礦產(chǎn)資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),我國(guó)90%以上的能源、80%以上的工業(yè)原料和70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料都來(lái)自于礦產(chǎn)資源。非金屬礦產(chǎn)是指能源礦產(chǎn)、金屬礦產(chǎn)以外,自然產(chǎn)出的可供提取有用非金屬元素、化合物或能直接利用其工藝技術(shù)性能的礦物和巖石。非金屬礦產(chǎn)資源多數(shù)不是以利用化學(xué)元素,而是以有用礦物或巖石為利用對(duì)象,也被稱為工業(yè)礦物與巖石。兩者的內(nèi)涵和涉及的范圍基本上相同。
非金屬礦工業(yè)包括對(duì)非金屬礦產(chǎn)資源的采掘、選礦提純和礦物加工及礦物材料制造一個(gè)長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈。非金屬礦工業(yè)發(fā)展重點(diǎn)及發(fā)展方向:一方面是非金屬礦產(chǎn)資源節(jié)約以及綜合利用,提高資源利用效率與效益;另一方面是著力發(fā)展非金屬礦加工、深加工,發(fā)展非金屬礦物材料。
非金屬礦物材料是指以非金屬礦物和巖石為基本或主要原料,通過(guò)物理、化學(xué)方法制備的功能性材料或制品。如機(jī)械工業(yè)和航空航天工業(yè)用的石墨密封材料和石墨潤(rùn)滑劑、石棉磨擦材料、高溫和防輻射涂料等;微電子工業(yè)用的石墨導(dǎo)電涂料、顯像管石墨乳、熔煉水晶等;以硅藻土、膨潤(rùn)土、海泡石、凹凸棒石、沸石等制備的吸附、助濾和環(huán)保材料;以高嶺土(石)為原料制備的煅燒高嶺土、鋁尖晶石、莫來(lái)石、賽隆、分子篩和催化劑;以珍珠巖、硅藻土、石膏、石灰石、蛭石、石棉等制備隔熱保溫防火和節(jié)能材料及輕質(zhì)高強(qiáng)建筑裝飾材料;以碎云母為原料生產(chǎn)的超細(xì)云母填料、顏料以及云母紙和云母板等;以膨潤(rùn)土為原料制備的凝膠及有機(jī)膨潤(rùn)土等。
非金屬礦物材料分類
非金屬礦物材料有的是獨(dú)立的天然礦物(巖石)材料或人工合成礦物(晶體)材料,有的可歸屬于無(wú)機(jī)非金屬材料,有的屬于復(fù)合材料。根據(jù)不同的目的,有不同的分類原則和方法。從材料的原料、利用、制備工藝和應(yīng)用市場(chǎng)的分類方式,非金屬礦物材料可分為:
天然礦物材料:直接地或經(jīng)加工處理后能利用某種礦物單晶體或礦物集合體的物理、化學(xué)性能的礦物材料。也包含了人工合成礦物材料。按其性能及主要利用領(lǐng)域,可進(jìn)一步分為功能礦物材料(光學(xué)礦物材料如偏光、旋光礦物材料等,電學(xué)礦物材料,磁學(xué)礦物材料,換能礦物材料等。其中,換能礦物材料指電-光、熱-電、電-磁、激光礦物材料等);裝飾礦物材料(寶玉石和觀賞礦物-巖石材料,飾面石材); 切磨礦物材料(切削、磨料等礦物材料)等。
粉體礦物材料:經(jīng)過(guò)各種方法超細(xì)加工和改性優(yōu)化的礦物粉粒材料。它既可以獨(dú)立使用,也大量用作復(fù)合材料的組分材料,發(fā)揮功能性作用。礦物粉粒材料還可進(jìn)一步分為填料、涂料礦物材料,膠凝類礦物材料,吸附、過(guò)濾礦物材料和環(huán)保類礦物材料,農(nóng)用與藥用礦物材料,納米級(jí)超微粉礦物材料等。
復(fù)合礦物材料:根據(jù)復(fù)合組分材料類別或基體材料特征,可分為礦物-無(wú)機(jī)物復(fù)合礦物材料(主要是無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料,包括礦物納米材料,也包括了一些金屬基復(fù)合材料)和礦物-有機(jī)物復(fù)合礦物材料(主要是聚合物基復(fù)合礦物材料,也包括了礦物納米材料)。由于礦物材料發(fā)展領(lǐng)域?qū)拸V,上述分類不應(yīng)當(dāng)是絕對(duì)的。各類礦物材料常常是相互交叉和滲透的。
非金屬礦物材料開(kāi)發(fā)方向與應(yīng)用市場(chǎng)分析
非金屬礦物材料與高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)以及生態(tài)環(huán)保等產(chǎn)業(yè)密切相關(guān),其不僅廣泛用于建材、冶金、化工、交通、機(jī)械、輕工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域;而且在電子信息、生物醫(yī)藥、新能源、新材料、航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有廣闊的潛在市場(chǎng),同時(shí),又是環(huán)境保護(hù)、生態(tài)文明建設(shè)的高效、廉價(jià)材料。
1.天然礦物材料方面
這類礦物材料的重要開(kāi)發(fā)方向是功能性材料,也包括合成礦物材料。
石墨礦物材料:石墨是碳材料的重要一支,以耐高低溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、潤(rùn)滑、表面能低、重量輕、炭化收率高等多種特性,廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、電子、航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。目前石墨新材料已經(jīng)成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)。膨脹石墨、各向同性石墨、氟化石墨、鋰離子電池用球形石墨、金屬-石墨復(fù)合材料等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于節(jié)能環(huán)保、新能源、新一代信息技術(shù)、新能源汽車、高端裝備制造、新材料產(chǎn)業(yè)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),幾乎所有的重要發(fā)展方向都離不開(kāi)石墨。隨著我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的加快發(fā)展,石墨應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟,石墨新產(chǎn)品的需求存在爆發(fā)式增長(zhǎng)的可能性。
