非金属矿物加工与利用 第4讲
非金属矿物材料的加工与应用
［行业发展］非金属矿物材料的加工与应用郑水林（中国矿业大学北京校区化环系，北京 １０００８４）［摘 要］非金属矿物材料应用范围广泛，市场前景看好。
本文着重介绍了非金属矿物材料的加工技术，包括颗粒制备与处理、材料的复合及加工技术等。
［关键词］非金属矿物材料；加工；复合；应用［中图分类号］ＴＢ３２１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００７－９３８６（２００２）０４－０００３－０５１ ２１世纪的产业发展与非金属矿物材料 “非金属矿物材料”是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过物理、化学方法制备的功能性材料或制品，如机械工业和航空航天工业用的石墨密封材料和石墨润滑剂、石棉磨擦材料、高温和防辐射涂料等；微电子工业用的石墨导电涂料、显像管石墨乳、熔炼水晶等；以硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等制备的吸附、助滤和环保材料；以高岭土（石）为原料制备的煅烧高岭土、铝尖晶石、莫来石、赛隆、分子筛和催化剂；以珍珠岩、硅藻土、石膏、石灰石、蛭石、石棉等制备隔热保温防火和节能材料及轻质高强建筑装饰材料；以碎云母为原料生产的超细云母填料、颜料以及云母纸和云母板等；以膨润土为原料制备的凝胶及有机膨润土等。
非金属矿石是人类利用最早的矿物材料。
从原始人使用的石斧、石刀到现在以非金属矿为原料制备的各种非金属矿物新材料，人类在利用非金属矿物原（材）料方面走过了从简单利用到初步加工后利用，再到深加工和综合利用的漫漫历程。
现代科技革命和产业发展，尤其是高技术和新材料产业的发展开创了广泛应用非金属矿物材料的新时代，非金属矿物原（材）料加工业已被视为２１世纪的朝阳工业。
以信息、微电子、生物、航空航天、海洋开发以及新材料和新能源为主的高技术和新材料产业将在２１世纪进一步发展壮大，这些高技术和新材料产业与非金属矿物（原）材料密切相关。
例如，石墨、云母、石英、锆英石、金红石、高岭土、滑石、叶蜡石、长石、金刚石等与微电子及信息技术及其产业有关；氧化硅、石墨、云母、高岭土、硅灰石、硅藻土、滑石、方解石、夕线石、石英、红柱石、蓝晶石、石棉、菱镁矿、石膏、珍珠岩、叶蜡石、金刚石、石榴子石、蛭石、电气石、绿泥石等与新材料技术及其产业有关；石墨、重晶石、膨润土、石英等与新能源有关；沸石、麦饭石、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、膨润土、蛋白土、珍珠岩、高岭土、麦饭石等与生物技术及产业有关；石墨、石棉、云母、石英等与航空航天技术与产业有关。
非金属矿物加工和利用
• 主要发展趋势
（1）在注重基本原理研究和改善及优化既有措施旳基础上 发展简朴可靠、易于控制旳新旳表面改性措施；
（2）降低表面处理剂，尤其是多种偶联剂旳生产成本，并 研制应用性能好、成本低或具有某些特殊功能旳新型表 面改性剂，尤其是研制那些与基质材料在化学成份或分 子构造紧密有关旳“衍生物”以改善非金属矿粉与有机 高聚物基质旳相容性；
• 种类比较齐全，已发觉旳91种资源，涵盖了冶金辅 料、化工原料、建材原料和其他非矿品种。按用途 分共有132个矿种，涉及冶金辅助原料17种、化工 原料26种、建筑材料及其他非金属矿产89种。按有 用矿物或岩石分类，可大致归属于近80种工业矿物 或岩石。
• 部分非金属矿资源储量在世界占有较大比重，石膏、 石棉萤石、菱铁矿、硅灰石、硫、重晶石等十余种 储量居世界前列，硅灰石43%、石墨32%、菱镁矿 30%、重晶石20%、硼矿物16%。
金刚石、刚玉、石榴子石、石英、硅藻土等
工业填料 和颜料
方解石、大理石、白垩、滑石、叶腊石、伊利石、石墨、高岭土、地开 石、云母、硅灰石、透闪石、硅藻土、膨润土、皂石、海泡石、凹凸棒 石、金红石、长石、锆英砂、重晶石、石膏、石英、石棉、水镁石、沸
石、透辉石、蛋白土等
吸附、助 沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、地开石、膨润土、皂石、
应用领域
1
填料 和
颜料
方解石、 滑石、叶 石墨、高 云母、硅 硅藻土、 海泡石、 石、长石 石、石膏 水镁石、 蛋白土等
大 蜡 岭 灰 膨 凹 、 、 沸
理 石 土 石 润 凸 锆 石 石
石 、 、 、 土 棒 英 英 、
、 伊 地 透 、 土 砂 、 透
白 利 开 辉 皂 、 、 石 闪
2024年高中化学第四章化学与自然资源的开发利用4.1开发利用金属矿物教案新人教版必修2
1.软硬件资源：多媒体投影仪、计算机、实验桌、实验仪器（烧杯、试管、滴定管等）、金属矿物样本、实验试剂等。
2.课程平台：学校教学管理系统、化学教学资源共享平台等。
3.信息化资源：金属矿物开发利用相关的视频资料、学术论文、新闻报道等。
