气管,轻质碳酸钙在各类树脂中都用，只是加量多少不同，白色的管道加钛白粉，本色或灰色管道不加钛白粉。塑料地板：填充料选用轻质碳酸钙
35、、钛白粉、石英粉、滑石粉等。建筑涂料：建筑涂料在我国的需求量很大，采用不同的非金属矿物材料，可制成多品种、多功能性涂料，用于不同场合，为人类服务。涂料都以聚合物乳液为基料，加入颜料、特种填料、保护胶体、增塑剂、润湿剂、消泡剂、水以及防冻剂、防霉剂等，经过研磨或分散后而制成。,5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用,40,内墙乳胶漆用于室内装饰的乳胶漆色彩是白色或浅色的，要求调和、细腻、丰满。涂膜致密、平滑，具有一定的耐水性、耐擦洗性、耐粉化性和良好的透气性。内墙乳胶漆用的填料有碳酸钙、滑石粉、瓷土、凹凸棒土等，加碳酸钙对涂膜的流平性和稳定性有一定的影响，用得较少。滑石粉可使涂料的涂刷性
36、、流平性、洗刷性有所提高，对颜料的沉淀有防止作用。经处理的瓷土和凹凸棒土增加涂料的粘性，防止颜料沉淀和提高触变性。外墙涂料其功能是对建筑物的装饰和保护，起到防止渗漏水作用和延长使用寿命。乳液型外墙涂料选用的填充料有钛白粉、重质碳酸钙、滑石粉、云母粉以及彩色砂粒等。防火涂料有膨胀型和非膨胀型两种，涂料功能是隔离火源或空气;降低环境及可燃物表面的温度；降低周围空气中氧气的浓度。,5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用,41,防火涂料采用难燃树脂、阻燃剂、成碳物质、脱水催化剂和膨胀发泡剂。选用的填料有:云母粉、滑石粉、石棉粉、瓷土、碳酸钙、钛白粉、氢氧化铝、硼酸锌、偏硼酸钡、氧化锑等。防腐涂
37、料，建筑物和构成建筑物部件(如混凝土、钢材等)都有遭腐蚀而提早破坏的可能，防腐涂料就是起到保护作用。防腐涂料采用抗腐蚀性较强的树脂(如环氧树脂等)和石墨粉、硫酸钡、瓷土、云母粉、辉绿岩粉等抗腐性能较好的填充料经加工而成。保温隔热涂料对建筑物起到反射热量，防止热损失和保温隔热功能。针对功能要求，选用的填充料有云母粉、珍珠岩、蛙石等。防结露涂料，这种涂料用于地下建筑，隧道，高水气场合，目的是不让露珠滴落。涂料的涂层相对较厚，能在露点附近吸收更多的水分，填料要求轻质和多孔性，如珍珠岩、蛙石、轻质碳酸钙等。,5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用,42,防水材料 防水材料包括防水卷材、防水涂料
38、、嵌缝材料等，建筑工程、市政工程、地下工程等大量使用。防水卷材以EPDM(三元乙丙)、CPE(氯化聚乙烯)、PVC、橡胶等为主要原料，加入加工助剂、填充料，经压延加工而成。防水卷材因直接暴露于大气中，要求有足够的机械物理强度、延伸性、耐老化性，对水和水气有很强的抵抗能力，不易被菌类所侵蚀。由于加工条件限制，填充料都用轻、重质碳酸钙、滑石粉等。防水涂料以溶剂型为主，一般都用沥青和聚合物的混合物，目的在于增加厚度和降低成本。填充料选用低价格材料，如重质碳酸钙、滑石粉等，对特殊要求的可加云母粉、重晶石粉。,5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用,43,嵌缝材料用于混凝土拼缝、构件接缝、窗户嵌
