矿物材料Word文档下载推荐.docx
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在经由物理分离纯化矿物原料时，原料的组成矿物之间的空间分布特征发生改变，但各矿物的化学成分、晶体结构均未被触及，所实现的仅仅是杂质组分与目的矿物在空间位置上的相互分离。
传统的矿物机械加工，包括矿物原料的粉粹、分级以及目的矿物的分选富集（如浮选、电选、磁选、重选等），均属于物理纯化作用。
（2）化学纯化：
在化学应用中，采用多种化学手段以改变杂质矿物及其他组分的化学组成或存在形态，使之从目的矿物中分离出去。
在化学纯化处理中，需要使用酸、碱、盐或其他溶剂、熔剂的溶解、熔融作用，或者利用活泼气体的氧化、还原作用，来达到纯化目的。
（3）在煅烧、升华等高温过程中发生的纯化作用属于物理化学作用。
高温物理化学处理能改变物料的化学组成、相组成、显微结构及宏观结构，从而赋予处理产物以新的物理化学性质，达到纯化矿物材料、改善原有材料的使用性能或者制备新材料的目的。
5.烧碱熔融法制备高碳石墨的原理是什么？
石墨颗粒表面及鳞片内夹杂的细粒浸染状石英及部分铝硅酸盐矿物在高温下与氢氧化钠反应，生成可溶性盐，能在随后的水浸中除去。
水浸产物再用盐酸处理，溶除金属氧化物及碳酸盐。
经历上述碱熔-水浸-酸溶处理后，可将含云母量较少的、品位大于82％的浮选石墨精矿提纯到品位达98％～99％以上。
6.选择性絮凝的原理是什么？
选择性絮凝过程分为哪5个阶段？
向多种矿物的混合悬浮体系中加入辅助药剂，以调整某些种类矿物的表面性质，改变它们对絮凝剂的吸附性能，从而在加入絮凝剂时能拉开絮凝剂在不同种类矿粒表面的吸附量的差异，使特定矿物种类的颗粒形成絮块沉降下来，而其它种类的矿物颗粒继续稳定分散于悬浮液中，达到从复杂组成的悬浮体系中选择性地絮凝某些种类矿粒的纯化目的。
选择性絮凝过程可分为5个阶段：
（1）微细矿物混合体的制浆分散；
（2）加入辅助药剂调节矿粒的表面性质；
（3）加入高分子絮凝剂（最常采用的是阴离子型），发生选择性吸附，形成以某些矿物为主的絮团；
（4）絮团调整，个体增大；
（5）絮团与悬浮液的分离。
7.还原漂白的机理是什么？
请总结获得良好漂白效果的措施？
还原漂白机理：
利用还原剂使赋存于待漂白矿物表面的难溶性的三价铁矿物（氧化铁、氢氧化铁微粒及薄膜）被还原成易溶性的Fe2+，然后经洗涤除去，从而达到漂白的目的。
连二亚硫酸钠（Na2S2O4）作为还原剂的氧化-还原反应为：
获得良好漂白效果的措施：
（1）恰当的反应pH值。
如果过低，则连二亚硫酸钠的稳定性下降，能自行分解，析出微粒硫，反而降低漂白效果。
（2）分批向强烈搅拌下的矿浆内加入连二亚硫酸钠干粉。
（3）还原漂白时间为40min到2h，反应完毕后应立即过滤洗涤。
（4）有时在漂白反应结束后，需将矿浆静置一段时间，使微细颗粒沉降浓集，这就增大了Fe2+被重新氧化的可能性，可能使矿浆“返黄”。
向漂白后的矿浆中加入络合剂（例如：
柠檬酸、草酸、乙二胺醋酸盐、聚磷酸盐等）络合作为漂白产物的Fe2+，避免它被氧化回Fe（OH）3。
也可在漂白后加入羟胺或羟胺盐来阻止Fe2+被再氧化。
8.什么是矿物材料改性？
矿物材料改性是指经过适当的化学、物理手段处理，以改变矿物整体或者矿物表面的物理、化学性质，从而改善或赋予矿物材料以新的应用性能，满足社会发展对新材料的需求。
第三四章课堂习题
1.高温物理化学作用包括哪些过程？
高温物理化学作用包括：
相变、分解、熔融、重结晶、液-固相反应、
固相反应、烧结。
2.请总结焰熔法的优缺点。
焰熔法的优点是不需要坩埚，因此不需要真空状态或惰气保护系统（保护坩埚材料不被氧化），提供热量的氢氧焰除生成水外不带入其它杂质，晶体生长速率可达每小时10～15mm，长度也不受限制。
焰熔技术的缺点是晶体生长的温度场很不稳定，轴向、横向的温度差异过大，由此导致生成的晶体存在严重的结构缺陷和较大的内应力。
焰熔法生成的刚玉单晶的常见结构缺陷有塑性变形和镶嵌构造。
3.什么是固相反应？
固相反应是固体直接参与化学反应并发生化学变化，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用的反应。
固相反应除固体间的反应外，还包括有气、液相参与的反应。
4.什么是膨润土的改型？
膨润土的改型，就是利用蒙脱石的阳离子交换特性，改变蒙脱石的层间可交换阳离子的类型或增大蒙脱石的阳离子交换容量，从而改变膨润土的某些理化性能，使之适应多种需求。
5.沸石具有哪些特殊的性能?
