矿物材料

第一二章习题

1.非金属矿物材料的精细加工制备包括哪些？天然矿物材料精细加工的目的是什么？

非金属矿物材料的精细加工制备包括：超细粉粹与分级、矿物原料的纯化、高温物理化学处理、结构改性处理、表面改性处理、矿物材料的化学制备、新型陶瓷粉体的制备。

目的：（1）矿物材料的纯化为，达到改善矿物材料的技术物理性能的目的。产物保留原矿物的单一矿物特性、构造、化学成分；2）赋予产物新的技术物理性能：原料矿物的结构、矿物组成、表面化学性质发生不同程度的改变。

2.在细磨和超细磨过程中，因机械作用导致的机械化学反应指什么？主要表面在哪三方面？

机械化学变化：因机械载荷作用导致的固体物料晶体结构和表面物理化学性质的变化(包括晶格畸变、晶格缺陷、颗粒无定形化、多晶转变、表面自由能增大等) 。在细磨和超细磨过程中，因机械作用导致的机械化学反应主要表现为三个方面：

（1）矿物晶体结构的变化：由于超细过程中强烈的机械化学作用，引起矿物的晶体结构，尤其是颗粒表面结构发生变化，例如位错、缺陷、重结晶，甚至使表面转为非晶态层。

（2）矿物物理化学性质的变化：经过细磨和超细磨后，由于矿物颗粒的内能和表面能的增加以及机械激活作用的影响，使矿物的吸附能力、溶解性和表面电性等均有不同程度的改变。

（3）在局部承受较大应力或反复应力作用的区域产生化学反应：在超细粉碎过程中，矿物颗粒因反复承受应力并受到机械激活作用，有时会在颗粒变细的同时发生化学反应，例如由一种固态物质转变为另一种固态物质，或者因矿物分解释放出气体产物，因晶体结构发生变化或外来离子进入晶体结构而改变矿物的化学组成。

3.超细粉体分级的必要性是什么？

分级的必要性:（1）矿物材料的超细粉体在精密陶瓷、涂料、生物工程、电子及尖端技术领域均有广泛应用。现代科技的发展迫切需要超细而且粒度分布范围窄小的粉体，有时甚至要求达到单一粒径。但是机械粉碎得到的粉体粒度分布较宽，往往在0.1μm到数十μm之间，因此需要对其进行分级，以满足对超细粉体的高标准要求。

（2）精密分级设备与超细粉碎设备配套使用，及时将符合粒级要求的产品分出，可以防止产品的过度粉碎(或称过磨)，提高粉碎效率，降低能耗。

4.简述矿物原料的纯化手段。

（1）物理纯化：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；