4.教学手段：讲授法、实验演示法、小组讨论法、案例分析法、问题驱动法等。
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授课内容
授课时数
授课班级
授课人数
授课地点
授课时间
教材分析
2024年高中化学第四章是人教版高中化学必修2第四章第一节的内容，主要介绍了金属矿物的开发利用。本节课的内容与日常生活和工业生产密切相关，旨在让学生了解金属矿物的性质、开发利用的方法和过程，以及与之相关的环境保护问题。通过本节课的学习，学生能够掌握金属矿物的性质，了解金属的提取和加工过程，提高学生的科学素养，激发学生对化学学科的兴趣。
-开展小组讨论或研究项目，让学生深入研究金属矿物资源的开采、加工和环保问题，并提出自己的解决方案。
-学生可以关注相关的学术期刊或行业动态，了解金属矿物开发利用的最新进展和技术创新。
板书设计
板书设计是课堂教学的重要组成部分，它能够帮助学生更好地理解和记忆教学内容。以下是一份针对本节课内容的设计示例：
```
4.题目：铝是一种轻质金属，请简述铝的提取过程。
答案：铝的提取过程通常包括：将铝矿石（如铝土矿）与碱混合，进行碱熔（铝酸钠的形成）；然后将铝酸钠溶液与盐酸反应，生成铝酸盐沉淀和氢氧化钠溶液；最后将铝酸盐沉淀与盐酸反应，得到铝酸溶液，进一步处理得到纯铝。
5.题目：金是一种贵重金属，请简述金的提取过程。
非金属矿物加工与利用-单质非金属矿
1 INTRODUCTION
Nowadays, diamond mining proceeds in 26 countries worldwide, with 62 % of the world diamond production amount accounted for by three leaders: Botswana (27 %), Russia (20 %), and Republic of South Africa (15 %). During the past five years, total cash value of annually produced natural diamonds varied between US$ 7 bln and US$ 8.5 bln. (Figure 1) (Morozkin, 2005).
Primary processing of diamond ores preferentially involves DMS techniques (dense-media hydrocyclone separation) having the following advantages: - usefulness in cases where the initial feedstock is pre-graded into just two size classes, which is inadequate for XRL separation; - high production rate of dense-media hydrocyclones, which may be as high as 250 tons per hour with respect to initial feed to the hydrocyclone (D = 800 mm);
非金属矿物加工环境保护
非金属矿物加工环境保护现阶段，我国的经济发展快速，我国的社会发展带动了非金属矿物的发展，其非金属矿物的开发要求与加工技术也随之提高，但是，非金属矿物加工产生的废水和废气等对于环境的污染也在增加，对环境产生严重的影响，最常见的是废渣。
因此很有必要在进行非金属矿物加工过程当中提高对环境的保护程力度，应用成熟的优化措施进行环境保护工作。
基于此，本文就非金属矿物加工及环境保护进行分析和探讨。
1、我国非金属矿物加工与环境保护的关系由于我国的非金属矿物加工与环境保护的之间的关系是互为对立和统一的，因此，其工作单位需要在进行非金属矿物加工过程当中需要对环境给予足够的重视，因为这两者是相辅相成的。
只是单方面的对非金属矿物进行无限度的开发与利用，对环境保护没有给予重视，必然会会得到短暂的经济利益，但是对于长远的经济发展存在一定的影响和制约。
总体来讲，非金属矿物加工的发展直接影响着我国的经济发展，因此，在我国未来的发展过程当中，应该全面的提升非金属矿物的开发技术和水平，实现其应用价值，同时要以保护环境为主，进行对非金属矿物的综合利用。
务必加强环境保护与非金属矿物加工的充分结合，保证我国经济的长久健康发展。
2、我国非金属矿物加工运用的科学技术与设备我国的非金属矿物开发与高新技术和设备、新材料和环境保护等有着直接的联系，其中，我国的非金属矿物的加工中，主要应用先进的科学技术与先进的设备，具体为粉碎技术与设备、分级技术与设备、表面改性技术、干燥技术与设备、造粒技术与设备、材料复合技术。
