第1章　矿物材料综述

1.1　矿物材料定义和分类

1.1.1　矿物材料的定义

众所周知，地壳由岩石组成，而岩石是矿物的集合体。矿物材料是在工农业生产和日常生活中具有应用价值的天然矿物、岩石及其制成品和仿制品，即指天然产出的具有一种或几种可资利用的物理化学性能或经过加工后达到以上条件的矿物^［1］。

矿物材料的含义包括以下4个方面：

（1）能被直接利用或经过简单的加工处理（如破碎、选矿、切割、改性等）即可利用的天然矿物、岩石。

（2）以天然的非金属矿物、岩石为主要原料，通过物理化学反应（焙烧、熔融、烧结、胶结等）制成的成品或半成品材料。

（3）人工合成的矿物或岩石。

（4）其自身具有的物理或化学性质可直接利用，而不局限于其中的个别化学元素。

显然，矿物材料属于无机非金属材料范畴，但涉及范围却十分广泛。

广义的矿物材料还包括一部分由岩石构成或制成的原材料。矿物材料不是以提取矿物中所含的有用元素作为用途，它的利用目的与冶金、化学工业中的矿物原料的利用目的不同。例如，金红石作为矿物原料，从其中提取钛，作为矿物材料可利用它的高介电常数和低介电损耗，制作微波介质基片材料；高纯的合成金红石微粉——钛白粉由于白度高，遮盖能力强，可制作颜料，用于油漆、涂料、搪瓷等工业；金红石人工晶体以其高双折射率用作近红外偏光晶体。矿物材料大多为非金属矿物，也包括某些金属矿物。

1.1.2　矿物材料的分类

矿物材料可分为结构材料和功能材料。目前，由于对环境的重视，有的又把对环境无害的矿物材料称为环境友好材料。

①结构材料　结构材料狭义的是指用于制造业和建筑业的材料。广义的泛指一切非功能材料。矿物结构材料用于很多领域。在建筑工业中，石膏制品可在强度要求较低的情况下代替水泥制品，用作隔墙板和装饰板；用蛭石、浮石、火山渣、珍珠岩和膨胀页岩可加工制成含有大量孔隙、具有保温和隔热等性能的轻质建筑材料。在化学工业中，制造塑料、橡胶和黏合剂时都大量添加矿物，制成复合材料；塑料中加入石棉或高岭石、滑石等矿物，可增加强度、减震、隔声、阻燃和抗老化。在冶金工业中，利用膨润土的黏结性加工铁精矿球团；在耐火材料中除了传统的黏土、硅石、铝土矿和菱镁矿等，还发展了蓝晶石族矿物、石墨和锆石为主的新型耐火材料。在机械工业中，矿物用作磨削材料、保护涂层、固体润滑剂、摩擦剂、密封剂、焊接材料等。用作磨料的，从软的硅土、方解石到最硬的金刚石，有30多种矿物。应用最多的天然和合成矿物磨削材料有金刚石、石榴子石、金刚砂（合成碳硅石）、合成刚玉和刚玉砂等。在陶瓷工业中，使用硅灰石、透辉石和透闪石等节能型原料，降低烧成温度，缩短烧成时间。在造纸工业中，片状高岭石、滑石和轻质碳酸钙以其高白度和强遮盖能力，用作纸张涂料、填料和增白。在石油钻探中，矿物用作造浆和加重剂，膨润土、海泡石和坡缕石用作水基泥浆，而有机膨润土可制油基泥浆，比重较大的重晶石和赤铁矿等用作泥浆加重剂（可防止井喷）。在食品加工中，硅藻土和活性膨润土等用作饮料和食品的过滤、脱色，以及水和放射性废弃物的处理。在农业中，沸石、膨润土、海泡石和硅藻土等用作土壤改良剂，以改善土壤结构，调节水分，吸附有毒物质和改善肥料特性；膨润土、沸石和皂石等用作畜禽的饲料添加剂，可使畜禽减少疾病，明显增加体重。

②功能材料　功能材料主要用于电子、激光和仪表工业，是对光、磁、电、热、声等外界能量或信息，具有感受、转换、传输、显示和存储功能的材料。常需借助于晶体人工培养手段，得到高纯和缺陷很少的单晶体。电子工业用的功能材料很多。例如，石英用作谐振器，作为频率标准和制造电子表。彩色显像管用的荧光粉，发蓝色光和黄色光是硅锌矿型和闪锌矿型晶体荧光粉，而红色光可以使用钪钇矿型晶体。日光灯用荧光粉则为磷灰石型晶体。红锑矿可以把可见光能转换为电能，用作卫星摄像管靶面。在激光工业中，矿物功能材料用于激光的发射、传导、调制、偏转和存储。固体激光晶体有14个矿物类型，常用的有红宝石等。

③环境友好材料　环境友好材料是矿用材料的先进性（功能性）、舒适性（经济性）和环境协调性3个方面都达到指标定量标准的材料 。评价一种材料是否为环境材料，首先必须确定评价标准。 从环境材料的定义看，制定评价标准实际上是按材料的先进性（功能性）、舒适性（经济性）和环境协调性3个方面进行判定。