矿物材料范文（精选12篇）

矿物材料 第1篇

矿物聚合材料即Geopolymer, 其英文名还有mineral polymer, geopolymeric material等, 是一种新型环保的无机非金属材料, 即含有多种非晶质至半晶质相的三维铝硅酸盐矿物聚合物。这类材料多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料, 与含铝质黏土和适量碱硅酸盐溶液充分混合后, 在20 ℃～120 ℃的低温条件下成形硬化, 是一类由铝硅酸盐胶凝成分粘结的化学键陶瓷材料[1]。这类材料具有良好的理化性能, 如耐酸碱腐蚀、耐久性好、抗渗性高、抗冻性好和不导致碱集料反应等。

1 矿物聚合材料的历史

Geopolymer一词最早由Joseph Davidovits提出, 意指由地球化学作用形成的铝硅酸盐矿物聚合物。Joseph Davidovits通过对古建筑的研究发现, 其所用胶凝材料的耐久性、抗酸性和抗融冻能力极强, 含有大量的沸石相结构。Davidovits最初使用高岭石和煅烧高岭石作为制备矿物聚合材料的铝硅酸盐原料。1980年, Mahler以含水碱金属铝酸盐和硅酸为反应物, 取代固体铝硅酸盐, 制备了类似的铝硅酸盐聚合物材料。此后, Helferich和Shook, Neuschaeffer, Van jarsveld, Van Deventer等学者利用不同工艺先后制备了矿物聚合材料。

2 聚合反应机理

铝硅酸盐聚合反应是一个放热脱水的过程。反应以水为传质, 聚合后又将大部分水排除, 少量水则以结构水的形式取代[SiO4]中一个O的位置。矿物聚合材料属于碱激发胶凝材料, 即强碱溶液与硅酸盐矿物颗粒发生反应, 并在其表面形成具有铝硅酸盐长链结构的凝胶相, 凝胶相固化脱水后形成的物相称之为基体相, 而基体相将未反应的矿物颗粒粘结在一起, 形成具有一定强度的材料[2]。矿物聚合材料的形成过程可分为以下4个阶段:

1) 铝硅酸盐矿物粉体原料在碱性溶液 (NaOH, KOH) 中的溶解;2) 溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散;3) 凝胶相[Mx (AlO2) y (SiO2) z·nMOH·mH2O]的形成, 导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用;4) 凝胶相逐渐排除剩余的水分, 固结硬化成矿物聚合材料制品。

聂轶苗等[3]在矿物聚合材料固化过程中, 粉煤灰原料中的铝硅酸盐玻璃相在碱性条件下发生溶解, 形成富含羟基的硅、铝酸低聚体。这些低聚体经脱羟基而相互聚合, 形成硅铝溶胶相, 进而形成类沸石前驱体 (见图1) 。

3 矿物聚合材料的应用

矿物聚合材料作为一种新型环保材料, 具有强度高、耐腐蚀、耐高温、耗能低以及原料低廉等优点, 与传统建筑材料如水泥相比, 具有广阔的市场前景。目前矿物聚合材料主要应用于以下领域。

3.1 土木工程

矿物聚合物是目前胶凝材料中快硬早强性能最为突出的一类材料, 用于土木工程中, 耐久性优异, 可以缩短脱模时间, 加快模板周转, 提高施工速度。

3.2 塑料工业

由矿物聚合材料制作的模具能耐酸及各种侵蚀介质, 具有较高的精度和表面光滑度, 能满足高精度的加工要求。

3.3 有毒废料和核废料的处理

矿物聚合物的最终产物具有牢笼型的结构, 能有效的固定各种重金属离子, 其优良的耐水热性能, 在核废料的水热作用下能长期保持优良的稳定性, 因而能长期固定核废料。

3.4 储藏设备

用于修建低维护、高性能的粮食储备系统, 还可以自动调温调湿, 减少现有粮仓的调温及通风设备的投入和运行费用等。

另外, 利用其轻质、隔热、阻燃、耐高温等性能, 可作为新型隔热保温材料;利用铝硅酸盐聚合反应, 可制备耐高温防火材料、电解铝阳极炭保护层、模具和窑具等;矿物聚合材料亦可制成地下耐腐蚀管道等;利用聚合反应, 还可在较低温度下获得纳米材料, 如制备莫来石和正硅酸镍粉体等。随着矿物聚合材料的开发以及其物理力学性能的改善, 矿物聚合材料的应用领域将进一步扩大。

4 我国的研究现状

矿物聚合材料的制备工艺简单, 能耗低, 性能/价格比高, 因而引起了国际上的广泛关注。清华大学、东华大学、中国地质大学、苏州混凝土水泥制品研究所也做过少量研究。国内对矿物聚合材料的研究虽刚刚起步, 却取得了一些成果。丁秋霞以石英砂、高岭土、氢氧化钠和水玻璃为原料制备了矿物聚合材料。马鸿文等[4]则以钾长石尾矿粉体为主要原料, 以煅烧高岭石作配料, 硅酸钠作结构模板剂, 氢氧化钠作激活剂, 制备了矿物聚合材料。此方法工艺简单, 原料成本低廉, 生产能耗极低, 尾矿利用率达100%, 加工过程无三废排放, 符合清洁生产的要求。目前, 利用矿渣制备无机矿物聚合材料在国内的研究尚处于起步阶段, 其形成理论和各种因素对于其性能的影响尚未完善。王晴等[5]利用矿渣为主要原料, 通过对比试验, 在单独改变某一因素的情况下, 研究矿渣基无机矿物聚合材料抗压强度的变化规律, 得出了在高岭土占固相的质量分数为20%、水玻璃占液相的质量分数为50%、氢氧化钾占固相的质量分数为18%时, 材料获得了最佳力学性能的结论。

5矿物聚合材料的发展前景

20世纪90年代后期, 以工业废渣制备高性能矿物聚合材料成为研究主流, 其原因一方面是此类材料可以成为目前广泛使用的混凝土潜在的“绿色”替代品;另一方面, 矿山尾矿、煤矸石、粉煤灰等固体废弃物的排放越来越严重, 但工业固体废弃物的利用率不足50%, 制备矿物聚合材料的主要原料是硅铝酸盐, 可采用各种硅铝制矿物和固体废弃物, 这就为固体废弃物资源利用化提供了一条新的技术途径, 在我国大力提倡可持续发展的今天具有广阔的应用前景。

另外, 通过添加增强纤维 (碳纤维、碳化硅纤维、耐碱玻璃纤维、矿棉、有机纤维) 和超细粉体 (石英、硅灰、氧化锆、纳米粉体等) 来制备高性能矿物聚合材料也是今后发展的方向。

温家宝总理在2008年政府工作报告中明确指出, “开放和推广节约、替代、循环利用资源和治理污染的先进技术, 实施节能减排重大技术和示范工程。”矿物聚合材料作为新型胶凝材料, 有效利用了矿山尾矿、煤矸石、粉煤灰等固体废弃物, 可部分代替水泥, 而能耗比生产水泥减少70%以上, 大大减少环境和能源压力, 是一类性能优越的环保建筑材料。有理由相信, 矿物聚合材料必将拥有广阔的市场前景。

摘要：介绍了矿物聚合材料的性能, 总结了聚合反应的机理, 探讨了矿物聚合材料在国内外的发展历史和研究现状以及主要应用, 最后展望了这类新型环保材料的应用前景。

关键词：矿物聚合材料,环保材料,非金属材料

参考文献

[1]马鸿文, 杨静, 任玉峰, 等.矿物聚合材料:研究现状与发展前景[J].地学前缘, 2002, 9 (4) :398-399.

[2]王刚.矿物聚合材料基体相的形成过程研究[J].岩石矿物学杂志, 2005, 24 (2) :133-134.

[3]聂轶苗.SiO2-AlS2O3-Na2O (K2O) -H2O体系矿物聚合材料制备及其反应研究[D].北京:中国地质大学博士学位论文, 2006:56-59.

[4]马鸿文, 凌发科, 杨静, 等.利用钾长石尾矿制备矿物聚合材料的实验研究[J].地球科学——中国地质大学学报, 2002, 27 (5) :576-582.

耐火材料的化学矿物组成 第2篇

1、化学组成化学组成即耐火材料的化学成分，它是耐火制品的最基本特征之一。耐火材料是非均质体，有主、副成分之分。通常将其基本成分称为主成分，而将其他部分称为副成分。副成分又按有意添加以提高制品某方面性能的成分，或是无意或不得已带入的无益或有害成分，分别称为添加成分及杂质成分。主成分通常是高熔点耐火氧化物或复合矿物或非氧化物的一种或几种。它是耐火制品的主体，直接决定了耐火制品性能的基础条件。

添加成分往往是为弥补主成分在使用性能或生产性能以及作业性能某方面的不足而使用的，常被称为结合剂、矿化剂、稳定剂、烧结剂、减水剂、抗水化剂、抗氧化剂、促凝剂、膨胀剂等，添加成分种类繁多，是当前耐火材料行业研究的重点对象。它们的共同特点是：加入量很少；能明显地改变耐火制品的某种功能或特性；对该制品的主性能无严重影响。

杂质成分则是指由于原料纯度有限而被带入或生产过程中混入的对耐火制品性能具有不良影响的部分。一般说来，K。O、Na。O及Fe0或Fe：O。都是耐火材料中的有害杂质成分。

此外，碱性耐火材料(RO为主成分的)中的酸性氧化物(RO：)及酸性耐火材料申的碱性

氧化物都被视为有害杂质，它们在高温下具有强烈的熔剂作用。这种作用使得共熔液相生

成温度降低，生成的液相量增加，而且随着温度升高液相量增长的速度加快，从而严重影响了耐火制品的高温性能。

成因矿物学与找矿矿物学发展现状 第3篇

关键词：成因矿物学；找矿矿物学；发展现状

前言

随着成因矿物学与找矿矿物学的不断发展和进步，使得描述矿物学得到质的飞跃，形成成因矿物学，是理论的升华、是现象到本质提升，是应用的发展每位以后进行找矿提供依据和参考与借鉴。