非金属矿物加工能够通过相应的技术设备进行能够满足市场需求的功能产品的制作工作。
由于我国的在超细粉碎的生产方面，我国的生产技术因为起步不早，发展基础不雄厚，发展过程当中发展参差不齐，造成我国的超细粉碎设备技术发展与国外存在一定的差距。
具体的内容主要是需要将产品的粒度进行把控，使其处于分布的区域中，同时保证混合粉料中粒度是标准的，其已经达到标准的产品能够实现快速的分离。
2024年高中化学第四章化学与自然资源的开发利用4.1开发利用金属矿物教案新人教版必修2
4. 讨论题：针对金属矿物资源开发利用，谈谈你对绿色化学观念的理解。
答案：绿色化学观念是指在金属矿物资源开发利用过程中，注重环境保护、资源节约和可持续发展。具体体现在：优化提取工艺、降低能耗、减少废弃物排放、提高资源利用率等方面。
内容逻辑关系
① 知识点串联：
- 金属矿物的性质与分类：重点掌握金属矿物的定义、性质、分类及常见金属矿物。
- 金属矿物的提取方法：理解热分解法、电解法、置换法等常见金属提取方法的原理及优缺点。
- 金属矿物资源开发与环境保护：探讨金属矿物开发对环境的影响及可持续发展的策略。
② 板书设计：
- 金属矿物的性质与分类：
- 提高科学探究能力，通过实际案例了解化学与自然资源的紧密联系。
- 增强资源节约意识，将环境保护理念融入日常生活和学习中。
- 提升社会责任感，关注金属矿物开发利用对环境的影响，并积极参与环境保护活动。
教学评价与反馈
1. 课堂表现：
学生在课堂上能积极参与讨论，对金属矿物的性质、提取方法及应用表现出浓厚兴趣。能认真听讲，主动提问，课堂氛围活跃。
2. 分析题：以铜为例，介绍其提取方法及原理。
答案：铜的提取方法有热分解法、电解法、置换法等。其中，热分解法主要是通过加热硫化铜矿（如黄铜矿）来制取铜；电解法是将铜矿石经过冶炼得到粗铜，再通过电解精炼得到纯铜；置换法是利用活性金属（如锌）与铜盐溶液反应，将铜从溶液中置换出来。
3. 应用题：请结合实际，举例说明金属矿物在日常生活和工业中的应用。
在此基础上，本节课需关注以下几点：
1. 引导学生将已有化学知识运用到金属矿物的学习过程中，提高知识迁移能力；
非金属矿物材料加工与应用考核试卷
B.硅藻土
C.石墨
D.滑石
16.以下哪个性质决定了非金属矿物材料在催化剂领域的应用？（）
A.硬度
B.耐酸性
C.颜色
D.导电性
17.以下哪种非金属矿物材料可用于制造高级耐火材料？（）
A.石墨
B.高岭土
C.硅藻土
D.铝矾土
18.以下哪个因素影响非金属矿物材料的粉碎效率？（）
A.材料的湿度
B.粉碎设备的类型
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.非金属矿物材料都是不导电的。（）
2.粉碎是非金属矿物材料加工中唯一的一个步骤。（）
3.高岭土在陶瓷工业中的应用主要是提供陶瓷的机械强度。（）
4.活性炭的吸附能力取决于其比表面积的大小。（）
5.石墨在自然界中主要以层状结构存在，层与层之间的结合力很弱。（）
1.非金属矿物材料的加工主要包括以下哪些步骤？（）
A.矿石开采
B.矿石粉碎
C.物理分离
D.化学处理
2.以下哪些非金属矿物材料具有良好的耐磨性？（）
A.石墨
B.碳化硅
C.氧化铝
D.硅藻土
3.非金属矿物材料在汽车工业中的应用主要包括以下哪些方面？（）
A.制造刹车片
B.作为隔热材料
C.用于轮胎加固
D.制造汽车电池
6.非金属矿物材料在核工业中可作为核燃料的______。（）
7.造纸工业中，______常用作纸张的填料和涂布颜料。（）
8.石墨在高温下具有良好的稳定性，因此可用于制造______。（）
9.非金属矿物材料中的______可以用作高性能的摩擦材料。（）
10.新能源领域，______是锂电池正极材料的重要组成部分。（）
非金属矿采矿选矿工程设计与矿物深加工新工艺新技术应用实务全书
非金属矿采矿选矿工程设计与矿物深加工 新工艺新技术应用实务全书
第四章 矿产工业指标及矿山建设方案 第五章 评价参数和影响矿床价值的因素 第六章 矿床技术经济评价的不确定性分析 第七章 矿床开发的综合评价 第四篇 非金属矿床采矿工程设计新工艺新技术及其应用 第一章 非金属矿开采概述 第二章 矿区总体设计 第三章 工业场地布置及主要设施 第四章 矿床开拓 第五章 井巷工程 第六章 露天采矿新工艺新技术 第七章 地下采矿新工艺新技术 第八章 采矿方法选择与设计 第九章 矿山总平面布置 第五篇 非金属矿物选矿工艺 第一章 概述 第二章 拣选和洗矿 第三章 重力选矿
非金属矿采矿选矿工程设计与矿物深加工 新工艺新技术应用实务全书
第十五章 钾盐 第十六章 滑石 第十七章 硅灰石 第十八章 蓝晶石族矿物 第十九章 硅藻土 第二十章 重晶石 第二十一章 硼矿 第二十二章 沸石 第二十三章 珍珠岩 第二十四章 明矾石 第二十五章 石英石与石英砂 第二十六章 蛇纹石 第二十七章 铝矾土 第二十八章 长石 第二十九章 叶蜡石 第七篇 非金属矿物的精细提纯工艺 第一章 碱熔法提纯 第二章 酸溶（浸）法提纯