沸石规整孔道结构的形成分为哪几级？
沸石改型的基础是什么？
（1）沸石的特殊性：
①孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸（5-12Å
）范围之内；
复杂的孔道结构允许沸石和分子筛对化学反应的产物、反应物或中间物的吸附有形状选择性，避免副反应；
②补偿电荷阳离子的可交换性（沸石对某一类特定阳离子的交换能力可能大到足以作为这类阳离子的良好捕收剂使用）；
③非常高的表面积和吸附容量；
④较好的化学稳定性，富铝沸石在碱性环境中有较高的稳定性，而富硅沸石在酸性介质中有较高的稳定性；
⑤容易再生；
⑥良好的热稳定性和水热稳定性，多数沸石的热稳定性可超过500℃；
⑦吸附性质可调控，可从亲水性到疏水性
（2）沸石规整孔道结构的形成分为4级：
第一级：
TO4四面体构成多元环
第二级：
β笼
第三级：
α笼/八面沸石笼
第四级：
晶粒
（3）沸石的离子交换作用是沸石能够进行改型的主要基础。
6.层状结构化合物能发生夹层作用的原因是什么？
从夹层反应的机理来看，夹层过程可分为哪几类？
请简要说明。
原因：
层状结构化合物的层内为强烈共价键，维持层的稳定性；
层间则是弱相互作用（电中性层时：
VanderWaals力；
电正/负性时：
弱的静电力）。
在一定条件下，活泼性的外来物质（i.e.客体）能克服层间作用力，可逆地插入层间间隙，并且又未破坏原有的层状结构。
从夹层反应的机理来看，夹层过程可分为：
（1）氧化–还原夹层反应过程：
存在电子在主、客体之间的转移（电子得失）。
（2）配位夹层反应过程:
客体与主体层之间形成配位共价键。
（3）“离子交换”夹层反应过程。
第五六章课堂习题
1.水热生长过程的主要特点有哪些？
水热法使晶体生长的过程是怎样的？
完成温差水热结晶的必要条件是什么？
（1）水热生长过程的主要特点：
①过程是在压力与气氛可以控制的封闭系统中进行，
②反应釜内填充矿化剂溶液作为介质；
③生长温度比熔融态、熔盐法生长等低得多；
④生长区基本上处在恒温和等浓度状态，且温度梯度很小；
⑤属于稀薄相生长，溶液粘度很低。
（2）水热法生长晶体的过程：
缓慢升温到预定温度的过程中，液相体积及液相上方的气相压力增大。
在预设温度及温度梯度下，高温区的营养料溶解，形成的饱和溶液被输送到低温区（籽晶），从而在籽晶区保持溶质过饱和状态，使籽晶生长。
冷却使在籽晶上析出部分溶质后的溶液又流回下部高温区，变得不饱和，再溶解营养料。
如此循环往复，使籽晶得以不断长大；
（3）完成温差水热结晶的必要条件为：
①在高温高压的某种矿化剂水溶液中，能促使晶体原料具有一定值（例如1.5％～5％）的溶解度，并形成稳定的所需的单一晶相；
②有足够大的溶解度温度系数，以使得在适当的温差下就能形成足够的过饱和度而又不产生过分的自发成核；
③具备适于晶体生长所需的一定切型和规格的籽晶，并使原料的总表面积与籽晶总表面积之比值达到足够大；
④溶液密度的温度系数要足够大，使得溶液在适当的温差条件下具有引起晶体生长的溶液对流和溶质传输作用；
⑤备有耐高温高压抗腐蚀的容器。
2.从非晶态的铝硅酸钠凝胶转变到亚稳的沸石，涉及的两种晶化机理是什么？
请分别列举典型实例。
对晶化机理的两个极端认识:
•溶液传输机理（液相机理）：
在溶液中成核和晶化，即凝胶溶解，形成胶团进入溶液，经过成核-生长，生成沸石。
典型的液相机理实例：
从清液中生成中硅沸石及高硅沸石（如Y、P、ZSM-5），没有发生固相传输过程。
•固相传输机理（固相机理）：
无定形凝胶经结构重排（重结晶）转化为沸石，晶化时无明显的固相溶解，溶液内的Na+、K+向固相内迁移，晶化在凝胶固相内部出现。
典型的固相机理实例：
550℃脱水的无定形硅铝酸盐凝胶通过与三乙胺和乙二胺反应，在160℃生成ZSM-5和ZSM-35，硅酸盐物种不溶于这些有机胺。
3.转晶剂包括哪几类？
简述转晶剂的作用机理。
转晶剂有以下三类：
•水溶性蛋白质；
•琥珀酸、马来酸、柠檬酸以及C2以上的羧酸及其盐；
棕榈酸、亚油酸等C15以上的脂肪酸的碱金属盐；
•硫酸铝、硫酸铬等无机盐。
转晶剂的作用机理：
提高石膏溶液的过饱和度，抑制半水石膏晶体在某些生长方向上的生长速度，而使晶体在另一些特定方向上优先取向生长。