1.成因矿物学介绍

在描述矿物学的前提下，逐渐形成和建立成因矿物学，综合分析和概括不同描述成因矿物学的属性，形成实际变化规范，在统一性中逐渐融入差异性，导致在区分矿物属性形成条件和属性变形条件的时候，十分困难，不适合使用在成因矿床和勘察找矿中，因此，上世纪六十年代形成了研究成因矿物的基础方向，主要分析基础实际上就是描述矿物学的实际晶体分类，分析矿物学实际分析规律，体现出矿物学统一性中的差异，确保能够合理恢复成以前的形式，对于应用成因矿物学和勘察找矿具有一定意义，在第二十七届国际我只研讨会上，H·史特伦兹，重新研究和分析了发展矿物分类的过程，研究了形成每一种矿物的成因和实际性质，依据基本构思想，统一研究每一种矿物种族以及相应系列矿物标型，属于比较复杂并且十分艰巨的系统工程，B·H·维尔纳茨基以及他的学生A·E·费尔斯曼提出了现代找矿学中发展成因矿物找矿的基本方向。H·B·彼得洛夫斯卡娅，在第二十七届国际地质学大会中，提出本世纪最大的成就就是形成矿物学，为以后也就矿物学奠定基础，并且分析出矿物学是形成的矿床和岩石的重要依据，未来发展方向就是，从宏观到微观，从定性到定量，从保安、能源、保健到人类历史和人类文化遗产；从地壳到地球内部，从大陆到海洋。

2.现代成因矿物学

2.1现代找矿矿物学分析

在上世纪五十年代我国已经出现现代成因找矿学，七十年代时候的时候形成了成因矿物学研究组织。1980年开展第一次技术研讨会，有机结合宏观成因矿物和微观成因矿物学，以此建立发展成因矿物学的基本特点。在成因矿物学基础上建立了现代找矿矿物学，主要就是在找矿勘查中合理应用成因矿物学，两者的关系类似于物探与地球物理学的关系，矿物标型变化梯度和定量数值，类似于物化探异常数值和变化梯度。发展现代找矿矿物学稍微晚于或者与现代成因矿物学一样，是A·H金兹堡最先提出找矿矿物学理论的。

2.2矿物学在找矿勘探中的应用

2.2.1传统描述矿物学阶段

传统描述矿物学阶段，仅仅只是具有一定借鉴作用，如，大红山火山沉积变质铁矿以及庞家堡的宣龙式铁矿实际上就是利用鉴定实现的，利用垂直分带矿床矿物来研究木梓园隐伏石英脉型钨锡矿床，主要就是利用地表云母线建立的。利用成因矿物学和矿床学来预测和研究漂塘石英脉型钨锡矿床。普通找矿方式，如重砂法原，实际使用的时候不但需要分析重砂，还需要分析轻砂。

2.2.2矿床矿物学阶段

在找矿矿物学中，矿物标型具有十分重要的作用，，需要进行严格分析和研究，保证可以顺利实施，在使用的时候需要密切关注方法的精确性和统计性、综合性和系统性、客观性和理论性、区域性以及地区性。矿床矿物需要严格遵守相关的规律，如自然辩证法，具有一定的分带性、继承性、变化性等。在发展的过程中，矿床矿物也在不断发展，矿物标型也在进步，具有显著的特征，逐渐达到最大化。

2.2.3现代成因矿物学与找矿矿物学阶段

在不断应用地质的基础上建立了成因矿物学和找矿矿物学，基础实际上就是比较扎实的地质工作，不单单是室内科学，也不是简单的经验科学、实验科学、统计科学，所以，需要具备一定预期作用，需要充分利用以下思想：结合室内室外、结合宏观微观、结合实际和理论、结合现代和传统、结合自然观察和成矿成岩。

3.现代找矿矿物学的工作方法

3.1野外工作方法

现代找矿矿物学野外主要工作形式实际上是矿物学填图，主要有以下几种，矿物种填图、矿物组合填图、矿物标型特征填图、综合填图、矿石类型填图。重砂填图不但可以填图河流水系，还能够填图浮土，最直观的填图方式就是找矿形态学，还需要有机结合轻砂特征填图方式，研究过程的范围不限制观测点，并适当把观测面的坑道线、岩心柱、面线发展为带、体、面，以便于可以达到和了解立体平面和三维空间的目的，为以后进行找矿提供宏观参考。

3.2室内工作方法

现代找矿矿物学室内主要工作形式实际上，在研究矿物学的前提下，形成具备标型变化的相应数值，可以有效、经济、简单、快速的进行筛选，进行矿物填图，形成预测矿物、成矿规律、开采勘查的相应资料，也就是微观资料。如，形态方面需要密切关注单形和菱形、双晶和单晶，地形和自然、微型、地貌等，适当研究和分析骸晶。现代找矿中注意热导电、热发光、压电等实际变化，是区分非矿化和矿化、未腐蚀和腐蚀、判断剥蚀深度和矿化深度、划分矿化阶段以及确定远景的标志，因此，可以使用多种方式进行室内勘测，例如，电镜、干涉仪、红外、测角等，保证可以在实际工作的时候，可以充分发挥作用。

4.成因矿物学与找矿矿物学的区别

现代找矿矿物学的基本理论基础实际上就是现代成因矿物学，如果不能完善矿床成因，在找矿的时候，很有可能变得十分盲目，以此在解决矿床成因的时候，成因矿物学实际上是不可或缺的方式。需要依据有效简单、便捷、的可靠标志进行找矿工作，不需要使用成因矿物学，特别是在研究和分析矿物标性的时候，不能从根本上解决问题，此外，找矿矿物学的发展，为实际生产中修正、检测、成因矿物提供基础，具有很大联系。

结语：

总而言之，在发展成因矿物学与找矿矿物学的时候，现阶段，已经处于新阶段，不断降低地表矿、露头矿的数量，需要不断分析深部矿、浅层矿，使得不断提高找矿难度，所以，需要进行充分研究，以此，需要适当使用现代成因矿物学与找矿矿物学，积极开展相应的课程，建立一定的实验室，保证可以缩短与发达国家的差距。

参考文献：

[1] 张素荣，张琳，张大可等.成因矿物学研究在重砂测量找矿中的意义[J].地质通报，2014（12）：1956-1960.

[2] 严育通，李胜荣.胶东流口金矿黄铁矿成因矿物学及稳定同位素研究[J].矿物岩石，2011，31（4）：58-66.

[3] 李胜荣.成因矿物学在中国的传播与发展[C].//第三届资源环境与生命过程成因矿物学讨论会论文集.2012：46-54.

作者简介：雷庆（1989.9-），男，汉族，宁夏银川人，在读研究生，

无机矿物聚合材料聚合机理的研究 第4篇

关键词：无机矿物聚合材料,聚合,硅酸盐水泥

1 概述

无机矿物聚合材料是近年来国际上研究非常活跃的材料之一。它是以粘土、工业废渣或矿渣为原料，采用适当的工艺处理，在较低的温度条件下，通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新材料。国内外的研究成果显示：无机矿物聚合物材料已达到的主要性能指标，在各方面均优于水泥和玻璃，而与传统陶瓷接近，有些声、光、电、耐腐蚀及耐高温性能上更超过金属和高分子材料。而其生产能耗仅为陶瓷的1/20，钢材的1/70。因而，有可能在较大的高技术范围内取代昂贵的材料。

在我国，目前应用的建筑主体材料为硅酸盐水泥，它作为建筑工业的三大基本材料之一，对人类社会的文明与发展有极大的促进作用。但是现在也存在着越来越多的隐患。水泥的生产排出了大量的有害气体和粉尘，导致了温室效应和酸雨，使人类赖以生存的环境遭到了重大的破坏，而且世界各地大型混凝土工程的破坏状况非常严重，每年各国都需要花费巨额的维修费用。如加拿大每年仅用于铁路路枕的维修费用即高达3400万加元 (合人民币1153亿元) [1]。

我国水泥工业发展的起点低，整体水平提高较慢，技术改造难度大。工业技术和装备许多是60～70年代的水平，资源、能源消耗高。但由于资金的限制，水泥工业又迟迟不能进行整体改造和污染治理，相当一批技术装备落后的水泥工业企业长期在生产中排放大量的污染物，对大气造成严重污染。面对这样的发展现状，在我国寻求一种可以替代水泥的绿色、环保的胶凝材料就显得尤为重要。无机矿物聚合材料正好满足了这一要求，解决了水泥生产过程中高能耗，高污染的现状，还有效的利用了矿渣、煤矸石、粉煤灰等固体废气物，解决了固体废弃物的堆积问题，使固体废弃物资源化，变废为宝。

2 无机矿物聚合材料的应用前景及研究意义

无机矿物聚合材料是一种新型的建筑胶凝材料，多以天然铝硅酸盐矿物或工业废渣 (如矿渣、粉煤灰等) 为主要原料，与煅烧高岭石和适量的碱硅酸盐溶液充分混合后，在20～120℃的低温条件下成形硬化，是一类含有多种非晶质至半晶质相的三维铝硅酸盐矿物聚合物，具有高聚物、陶瓷和水泥等材料的性质，作为一种新材料。它具有如下优点：

2.1 强度高，主要力学性能指标优于玻璃与水泥，可与陶瓷、铝、钢等金属材料相媲美。

2.2 具有较强的耐腐蚀性与较好的耐久性，大大优于传统水泥材料。

2.3 具有较好的快硬固化性，固结硬化时间一般在2～14小时。

2.4 材料耐高温，隔热效果好，可与轻质耐火粘土砖相媲美。

2.5 原料价格低廉，来源丰富。

2.6 生产能耗低，其能耗只有陶瓷的1/20，钢的1/70，塑料的1/150[2]。

2.7 增韧、增强外添加剂选择范围广，由于反应在较低温度下进行，避免了高温可能导致的添加物变质，添加物与基体的热失配与化学不相容。从而可采用多种外添加剂进行增强、增韧，提高材料性能。

2.8 其独特的笼形结构，可开发出许多新的功能用途，如用作核放射元素的固封材料及制成薄膜吸附材料。

以上优点表明，无机矿物聚合材料可以应用于建筑、核能、废弃物处理等多个领域，具有广阔的应用前景。因此，研究无机矿物聚合材料有以下几方面的重要意义。

a.无机矿物聚合材料作为新型胶凝材料，可部分代替水泥，而能耗比生产水泥减少70%以上，大大减少能源消耗。

b.成本低廉。原料可利用固体废弃物, 生产过程能耗低, 可大大降低生产成本。其生产过程无需普通粘土砖常用的烧制工序, 也无需加气混凝土的蒸气养护工序, 材料的固化温度一般在常温下低于100℃, 依靠各种物料之间的低温化学反应, 即可使凝胶相固化, 因而其生产能耗极低。

c.利用矿渣、煤矸石、粉煤灰等生产矿物聚合材料, 在生产过程中无“三废”排放, 可有效治理固体废弃物造成的环境污染, 具有良好的环保效益。

d.无机矿物聚合材料作为有毒固体废弃物和放射性核废料的新型固封材料, 可以固封重金属离子以及放射性废料, 消除此类有害物质对环境的污染。

e.利用无机矿物聚合材料良好的物理性能, 可制备隔热、阻燃和耐高温的新型建筑装饰材料, 也可制备耐腐蚀性材料用于强腐蚀性环境中。

3 无机矿物聚合材料的聚合反应机理

无机矿物聚合材料不存在硅酸钙的水化反应，其终产物以离子键以及共价键为主，范德华键为辅，而传统水泥则以范德华键以及氢键为主，因此其性能优于传统水泥，无机矿物聚合材料的聚合机理不同于硅酸盐水泥的水化，而且和有机高分子聚合物的聚合机理也有所差别。