北京化工大学 化工材料学基础 第四讲 无机非金属材料1
一、无机非金属材料基础知识
4.硅酸盐的玻璃体状态 （2）玻璃体的结构
过冷液体学说—泰曼提出
微晶理论—列别杰夫提出
连续网状结构假说—柴哈里阿生提出
一、无机非金属材料基础知识
4.硅酸盐的玻璃体状态
（3）玻璃体的性质
玻璃的化学稳定性 玻璃的化学稳定性就是指玻璃抵抗水、酸、碱以及其它化
➢ 钢化玻璃
将普通退火玻璃先切割成所要求的尺寸，然 后加热到接近软化点，再进行快速均匀的冷 却而得到
钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内 部则形成张应力，使玻璃的抗弯和抗冲击强 度得以提高，其强度约是普通退火玻璃的四 倍以上
能经受-40℃至250℃的剧变温差而不碎
钢化玻璃破碎后，碎片成均匀的小颗粒并且
学介质或气体侵入的能力。玻璃的化学稳定性不但与玻璃的化 学组成有关，而且和它的热处理方法以及所接触介质的性质等 有关。
玻璃的组成对化学稳定性有重大的影响，但并不是唯一的 因素，据研究，玻璃表面经热处理后化学稳定侄可以提高10倍。
玻璃的物理性质 ：玻璃的抗拉强度要比抗压强度小得多；抗 急热性能比抗急冷性能好。
一、无பைடு நூலகம்非金属材料基础知识
2、耐蚀硅酸盐材料的定义
主要由硅与氧组成的，具有优良耐腐蚀性能的天然岩石，铸石，陶 瓷、玻璃等等。
3、硅酸盐的晶体状态
（1）晶体结构特点 ➢ 硅酸盐结构中的Si4+间不存在直接的键，键的联接通过������2−来实现。 ➢ 每一个Si4+存在于以四个������2−为顶点的四面体中心，构成【Si04】四面
硅酸盐材料的耐蚀性还与其结构有关，晶体结构的化学 稳定性较无定形结构为高。
非金属矿物粉体材料制备与处理技术
非金属矿物粉体材料制备与处理技术非金属矿加工利用的目的是通过肯定的技术、工艺、设备生产出充足市场要求的具有肯定粒度大小和粒度分布、纯度或化学成分、物理化学性质、表面或界面性质的粉体材料以及肯定尺寸、形状、机械性能、物理性能、化学性能、生物功能等的功能性产品或制品。
非金属矿物加工利用技术重要包含以下二个方面：（1）颗粒制备与处理技术。
重要包括矿石的粉碎与分级技术、选矿提纯技术、矿物（粉体）的表面或界面改性技术、脱水干燥技术、造粒技术等；（2）非金属矿物材料加工技术。
重要包括非金属矿物材料的原材料配方技术、加工工艺与设备等。
1.1颗粒制备与处理技术颗粒制备与处理技术是非金属矿物粉体材料所必需的加工技术，目的是通过肯定的技术、工艺、设备生产出充足市场要求的具有肯定粒度大小和粒度分布、纯度或化学成分、物理化学性质、表面或界面性质的非金属矿物粉体材料或产品。
（1）“粉碎与分级”是以充足应用领域对粉体原（材）料粒度大小及粒度分布要求的粉体加工技术。
重要讨论内容包括：粉体的粒度、物理化学特性及其表征方法；不同性质颗粒的粉碎机理；粉碎过程的描述和数学模型；物料在不同方法、设备及不同粉碎条件和粉碎环境下的能耗规律、粉碎及分级效率或能量利用率及产物粒度分布；粉碎过程力学；粉碎过程化学；粉体的分散；助磨剂的筛选及应用；粉碎与分级工艺及设备；粉碎及分级过程的粒度监控和粉体的粒度检测技术等。
它涉及颗粒学、力学、固体物理、化工原理、物理化学、流体力学、机械学、岩石与矿物学、晶体学、矿物加工、现代仪器分析与测试等诸多学科。
（2）“表面改性”是以充足应用领域对粉体原（材）料表面性质及分散性和与其它组分相容性要求的粉体材料深加工技术。
对于超细粉体材料和纳米粉体材料表面改性是提高其分散性能和应用性能的重要手段之一，在某种意义上决议其市场的占有。
非金属矿物粉体材料的重要讨论内容包括：表面改性的原理和方法；表面改性过程的化学、热力学和动力学；表面或界面性质与改性方法及改性剂的关系；表面改性剂的种类、结构、性能、使用方法及其与粉体表面的作用机理和作用模型；不同种类及不同用途无机粉体材料的表面改性工艺条件及改性剂配方；表面改性剂的合成和表面改性设备；表面改性效果的表征方法；表面改性工艺的自动掌控；表面改性后无机粉体的应用性能讨论等。
非金属矿物的加工与应用-柔性石墨(Flexible-Graphite)
柔性石墨(Fleｘｉbｌe Graphiｔe)加工与应用摘要：矿物是与植物、动物一起被称为人类赖以生存旳三大自然物质资源[１]。
随着着人类文明旳进步和科学技术旳发展,被发现旳可供人类运用旳非金属矿物品种越来越多,对非金属矿物材料旳加工有了多元化旳规定。
碳是一种很常见旳非金属元素,它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。
碳单质很早就被人结识和运用,碳旳一系列化合物——有机物更是生命旳主线。
然而石墨作为碳单质旳一种，随着科学技术旳不断发展,石墨旳诸多新用途被人们开发出来。
柔性石墨作为一种新型功能材料进入了人们旳视野。
