非金属矿深加工试题

10级矿物加工专业

《非金属矿深加工-材料改性原理与应用》期中考试题

一、名词解释（12分、每题2分）

1、岩石：

组成地壳的天然矿物集合体。

2、矿物：指由地质作用所形成的天然单质或化合物。它们具有相对固定的化学组成，呈固态者还具有确定的内部结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。

由天然产出且具有特定的（但一般并非固定的）化学成分和内部晶体结构的均匀固体，通常由无机作用所形成。

3、矿石：在当前技术经济条件下，人们能够将含有有用矿物的岩石中的某些组分加以富集并利用，这类岩石就称为矿石。矿物集合体

4、粉体表面特性：粉体表面的物理、化学性质

：比表面积、表面能（或表面张力）、表面化学组成、晶体结构、官能团、表面润湿性、表面电性、空隙结构和孔径分布以及表面晶格缺陷、电子态、表面吸附与反应特性等

5、磁流体：也称磁性液体(magnetic liquids) ，是由粒径为纳米级的磁性颗粒，经表面活性剂活化处理后高度弥散于某种液体之中所形成的稳定的胶体体系。磁流体受一般的离心力和磁场作用不会发生团聚或沉淀，它是一种具有随外加磁强而有可控流变特性的特殊的智能材料。由于该流体在静态时无磁吸引力，当外加磁场作用时才表现出有磁性。磁流体是铁磁性或超磁性微细颗粒借助于表面活性剂稳定的分散于载液的胶体溶液或悬浊液中，它将固体的磁性和液体的流变性巧妙地结合起来，呈现出许多特殊的磁、光、电现象，具有很特殊的理化性质，比如磁光特性。

6、粉体物理法表面修饰。不用表面修饰剂而对粉体实施表面修饰的方法，包括电磁波、中子流、α粒子、β粒子等的辐照处理、超声处理、热处理、电化学处理、等离子体处理等，是很常用的超细粉体的表面修饰方法。

如气相沉积、真空或溅射镀膜、机械研磨

二、简答题（48分、每题8分）

1、机械力化学效应（作用）：

2、矿物的零电点和等电点的区别和联系：

总电位Ψ0与溶液中定位离子的浓度（活度）密切相关，Ψ0为零时定位离子浓度的负对数，名为“零电点”（PZC)。如定位离子为H+和OH-，则Ψ0为零时的pH就是零电点。

在此pH条件下，矿物表面的电荷密度为零。零电点是矿物的重要特性之一。

动电位ξ：是在外力（电场、机械力或重力）作用下，矿物与溶液沿滑动面作相对运动时产生的电位差。

动电位为零时的pH名为“等电点”（IEP),表示配衡离子在滑动面内已与定位离子电性相同。当总电位为零时，动电位也为零，此时零电点与等电点相同。

3、矿物表面电性起源：矿物在水中受水及溶质的作用，会发生表面吸附或表面电离，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。这双层电荷称为双电层，起源如下：

优先解离（或溶解）：矿物在水中，其表面受到水偶极的作用，由于正负离子受水偶极的吸引力不同，会产生非等量的转移，则有的离子会优先解离（或溶解）转入溶液。例如，萤石（CaF2）在水中，F-比Ca2+易溶于水，于是萤石的表面就有过剩的Ca2+，而荷正电；溶于水中的F-受到矿物表面正电荷的吸引，在矿物表面形成配衡离子层；

优先吸附:固-液界面状态与溶液的组成有关，如上所述的白钨矿，在自然饱和溶液中表面荷负电（WO2-4较多）。如向溶液中添加Ca2+ ，因表面吸附较多的Ca2+ ，其表面转向荷正电。在用Na2CO3加CaCl2合成CaCO3时，如Na2CO3过量，得到的CaCO3表面荷负电（-5.3mV）；若CaCl2过量，得到的CaCO3表面荷正电（+3.2mV）。