无机矿物聚合材料的原料都是Si-O-Si或Si-O-A1键的聚合体，为形成具有胶凝性物质，在碱和水参与的作用下，将这些聚合的键裂解，而后再将经解聚后形成低聚合度的物质，聚合为另一种与原料组成不同的、聚合度高的并具有胶凝性和其它性能的产物。并且原材料中的玻璃体解聚, 即Si-O-Si键和Si-O-Al键的断裂与具胶凝性水化物生成 (断裂键的再聚合) 几乎是同时进行的。

无机矿物聚合材料的形成过程分为4个阶段:a.铝硅酸盐矿物粉体原料在碱性溶液中的溶解。b.溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散。c.凝胶相[Mx (AlO2) y (SiO2) zn MOHmH2O]的形成, 导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用。d.凝胶相逐渐排除剩余的水分, 固结硬化成人造矿物聚合物块体[3]。

铝硅酸盐聚合反应是一个放热脱水的过程, 反应以水为传质, 聚合后又将大部分水排除, 少量水则以结构水的形式取代[SiO4]中一个O的位置。无机矿物聚合材料不存在硅酸钙那样的水化反应。与高分子聚合物相比, 无机矿物聚合材料反应开始前, 不存在绝对意义上的单体。其终产物以离子键和共价键为主, 范德华键为辅。聚合作用过程即各种铝硅酸盐 (Al3+呈IV或V次配位) 与强碱性硅酸盐溶液之间的化学反应:

以上聚合反应表明，任何硅铝物质都可作为制备无机矿物聚合材料的原料。此类材料的基体相的化学组成与沸石类似，而结构上呈非晶质至半晶质。无机矿物聚合材料的化合物主要由硅、铝、氧等元素组成，由这些硅、铝、氧等元素组成的化合物形成具有网络状的结构。无机矿物聚合材料由硅铝氧化物聚合反应后形成的最终产物具有矿物化合物类似的铝硅酸盐网络状结构。其中负电荷由碱金属或碱土金属等阳离子来平衡[4]。无机矿物聚合材料的最终产物明显有别于硅酸盐水泥的水化产物。硅酸盐水泥水化后，其水化产物主要是由硅酸盐二聚物及少量低聚物组成，而无机矿物聚合材料则形成了网络状的无机聚合材料。

参考文献

[1]郑娟荣, 覃维祖.地聚物的研究进展[J].新型建筑材料, 2002 (4) :11-12.

[2]王刚, 马鸿文.利用粉煤灰制备矿物聚合材料的实验研究[J].化工矿物与加工, 2004, 33 (5) :24-27.

[3]段宏伟, 倪文, 李建平.地质聚合物在新型建材中的应用[J].新型建筑材料, 2004 (1) :14-15.

矿物材料 第5篇

镇江市实验高级中学化学教研组

第三单元

含硅矿物与信息材料 3-3-1 硅酸盐矿物与硅酸盐产品

【教学目标】

1、了解硅在自然界的存在形式，了解硅及其化合物的应用与人类文明发展的密切关系。

2、了解硅酸钠的有关知识。

3、了解传统的硅酸盐材料，激发学生学习兴趣，增强学生研究、探索、发现新材料的意识；体会“化学――人类进步的关键”这句话的思想内涵，增强学生学习化学的兴趣。【教学重点】

了解传统的硅酸盐产品。【教学难点】

了解传统的硅酸盐产品。【教学过程】

[引入]（1）硅元素在地壳中的含量怎样？（2）硅元素在自然界主要有哪些存在形式？

[过渡]硅元素在自然界中广泛存在，主要是硅酸盐和二氧化硅的形式，下面我们先来了解硅酸盐的有关知识。[板书]

一、硅酸盐的结构

[展示]自然界中的一些硅酸盐的图片及化学式；

[讲述]硅酸盐的结构相当复杂，通常人们用氧化物的形式表示它们的组成。

[过渡]在硅酸盐中，硅酸钠是极少数溶于水中的一种，用途广泛，下面我们先来学习它的有关知识。

[板书]

二、硅酸钠（Na2SiO3）

硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种常用的黏合剂。[讲述]人们常用水玻璃浸泡木材、纺织品，使其既耐腐蚀又不易着火。

[过渡]在丰富的硅酸盐中，除硅酸钠外，其它的在工农业生产中的作用如何？下面我们来了解传统的硅酸盐产品的有关知识。[板书]

三、硅酸盐产品（传统材料）[展示]玻璃、水泥、陶瓷的生产简介。

[小结]通过刚才的介绍，我们已经了解到硅酸盐产品传统材料在人类文明发展和社会进步的历程中，起到了很大的推动作用。[板书设计]

一、硅酸盐的结构

二、硅酸钠（Na2SiO3）

硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种常用的黏合剂。

三、硅酸盐产品（传统材料）

玻璃、水泥、陶瓷高中化学《必修1》

镇江市实验高级中学化学教研组

3-3-2二氧化硅与信息材料

【教学目标】

1、了解硅、二氧化硅的存在与性质，认识硅及其化合物在生活实际中的重要应用。

2、知道二氧化硅的物理性质和化学性质。了解二氧化硅的制品在高科技信息产业中的应用。

3、要求学生查阅资料，学会通过查阅资料来获取知识的学习方法,培养对新旧知识进行归纳比较的逻辑思维能力，培养自主学习和创新能力 【教学重点】 二氧化硅的性质。【教学难点】 二氧化硅的性质。【教学过程】 [你知道吗]

1、盛放氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞。你知道其中的原因吗？

2、沙子、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。你知道二氧化硅有哪些重要的应用吗？

3、当我们在电脑前用鼠标和键盘连接瞬息万变的世界时，当我们打开手机与家人、朋友互至问候时，神奇无比的硅片制成的集成电路在为你提供服务。你知道硅是如何制得的吗？ 是不是单质硅的性质

[展示]收集的二氧化硅的实物和在自然界的一些图片。[板书]

一、二氧化硅

1、物理性质 熔沸点很高，硬度很大，难溶于水等溶剂的固体。

2、化学性质

（1）与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO

CaSiO3（2）与碱反应：，SiO2＋2NaOH = Na2SiO3 + H2O

3、用途：制作光学镜片、石英坩埚，制造光导纤维。

[过渡]硅的用途非常广泛，特别是信息时代更离不开硅，自然界无游离态的硅，那么工业生产中是怎样生产硅的呢？ [板书]

二、硅的制备和物理性质

1、制备

（1）SiO2＋2C

Si + 2CO [讨论]（1）该反应中氧化剂是_______，还原剂是_______。（2）用双线桥表示电子转移的方向与数目。（2）Si+2Cl

2SiCl4 高中化学《必修1》

（3）SiCl4+2H2

Si+4HCl

(高纯硅)

2、物理性质

（1）硅是灰色、有金属光泽的硬而脆的固体。（2）熔沸点高，硬度大。（3）良好的半导体材料。[板书设计] 一、二氧化硅

1、物理性质 熔沸点很高，硬度很大。

2、化学性质

（1）与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO

CaSiO3（2）与碱反应：，SiO2＋2NaOH = Na2SiO3 + H2O

3、用途：制作光学镜片、石英坩埚，制造光导纤维。

二、硅的制备和物理性质

1、制备

（1）SiO2＋2C

Si + 2CO（2）Si+2Cl

2SiCl4

（3）SiCl4+2H2

Si+4HCl

(高纯硅)

2、物理性质

（1）硅是灰色、有金属光泽的硬而脆的固体。（2）熔沸点高，硬度大。（3）良好的半导体材料。

有用的矿物质 第6篇

凶残的王爷，硬说奴隶故意放走了梅花鹿，打断了他的双腿，扔到野外去喂狼，这个奴隶发出阵阵悲怆的啸声，拖着断腿在草原上爬行，他找到了那处泉水，头无力地垂下，浸在水里，本能地吮吸着甘甜的泉水。奇迹出现了，他觉得伤口不那么痛了，一会儿便坐了起来，他用泉水洗涤伤口，几天后，断腿居然接好。这个成吉思汗的后代，彪悍的身躯站了起来……

这是在内蒙古大草原上广泛流传的阿尔山泉的故事。阿尔山，并非山名，而是蒙语中“圣水”的意思。就因为上面神奇的故事，在内蒙古草原上，流传着一首古老的民歌：最凶狠的是王爷的皮鞭，最凄惨的是奴隶的泪眼，最吉祥的是梅花鹿的双腿，最神奇的是宝泉阿尔山。

这虽然是一种神奇的传说，但现代化学家们发现矿泉水中溶解了大量的矿物质元素，对多种疾病是有特殊疗效的。

阿尔山温泉的这种“不打针，不吃药，却能治好病”的神奇功能与其地质成因和化学成分密切相关。阿尔山矿泉出露于山间洼地的第四系砂砾石层中，砂砾石层下伏的侏罗纪火山岩层中存有断裂带，地下水沿断裂带经深循环加热后增高了水温，受承压而出露于地表，因此具有深循环地下水的水化学特征。矿化度多小于１克／升，pＨ值在７．４～７．８，属重碳酸钠型水。温泉中含氟量较高，多达１８ 毫克／升，二氧化硅含量在１５毫克／升左右。据有关部门化验和临床记载，温泉中含有铜、锰、锶、锂、钛、钼、铝、铍、铯、钡等多种微量元素及放射性元素镭、铀，对人体的运动器官、消化器官、心血管系统、神经系统、呼吸系统等疾病均有较高的疗效。特别像治疗风湿病、关节炎、外伤引起的腰腿疼、胃肠病、皮肤病、脱发病等，效果更显著。

