¿Cuáles son las características, clasificaciones y aplicaciones de los materiales minerales?
La gente divide los materiales en materiales metálicos, materiales orgánicos, materiales inorgánicos no metálicos y materiales compuestos. Los minerales se dividen en tres categorías: minerales metálicos, minerales no metálicos y minerales combustibles.
Los minerales metálicos se refieren a minerales que extraen elementos metálicos mediante fundición con fines de uso final. Por ejemplo, los minerales de aluminio se utilizan mediante fundición para extraer elementos de aluminio.
Los minerales no metálicos se refieren principalmente a minerales que utilizan directamente las propiedades físicas y químicas inherentes de las materias primas minerales naturales, como el caolín, el cuarzo, etc. Estos minerales se utilizan directamente en aplicaciones de materiales.
Los minerales combustibles se refieren a minerales que extraen y utilizan energía térmica mediante reacciones termoquímicas, como el carbón, que obtiene energía térmica principalmente mediante combustión.
Evidentemente, en el sentido tradicional, la utilización de minerales metálicos y minerales combustibles se refiere a cambiar la estructura química original del mineral para lograr el propósito de utilización, es decir, cambiando la microestructura del propio mineral. , para realizar el valor del mineral; Los minerales no metálicos utilizan las propiedades técnicas y físicas de su macroestructura, y la mayoría no cambia la microestructura del mineral. Luego, según la definición de materiales minerales, se puede observar que los materiales minerales son muy similares a los minerales no metálicos utilizados actualmente, pero también incluye minerales metálicos y minerales combustibles, es decir, siempre que el metal utilizado actualmente. Los minerales o minerales combustibles no destruyen su microestructura original y conservan y utilizan sus propiedades técnicas y físicas macroscópicas. Estos minerales metálicos o minerales combustibles también son materiales minerales, como la hematita. Por ejemplo, la hematita se puede utilizar directamente como rojo de hierro. La hematita es un material mineral. Por tanto, la gama de materiales minerales es mayor que la gama actual de minerales no metálicos y no puede equipararse. Bueno, en términos generales, los materiales minerales incluyen varios minerales en la naturaleza, incluidos minerales metálicos, minerales no metálicos y minerales combustibles.
Los materiales minerales tienen las siguientes características:
1. Multiusos
La polivalencia de los materiales minerales significa que un material mineral puede tener múltiples usos. Por ejemplo, la bentonita con montmorillonita como componente principal se puede utilizar en lodos de perforación petrolera, aglutinantes de pellets de mineral de hierro, decolorantes de aceites comestibles, clarificación de vinos y bebidas, purificación de grasas, tratamiento de aguas residuales, portadores de pesticidas, selladores impermeables, materias primas cosméticas, etc. industria.
2. Diversidad
La diversidad de materiales minerales se refiere a la diversidad de tipos de minerales y la complejidad de las propiedades minerales. Actualmente, existen más de 3.000 minerales naturales conocidos, sus composiciones y estructuras son muy complejas y cada mineral tiene sus propias propiedades físicas, químicas y de proceso únicas. Pero aunque hay muchos tipos de materiales minerales, a principios del siglo XX había menos de 60 tipos de materiales minerales desarrollados y aplicados por los humanos. Aunque ahora se han desarrollado y aplicado más de 200 tipos de materiales minerales. La proporción del total de tipos de materiales minerales es todavía muy pequeña. Esto demuestra que los materiales minerales todavía tienen un enorme potencial de investigación, desarrollo y aplicación.
3. Grandes reservas y precios bajos
En comparación con los materiales sintéticos artificiales, los materiales minerales generalmente tienen enormes reservas y bajos costos de producción.
4. Fuerte sustituibilidad
La fuerte sustituibilidad de los materiales minerales significa que los minerales con propiedades similares pueden reemplazarse entre sí en las aplicaciones.
5. Amplia gama de aplicaciones
En la actualidad, la aplicación de materiales minerales ha involucrado a casi todos los campos industriales, incluidos materiales de construcción, productos químicos, maquinaria, metalurgia, textiles, electrónica y agricultura. , alimentos, medicina, protección del medio ambiente, piedras preciosas, artes y artesanías y otros campos y departamentos. Además, los materiales minerales pueden desempeñar un papel más importante, especialmente en lugares donde se requieren requisitos especiales como alta resistencia, alta velocidad, alta temperatura, peso ligero, aislamiento y resistencia a la corrosión.