高純石英材料:石英因具有耐高溫,熱膨脹系數(shù)小,高度絕緣,化學(xué)性能穩(wěn)定,耐腐蝕等優(yōu)良的化學(xué)和物理性能,以及獨(dú)特的光學(xué)特性與壓電效應(yīng)。傳統(tǒng)工業(yè)中,石英廣泛應(yīng)用于玻璃工業(yè)、陶瓷業(yè)、電磁業(yè)、鑄造、機(jī)械噴砂、化學(xué)等工業(yè);在現(xiàn)代工業(yè)中,由于石英的特性,廣泛應(yīng)用于航天、航空、航海、軍事、電工、電子、電訊、化工、冶金以及汽車等高科技領(lǐng)域,如電子計(jì)算機(jī)芯片封裝、光導(dǎo)纖維、新型電光源、特種光學(xué)玻璃石英坩堝等,并且是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)隱形技術(shù)中的關(guān)鍵材料。
藍(lán)晶石類礦物材料是一組無(wú)水率硅酸鹽礦物,主要包括藍(lán)晶石、紅柱石和夕線石,是優(yōu)質(zhì)耐火材料。它除用作冶煉工業(yè)的高級(jí)耐火材料,技術(shù)陶瓷工業(yè)的原料以外,還可冶煉高強(qiáng)度輕質(zhì)硅鋁合金,制作金屬纖維以及超音速飛機(jī)和宇宙飛船的導(dǎo)向型之用。
2.粉體礦物材料方面
粉體礦物材料在結(jié)構(gòu)材料和功能材料中發(fā)揮著重要作用。粉體礦物材料主要有碳酸鈣、滑石、高嶺土、硅藻土、膨潤(rùn)土、石英粉等等,既包括功能性礦物顏料和填料,也包括多孔礦物吸附材料,以及天然納米粘土類礦物材料,廣泛應(yīng)用于造紙、塑料、橡膠、涂料、環(huán)境保護(hù)、新材料等領(lǐng)域中。
3.復(fù)合礦物材料方面
復(fù)合礦物材料是非金屬礦物材料前景廣闊的領(lǐng)域,主要包括建筑材料用非金屬礦物復(fù)合材料、功能性復(fù)合礦物材料、環(huán)境復(fù)合礦物材料等等。
建筑材料用非金屬礦物復(fù)合材料,如建筑門(mén)窗塑料(碳酸鈣用量占7%~12%),建筑管材塑料(需要碳酸鈣,煅燒煤系高嶺土),地板塑料(要用碳酸鈣、石英、滑石和石棉等纖維材料),建筑墻面涂料(碳酸鈣,滑石,瓷土,云母,坡縷石,膨潤(rùn)土等),建筑防水涂料(云母,滑石,石棉,瓷土,碳酸鈣,水鎂石等),防腐涂料(石墨,云母,瓷土,輝綠巖等),保溫隔熱涂料(蛭石,輕鈣,珍珠巖等),防水材料(碳酸鈣,滑石,云母,重晶石,碳黑,瓷土等),建筑膠粘劑(滑石,碳酸鈣,瓷土等)。
功能性復(fù)合礦物材料,如由高級(jí)高嶺土為主制成的一種復(fù)合材料具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和耐沖擊、抗輻射、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)良性能,是航空航天、汽車等所需的特種陶瓷材料;用藍(lán)晶石族礦物微粉與碳化硅燒結(jié)成的復(fù)合材料是耐高溫的窯爐材料、陶瓷器件和磨具材料。
非金屬礦物材料發(fā)展幾點(diǎn)建議
高度重視非金屬礦工業(yè)的發(fā)展,加快非金屬礦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,著重發(fā)展非金屬礦物材料。非金屬礦物材料開(kāi)發(fā)利用水平已成為反映一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的重要標(biāo)志之一,尤其是在后工業(yè)化時(shí)代,非金屬礦工業(yè)的重要性逐步顯現(xiàn)。
重視非金屬礦物基礎(chǔ)理論與礦物特性研究。非金屬礦物材料一些優(yōu)異性能,大部分來(lái)自于非金屬礦物本身特性,因此非金屬礦物基礎(chǔ)理論與礦物特性研究是非金屬礦物材料開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ),要引起重視。
加快非金屬物材料的技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā),尤其是重視非金屬礦物材料應(yīng)用開(kāi)發(fā),加強(qiáng)多學(xué)科協(xié)同。非金屬礦物材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,因此,非金屬礦物材料的研究開(kāi)發(fā)涉及眾多學(xué)科,需要各學(xué)科的交叉和協(xié)同,尤其是非金屬礦物材料的應(yīng)用研究,以促進(jìn)我國(guó)非金屬礦物材料產(chǎn)品品種和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大以及技術(shù)水平的提高。
重視非金屬礦物材料標(biāo)準(zhǔn)的研究與制訂工作。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)是引導(dǎo)產(chǎn)品升級(jí)、開(kāi)拓應(yīng)用市場(chǎng)、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效途徑之一。
加強(qiáng)非金屬礦物材料方面人才培養(yǎng)。由于產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)及體制等方面的原因,我國(guó)非金屬礦物材料還相對(duì)落后,技術(shù)含量較低,產(chǎn)品品種規(guī)格少,研發(fā)與生產(chǎn)人才相對(duì)匱乏,尤其是多學(xué)科交叉復(fù)合性人才需要加大培養(yǎng)力度。(作者:中國(guó)非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng) 王文利)