4.在强碱及弱碱条件下，分别合成什么形状的α-FeOOH？
请写出弱碱条件下合成α-FeOOH的反应方程式。
在强碱介质中合成的α-FeOOH（针铁矿）为针状微晶；
在弱碱介质中可能合成出均匀纺锤形的α-FeOOH微晶。
合成纺锤形的α-FeOOH微晶涉及的化学方程式为：
5.什么是沉淀反应？
应用沉淀法制备沉淀物时应注意什么？
沉淀反应是向可溶性阳离子的盐溶液或氢氧化物溶液中，加入沉淀剂，如OH-、CO32-、C2O42-及CO2（酸性气体氧化物），形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物、碳酸盐、草酸盐沉淀。
煅烧分解沉淀产物能获纯氧化物粉体。
应用沉淀反应制备粉体产物时应该注意：
（1）沉淀法制备的沉淀物应该经过仔细的分散及洗涤，去除由夹带溶液带入的离子，提高产物的纯度。
（2）粒间水使组成沉淀的微粒集合体在干燥过程中易于发生收缩、团聚，不易控制，导致煅烧产物硬团聚化。
应采用有机溶剂置换、超临界干燥、冷冻干燥及高压水热处理等特殊手段，以抑制干燥过程中的硬团聚趋势。
6.使用一步法制备白炭黑的工艺流程是怎样的？
一步法（硫酸沉淀法）制备白炭黑的工艺流程先期酸化水玻璃，生成硅酸溶胶晶种；
然后将水玻璃及硫酸溶液平行地加入晶种液内，沉淀生成的硅酸胶粒自聚合，形成葡萄状的二次胶粒；
95～97℃下熟化；
过滤、洗涤、烘干得产物。
7.简述蛇纹石的酸处理过程。
蛇纹石的酸处理过程：
将原矿粉碎至200目，经湿式强磁选除去磁性杂质矿物后，以盐酸浸出。
为使蛇纹石的镁质被完全沥取，使用超过理论用量25％的盐酸（浓度为6mol/L），在100℃与蛇纹石反应12h，可使产物的SiO2含量达到99.5％。
反应结束后，将物料过滤、洗涤，获得硅质滤饼，滤饼经烘干、粉碎，为水合二氧化硅产物
8.作为碳化添加剂的EDTA和AlCl3对生成链状碳酸钙微晶起什么作用？
EDTA：
稳定晶核和微晶，使晶核寿命延长，单位时间内随机成核数量大增，在碳化反应速率不变的情况下生成颗粒较小的晶体。
AlCl3：
少量AlCl3的水解产物Al（OH）3被碳酸钙微晶表面吸附，在搅拌作用下这类微晶相互碰撞，在Al（OH）3粘连下形成链状结构。
9.什么是表面改性？
用一定的方法（物理、化学、机械等方法），对粉体材料表面进行处理，根据应用的需要，有目的地改变粉体材料表面的物理化学性质（如：
表面组成、结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、光性、吸附和反应特性等），赋予矿物材料以新的功能，以満足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。
10.什么是偶联剂？
“偶联剂”是一种具有两性结构的化合物，它的一部分基团能与粉体表面的官能团反应，形成化学键合，使偶联剂能结合到粉体表面，从而改变粉体的表面性质。
当改性后的粉体被添加到高聚物中时，偶联剂的另一部分基团是有柔软性的碳氢长链，它能溶解、扩散到位于矿物个体附近的高聚物的界面区域内，并且能与高聚物的大分子链发生化学键合或物理缠绕。
这样，在矿物粉体与高聚物这两种性质差异很大的材料之间，以偶联剂为弹性桥，将两者紧密结合在一起。
11.简述硅烷偶联剂表面改性玻纤的作用机理。
硅烷偶联剂表面改性玻纤的作用机理分为两步：
硅烷偶联剂的典型组成通式：
X3-Si-（CH2）n-Y
首先，硅烷偶联剂溶于水中，可水解基团X迅速发生水解生成硅烷三醇：
其次，硅烷三醇与玻纤表面羟基形成氢键键合，进一步在后续的干燥时脱水缩合，氢键转化为共价键，把有机基团结合到玻纤表面，实现了玻纤表面的有机化改性。
12.有机表面改性剂的选择原则包括哪些？
有机表面改性剂的选择原则包括：
（1）选择改性剂与矿物匹配时，主要考虑矿物材料的表面性质，如表面官能团类型和表面含湿量差异；
（2）选择改性剂亲有机端与高聚物的组合时，主要考虑二者的结合效果；
（3）后处理对有机表面改性剂的选用的影响，如橡胶硫化；
（4）改变所用的表面改性剂以满足对复合物的特定性质要求；
（5）有时根据需要采用两种表面改性剂复配使用对粉体改性，产生协同效应。
13.偶联剂改性工艺包括哪两种?