本文重要从石墨旳性质，可膨胀石墨,膨胀石墨,柔性石墨等方面简介柔性石墨旳加工与应用前景。
核心字:柔性石墨(FｌexｉblｅGraphｉtｅ）、制备工艺。
1.1引言石墨旳性质决定了石墨旳使用用途，石墨重要化学成分为碳（Ｃ）,属于六方晶系,具有特殊旳层状构造。
柔性石墨(Fｌeｘible Graphit ｅ)是以膨胀石墨为原料，经加压成型旳材料,克服了天然石墨硬而脆旳缺陷，具有柔韧性。
通过深加工旳柔性石墨是一种非常优秀旳密封材料,可以制作加工成多种垫圈以达到密封多种部件旳作用。
柔性石墨（Flｅxible Graphiｔe)耐腐蚀性强,在酸、碱、盐、有机溶剂、热油、油脂等介质中不发脆、不老化、不变质,是化工、石油、电力等行业高温流体密封旳优质无机新型密封材料。
１.２石墨石墨旳重要化学成分为碳(C)，自然界成分纯净者很少，往往具有大量旳（１0%-２0%）杂质如黏土、沥青及SiO2、Al2O３、FeO等各类氧化物混入物。
石墨属于六方晶系，具有典型旳层状构造:C成层排列,每个Ｃ与相邻旳３个C之间以等距相连,每一层旳C按六方环状排列,上下相邻层旳C六方环通过平行网面方向互相位移后再叠加形成层状构造,位移旳方位和距离不同就导致不同旳多型构造。
石墨具有2中不同旳多型(2Ｈ型和3R型），单晶片呈片状或板状,但完整旳却很少见,一般为鳞片状、块状或土块集合体。
《非金属加工及利用》重要知识点
《非金属加工及利用》重要知识点名词解释1、热加工：是指对矿物或岩石材料进行干法加热或改性。
2、干燥：是采用热物理方法排除矿物颗粒或材料的自由水或吸附水。
3、热处理：是在较高温度下脱去矿物或材料的吸附水及结合水或同时脱出其它易挥发物质进行热分解，也可能要在更高温度下使矿物再结晶、烧结或熔融，变成另一类人造矿物材料。
4、化学界面改性：利用矿物或岩石表面的界面化学性能及其在介质（水）或电解质溶液中的行为，使用某些药剂进行处理，以达到所要求的新的界面特性，这就是界面化学改性。
5、比表面积：单位质量矿粒具有的表面积称为比表面积6、矿物表面与水作用时被水润湿的程度，叫做矿物表面润湿性，能被水润湿，称为亲水性；不能被水润湿称为疏水性（憎水性）7、润湿接触角是固液界面和液气界面两个张力的夹角。
8、零电点（PZC）：表面电位为零时，表明固体表面正电荷数恰好等于负电荷数，此时，溶液中定位离子浓度的负对数值称为该矿物的零电点。
定位离子为H+或OH—时，则φ0为零时的pH值就是矿物的零电点。
9、动电位：滑动界面上电位与溶液内部电位差7、等电点（IEP）：在一定的定位离子浓度下，改变pH值，当动电位为零时，溶液的pH值即为该条件下该矿物的等电点10、表面活性剂：既具有亲水基又有亲油基而且还具有把油水两相连接起来不使其分离的特殊功能的分子11、初加工：指传统的矿物或岩石的机械加工，即包括矿物或岩石的破碎、筛分、磨矿分级等粒级加工，以及以提高有用矿物品味为主要目的的选矿加工。
12、深加工：指经初加工后的矿物或岩石产品，再进一步进行深度的精细加工，使之在主要技术物理及界面化学性能上符合高档次高性能产品的要求。
13、非金属矿物理加工与改性：利用各种物理力，如机械力、声、光、电、磁及热物理方法或高能物理方法对原料进行处理加工的一种方法。
填空题：1、自然界矿产资源可划分为三类：金属矿产、可燃矿产、非金属矿产。
2、按物质内部原子之间结构不同，材料可分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料。
高考化学总复习 专题三 第4讲 用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物课件
生,过滤后灼烧滤渣,最后变成黑色固体
丝表面变黑
D 蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉 硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒 Ⅰ错;Ⅱ对;无
末是物理变化
剂
第十四页，共四十八页。
微专题一
解析 稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应,而且稀盐酸不能与Cu反应, 所以可用稀盐酸除去铜器表面的铜绿(tónglǜ),陈述Ⅰ、Ⅱ有因果关系,A错误; 铜表面不能形成致密的氧化膜,陈述Ⅰ错误,B错误;硫酸铜与NaOH反应
①以C、CO或H2作还原剂冶炼 ②以活泼金属Na冶炼 ③利用铝热反应原理用Al冶炼 ④电解法 ⑤热分解法
(1)Fe、Zn、Cu等金属 ①
。
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属 ④
。
(3)Hg、Ag等不活泼金属 ⑤
。
(4)V、Cr、Mn等高熔点金属 ③
。
(5)K、Rb、Ti等金属 ②
。
微专题二
第三十三页，共四十八页。
。
微专题一