现代医学研究表明，生理上不可缺少的矿物质化学元素，有15种之多。

钙能强筋壮骨，调适心跳频率、血凝速度和神经传导等功能；还可消除紧张，防止失眠。牛奶中含有丰富的钙质，睡前喝杯热奶，可催你进入梦乡。成人每天需800毫克钙，孕妇需1200毫克。缺钙的人，骨骼易折。

人体血液中，起输氧作用的血红素，就是一种含铁的物质。缺铁会引起贫血，使人气短、晕眩、倦怠，精力无法集中，影响工作和学习。芹菜等蔬菜、鸡蛋以及动物的肝脏里，都含有大量的铁，但这还远远不够，还必须口服一些维生素Ｅ，作为补充。

人们都有这样的体验，十一二岁的孩子，女孩往往比男孩高许多。这是为什么呢？这个年龄的男孩，体内的锌元素，全部供性器官发育，再没有余力顾及骨骼的增长了。但青春期一过，男孩个儿突然超过女孩很多。“二十三蹿一蹿”，这句俗语是有一定道理的。锌还能防止动脉硬化、皮肤疾病。缺锌可引起侏儒症、皮肤病等；癌症的成因，也与缺锌有关。应多吃一些富锌的食品，如海味、豆类、动物肝脏等。每天还可吃１５～３０毫克的硫酸锌或葡萄糖锌，以补充人体发育之不足。

钠、钾的作用，早为人们所熟知；氟可促进血红蛋白的形成，可使钙在骨骼和牙齿中积聚；碘可防治甲状腺肿；镁能使肌肉富有弹性；铬、硒等稀有元素，可使人长寿……

人们为什么能生命不息？是矿物质化学元素的功劳。有人称颂矿物质化学元素是生命的源泉，一点也不过分。这正是：“问渠那得清如许？唯有源头活水来。”

粉煤灰基矿物聚合材料的制备与研究 第7篇

矿物聚合材料(Mineral Polymer)是一类由铝硅酸盐胶凝成分粘结的化学键陶瓷材料[1],以烧粘土(偏高岭土)或其它以硅、铝、氧为主要元素的硅铝质材料为主要原料,在碱激发剂的作用下,经适当的工艺处理,在较低温度下合成的。该物质既具有有机高聚物、陶瓷、水泥等的优良性能,又具有原料来源广泛、工艺简单、能耗少、环境污染小等优点,是一类新型无机聚合物材料[2]。

粉煤灰为热电厂生产的副产品。据有关资料显示,全世界煤的年总消耗量为42.26亿t,燃煤电厂粉煤灰的年排放量达2.9亿t。我国的煤年总消耗量约11.06亿t,2002年我国粉煤灰的年排放量达1.6亿t。即使在电厂节能效率不断提高的情况下,到2020年,我国粉煤灰的年总排放量也将是现在的3倍左右,加上目前我国已有的20亿t粉煤灰累积堆存量,总的堆存量将会达到30多亿t[3]。大量的粉煤灰若不妥善处置,则会产生严重的环境污染。因此研究利用粉煤灰制备矿物聚合材料对实现可持续发展具有十分重要的现实意义和深远的历史意义。本项研究以粉煤灰为主要原料制备矿物聚合材料,通过正交实验确定优化工艺条件,为后续的研究工作提供一个借鉴。

1 实验

实验用粉煤灰主要来自北京石景山电厂,其化学成分见表1,粒径分布为:d(0.1)=2.54μm,d(0.5)=4.71μm,d(0.9)=7.26μm,体积平均径D[4,3]=4.83μm,表面积平均径D[3,2]=4.03μm,比表面积为15.69mVkg。煅烧高岭土的化学成分见表2,其粒径分布为:d(0.1)=0.89μm,d(0.5)=1.31μm,d(0.9)=1.77μm,体积平均径D(4,3)=1.32μm,表面积平均径D[3,2]=1.23μm。工业硅酸钠来自北京红星泡花碱厂,浓度40'Be,模数3.1～3.4。标准砂为GB/T17671-1999中国ISO标准砂。

制备矿物聚合材料的基本工艺流程为:固体配合料混合→配制碱硅酸盐溶液→配置砂浆→装模成型静置固化→脱模→制品。

按配合比称取粉煤灰、标准砂和煅烧高岭土,置入搅拌器中充分混合均匀,然后加入由10 mol/L NaOH溶液和工业硅酸钠搅拌均匀的碱硅酸盐混合溶液,充分搅拌均匀后得混合砂浆。将混合砂浆搅和物置于40 mm×40 mm×40 mm三联模具中,放在振动台上振动240 s成型。将成型后的试样置于干燥箱中60℃下固化24 h,脱模后再于室温固化7天得到成品。

2 结果与讨论

2.1 优化配比的确定

本实验采用L9(33)三因素三水平正交实验方法[4,5],以粉煤灰/煅烧高岭土质量比(粉煤灰含量)、固/液质量比、硅酸钠/碱质量比(硅酸钠含量)作为影响因素,进行制备矿物聚合材料的实验。全部实验制品均在60℃下养护24h后,测定其7d的抗压强度(相同条件下制备的3个试样测定结果平均值)。表3为正交实验结果。

正交实验结果表明:9个样品的7d抗压强度均超过20MPa,其中大部分已经超过30MPa。三因素的极差对比,显示出每个因素对抗压强度的影响大小。极差越大,表明对抗压强度的影响越大。由表3可以看出,固液质量比对矿物聚合材料的抗压强度影响最大,其次为硅酸钠含量,最后才是固体粉料的配比。固液质量比为2.5时,抗压强度均达到最大,抗压强度最大为4 9.26Mpa。固液质量比主要影响混合砂浆的粘度,从而对成型效果造成影响。砂浆粘度过大会导致样品中气泡不能排除,影响制品的气孔率,造成制品强度下降;砂浆粘度过低会导致在振动成型过程中,物料进行分离,标准砂大颗粒聚沉到样品底部,造成样品内部成分分布极不均匀,从而对制品的强度造成影响。因此初步确定之后的实验优化工艺:粉煤灰比例70%,硅酸钠含量70%,固液质量比2.5。

2.2 理化性能

按照A-9的配比制备数块样品,分别测试其耐酸性、耐碱性和体积密度。

体积密度测定:称量试样的质量m,用游标卡尺测量试样的长a、宽b和高c,由公式m/(a×b×c)计算试样的体积密度为1.72 g.cm-3。

耐酸碱性测定:称量干燥完全的试样质量m0,分别置于浓度为1.0mol/L的H2SO4和NaOH溶液中浸泡24h,再以蒸馏水洗涤后,在105℃下干燥24h,称量酸碱腐蚀后制品的质量m1,由公式(m0-m1)/m0×100%计算试样的耐酸性为1.87%,耐碱性为0.32%。

吸水率测定:称量干燥完全的试样质量m0,然后放入蒸馏水中浸泡24h,取出后擦干试样表面,称量其饱水质量m1,由公式(m1-m0)/m0×100%计算试样的吸水率为8.70%。

3 结论

以工业固体废弃物粉煤灰为原料,标准砂作为骨料,配以煅烧高岭土、工业硅酸钠和NaOH,在80℃固化条件下制备了矿物聚合材料。正交实验得出制备矿物聚合材料的优化工艺为:粉煤灰比例70%,硅酸钠含量70%,固液质量比2.5。制品的7天抗压强度为49.26MPa,体积密度为1.72g.cm-3,吸水率为8.70%,耐酸碱性分别高达1.87%和0.32%。以粉煤灰制备矿物聚合材料,工艺简单,生产能耗低,无温室气体排放,同时大量消耗粉煤灰等工业固体废物,有效地改善区域生态环境,成本低廉,具有良好的环境效益和经济效益。

致谢

作者感谢中国地质大学矿物材料国家专业实验室开放基金(No.06006)。

参考文献

[1]袁鸿昌，江尧忠．地聚合物材料的发展及其在我国的应用前景[J]．硅酸盐通报．1998．(2)：46-51

[2]Davidovits J.Ancient and modern concretes: what is the real difference?[J].Concrete International:Design & Construction.1987,9 (12):23-35

[3]牛福生，刘兴德，倪文．粉煤灰在建筑材料中的资源化利用现状[J]．再生资源研究．2005．(2)：36-40

[4]苏玉柱，杨静．马鸿文，等．利用粉煤灰制备高强矿物聚合材料的实验研究[J]．2006，20(2)：354～360

矿物材料 第8篇

关键词：超细粉体,矿物材料,颗粒物,毒性

1 引言

超细粉体材料被誉为21世纪四大新材料之一。超细粉体是指大小介于微米粒径 (0.5~10μm) 和纳米粒径 (<100nm) 之间的颗粒。超细粉体因其粒径小, 比表面积、表面能和表面能/结合能大, 表现出表面-界面效应、小尺寸效应和量子效应等独特的性质[1]。超细矿物粉体不仅本身是一种功能材料, 而且为新功能材料的复合与开发展现了广阔的应用前景, 在食品、化工、轻工、医药、化妆品和高科技产业等领域有着广泛的应用, 起着极其重要的作用。

随着环境医学和环境矿物学的发展, 矿物粉尘对环境和生物体造成的潜在安全性问题愈发受到人们的重视。已有研究表明, 大部分矿物粉尘都具有生物毒性, 特别是亚微米和纳米级粉尘的毒性效应更为显著[2]。超细粉体材料在生产和使用过程中, 甚至废弃以后, 会以一种新的形态进入到环境中, 其独特的结构和特殊的组成成分在环境中极易被吸收或转化, 并释放自由基、重金属等高活性和有毒有害物质, 从而破坏环境和生物体体系平衡。

2 超细矿物粉体材料的性能及其使用现状

超细颗粒具有熔点低、化学活跃性高、磁性强、热传导性好、能吸收电磁波 (光学性能) 等特性, 使它具有广阔的应用范围和良好的发展前景。超细颗粒在催化、低温烧结、复合材料、磁性信息材料、新功能材料、医药及生物工程方面都得到了应用, 并取得了令人满意的结果。

2.1 在轻工、化工和建筑行业的应用

超细粉体在轻化工有机合成、化纤、塑料、橡胶、造纸、农药、燃料、油墨及复印粉等领域都有着广泛的应用, 来源广泛、成本低廉的矿物超细粉材料不仅能扩大其应用范围, 还可产生高额附加值。