6. Beneficios económicos significativos
Debido a que los materiales minerales tienen muchos usos, grandes reservas y precios bajos, la investigación y el desarrollo de materiales minerales pueden lograr enormes beneficios económicos, y con el desarrollo de materiales minerales Diferentes profundidades y anchuras conducirán a diferentes beneficios económicos. Por ejemplo, el precio de la bentonita a granel es de 30 USD/t, mientras que el precio de la bentonita orgánica es de 2.400-3.600 USD/t, lo que representa un aumento de valor de 80-120 veces.
Clasificación de materiales minerales
Con la investigación sobre materiales minerales, la gente ahora clasifica los materiales minerales en los siguientes tres métodos: Primero, según los nombres de los principales minerales en los materiales minerales Clasificación el segundo es la clasificación según la estructura de los materiales minerales; el tercero es la clasificación según la función de los materiales minerales. Entre ellos, la clasificación según el nombre del mineral principal en los materiales minerales es uno de los métodos de clasificación más antiguos. Lleva el nombre del mineral más importante en los materiales minerales. Por ejemplo, materiales de amianto, materiales de grafito, materiales de mica, etc. se refieren a que los principales minerales de estos materiales minerales son amianto, grafito, mica, etc. Sin embargo, a medida que se desarrollan y utilizan más y más materiales minerales, y las aplicaciones de materiales minerales con la misma función a menudo se pueden usar indistintamente, este método de clasificación ha revelado gradualmente sus limitaciones, lo que requiere otros métodos de clasificación para enriquecer y reponer. De ello se derivan los siguientes métodos de clasificación:
1. Clasificación según la estructura de los materiales minerales
Este método de clasificación se basa en la composición de los materiales minerales y sus relaciones mutuas. Luego, los materiales minerales suelen dividirse en dos categorías según su estructura: materiales minerales individuales y materiales compuestos.
1) Materiales minerales únicos
Los materiales minerales únicos se refieren a aquellos materiales compuestos principalmente por un solo mineral, llamados materiales minerales simples, como papel de grafito flexible, relleno de grafito, fibra de carbono, Fibra de grafito, escamas de mica eléctrica, diamante, perlita expandida, carbonato de calcio ligero y carbonato de calcio pesado, etc.
2) Materiales compuestos
Los materiales compuestos son sistemas mixtos compuestos por materiales minerales y otros materiales, denominados materiales compuestos. Los materiales compuestos se dividen en tres categorías: materiales compuestos inorgánicos, materiales compuestos inorgánicos-orgánicos y materiales compuestos híbridos:
(1) Los materiales compuestos inorgánicos son sistemas compuestos por dos o más materiales minerales inorgánicos, denominados Es un material compuesto inorgánico. Como productos de fibrocemento, silicato de calcio microporoso y materiales cerámicos, etc. Sin embargo, cabe señalar que en los materiales compuestos, normalmente siempre que la matriz del material compuesto sea material mineral, incluso si se utilizan otros tipos de materiales en el material compuesto, tales como materiales orgánicos o materiales metálicos como materiales de refuerzo, También se les llama materiales compuestos inorgánicos. Por ejemplo, el fibrocemento de acero y los paneles de yeso de fibra de papel son materiales compuestos inorgánicos.
(2) Los materiales compuestos inorgánicos-orgánicos se refieren a sistemas compuestos por materiales minerales inorgánicos como materiales de refuerzo y materiales poliméricos orgánicos. Por ejemplo, zapatas de freno de tren sintéticas, láminas de caucho de amianto y productos de fibra de vidrio.
(3) Los materiales compuestos híbridos se refieren a un sistema compuesto por dos o más materiales compuestos comunes. Suele referirse a un material en el que se mezclan en una matriz dos fibras con diferentes características como materiales de refuerzo. Los composites híbridos se consideran el último logro de la investigación en materiales compuestos, también conocidos como "composites de composites". Ejemplos de compuestos híbridos incluyen materiales resistentes a la fricción para aviones y materiales estructurales de alta resistencia para los sectores aeroespacial y energético.