39、缝、地下建筑嵌缝、幕墙玻璃嵌缝等，目的防止渗漏水，保证建筑物完整和良好的使用。嵌缝材料以沥青、聚氨酸、硅酮、丙烯酸树脂为主要材料，加人助剂、防老剂、填充料后，经混合、研磨、罐装而成。嵌缝材料要求有良好的柔性、弹性、粘性、润滑性，颜色有黑、灰、白三种膏状体，视不同用途而定。选用的填料有钛白粉、碳黑、滑石粉、碳酸钙、瓷土等。建筑胶粘剂 建筑胶粘剂用于木材之间、混凝土与面砖之间、砂浆增强改性等方面。原料以醋酸乙烯、聚乙烯醇、丙烯酸、聚氨醋为主，加入助剂、防老剂、填充料后，经混合、研磨、罐装而成。建筑胶粘剂是白色或本色，粘稠状液体，要求有良好的涂刮性和触变性，选用的填料有钛白粉、滑石粉、碳酸钙、瓷土等
40、。,5.6非金属矿物原料在建筑装饰材料加工中的应用,44,5.7非金属矿物原料在环保材料加工中的应用,在节能降耗方面的作用 许多非金属矿物材料具有疏松多孔、容重小、吸湿性差、导热率低等共性，可广泛用作保温材料，以达绝热、降能和降低生产成本的目的。根据加工特点，可把用作保温材料的非金属矿物分为天然非金属矿物保温材料、改型非金属矿物保温材料及保温用矿岩制品三类。天然非金属矿物保温材料主要有纤维蛇纹石石棉、海泡石、硅藻土、浮石等。生产改型非金属矿物保温材料所使用的矿物原料主要有蛭石、金云母间层矿物、珍珠岩、石膏、页岩等。保温用矿岩制品泛指非金属矿物经一定配比加工后所得制品,如岩棉、矿棉、硅酸铝纤维、
41、陶瓷纤维、玻璃纤维、微孔硅酸钙、泡沫陶瓷、陶粒及工业副产品空心微珠(漂珠)等。,45,非金属矿物用作助熔材料，也是节能降耗的一个重要领域。例如在炼钢工业中广泛使用萤石、白云石等作助熔剂,以达到降低熔融温度和节约能耗的目的。陶瓷工业中常使用长石、硅灰石、透辉石等作坯体和面釉的助熔剂,以降低烧成温度,缩短烧成周期。如在烧制釉面砖的坯料中加入40%50%的硅灰石,坯体素烧温度为1020 1080,比普通釉面砖缩短2340小时;许多非金属矿物特别是粘土矿物颗粒很细，比表面积很大,吸附性很强,在工业上可用作催化剂和催化剂载体。如蒙脱石、蛭石、坡缕石、海泡石、沸石,以及它们的改性、改型产物和非金属矿物原料
42、经一定配比合成的人工沸石分子筛等。,5.7非金属矿物原料在环保材料加工中的应用,46,在三废处理中的应用,很多非金属矿物具有优异的吸附、过滤、脱色、漂白性能，加之其储量丰富、加工工艺简单、价格低廉，作为吸附过滤材料用于处理“三废”具有重要意义。表5.5用于污染物治理的非金属矿物。（1）在水处理方面的应用 冶炼、五金、机械、涂料、电镀等工业废水中，有的含大量重金属离子，当前一般采用化学沉淀法和离子交换树脂法进行处理。前者存在大量药品污泥沉淀问题，后者则有树脂昂贵且易中毒而失效等缺点。近年人们注意到利用天然矿物或岩石的吸附交换性能处理废水，成本低且效果好。所涉及的矿物岩石有沸石、膨润土、海泡石、凹
43、凸棒石、蛭石、硅藻土、麦饭石等。处理的离子有Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+、Hg2+、Cr3+等。蒙脱石、蛭石、硅藻土、坡缕石、海泡石和膨胀蛭石可用于生活污水和富营养水体的过滤、吸附和净化。,47,（2）在废气处理方面的应用 工业排放的有害气体SO2、NOX、CO等大都能溶于水，可利用碱性非金属矿物材料与对应的酸酐进行中和、吸收以达到清除废气的目的。石灰石、生石灰、MgO、水镁石等均可作为处理剂。利用非金属矿物材料的吸附性、多孔性和阳离子交换性等可有效吸附有害气体，如沸石、凹凸棒石、海泡石、蛭石、蒙脱石、多孔SiO2、活性MgO、活性Al2O3、白云石、硅藻土等。,在三废处理