在高档铜版纸生产中高岭土 (或方解石) 超细粉的添加量高达40%, 而加工后高岭土的价格为原来的10~15倍。6000目以上的超细粉添加到塑料制品里 (如电视机壳) , 不仅可以改善制品外观尺寸、光洁度、颜色、手感等物理指标, 还可改善制品的强度、弹性、韧性和抗老化能力。超细滑石粉填料能使涂料涂层光滑, 产生优异的色调, 在乳胶漆中可以取代部分昂贵的钛白粉。石棉在建筑上主要用来制成石棉板、石棉纸防火板、保温管和窑垫以及保温、防热、绝缘、隔音等材料。添加了纳米二氧化硅的涂料具有三维网状结构, 拥有庞大的比表面积, 表现出极大的活性, 能在涂料干燥时形成网状结构, 同时增加涂料的强度和光洁度, 提高颜料的悬浮性, 能保持涂料的颜色长期不退色。

2.2 在食品与医药及农药等领域的应用

超细矿物粉体材料在医药领域的应用由来已久, 不仅是中药还是西药, 从古代开始就有将矿物粉作为药用成分载体或者直接发挥药效作用的历史。超细粉体技术的进步, 推动了矿物粉体在医药中的应用。超细化后的矿物药物可显著提高其药用效果, 主要体现在提高药效成分的溶出和吸收速率, 增强药效学活性从而减少剂量提高药材利用率[3]。研究表明, 无论是内服药还是外用药, 超细化后使用效果都大大提高。利用这些特性, 可针对性的开发使用特种医学药品和农药。如针状超微细硅藻土因其具有较强的吸着性, 极易粘附于害虫体表, 锐利的针状边缘刺入害虫体内, 吸收害虫体内大量的水分, 达到除害虫的效果[4]。以超细提纯后的膨润土作为基体, 开发出的纯天然矿物药物具有无毒副作用, 见效快、疗效好, 且价格低廉, 可被广泛用于胃病、皮肤病和口腔疾病的治疗[5]。

食品行业中的矿物主要是粘土矿物类, 硅藻土和活性膨润土等用作饮料和食品的过滤和脱色, 也有用其他常见矿物作为食品添加剂。纳米碳酸钙颗粒小、分散均匀, 在水中有良好的悬浮性, 对食品的色泽、稳定性、风味等没有不良影响, 而且超细微碳酸钙颗粒亲水性好, 易被吸收, 还可用作补钙成分, 在钙质保健品中被广泛使用[6]。

2.3 在化妆品和高科技产业中的应用

日化品与日常生活的关系越来越密切, 但人们对日化品的安全性也有了更多的关注。非金属天然矿物具有安全、理化性质稳定、无毒副作用和效果明显等特点。尤其是超细粉体技术给日化品行业带来了更多的发展契机。膨润土 (蒙脱石) 由于其特殊的内部结构, 带有不饱和的负电荷, 以及具有强烈的阳离子交换能力和粘附性能, 在化妆品中常用作填充剂、药物吸着剂、消毒剂、增稠剂和净化剂使用。超细滑石粉色白、柔软、细腻, 具有优良的化学稳定和良好的润滑性, 以及对油类具有强烈的吸附性常用于各种润肤粉、美容粉和爽身粉等。绢云母还是一种高级美容化妆品的优质原料。另外, 还有炉甘石、麦饭石、海泡石、凹凸棒石和金红石等在化妆品和皮肤保健品中被广泛大量使用[7]。

国防军事和航空航天领域主要是利用超细矿粉及其复合材料的高耐热性、强吸收性、致密性和其他特定属性, 制成隔热、吸光吸波、吸收辐射和其他特种材料。石棉与酚醛、聚丙烯等塑料粘合, 可以制成火箭抗烧蚀材料和隔音、隔热材料, 石棉与各种橡胶混合压模后, 还可做成液体火箭发动机连接件的密封材料。超细蛇纹石粉作为润滑油添加剂可大大降低钢摩擦副的摩擦磨损[8]。兰石棉还可作防化学、防原子辐射的衬板、隔板或者过滤器及耐酸盘根、橡胶板等。

3 超细矿物粉体的环境安全性研究进展

部分矿物大颗粒因其本身会释放毒性物质而表现出毒性, 部分矿物粉尘因其特有的超细效应诱导或者直接攻击细胞和微生物个体的特定部位而产生毒性, 也有部分矿物超微粉体因其强烈的吸着性极易携带其他有毒有害物质被生物体吸收而产生毒性。按其作用对象不同, 将超细矿物粉尘环境安全性主要分为流行病学调查、微生物活性和细胞毒性三类。

3.1 矿物粉体流行病学调查

超细矿物粉尘能经过人体呼吸系统整个过程, 进入人体后会在呼吸道中沉积, 粉体颗粒本身及其溶出物导致机体组织功能紊乱, 从而导致病变的发生。粉尘流行病学调查对象由长期在粉尘环境下作业的工人, 后来扩大至整个大气粉尘环境中的人群。在我国, 以生产性粉尘引起的法定职业病———尘肺病为例, 累计尘肺病例60余万人, 近年每年新发尘肺病例在1万人左右, 并且有上升趋势。另外, 流行病学调查结果显示, 长期暴露在较大浓度的粉尘环境中, 呼吸道系统癌症发病率明显升高。石棉粉尘与间皮瘤、纤维肉瘤、腺癌和鳞状细胞癌的发生有直接关系, 长期暴露在高浓度水泥粉尘条件下会导致最大肺活量 (FVC) 降低。宝石加工工人多发肺结核、肺气肿等疾病。在建筑工业中, 可吸入混凝土粉尘的浓度远高于规定的安全底线, 要想阻止硅肺病十分困难。纤维状沸石如毛沸石的危害性已引起了相当的关注。研究结果表明, 农业粉尘及其个别部分均能因其黏膜炎性和化脓性支气管炎、支气管周围的肺炎和肺脓肿、弥漫性肺硬化、并形成个别的肺结节、淋巴组织增生等明显的生物学作用, 并已被临床和形态学所证实[9,10]。

10μm直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道, 5μm直径的可进入呼吸道的深部, 2μm以下的可100%深入到细支气管和肺泡[11]。持续暴露于不同浓度的长8~30μm、直径小于0.25μm的贵橄榄石、直闪石、透闪石以及二氧化硅颗粒中会造成胸膜瘤。超细矿粉能直接进入肺泡中, 又因其活性强、易扩散, 对人体健康危害更大, 因此, 必须在矿粉加工过程中控制加工车间粉体颗粒浓度, 并在使用过程中做好防护措施。另外, 部分矿物药及其制剂的不当使用可导致损伤和急性肾功能衰竭, 产生临床肾毒性病变, 如含砷、汞、铅和铜等矿物类药[12]。

3.2 超细矿物粉体的微生物活性研究

微生物与矿物间的吸附 (粘附) 是两者相互作用的基础。超细粉体颗粒与一般微生物尺寸相近 (微米级与亚微米级) , 因而彼此之间的能量交换和物质交换异常活跃。在颗粒界面/细胞膜作用过程中, 超细矿物颗粒对微生物发生穿刺、内镶、破壁等行为, 以及由此引发的菌体形态、酶、代谢产物的变化, 对菌体成分和代谢物质毒性、对菌体成分产生的免疫损伤等生理学上的响应。另一方面, 微生物对矿粉有粉化、侵蚀作用, 引起颗粒物表面形态、基团、电荷变化等矿物学响应, 且微生物释放的代谢产物会加快对矿物颗粒的溶蚀, 产生的更多有害成分会刺激菌体造成其荚膜抗吞噬和溶解酶能力的变异, 近来有研究学者将之定义为“近尺寸作用”。

有研究结果显示, 方解石、石英和锡石等矿物表面生物吸附率随着pH值的升高而下降, 且微生物会随着生长条件和环境的变化调整自身机能以适应, 能够改变对矿物表面的吸附能力, 对重金属和有毒有害有机物的吸附能力有明显的提高[13,14]。亚微米和纳米级别矿物粉尘, 对人体皮肤表面和体内寄生的微生物正常生理活动产生影响, 从而改变人体防御体系的稳定, 导致病变的发生。一定浓度10μm以下的水镁石能促进大肠杆菌的生长代谢, 增加其产物含量及酶的活力, 从而增加大肠杆菌的数量。含钙离子或镁离子高的矿物粉尘能促进人体3种正常细菌 (表皮葡萄球菌、缓征链球菌和大肠杆菌) 的生长代谢[15,16]。

3.3 超细矿物粉体的细胞毒性

超细矿物颗粒对动物组织的毒性主要表现在对细胞的毒性上, 通过对细胞的损伤进而引发病变。国内外研究矿物颗粒细胞毒性试验主要有体外细胞毒性试验和动物试验两种。体外毒性试验用细胞大多使用呼吸道系统细胞, 如肺泡巨噬细胞、V79细胞、A549细胞和人脐静脉内皮细胞等。有实验表明, 含有游离二氧化硅的矿物粉尘都对细胞产生毒性作用, 如纳米SiO2、砂岩矿、水泥粉等;纤维状矿物粉尘比颗粒状矿物细胞毒性强, 如石棉类、纤维水镁石、人造纤维等, 针状矿物粉尘可以刺破细胞膜, 导致细胞破裂而死亡;超细矿物颗粒与细胞相互作用产生了羟自由基 (·OH) 等活性氧物质, 活性氧物质通过破坏细胞膜和影响基因的正常表达破坏细胞体系的稳定性, 使得细胞失活或者发生病变。被细胞吞噬的矿物颗粒能长期积聚在细胞内部, 如果溶解速度低于积聚速度, 则长时间后细胞被矿化, 或纤维化, 或破裂死亡[17~21]。大气可吸入颗粒物 (PM2.5) 主要成分是矿物, 矿物超细颗粒吸附附着重金属和有害有机物之后, 其细胞毒性明显增强, 对人体危害更大, 这正成为当今国内外环境领域的研究热点[22~24], 因此, 对于大气颗粒物特别是可吸入颗粒物浓度的控制和污染治理显得尤为重要。

4 结语

矿物材料 第9篇

微晶白云母与白云母的化学成分理论值接近, 主要杂质离子Fe3+、Mg2+等以类质同象置换八面体中的Al3+。呈微细薄板状结晶形态, 粒径小于10μm, 一般1～5μm, 平均5.5μm, 厚度平均0.8μm, 径厚比值小, 平均6.9。结晶程度高, 水化程度低或几乎未水化, 不含蒙脱石间层矿物。微晶白云母的晶胞参数a= 0.52001 nm, b= 0.90633 nm, c= 2.00396 nm, α= 90. 00°, β= 95.79°, γ= 90.00°, 属2M1型白云母, 在结构矿物学上显示出与水云母和绢云母具有一定的差异性[2]。