偶联剂改性工艺包括预处理法和整体掺合法。
预处理法：
在矿物材料与高聚物混合之前，先单独对矿物进行表面改性处理。
分为干式处理法和湿式处理法。
整体掺合法：
将矿物填料的表面改性同高聚物基料与填料矿物的粘接同时进行。
即：
在对高聚物基料与填料矿物进行混炼的同时，将偶联剂原液加入，混炼后加工成型或制成填充母料。
由于高聚物基料树脂对偶联剂的稀释，使偶联剂需量过大。
14.对表面改性效果的评价，预评价法和直接评价法的区别是什么？
预评价法：
测定表面改性矿物的表面性质变化，对改性效果进行预评价。
如：
接触角、粘度、沉降性质、吸附性等；
直接评价法：
直接测定用改性矿物填充后的高聚物制品的使用性质，如制品的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、模量、热变形温度、硬度、熔体流速、电性能等。
第七八章习题
1.溶液法是制备陶瓷粉体的一种重要方法，请简要叙述什么是溶液法，溶液法分为哪些具体的类型。
溶液法制备粉体时，先制备金属盐的水或有机溶液，加入合适的添加剂，使它们与金属盐以离子或分子状态混合均匀，经由蒸发、结晶、升华、水解等过程，将金属离子均匀沉淀出来，再经脱水或热分解制成粉体。
溶液法主要用于制备氧化物粉体，包括具有高化学均匀性的复杂组成材料，其化学均匀性远超过用常规固态混合后烧结获得的类似材料。
溶液法可分为：
溶剂蒸发法、沉淀法、水解法、溶胶-凝胶法。
2.采用冷冻干燥法制备陶瓷粉体时，与常规干燥相比，两者的区别是什么？
常规烘干的缺点：
常规烘干湿凝胶时发生液-气相变，过程中由于水的表面张力及表面能的作用引起“液桥”效应，粒间毛细管内存在具有高表面张力的气-液界面，凝胶粒子间容易聚并，凝胶发生很大的体积收缩，形成硬团聚体；
冷冻干燥的优点：
脱除溶剂时发生的是低温低压下的固-气相变，水冷冻成冰时体积增大1/11，使原先相互靠近的凝胶粒子被胀开；
固态水的界面张力远小于液态水，粒间的毛细管内不存在具有高表面张力的气-液界面，从而大减脱水过程中微粒间的聚并，削弱脱除溶剂过程中微粒结合形成硬团聚体的趋势。
3.什么是溶胶凝胶法？
溶胶-凝胶法是利用金属的有机或无机化合物经过溶液→溶胶→凝胶状态而固化，再经热处理而生成氧化物或其它固体。
4.根据反应的性质，气相法制备陶瓷粉体包括哪两种方法？
蒸发凝聚法：
原料被极高温气化，急冷凝聚成粉体。
气相反应法：
基于化学气相沉积（CVD）技术，依靠气相金属化合物（氧氯化物（MOxCly、醇盐M（OR）n、烷基化合物MRn、挥发性卤化物MX）的分解or相互反应
补充习题
1.按照工作原理，粉磨设备可分为哪三类？
按工作原理的分类：
（1）介质磨机：
利用高速运动磨介（如球、棒、圆柱、立方体等）对物料施加冲击、研磨、摩擦、剪切等作用，使物料粉碎。
常用的介质磨机有球磨机、振动磨、搅拌磨等。
（2）冲击式粉碎机：
包括
•高速机械冲击式粉碎机：
依靠高速旋转的机械部件，如棒或锤，冲击、打击物料颗粒；
•气流粉碎机：
利用高速气流或过热蒸汽加速颗粒，使颗粒发生相互冲击、碰撞或者冲击、碰撞器壁，达到使物料颗粒碎裂的效果。
（3）旋转磨体磨机：
主要有
•胶体磨（利用固定磨体和高速旋转磨体之间的相对运动产生强烈的液流剪切、摩擦、冲击作用，粉碎进入磨体间隙的浆料内所含的固体颗粒）