答案 (1)I2 (2)Cu+H2O2+H2SO4 CuSO4+2H2O (3)2Cu2++4I- 2CuI↓+I2
解析 铜与H2O2、稀硫酸发生反应(fǎnyìng):Cu+H2O2+H2SO4 CuSO4+2H2O; 生成的CuSO4与KI发生氧化还原反应:2Cu2++4I- 2CuI↓+I2;生成的I2
第4讲 用途(yòngtú)广泛的金属材料和开发
利用金属矿物
第一页，共四十八页。
总纲目录
总
纲
微专题(zhuāntí)一 铜及其重要化合物
(zǒng
gāng)
云母材料
• 目前采用内衬铅的钢质反应锅，也可使用 耐酸搪瓷反应锅及铸石反应锅，但前者使 用寿命最长。
• 经过酸处理的云母熟料成为浆状物，在浆 槽内进行稀释和冷却；
• （4）浓缩 • 在回转式圆筛中进行分级，粗渣从筛上流 出，合格的细浆经筛下流入离心机进行脱 水浓缩。
• 3、水力制浆法
• 用高压喷射水流在特制的腔体内将云母片 剥离破碎成细小鳞片，然后用选矿的方法 将适于造纸的云母鳞片分选出来的方法， 叫做水力制浆法(俗称生法)。
• 圆网造纸机又分为单圆网和多圆网造纸机。 单圆网造纸机用于抄造薄的单层纸；多圆 网造纸机用于抄造多层纸和纸板。 • 国内用于抄造云母纸的造纸机有圆网造纸 机和长网造纸机两种造纸机，以圆网造纸 机为多。
• ３．造纸机的组成 • 造纸机由网部、压榨部、烘干部、整饰和卷取部、 传动部和辅助设备等部分组成。网部、压榨部合 起来称为纸机的湿部；
Al—Mg,Fe
• 当前世界上生产大片云母的国家主要有印度、巴 西、加拿大、苏联、 阿根廷、 澳大利亚等国 家。 • 我国云母资源相当丰富，云母矿床几乎遍布全国 各省。但是优质大片云母矿床则主要集中于新疆、 四川、内蒙几个省、自治区内. • 2.云母的用途 • 远在一千多年前的唐代，已用云母作屏风；
• • • •
７、云母纸的纸病及其处理 （1）．不符合质量标准的纸病 电气强度不合格； 抗张强度低于标淮值，其原因主要是由云 母本身质量不良，浆料制造工艺和纸机调 节不当所致； • 云母纸过厚和过薄，主要是浆池浆料浓度 变化引起。
水力制浆机结构示意图1机壳2进料筒3喷嘴47芯筒5盖6进水管水力旋流器示意图1溢流管2出料管3进料管4排渣口由于水利旋流器是按重力进行分级因而对片状矿物的分选效果不是很好容易将大而薄与小而厚的云母鳞片等同对待造成不是大而薄的合格云母鳞片分选不尽就是原浆中混合云母鳞片的掺入
第五章非金属矿物原料加工与应用实践
5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用
（4）粉砂岩：粉砂岩是由直径为0.01~0.1mm 的粉砂经长 期胶结变硬后的碎屑沉积岩。粉砂岩的主要矿物是石英、 长石、黏土等，胶结物质有黏土质、硅质、铁质及碳酸 质；颜色呈淡黄色、淡红色、淡棕色、紫红色等；质地 取决于胶结程度，一般疏松，但也有较坚硬的。粉砂岩 的硅酸率一般大于3.0，铝氧率在 2.4~3.0 之间，含碱量 为2％~4％，可作为水泥生产用的硅铝质原料。 （5）河泥、湖泥类：河泥、湖泥类是由于江、河、湖、泊 的流水速度分布不同，使挟带的泥沙规律地分级沉降所 产生的产物。其成分决定于河岸崩塌物和流域内地表流 失土的成分。如果在固定的江河地段采掘，则其化学成 分稳定，颗粒级配均匀，使用它不仅可不占农田，而且 有利于江河的疏通。建造在靠江、湖的湿法水泥厂，可
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5.2 非金属矿物原料在水泥加工中的应用
水泥原料主要包括石灰质原料、粘土质原料及校 正原料。
5.2.1石灰质原料 常用的石灰质原料有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。 我国大部分水泥厂使用石灰岩与泥灰岩。 （1）石灰岩：石灰岩是有碳酸钙所组成的化学与生物化学 沉积岩。主要矿物是方解石，并含有白云石、硅质（石英 或燧石）、含铁矿物和粘土质杂质，是一种具有微晶或潜 晶结构的致密岩石，中等硬度、性脆，纯的方解石含有 56%CaO和44%CO2，制造硅酸盐水泥用石灰石中氧化钙 含量一般应不低于48%，以免配料发生困难。
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5.3非金属矿物原料在玻璃加工中的应用
5.3.2长石类原料 长石是一种常见的造岩矿物，约占地壳总质量的50%， 是架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。根据其结 构特点，可将长石类矿物分为如下四种基本类型，见表 5.2所示。 长石类矿物是玻璃和陶瓷工业的主要原料之一。由于 在提供Al2O3的同时，也引入Na2O、K2O等成分，减 少了纯碱用量，因此在一般玻璃的生产中得到广泛的应 用。 长石类矿物在自然界中多数是以各类岩石的集合体产 出，共生矿物多，成分波动大。因此，不同工业对所用 长石的品质要求不尽相同。