44、中的应用,48,（3）在固体废物处理方面的应用 固体污染物主要包括各类炉渣、煤矸石、粉煤灰、赤泥、尾矿及生活垃圾等。其中绝大部分是非金属矿物、砖瓦、水泥、轻骨料、砌筑砂浆。含碳量低的煤矸石可用于生产陶瓷、耐火材料等。近期研究表明，以煤矸石、高岭石、膨润土为主要原料，可合成沸石，用以代替传统洗涤剂中的三聚磷酸钠以减少环境污染，成为洗涤剂发展的趋势。又如石棉尾矿可用于提取轻质氧化镁、多孔二氧化硅及制作镁质农肥等。杨赞中等曾对石棉尾矿进行提纯、煅烧以除去其中的纤维物质，按尾矿57%、长石7%、石英20%、结合土6%的比例制坯，于12501260温度下烧成。实验成品质量可与滑石瓷媲美。有些“废物”还可
45、直接用于治理其它污染物。如铬渣中的剧毒六价铬可用煤矸石进行还原处理。,在三废处理中的应用,49,在资源利用及生态过程中的环保作用,随着人类对生态环境的关注，材料界提出了生态材料的概念。它是指借用系统论原理将材料的设计、生产、使用、废弃再生的全过程看作一个循环系统，从设计、制备、使用到再生的寿命周期全程中符合生态平衡和可持续发展要求的一类材料或制品。其内涵：(a)最大限度地利用各类资源，尽量减少原材料的利用量和使用种类，特别是稀有昂贵和有毒、有害的原材料；(b)最大限度地节约能源，在产品寿命周期的各个环节消耗的能源最低；(c)产品使用方便,具有高性能、多功能；(d)优良的环境协调性，即产品从生产
46、、使用到废弃、再生利用的各个环节都对环境无害或危害极小；(e)符合生态平衡和可持续发展的要求。利用生态材料理论,可以使加工生产出的非金属矿物材料具有生态功能。,50,（1）加工时能耗低，使用中对环境不产生污染 非金属矿种类繁多，相同性能的原料种类很多，因此，生产中在保证性能的基础上，可有意识地选择原料，以达到节约能源的目的。如膨胀珍珠岩、沸石、火山岩等，具有高活性，加工时所需能耗低,部分可用作水泥的填加料。发展生态建材，使建筑材料制品具有抗菌、除臭、防霉、减少热损失、保温、隔热、屏蔽或吸收电磁辐射、调温、调湿功能已成为21世纪建材发展的重要方面。蒙脱石、蛭石、沸石等矿物的结构中存在水分子，以它
47、们为主要原料制备的土壤改良材料具有保水调温功能，在雨季能将水分固定在结构中，在旱季能将结构中的水分释放出来。膨胀蛭石具有质轻、保温等性能，可用于制备室内装饰材料。这种材料使用过程中不会散发任何有害气体，且具有防火功能。另外，膨胀蛭石还具有较强的吸附功能，能将细菌吸附在其表面，同时它还具有吸音功能，因此使用膨胀蛭石制备的室内装饰材料具有隔音、降噪功能。,在资源利用及生态过程中的环保作用,51,（2）再循环使用 矿物的性能受其结构决定，因此利用非金属矿物制备的矿物材料如果在使用过程中其结构没有受到破坏，就可以再生利用。比如利用蒙脱石等制备除味材料，当其吸附能力达到饱和时就不能再起作用，这时只须加温或阳光照射，使吸附的有机分子释放出来，就可恢复除味功能。资源的非再生利用，不仅造成资源巨大浪费，也给环境造成极大污染和破坏。为了保护人类的生存环境，必须加大非金属矿物材料研究的力度。这可以从以下几方面着手：第一，研究利用非金属矿物材料处理“三废”。第二，研究利用非金属矿物材料代替相应的材料，使其具有生态功能以再循环使用。第三，研究利用废渣、尾矿等固体废物生产矿物材料，以达综合利用、变废为宝、治理环境的目的。,在资源利用及生态过程中的环保作用,52,THANK YOU!,