•雷蒙磨（即：
悬辊式磨机，多个磨辊紧贴固定磨环表面作旋转运动，位于辊子与磨环间的物料被磨碎）
高压辊磨（作相向旋转的固定辊和动辊在水平液压力作用下表面紧贴，由上部加入的物料颗粒在辊间的强制相互挤压下发生碎裂）。
2.超细粉碎过程中颗粒表面能增大及机械化学激活可能导致哪些现象产生？
超细粉碎过程中颗粒表面能增大及机械化学激活可能导致下列现象产生：
（1）表面结构自发重组，使颗粒表面层重结晶，甚至在颗粒表面形成化学活泼性较高的非晶态结构；
（2）新生微粒相互粘附，引起团聚；
（3）外来分子易于在新生成的“自由”表面或高能活性点上自发进行物理吸附、化学吸附，甚至发生化学反应，这种现象在矿物材料的表面改性过程中得到利用（见第5章）。
如果这些分子的吸附能够降低粉体的表面能时，这类吸附可能阻碍颗粒团聚。
3.搅拌磨内研磨介质的分散无规运动对物料产生哪三种作用力？
搅拌磨内研磨介质的分散无规运动对物料产生三种作用力：
•研磨介质之间相互撞击产生的冲击力；
•研磨介质转动产生的剪切和摩擦力；
•研磨介质填入搅拌臂前移后所留下的空间，产生撞击力。
4.超细粉体分级技术的基础是什么？
超细粉体分级技术的基础:
•粉体粒子必须处于分散状态（高流散性）
•针对粉体粒子的运动特性设计合适的分级力场
•引入分级机的分级用流体介质应连续稳定给入，以维持分级效果的平稳性。
5.在纯化高岭石时，常加入的分散剂有哪两类？
并请列举代表物。
在纯化高岭石时，常加入的分散剂有：
无机分散剂：
聚磷酸盐（例如Na（PO3）6，应用于中、碱性条件下）；
水玻璃（自身碱性，可能以HSiO3–形式在边缘铝醇基团处达物理吸附）
有机分散剂：
聚丙烯酸钠（PAAS），在中性介质中，晶粒表面与聚丙烯酸根离子有很好的亲和力。
6.什么是碱熔处理？
烧碱（氢氧化钠）在高温熔融状态下能与单质二氧化硅及部分铝硅酸盐反应，把它们转变为可溶性盐类。
因此，当矿物材料自身不被熔融碱浸蚀时，就可能利用碱熔方法从矿物材料中除去这部分硅物质。
7.什么是酸溶处理？
酸溶处理是应用酸液与固体原料接触，使固体内的某些物质与酸液发生化学反应而溶解。
原则上被纯化矿物应对所用酸呈惰性。
8.在煅烧二水石膏的过程中，可能会出现“外熟内生、内熟外过”的弊病是什么？
“外熟内生、内熟外过”的弊病：
矿粒粗大时，热量从颗粒表面向核心传导需要一定的时间，石膏作为不良导热体，延缓了这一传导过程，使矿粒的核心与外部的受热程度不同，表现为失水过程以显著的缩核反应方式向颗粒核心推进。
当矿粒表层已过烧成为无水石膏时，核心部分仍有可能未充分受热，以二水石膏形式保留下来。
较细物料易于煅烧透，但也易因过烧而产生过量的硬石膏Ⅲ，使产品性能不稳定，同时，细粉内聚力较大，易于裹成团块，影响物料的翻动和流动，同样会导致煅烧不匀现象。
9.湿法改型膨润土时加入聚磷酸盐作为分散剂的机理是什么？
聚磷酸盐的分散机理：
•络合交换出的Ca2+、Mg2+，避免它们生成碳酸盐/碱式碳酸盐沉淀而增粘，且推动交换反应向正向进行；
•高价聚磷酸根负离子被正电端面吸附，使整个晶体表面负电荷化，体系粘度降低，支承力减弱
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