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链状结构硅酸盐矿物
单链
辉石类矿物表面ζ电位与pH值的关系 辉石类矿物表面ζ电位与pH值的关系 pH
锂辉石； 霓石（ 霓石（II） 1 锂辉石；2 蔷薇辉石 ；3 霓石（I）； 4霓石（II）
单链
硅灰石表面ζ电位与pH值的关系 硅灰石表面ζ电位与pH值的关系 pH
普通角闪石表面ζ 普通角闪石表面ζ电位 pH值的关系 与pH值的关系 双链
夕线石表面ζ 夕线石表面ζ电位 pH值的关系 与pH值的关系
链状结构硅酸盐矿物在纯水中表面电性小结
单链状结构硅酸盐矿物解离表面阳离子对于阴离 单链状结构硅酸盐 矿物解离表面阳离子对于阴离 子的相对密度较小， 子的相对密度较小， Si、 另一方面， 矿物表面上Si 另一方面 ， 矿物表面上 Si 、 O 及部分外露的阳离子 会以不同的方式键合羟基。故此类矿物的零电点较低， 会以不同的方式键合羟基。故此类矿物的零电点较低， 在很宽的pH值范围内带负电。 pH值范围内带负电 在很宽的pH值范围内带负电。 双链结构的硅酸盐矿物比单链结构矿物零电点高。 双链结构的硅酸盐矿物比单链结构矿物零电点高。 双链间可以形成更大的空隙， 这是由于双链间可以形成更大的空隙 这是由于双链间可以形成更大的空隙，可以容纳更多 的阳离子，矿物表面正电性强，零电点相应较高。 的阳离子，矿物表面正电性强，零电点相应较高。
另外底面的晶格缺陷(如脱位 、 局部键断裂)也有可能 另外底面的晶格缺陷 如脱位、局部键断裂 也有可能 如脱位 使底面荷电。 使底面荷电。 高岭石端面可与水介质间界面上形成双电层， 高岭石端面可与水介质间界面上形成双电层， 其荷电 被端面上破裂的Si-O和A1-O键所控制，即高岭石中 键所控制， 被端面上破裂的 和 键所控制 即高岭石中SiO2、 A12O3 组成的表面行为受控与H+ 和 OH-， 当 pH值低时端面 组成的表面行为受控与 值低时端面 荷正电；中性、弱酸性介质中端面不荷电； 荷正电； 中性、弱酸性介质中端面不荷电；碱性介质中端 面荷负电。 面荷负电。 实际测得的高岭石零电点是水介质中表面电荷的总反 可近似地出底面电荷和端面电荷的代数和确定。 映，可近似地出底面电荷和端面电荷的代数和确定。
环状结构硅酸盐矿物
绿柱石表面ζ电位与pH值的关系 绿柱石表面ζ电位与pH值的关系 pH
新疆绿柱子石； 1 新疆绿柱子石；2 巴西绿柱石
环状结构硅酸盐矿物在纯水中表面电性小结 绿柱石为六环结构硅酸盐矿物， 绿柱石为六环结构硅酸盐矿物，矿物解离 由于结构中Si 键较强， Si时 ， 由于结构中 Si-O 键较强 ， 矿物解离时 键为主要断裂键， M-O键为主要断裂键，矿物表面必然暴露有 阳离子。 阳离子 。 这些阳离子的溶解导致表面正电 荷短缺。 荷短缺。 (1)绿柱石在较宽的pH值范围内均荷负电 绿柱石在较宽的pH值范围内均荷负电 pH 零电点与岛状结构矿物相比较低。 (2)零电点与岛状结构矿物相比较低。
非金属矿物加工与利用
硅酸盐矿物选矿与提纯技术
• 硅酸盐矿物浮选的意义与研究进展 • 硅酸盐矿物的晶体结构特性及表面特征 • 典型硅酸盐矿物的选矿与提纯技术
本次课在前面已介绍过的硅酸盐矿物五 大晶体结构及基本表面特征的基础上讲解
表面电性与矿物晶体化学特性的关系
双电层： 双电层：
在两种不同物质的界面上， 在两种不同物质的界面上，正负电荷分别排列成的面 在溶液中， 层。在溶液中，固体表面常因表面基团的解离或自溶液中 选择性地吸附某种离子而带电。由于电中性的要求， 选择性地吸附某种离子而带电。由于电中性的要求，带电 表面附近的液体中必有与固体表面电荷数量相等但符号相 反的多余的反离子。带电表面和反离子构成双电层。 反的多余的反离子。带电表面和反离子构成双电层。
层状结构硅酸盐矿物
云母族矿物表面ζ电位与pH值的关系 云母族矿物表面ζ电位与pH值的关系 pH
1湖北白云母 2 新疆锂云母 3河南黑云母
高岭石表面ζ电位与pH值的关系 高岭石表面ζ电位与pH值的关系 pH
层状结构硅酸盐矿物在纯水中表面电性小结 以云母为典型代表的层状结构硅酸盐矿 由于解离面与端面的面积比很大，因此表 物由于解离面与端面的面积比很大，因此表 面上主要是硅氧四面体阴离子， 面上主要是硅氧四面体阴离子，表面多价阳 离子对阴离子的相对密度较低。另外， 离子对阴离子的相对密度较低。另外，由于 暴露于表面上K 极易溶解，与水溶液中H 暴露于表面上 +极易溶解，与水溶液中 +交 换，云母矿物表面具有极强的键合羟基的能 力，因此矿物表面带有相对较为恒定的负电 零电点极低。 荷，零电点极低。 云母主要成份： 云母主要成份： KAl2 [AlSi3O10 ](OH) 2
架状结构硅酸盐矿物
长石表面ζ电位与pH值的关系 长石表面ζ电位与pH值的关系 pH