1有机插层微晶白云母作环境矿物材料的探索

1.1 微晶白云母的应用现状

微晶白云母作为粘土矿物材料中1种新型资源, 矿石储量大, 易采、易选、易加工, 成本低廉, 用途广阔, 具有巨大的潜在开发前景[3]。微晶白云母粉具有多种优异性能[4], 尤其是耐酸、碱腐蚀[5]、耐老化、耐候性强、耐热及绝缘性是其他白色矿物填料无法比拟的, 均可用在塑料、橡胶、造纸、涂料、油漆中作为功能性填料[4], 也可作绝缘[6]、耐火、保温材料, 特别是矿物自身具有纳米尺寸的晶体结构, 是开发研制纳米复合材料的天然原料, 其应用前景十分广阔。

微晶白云母已经成功应用于填料、涂料、绝缘材料中[7]。对于微晶白云母吸附方面的功能研究很少, 只有Sudipta Chakraborty[8]等对天然白云母吸附砷酸盐和亚砷酸盐已有研究, 但是却没有涉及到对有机污染物的吸附。本文对有机插层微晶白云母吸附有机污染物的可行性和环境治理作用进行论述。

1.2 微晶白云母有机插层的研究

1.2.1 微晶白云母有机插层可行性分析

微晶白云母属于粘土矿物中的一种, 具有亲水疏油的特性, 粘土矿物对环境中的有机污染物的良好吸附作用可以在有机插层的微晶白云母中得以进一步体现。微晶白云母是2∶1型层状构造硅酸盐矿物[3]。微晶白云母的表面阳离子交换性能 (CEC) 较低, 约为0.01～0.05 mmol/g。层间为钾离子, 其层间电荷x=1, 其四面体替位产生的层电荷及自身的热稳定性远高于蒙皂石, 将它进行插层改性, 其稳定性、催化性能及吸附性能将会更好。

微晶白云母层间域呈惰性, 反应性较弱, 不能用有机物直接插入层间, 因此采用间接插层的方法制备有机插层微晶白云母, 即先用小分子无机物直接插入微晶白云母层间, 然后用有机物分子取代前驱体, 制备成有机插层微晶白云母。由于有机阳离子的水合作用很微弱, 生成的有机微晶白云母具有疏水性, 同时又增加了微晶白云母的有机质含量, 可大大增加微晶白云母从水中去除疏水性有机污染物的能力[9]。改性后的微晶白云母改变了其层间域的电荷、介质、层间距, 破坏了层电荷分布平衡, 使其结构与性能发生相应的变化, 从而用来开发新的环保材料。

吴平霄等用十八烷基三甲基溴化铵 (C18TAB) 对具有蛭石晶层与云母晶层的规则间层矿物水黑云母进行有机柱撑, 研究结果表明, 有机物在云母晶层中呈倾斜双层排布模式[10]。

1.2.2 微晶白云母有机插层的方法

Xiaofeng Yu等已经对白云母做过有机改性研究, 实验证明, 白云母被有机物插层后层间距有所扩大[11,12,13]。Xiaofeng Yu等将10g白云母粉末与170gLiNO3 粉末在玛瑙研钵里机械混合, 完全混合后, 将此混合物在马弗炉中以300℃加热12h。加热后的产物用去离子水洗涤并过滤, 再以110℃的温度干燥。重复7次即得Li-白云母。将2g十六烷基三甲基溴化铵 (HDTMAB) 溶解于50mL去离子水中, 然后在室温条件下将0.4g的Li-白云母与HDTMAB水溶液混合, 在水热反应器中以200℃加热反应12h。水热反应后, 将产物过滤后用乙醇洗涤3次, 然后在室温条件下的真空炉中干燥, 最后收藏于干燥器中, 即得有机插层白云母[13]。而微晶白云母就是微米级的白云母, 因此对微晶白云母进行有机插层具有可行性, 并且应用前景可观。

1.3 有机插层微晶白云母作环境矿物材料应用前景

1.3.1 有机插层微晶白云母吸附污水中有机物

水体污染是全球面临的一个严重问题, 海洋、河流及地下水均遭不同程度的污染。水体污染是由工业废水排放及大量施用化肥所引起。污染物主要成分是重金属、氰化物和氟化物等无机污染物;多氯联苯 (PCB) 、有机农药和酚类等有机物污染;多环芳烃、苯并 (α) 芘及乳化油等石油污染[14]。

用季铵盐阳离子表面活性剂改性黏土矿物和土壤后, 从水中去除有机污染物的能力至少比用天然粘土矿物或土壤高几十至几百倍, 有效地降低有机污染物在环境中的迁移。

微晶白云母经有机插层后, 原本呈惰性的层间域被大的有机分子 (HDTMAB) 撑开, 可利用季铵离子的非极性脂肪链端溶解 (萃取) 有机物[15]。由于十六烷基三甲基溴化铵有很强的亲苯酚, 氯苯性, 它们被牢固地吸附在层间HDTMAB分子周围, 故有机插层后的微晶白云母将会是一种很好的吸附有机污染物的材料。

1.3.2 有机插层微晶白云母用作垃圾防渗层材料

有机污染物在土壤中的渗透能力取决于土壤对污染物的吸附程度。垃圾填埋场的底部及四周通常铺有一层防渗材料, 目的是将污染物的渗漏速度降低到最小。若在防渗材料中加入少量有机黏土矿物以增加防渗材料对有机污染物的吸附能力, 可进一步延缓污染物穿透防渗材料的速度。

利用有机插层微晶白云母的吸附性能, 可在现场形成吸附区, 截住或固定由上游流下的地下水中的有机污染物, 配合化学或生物降解手段, 可提供一种崭新的“现场”综合修复技术, 永久地去除地下水中有机污染物[9]。

1.3.3 有机插层微晶白云母吸附有害气体

用十六烷基三甲基溴化铵有机改性的蒙脱石、膨润土作为固体吸附材料, 可以吸附大气中某些有害气体, 例如吸附CO2、CH4、N2、O2、C2H2、CO、SO2等气体[16], 因此可以用十六烷基三甲基溴化铵插层的微晶白云母也可作为吸附材料吸附有害气体, 从而净化空气。

2 结 语

微晶白云母是2∶1型层状构造硅酸盐矿物, 天然的微晶白云母层间呈惰性, 反应性较弱, 可以先用小分子LiNO3插入微晶白云母层间, 然后用大分子十六烷基三甲基溴化铵取代LiNO3进入微晶白云母层间, 使其层间域扩大, 并且有机碳含量增加, 具有吸附苯酚等有机物的性能。改性后的微晶白云母改变了其层间域的电荷、介质、层间距, 破坏了层电荷分布平衡, 使其结构与性能发生相应的变化, 从而用来开发新的环保材料。

矿物材料 第10篇

在建筑工程长期使用过程中, 由于各种外界和内部不利影响因素的作用, 工程结构特别是混凝土结构会遭受不同程度破坏。为保证整个建筑工程的安全和正常使用, 需要对混凝土结构进行及时快速的修补、加固, 以保证人民生命财产安全, 因此对建筑工程的快速维修加固至关重要, 而高性能修补材料的配制和应用成为重中之重。另一方面, 在一些特殊施工条件下也需要对工程进行快速的修补加固, 以保证工程建设正常进行。

目前国内对修补材料的研究主要集中在传统的环氧树脂砂浆或树脂混凝土上, 而此类复合材料对材料的相容性要求较高, 配制较为复杂, 造价高, 后期有机物表现出的老化、开裂等破坏现象使得修补材料的性能大大下降, 同时大多数硅酸盐水泥基修补材料不能满足快速凝结硬化、早强的要求[1,2,3,4,5]。为解决以上问题, 将普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥按不同的比例进行复合, 既发挥普通硅酸盐水泥的后期稳定特性, 更主要的是充分发挥硫铝酸盐水泥快凝早强优点, 为进一步发挥材料特性, 在确定的基准配合比的基础上掺加不同的超细矿物掺合料, 研究其对普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合胶凝修补材料的影响。

1 硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合胶凝体系

普通硅酸盐水泥的主要矿物组成是:硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙, 水化产物主要是C-S-H凝胶和Ca (OH) 2。由于易干缩、凝结速度慢, 在一些特殊工程, 如紧急抢修、堵漏等工程中不能满足特殊的要求。

硫铝酸盐水泥以石灰石、铝矾土为主要原料, 结合活性材料经高温烧结得到以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物的熟料, 再以适当石膏和混合材料磨细制成。硫铝酸盐水泥加水后凝结时间很快, 这主要是水泥矿物中无水硫铝酸钙和硅酸二钙可以很快水化, 迅速形成大量溶解度较低的水化物-高硫型水化硫铝酸钙 (钙矾石) , 同时另一矿物硅酸二钙水化后生成Ca (OH) 2和水化硅酸钙 (C-S-H凝胶) 。

在普通硅酸盐水泥中加入适量硫铝酸盐水泥后, 出现促凝早强, 这是因为加入的硫铝酸盐水泥消耗了Ca (OH) 2的浓度, 降低了水泥浆体的碱度, 加快了普通硅酸盐水泥中硅酸钙的水化作用, 加快了水化速度, 同时硫铝酸盐水泥中的无水硫铝酸钙快速与石膏反应生成钙矾石, 出现快速凝结, 水泥砂浆的早期强度大大提高, 但同时浆体的流动性减小[6]。

通过大量试验, 综合考虑硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合胶凝体系的凝结时间和各龄期的强度指标, 确定复合体系中硫铝酸盐水泥的最佳含量为15%, 以此为基准配合比。

2 矿物掺合料对硅酸盐-硫铝酸盐复合体系的影响研究

试验在基准配合比的基础上掺入矿渣微粉、硅灰两种掺合料, 以流动度、强度等指标作为控制指标, 通过改变矿物掺料的掺量来调整水泥胶砂的流动度、强度, 使其具有良好的施工性、强度及耐久性。基准配合比为硫铝酸盐水泥的掺量为15%, 其中普通硅酸盐水泥:573.75, 硫铝酸盐水泥:101.25;天然河沙:1 350;水:337.5。

2.1 硅灰 (SF) 的掺入对复合水泥胶砂流动性及强度的影响

在已基本确定的复合胶凝体系基准配合比的基础上, 即硫铝酸盐水泥的掺量为15%, 掺入不同比例的硅灰进行试验。掺硅灰的复合水泥胶砂配合比如表1所示。试验结果如表2和图1所示。