电离后吸引H+或OH-：许多难溶矿物如石英，在水中先形成酸类化合物，然后一部分电离，表面荷负电。

4、溶胶-凝胶法粉体表面修饰：

溶胶-凝胶法是最近十几年迅速发展起来的一项新技术。其原理是向金属醇盐或无机盐溶液中加入溶剂、催化剂和螯合剂等,经水解直接形成无流动性的溶胶,再浓缩成透明凝胶,凝胶经干燥、热处理可得到氧化物超微粉。其中,控制溶胶凝胶化的主要参数有溶液的pH值、溶液浓度、反应温度和时间等。通过调节工艺条件,可以制备出粒径小、粒径分布窄的超微粉。由于溶胶-凝胶法较其他方法具有可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级混合物,以及可制备传统方法不能或难以制得的产物等优点,而使其得到了广泛的应用。

溶胶-凝胶法是近几年来形成的一种新兴的湿化学合成方法，不及可以制备超细粉体、薄膜。而且成功应用于超细粉体表面包覆，溶胶-凝胶包覆技术一般包括以下几个步骤：

被包覆粒子的制备

可以是由溶胶-凝胶法制备的各种形状的粒子，也可是其他方法制备的颗粒或天然矿物粉体如云母、石英、粘土等。

包覆用溶胶的制备

包覆层的制备

将所需包覆的颗粒分散于所制备的溶胶中，再在一定条件下完成凝胶化，即可在颗粒表面形成所需的包覆层

根据原料的不同，可分两大类：

无机盐溶胶-凝胶法

醇盐水解法

5、硅烷偶联剂的结构特征：

6、CVD技术。化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）是一种制备超细粉体较成熟的方法，还可应用于材料表面的镀膜和超细粉体的表面修饰。

CVD的一般要求：

反应原料是气态或易于挥发成蒸汽的液态或固态物质；

反应易于生成所需要的沉积物而其中的副产品保留在气相中排出或易于分离；

整个操作过程较易于控

CVD技术在用于无机合成时具有以下特点：

保形性。沉淀反应如在气固界面上发生时，沉淀物在原固态底基物上包覆一层，不改变原固体底基物的形状。

制。物质单一性。采用CVD技术可得到单一的无机合成物质，并以此作为原材料，制备出更多的产品，如超纯多晶硅材料的制备；

游离性。如果采用的某种基底材料，在沉积物达到一定厚度后，很容易与基底分离，这样就可以得到各种特定形状的游离沉积物器具，碳化硅器皿和金刚石薄膜部件均可以用这种方法制造；

超细性。在CVD技术中也可以沉积生成晶体或细粉状的物质，可以生产超微细粉体，在特定工艺条件下，还可生产纳米级的微细粉体。

CVD法的化学反应

热分解反应

包括简单热分解和热分解反应沉积，通常ⅣB族、ⅢB族和ⅤB族的一些低周期元素的氢化物，如CH4、SiH4、GeH4、B2H6、PH3、AsH3等都是气态化合物，而且加热后易分解出相应的元素。因此很适合用于CVD技术中作为原料气。其中CH4、SiH4分解后直接沉积出固态的薄膜，GeH4也可以混在SiH4中，热分解后直接生成Si-Ge合金膜。

化学合成

一些元素的氢化物或有机烷基化合物常常是气态的或易于挥发的液体或固体，便于用在CVD技术中。如果同时通入氧气，在反应器中发生氧化反应时就沉积出相应于该元素的氧化物薄膜。

化学转移反应

也叫化学反应输出沉积。有一些物质本身在高温下会气化分解，在沉积反应器稍冷的地方反应沉积生成薄膜、晶体或粉体等形式的产物。

三、论述题（40分、每题20分）

1、矿物成因分类、工业分类和晶体化学分类有哪些？

矿物依其成因可分为原生矿物和次生矿物两类。

由地壳深处的岩浆冷凝而成的矿物，成为原生矿物。

由原生矿物经过化学变化（如变质作用和风化作用）形成新的矿物，成为次生矿物。从和岩石的成因关系来看，可以分为火成作用、沉积作用和变质作用三种成因类型。

一般采用的分类（罗谷风等，1993）I 自然元素矿物II 硫化物及其类似化合物矿物1．单硫化物及其类似化合物矿物