微斜长石I 微斜长石II II； 叶钠长石； 1 微斜长石I ；2微斜长石II；3 叶钠长石；4正长石
架状结构硅酸盐矿物在纯水中表面电性小结
架状结构硅酸盐矿物荷电状态是铝氧四面体和硅氧 架状结构硅酸盐矿物荷电状态是铝氧四面体和硅氧 四面体的综合反映。对长石来说， 四面体的综合反映。对长石来说，其解离面上的配衡阳 离子K 等易溶， 离子K+、Na-、Ca2 +等易溶，给表面留下负电荷和活泼的 SiOH、 区域， SiOH、SiO-区域，另外长石解离表面多价金属阳离于对 于阴离子的相对密度较低， 于阴离子的相对密度较低，其综合因素的总和导致零电 点较低。 点较低。
硅酸盐矿物在水溶液中会发生表面吸附或 解离，固液界面就分布有与表面异名的电荷， 解离 ， 固液界面就分布有与表面异名的电荷 ， 使矿物与水溶液界面形成电位差，即形成双电 使矿物与水溶液界面形成电位差 ， 即形成 双电 层 。 硅酸盐矿物的表面电性与矿物的晶体化学 特征及解离后表面暴露元素的性质密切相关。 特征及解离后表面暴露元素的性质密切相关。 因此， 因此 ， 研究矿物在纯水中及药剂作用下的 表面电性及其与矿物晶体化学特征和表面暴露 元素性质之间的关系具有重要的理论意义。 元素性质之间的关系具有重要的理论意义。
岛状结构硅酸盐矿物
石榴子石的ζ电位与pH值的关系 石榴子石的ζ电位与pH值的关系 pH
1新疆铁铝石榴子石 2 湖北钙铁石榴子石 3石ζ电位与pH值的关系 pH
1 新疆可可托海蓝晶石 2 河南南阳隐山蓝晶石
岛状结构硅酸盐矿物在纯水中表面电性小结
岛状结构硅酸盐矿物，独立的 岛状结构硅酸盐矿物，独立的[SiO4]四面体结构靠 四面体结构靠 阳离子联结，矿物解离时M-O键大多断裂，使其解离 键大多断裂， 阳离子联结，矿物解离时 键大多断裂 面暴露较多的多价金属阳离子， 面暴露较多的多价金属阳离子，故矿物表面阳离子对 于阴离子的密度大，这导致在中强酸性条件下矿物表 于阴离子的密度大， 面荷正电。 面荷正电。 的增加， 随pH的增加，矿物表面暴露离子（包括 4+）由 的增加 矿物表面暴露离子（包括Si 于键合大量羟基而荷负电。另外在试验的介质条件下， 于键合大量羟基而荷负电。另外在试验的介质条件下， 岛状结构硅酸盐矿物如石榴子石表面的部分阳离子的 岛状结构硅酸盐矿物如石榴子石表面的部分阳离子的 溶解性增加， 溶解性增加，这也是造成矿物表面负电性增加的一个 原因。 原因。
高岭石属于TO型结构，即由[SiO4]四面体层和“ 氢氧 四面体层和“ 高岭石属于 型结构，即由 型结构 四面体层和 铝石”层连结而成。 铝石”层连结而成。 每个结构单元层的氧与相邻单元层的八面体层的氢氧 形成氢键，结构单元层间靠氢键联结成重叠的层状堆叠。 形成氢键 ，结构单元层间靠氢键联结成重叠的层状堆叠。 层间力为氢键或范德华力，解离时沿与层平行的方向劈开。 层间力为氢键或范德华力，解离时沿与层平行的方向劈开。 断裂后高岭石产生两个性质不同的表面，即底面(或称层面 或称层面) 断裂后高岭石产生两个性质不同的表面，即底面 或称层面 和端面(或称棱面 底面Si 或称棱面)。 类质同象取代， 和端面 或称棱面 。底面 4+ 被A13+、Fe3+类质同象取代， A13+ 被Mg2+、Fe2+置换，导致品格中正电荷不足，故使底 置换，导致品格中正电荷不足， 面恒定带负电。 面恒定带负电。
总结以上结果， 总结以上结果，硅酸盐矿物表面电性及零 Si- 键的断裂程度、 电点与矿物解离时（1）Si-O键的断裂程度、
表面暴露阳离子的种类、 （2）表面暴露阳离子的种类、数量及溶 解性有关 进而与（ 有关， 解性有关，进而与（3）表面阳离子对总 的相对密度等晶体化学特征密切相关 等晶体化学特征密切相关。 O2-的相对密度等晶体化学特征密切相关。
矿物的表面电位： 矿物的表面电位
aH + RT Ψ0 = ln 0 = 2.303 RT ( pH pzc − pH ) F aH+
Ψ 为矿物的表面电位， 式中： 0 为矿物的表面电位，
R为气体常数；T为绝对温度；F为法拉第常数， 为气体常数； 为绝对温度 为绝对温度； 为法拉第常数 为法拉第常数， 为气体常数
aH + 表示溶液中 +的活度，0 为Ψ 为零时 +的活度， a 表示溶液中H 的活度， + 0为零时H 的活度，
H
pH pzc 表示硅酸盐矿物的零电点 ， pH 表示溶液的酸碱 表示硅酸盐矿物的零电点，
度。
25ºC时，上式可变为 时
Ψ0 = 0.059( pH pzc − pH )
由上式可见
在水溶液中当pH>pH 在水溶液中当pH>pHPZC，硅酸盐矿物表面荷 负电， 矿物表面荷正电。 负电，当pH<pHPZC时，矿物表面荷正电。 相对应，对于硅酸盐矿物， 相对应，对于硅酸盐矿物，当pH>pHPZC，矿 物的表面ζ电位< 电位> 物的表面ζ电位<0，当pH<pHPZC时，ζ电位>0。
1 纯水中硅酸盐矿物表面电性及其 与矿物晶体化学特征的关系