由以上试验数据可知:

(1) 复合胶凝材料中掺入硅灰后流动度明显降低, 并随着掺量的增加降低幅度增大。由于硅灰的细度大, 单位质量的硅灰颗粒表面积大, 因此当它取代定量普通硅酸盐水泥后, 充分显示出其高需水性的特征, 表现为复合胶砂的流动性变差, 变得干稠, 施工和易性较差。在施工时可采取相应措施进行改善, 如加入高效减水剂可大大改善复合胶砂流动度较小的弊端。

(2) 硅灰对复合胶凝材料3 d抗压、抗折强度有明显降低作用, 但早期抗压强度也能基本能满足实际工程强度的一般要求。28 d抗压、抗折强度随着硅灰掺量的增加有所提高, 值得关注的是当硅灰掺量为10%时早期和后期强度均较高。但当硅灰掺量为15%时, 复合胶凝材料的28 d抗压强度出现明显的降低, 当硅灰掺量为10%时后期抗压强度较高。

硅灰的适量掺入在明显改善复合胶凝材料胶砂流动性的同时, 也充分发挥了其超细粉的粉体效应, 在一定程度上弥补了其早期活性不足的缺陷, 因此掺入一定量的硅灰对早期强度的降低影响较小, 同时, 硅灰的掺入对复合胶砂体系的强度增长要大大低于在单组份的普通水泥胶砂中掺入硅灰的强度增长。

2.2 矿渣超细粉的掺入对复合水泥胶砂流动性及强度的影响

在已基本确定的复合胶凝体系基准配合比的基础上, 即硫铝酸盐水泥的掺量为15%, 掺入不同比例的矿渣超细粉进行试验。掺硅灰的复合水泥胶砂配合比如表3所示。试验结果如表4和图2所示。

由以上试验数据可知:

(1) 复合胶凝材料中掺入矿渣后流动性有所改善, 并且随着矿渣掺量的增加流动度不断增大, 便于施工操作, 施工性能保持良好。

(2) 矿渣对复合胶砂3 d抗折强度和抗压强度均有明显降低作用, 28 d抗压、抗折强度随着矿渣掺量的增加有所提高, 但增加的幅度较小。这是由于在早期矿渣微粉的活性还没有充分发挥作用, 而在后期, 随着水泥水化的不断进行和完善, 矿渣的活性不断发挥, 矿渣中的活性成分与水泥水化产物氢氧化钙发生反应活性反应, 生成强度较高的硅酸盐, 因此使得胶砂的后期强度出现明显的增大。

因此试验结果说明:矿渣的适量掺入在降低复合胶砂早期强度的同时, 在改善复合胶凝材料胶砂流动性方面贡献较大, 复合胶砂浆体流动性有所改善, 能够起到改善工作性的要求。

3 结语

综合考虑复合胶凝材料的工作性良好、强度与基准复合胶砂体系强度的比较等各方面要求, 适量的硅灰掺量和矿渣掺量在一定程度上均能提高复合胶砂后期的抗折及抗压强度, 特别是抗压强度有所增大, 但从早期强度的增长来讲, 矿渣的掺入大大降低了早期强度, 对快速修补的施工要求不利, 而硅灰的掺入对复合胶砂早期强度的影响较小, 但流动性变差, 在采取一定外加剂改善其流动性的条件下, 可采用掺入适当掺量的硅灰来提供复合胶砂的强度。

如果将硅灰与矿渣按比例同时掺入复合胶砂中, 同时发挥两者的优点, 在一定程度上, 既能改善复合胶砂的工作性, 又能大大提高复合胶砂的早期和后期强度, 能够满足对混凝土结构的快速修补要求。

摘要：为了对建筑工程进行快速修补, 将普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥按不同的比例进行复配, 试验结果表明, 当SAC含量在15%时复合胶凝材料在各方面均表现出优异的性能, 在此基准配比基础上掺入适量矿物掺合料, 分析其对复合胶凝修补材料的影响, 结果表明, 适量的硅灰和矿渣在一定程度上均能提高复合胶砂后期的抗折及抗压强度, 特别是抗压强度有所增大, 但矿渣的掺入大大降低了早期强度, 对快速修补的施工要求不利, 而硅灰的掺入对复合胶砂早期强度的影响较小, 但流动性变差。如果将硅灰与矿渣按比例同时掺入复合胶砂中, 同时发挥两者的优点, 能够满足对混凝土结构的快速修补要求。

关键词：复合胶凝材料,普通硅酸盐水泥,硫铝酸盐水泥,矿物掺合料,快速修补

参考文献

[1]郑旭.水泥基修补砂浆的研究[D].北京:北京工业大学, 2008.

[2]GB20472-2006, 硫铝酸盐水泥[S].

[3]王建军, 张自力, 万善奎.硫铝酸盐水泥的发展现状与展望[J].新世纪水泥导报, 2011 (6) :51-53.

[4]许贤敏, 高聚英.国外钢筋混凝土结构修补方法简介[J].公路, 2004 (4) :61-63.

[5]赵群.混凝土路面快速修补材料试验研究[J].施工技术, 2011, 40 (351) :95-97.

矿物晶体交易转折2010 第11篇

一切还得从2008年的金融危机说起。

因为虽然国内矿物晶体市场在渐渐火热，但终究因为起点较低，远远不能跟国外（主要是欧美）市场相比。因此，欧美经过2008年的金融危机后，大伤元气，自然影响到对欧美市场非常依赖的中国矿物晶体行业，而中国的矿物晶体行业，湖南省占据了至少70%以上。

幸好，这一切在2009年开始有所回升；幸好，2010年的表现还不错。

“2010年湖南省矿物晶体出口金额至少在3000万以上，主要是湖南的特有矿种，比如辉锑矿、黄铁矿、雄黄、萤石等等，较之2009年至少提高了20%以上。”湖南省矿产测试利用研究所副所长、湖南省矿物宝石协会副会长曾建国欣慰地说。

不过，因为这个市场起步较晚——上世纪90年代初才开始形成，因此，经过2008年的金融危机后，很多问题都凸现出来。这些在2010年体现得很明显，正如曾建国的忧虑一样：“主要体现在缺乏政府引导，抗风险能力弱，商家素质有待提高，对不可再生资源的保护和收藏力度不够等等。”

如果说2009年是湖南省矿物晶体的过渡年，那么，2010年就是真正的转折年。

2010年出口量超过3000万

“明天我就要去美国图桑参加国际矿物宝石展览会（以下简称图桑展会）了。”1月24日，湖南省矿物宝石市场元老级商家、湖南省矿物宝石协会副秘书长高云富踌躇满志地说。这一次随行的商家超过20家，是今年他们参加国际矿物宝石展览会的第一站，带去了近30箱矿物晶体，包括辉锑矿、黄铁矿、萤石、方解石等湖南的特色矿物晶体。

去年的这时候，他们也在美国图桑，带去的货物也差不多。

这么多年来，这群国际候鸟很少在家里过年，因为图桑展会是世界三大矿物宝石展会中持续时间最长的一个，时间是一个月。其他两大展会是德国的慕尼黑国际矿物宝石展览会和法国的圣玛丽国际矿物宝石展览会，持续时间都只有一周左右。

这3个展会的展位都1000个左右，每天接待的参展人数在5万以上，是世界上几乎所有有实力的矿物宝石商人和收藏家的聚集地。作为有色金属之乡的湖南省自然也不例外。

湖南的绝大部分矿物宝石商家都只参加这3个国际矿物宝石展。在这3个城市，湖南的参展商有自己专门的仓库，这是少数国家才有的待遇。因为湖南的矿物宝石商崛起非常快，短短20年，就占据了中国矿物宝石市场70%以上的份额。这是一个惊人的数字和比例，依托于湖南这个有色金属之乡的强大后盾。

“去年我们整个市场出口矿物晶体创汇在3000万元以上，这仅仅是按照商家们参加3大展会算的。因为每次去参加展会的商家在20个家左右，每家创汇10万美元左右，折合成人民币，参展一趟，整体交易额超过1000万元。有时候，有一些商家也会参加其他国家如俄罗斯、匈牙利等规模稍小一些的展会。”曾建国说。

其实，这些出口到国外的矿物晶体并不是这些商家们收藏的最好的产品。

“那些精品我们一般通过邮件同国际上的大买家和收藏家直接联络，然后约定时间，他们来湖南采购。这样的交易额一场也会在百万以上。当然，这种交易一年也不会很多，比如去年我所知道的也就三五次。”湖南矿物宝石市场创始人廖时亮说。

出口的同时也会进口一些矿物晶体，不过，都是比较大众化产品

众所周知，矿物晶体和矿产资源一样，是不可再生资源。而矿物晶体更加可贵，因为有矿产的地方不一定有矿物晶体，特别稀有。

因此，为体现重视，1982年8月25日，我国邮电部发行了第一套矿物邮票即雌黄、辉锑矿、辰砂和黑钨矿，深受国内外集邮爱好者和矿物爱好者欢迎。

1996年8月，第三十届国际地质大会在北京召开，众多外国参会者都想买到中国的优势矿物，即举世瞩目的辰砂、辉锑矿、黑钨矿、白钨矿、雄黄、雌黄、蓝铜矿、锡石等。

如今，这些矿物安在哉？湘西州凤凰县辰砂在上世纪80年代中期时，常常会发现有“婴儿手臂粗的辰砂晶体（矿物晶体商人李若黔语）”，而现在，能够找到拇指粗大小的辰砂就已经非常不错了。

黑钨矿、雄黄和雌黄的命运也差不多如此。

当年的四大名矿几乎去其三。

物以稀为贵，这句话是矿物晶体在市场上的本质属性。因此，这几年的矿物晶体价格直线飙升，“以前进价只要几十万的矿物晶体，现在动辄上百万，而且量少，品相也不是很好。这样高的价格，即使是外商，也很难卖出去。”作为湖南矿物晶体市场的开拓者，廖时亮自从2008年金融危机之后，就开始把主营业务从矿物晶体向珠宝市场转变，2010年矿物晶体的营业额只占其珠宝营业额的1/3不到；而这在3年前，是占据70%强。

以前，湖南省专门从事矿物晶体进出口业务的唐国强、李若黔等人，如今都不是转向，就是淡出。比如唐国强在2010年将整个仓库价值数百万的矿物晶体整体转让了，李若黔也准备淡出这个行业。

