矿物功能材料的发展现状、问题及趋势

矿产综合利用

Multipurpose Utilization of Mineral Resources

第3期2019年6月

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H 综合评述：：

矿物功能材料的发展现状、问题及趋势

胡锐「，程飞飞"，岑对对"，潘卫心

（1.苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司，江苏 苏州215000； 2.国家非金属矿深加工工程技术研究中心，江苏苏州215000）

摘要：矿物功能材料是我国传统产业升级、新技术产业形成以及国民经济可持续发展的重要支撑材料，发 展矿物功能材料产业意义重大。本文综述了近年来我国工业填料、热功能材料、电功能材料等矿物功能材料的 研究现状，分析了产业发展过程中存在的问题，并指出了矿物功能材料产业未来的发展趋势。

关键词：矿物功能材料；现状；问题；趋势

doi:10.3969/j.issn .1000-6532.2019.03.001

中图分类号：TD989 文献标志码：A 文章编号：1000-6532 （2019） 03-0001-06

矿物功能材料主要是以非金属矿物或经过选 矿、初加工的非金属矿为原料，在充分发挥非金 属优异的离子交换性、吸附性、悬浮性、可塑性、 化学稳定性以及电学、热学等性能的基础上，经 过深加工或精加工制备的具有独特功能的材料。

1产业背景

矿物功能材料具有加工和应用过程中环境负 荷小、绿色环保的特点，广泛的应用在建材、冶金、 铸造、石油、化工、日用、塑料、橡胶、造纸、涂

料、化肥、饲料、环保、食品等行业，是将矿产资 源优势转变为技术优势、产业优势和经济优势的关

键，是新技术革命中不可缺少的原材料，对我国传 统产业改造升级、新技术产业的形成发展以及国民 经济可持续发展都起着举足轻重的作用，是21世

纪我国着力开发的新型无机非金属功能材料（1-21o

《关于促进建材工业稳增长、调结构、增效

益的指导意见》指出，要大力发展矿物功能材料， 推广绿色智能发展，支持企业技术创新；《建材

工业发展规划（2016〜2020） »指出，要重点发展 矿物功能材料，提高资源综合利用水平，开发规

模化、机械化、智能化、专用化成套技术与装备；《中

国制造2025»指出要开展重大节能环保、资源综 合利用技术产业化示范；《非金属矿工业“十三五” 发展规划》指出要加快产业结构调整，实施产业 集群发展，加快技术创新，推进非金属矿物功能 材料的发展。因此矿物功能材料产业的发展意义

重大，且任务艰巨。

2研究现状

根据功能及应用方向的不同，矿物功能材料 可以分为工业填料、热功能材料、电功能材料、

光功能材料、吸波屏蔽材料、催化载体材料、吸

附材料、流变材料、粘结材料、生物医药材料等。 2.1工业填料

工业填料是具有一定化学成分、颗粒形状和

表面性质的矿物粉体材料，如高岭土、滑石、碳 酸钙等。近年来，研究主要集中在提升材料自身 特性、降低材料生产成本、开发具有新功能的产

品以及提高资源综合利用水平等方面13-4,o

（1）提升材料自身特性，包括白度和细度等。

如釆用重选、磁选和化学漂白等联合工艺提高高

岭土填料的白度，开发超细碳酸钙、活性碳酸钙 等超细碳酸钙产品。

收稿日期：2017-12-21

作者简介：胡锐（1982-）,男，硕士，主要从事非金属矿技术研究工作。

•2•矿产综合利用2019年

(2)降低材料生产成本。如釆用硫酸镀做增白剂降低高岭土锻烧温度，采用二氧化硫麻代替保险粉做高岭土漂白药剂等。

(3)开发新功能产品。如以云母粉复配重晶石和钛白粉等制备反射型隔热水性环保涂料，采用机械化学法制备滑石/TiO2复合粉体颜料等。

(4)提高资源综合利用水平，主要是废旧资源循环再利用。如废弃边角料生产碳酸钙粉体，以及利用云母粉和高密度聚乙烯协同补强实现废IH PP的回收再利用。

2.2热功能材料

热功能材料包括导热材料和保温隔热材料，主要有石墨、珍珠岩、蛭石等。近年来，研究主要集中在制备高导热柔性石墨片和阻燃型有机保温材料、提高无机保温材料保温性能、改善镁碳砖应用性能等方面(网。

(1)制备高导热柔性石墨片。釆用膨胀石墨压延法制备高导热柔性石墨膜或柔性石墨片，其制备过程无需高温高压技术，工艺简单，价格低廉,可批量生产。

(2)制备阻燃型有机保温材料。如以可膨胀石墨、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等作为阻燃剂，加入到聚氨酯、酚醛树脂等有机材料中制备复合保温材料，提高有机保温材料的阻燃性能。

(3)提高无机保温材料的保温性能。如利用膨胀珍珠岩加入SiOi气凝胶、闭孔珍珠岩加入铝矶土耐火骨料、蛭石加入覆盖剂中等方法提高材料保温性能。

(4)改善镁碳砖的应用性能。通过改善结合炭的炭结构、优化镁碳砖的基质结构以及采用高效抗氧化剂等方法提高镁碳砖的热震稳定性及抗渣渗透性等。

2.3电功能材料

电功能材料包括导电材料和绝缘材料，主要有石墨、石英、云母等。近年来，研究主要集中在制备石墨烯导电材料、高性能锂离子电池负极材料、环氧导静电涂料、石英半导体材料等导电材料，以及制备芳纶云母纸、高导热少胶云母带等绝缘材料方面17-8)o

(1)制备石墨烯导电材料。主要包括两个方面：一是将石墨烯加入导电聚合物中，如聚毗咯、聚苯胺、聚乙撑二氧嗟吩等，提高其导电性、机械性能和热稳定性；二是在将石墨烯加入绝缘聚合物中，如聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯等，使其具备一定的导电性。

(2)制备高性能锂离子电池负极材料。如利用纳米Si的高可逆比容量和石墨优异的循环性能，制备纳米Si/石墨复合负极材料，具有高能量密度和长循环寿命的特点。

(3)制备环氧导静电涂料。如以包覆型导电云母制备环氧导静电涂料，涂覆在油罐和某些化学品(甲醇、甲苯等)罐内，可以很好的保护罐体的安全。

(4)制备石英半导体材料。以高纯石英为原料，采用湿法腐蚀、薄膜沉积、退火和薄膜转移技术制备纳米多孔硅薄膜和柔性单晶硅薄膜，应用于太阳能电池。

(5)制备芳纶云母纸。研究云母粒径和表面性质、芳纶纤维的形态和用量、纳米纤维素的加入、超声波处理等因素对芳纶云母纸性能的影响。

(6)制备高导热少胶云母带。高导热少胶云母带具有更优的电气性能，可以有效降低电极绝缘层温升，有望提高点击单机容量和效率。

2.4光功能材料

以石英等为原料可以制备光学玻璃、光导纤维、透明石英玻璃管、滤光片等光功能材料。近年来，研究主要集中在提高材料自身性能、制备相关光学产品等方面卩冋。

(1)提高材料自身性能，主要是高纯石英的制备。如以石英砂为原料，采用破碎分级、碱液擦洗、搅拌酸浸、强酸处理、细磨筛分、强酸再处理的提纯工艺流程，可获得SiO2含量大于99.99%的高纯石英产品。

(2)制备相关光学产品。如通过温度、管内