目前，只剩下高云富、何元明等少数人专门从事矿物晶体业务了。

其实，目前国内收藏矿物晶体的人越来越多，有些人甚至建立了私人矿物晶体收藏馆，尤其是像河南、江苏、黑龙江等省份建立起了省级地质博物馆，其馆藏需求量也大。我们湖南省的地质博物新馆也正在紧锣密鼓的筹备中，按说，前途应该是一片光明，但是，却因为矿物晶体的资源量越来越少，让许多人有钱都不一定买得到精品。

“这在去年体现得很明显，如果有足够的产品，我们的营业额肯定是现在的好几倍，”高云富说，“所以，也在去年，我的经营策略也跟着改变了，从以前单纯的卖出国内精品矿物晶体，也开始同时收购国外的特色产品，比如巴西的紫晶洞、印度的鱼眼石和沸石、西班牙的黄铁矿、非洲的孔雀石等。但是，因为各种各样的原因，收购量不大，而且很多算不上精品，只能够说教科产品。”

孔雀石在我国湖北大冶以及广东的阳春县也有产出，但是，却随着当地的矿床枯竭而随之渐渐消亡了。

矿物晶体市场，亟待政府的引导和宣传

湖南的矿物晶体市场虽然经过了近20年的发展，但却一直是一个没有名份的市场。这些商家的经营执照上所写的经营类别几乎都是“观赏石及珠宝类”，而矿物晶体和这两者是有着根本性的区别。

因为矿物宝石兼顾了科研价值和自然美学价值，而观赏石和珠宝只具备其中的一种要素。

矿物晶体地位的尴尬，曾建国认为与政府的引导缺失有一定的关系：“如果政府能够像引导和宣传湘绣一样对待矿物晶体，那么，这个市场肯定是另一番面貌。因为矿物晶体其实也算是我们湖南有色金属之乡的另一张名片，其收藏价值和未来的升值空间绝对会大大高于湘绣。同时，这也可以大大提升对矿物晶体这一稀有资源的保护力度。”

矿物晶体商家自身素质有待提高，应该由商家身份向收藏家身份转变，这是导致这个市场目前资源比较枯竭的另一个重要原因。

“要想湖南矿物晶体市场在2010年的基础上再上一层楼，那么，这些商家们首先要提高自身素质，要具备国际视野，不能够做一个仅仅是卖家的商人，而更应该向收藏家的身份转变。真正的国际大矿物晶体商人基本上都有另外一个身份，就是收藏家。让矿物晶体在国际上流通，至少在中国与外国之间进行一个良性流通，才是生生不息之道。同时，还要提高自身资金储备，这也和上一个问题一脉相承，因为除非本身实力特别出色，一般的商家或者收藏家都需要以石养石，用石头和其他人进行交换。这既减少了资金的流通，也可以加大自身对市场的抗风险能力，就不会出现2008年因为国际金融危机导致市场萧条的情况出现。”曾建国说。

矿物材料 第12篇

1层状粘土矿物及其改性研究

一般来说,理想的纳米光催化剂载体应具有以下特点[1]: 良好的透光性、在不影响TiO2光催化活性的前提下与TiO2颗粒间具有较强的结合力、比表面积大、对被降解的污染物有较强吸附性、易于固-液分离和固-液传质等。因此载体大多为硅酸盐类,其次有金属、活性炭等[3,4]。

天然层状粘土矿物具有独特的硅酸盐层结构,一般由Si—O四面体片和Al—O八面体片彼此连结成结构层。结构单元层由一层[SiO4]四面体片和一层[AlO6]八面体片组成为1∶1型层状硅酸盐,如高岭石、埃洛石和蛇纹石等;由层状硅氧骨架通过氢氧镁铝层结合而成的双层[SiO4]四面体且四面体中的Si4+可以被Al3+或Mg2+等阳离子同晶置换的为2∶1型, 如蒙脱石、蛭石和云母等[5]。此类粘土矿物由于储量丰富且具有优良的特性,在作为载体方面得到了很好的应用。但原矿层间域和表面活性等方面也存在局限,在实际应用中常需对其改性活化。经改性处理后的层状粘土矿,其孔结构、膨胀性、吸附性、表面亲油或亲水性等物理化学性能都能得到很好的改善,相应其负载后的复合效果也有所提高。目前主要使用的改性方式有热改性、有机改性和无机改性几种方式,其中铵盐有机改性和酸活化无机改性较为常见[6]。

2层状粘土矿物负载纳米TiO2的合成

2.1合成方法

目前用于纳米TiO2光催化剂负载的方法较多,其中应用较多的为溶胶-凝胶法、水解法和水热法[1]。

溶胶-凝胶法是目前制备负载型TiO2最常用方法。该方法一般采用钛酸酯类作为反应前驱物,加入少量有机络合添加剂,经搅拌、陈化制得TiO2溶胶后,将载体浸渍于其中,再经凝胶、陈化及热处理[7]。钛酸酯类主要有钛酸四丁酯、钛酸异丙酯等,常用的酸有HCl、HNO3和CH3COOH等。该方法工艺过程较为简单,制备出的TiO2纯度较高,且在载体上分布相对均匀并较易形成多孔结构,TiO2晶型也容易控制,但所用的钛源价格相对较高,后处理过程较复杂,所得的无定型TiO2 通常需煅烧退火才能得到晶态TiO2,且该过程中颗粒会团聚长大。

水解法是国内外制备负载型纳米TiO2常用方法之一。 该方法主要以无机钛源[TiCl4和Ti(SO4)2]为前驱体,在酸溶液中部分水解生成聚合羟基钛离子,再通过离子交换或吸附附着于粘土矿物上。该方法成本较低、工艺简单,但生成的TiO2 粒子大小不易控制,结晶度较低,通常需进一步高温热处理提高其结晶度。

水热法也常被作为粘土矿负载纳米TiO2的合成方法。 该方法以钛溶胶和粘土矿为反应物,以水为溶剂,经过高温高压反应获得TiO2结晶度相对较高的负载光催化剂。该反应过程主要涉及钛前驱体的形成、前驱体与载体相互作用、晶粒成核与生长,制备出的晶粒结晶度较高且相容性较好,载体表面TiO2纳米颗粒分布相对均匀,但合成中影响因素较多,如载体表面物化特性、物料比、水热反应温度和时间等。因此如何得到光催化活性更高的负载型纳米TiO2依然是目前相关学者关心的问题。

2.2复合结构

2.2.1 TiO2柱撑

TiO2 柱撑层状粘土矿复合材料是利用矿物层间离子的可交换性,将低聚、高聚合羟基钛阳离子引入层间域,后经热处理形成金属氧化物支柱态的光催化复合材料。对于该复合结构的制备工艺,溶胶-凝胶法和水解法较为常用,载体大多选用蒙脱石。Sterte[8]首次利用TiCl4在HCl中部分水解制备了聚合羟基钛离子柱化剂,得到的TiO2柱撑材料具有大的比表面积和孔容,且热稳定性达700℃;Yamananka等[9]采用水解法也得了到柱撑结构的复合材料。在此之后,TiO2柱撑的复合材料制备技术日渐成熟,也包括用时更短的微波法、超声法等热处理方面[7]。对于该结构的复合材料,粘土矿本身的物理化学特性对其光催化性能影响较大。相关研究表明,经有机改性的层状粘土矿,不仅具有利于更多柱撑剂和孔结构存在的层间距,而且其层表面相对小的亲水性有利于有机污染物在光催化剂表面富集与降解[7]。因此,长链表面活性剂通常使用在柱撑复合材料的制备中[10,11]。

2.2.2 TiO2表面固载

一些研究表明,柱撑光催化剂在应用中也有自身的缺陷。 例如,矿物层间的TiO2粒子结晶度低,影响光催化活性;柱撑剂孔尺寸小,较大分子污染物难进入柱撑催化剂内部与其反应,影响传质效率;光在厚的硅酸盐片层中的低透过率也会降低光催化反应效率,从而限制它们的实际应用范围[12,13,14]。因此,将纳米TiO2负载于粘土矿物层外表面的复合结构具有一定优势,其中所用载体除蒙脱石外[15,16],还包括高岭石[17,18,19,20]和蛭石[21,22]及其无机改性所得硅酸盐纳米片[23,24]。暴露于片层外表面的纳米TiO2不仅能有效利用光能,而且利于污染物分子与之表面活性位点充分接触。目前所得的表面固载模式多为包覆型,载体本身片层较厚,TiO2纳米粒子分布在其堆叠层的外表面,其中较为典型的是TiO2/高岭石负载型纳米光催化剂,其吸附性虽然有所提高,但其透光性仍然较差。近期相关研究表明,具有表面反应活性硅羟基和半透明纳米层的无机酸活化粘土矿,通过原位生长TiO2的合成方式,可获得大比表面积、吸附性强、附着力强且透光性相对较好的表面负载型TiO2 纳米晶[23]。

3层状粘土矿物负载纳米TiO2的环境应用

目前国内外已有较多关于利用层状粘土矿物负载纳米TiO2 处理环境污染物的报道,相关应用主要集中在降解水体和空气中有机污染物两个方面,表1对目前国内外学者对该领域的研究成果进行了部分总结。

废水中含有大量的有机污染物,如:卤代烃、脂肪醇、染料、芳香族和农药等。传统的物理或生化法往往存在处理不彻底、容易产生二次污染等缺点。采用层状粘土矿负载TiO2复合光催化材料处理有机废水时,有机污染物被多孔矿物吸附至材料表面并在TiO2光催化作用下实现有效降解与去除, 且易于分离和回收。TiO2在粘土矿层间或表面固载后,除了具有更为丰富的多孔结构外,夹层或表面亲水性也变弱,尤其是层间在表面活性剂等有机分子的修饰下疏水性增强,而毒害有机污染物一般是疏水性的。因此,在处理有毒、难降解有机污染物方面所表现出的优势已经得到人们的广泛关注,如用于降解去除邻苯二甲酸酯类[25]、酚类[26,27]、除草剂[28]和有机染料[15]等。

空气中的废气和有毒气体包括各类有机污染物:农药中难降解物质,如敌敌畏、久效磷等有机挥发硫磷、卤代烃等挥发性气体;甲醛、甲苯等挥发性有机物(VOCs)以及NOx气体。由于大部分空气污染物(如醛、酮醇等)是可被氧化的, 但其浓度相对较低,因此采用层状粘土矿负载TiO2复合光催化材料可利用多孔矿物的吸附性将污染物分子吸附至表面,提高有害气体的局部浓度,达到更好的降解效果[19,29,30]。 相对于目前废水处理,该复合体系用于净化空气方面的研究较少。

4总结与展望