2. Clasificación según la composición estructural y características de procesamiento y transformación de los materiales minerales
Este método divide los materiales minerales en los siguientes cuatro tipos:
1) Materiales minerales naturales. Se refiere a minerales o rocas cuyas propiedades físicas y químicas se utilizan directamente y cuya composición y estructura no cambian mediante el procesamiento físico. Incluyendo rellenos (como polvo de calcio pesado, polvo de talco, etc.), decoraciones (como piedras, gemas, etc.), ópticas (como cristal, fluorita, etc.), materiales medicinales chinos (como manganeso, yeso, etc.), materiales abrasivos (como granate, corindón, etc.), productos de nutrición saludable (como turmalina, piedra medicinal, etc.) y materiales de aislamiento térmico (como cuerdas de amianto, telas de amianto, etc.).
2) Materiales minerales modificados. Materias primas que se someten a modificaciones ultrafinas y ultrapuras y modificaciones de minerales (rocas) para cambiar o cambiar parcialmente su composición o estructura, incluidas modificaciones de la superficie (como mica nacarada, carbonato de calcio modificado, etc.), componentes Tipos modificados ( como bentonita modificada, grafito flúor, yeso calcinado, etc.) y tipos de modificaciones estructurales (como perlita expandida, vermiculita expandida, grafito expandido, lana de roca, etc.).
3) Materiales minerales artificiales. Este es un material mineral artificial producido simulando los principios de los minerales o rocas naturales.
Incluyendo cristales artificiales (como cristales artificiales, diamantes artificiales, gemas artificiales, bigotes minerales, etc.), materiales porosos (como zeolitas artificiales, silicato de calcio microporoso), materiales nanominerales en polvo (como nanocarbonato de calcio, nanoóxido de zinc, etc.) espera.
4) Materiales minerales compuestos. Los materiales minerales compuestos se refieren a materiales minerales sintéticos con diferentes composiciones de fases, incluidos los compuestos mineral-orgánicos (como materiales de fricción, materiales de sellado, materiales aislantes, etc. sintetizados con materiales poliméricos como amianto, vermiculita, wollastonita, mica, etc.) y Compuestos mineral-inorgánicos (como materiales cementosos inorgánicos reforzados con fibras minerales, materiales de construcción de base mineral, materiales aislantes, materiales eléctricos funcionales, etc.).
3. Clasificación según la función de los materiales minerales
Este método de clasificación se basa en el uso y rendimiento de los materiales minerales. Los materiales minerales se clasifican según su desempeño, como electricidad, magnetismo, luz, calor, fricción, reacciones químicas superficiales, propiedades coloidales y propiedades de llenado y sellado. Los materiales minerales generalmente se dividen en nueve categorías: materiales funcionales mecánicos, materiales funcionales térmicos, materiales funcionales eléctricos y magnéticos, materiales funcionales ópticos, materiales funcionales de adsorción, materiales funcionales de unión y recubrimiento, materiales funcionales de relleno y refuerzo, materiales funcionales decorativos y energía atómica. Materiales para reactores nucleares. Según el uso de materiales minerales, los materiales minerales se pueden dividir en tipos de aplicaciones como refractarios, aislamiento térmico, aislamiento térmico, cerámica, materiales de construcción, productos químicos, rellenos, agrícolas, medicinales, protección del medio ambiente, abrasivos, funcionales y piedras preciosas.
Han Yuexin y otros combinaron las clasificaciones anteriores en el libro "Materiales minerales", tomando como línea principal la clasificación del Comité Profesional de Petrología de Procesos de la Sociedad China de Cerámica, teniendo en cuenta la clasificación de la industria y la clasificación de la composición. .
Zheng Shulin clasificó los materiales minerales según sus funciones y usos de la siguiente manera, ver Tabla 1.
Tabla 1 Tipos de materiales minerales y sus aplicaciones
Tipos de materiales Tipos de materias primas minerales Campos de aplicación
Materiales funcionales en polvo calcita, mármol, tiza, talco, pirofilita , ilmenita, grafito, caolinita, wollastonita, mica, wollastonita, diorita, tierra de diatomeas, bentonita, saponita, sepiolita, diabasa, rutilo, feldespato, arena de circonio, barita, yeso, cuarzo, amianto, granate, turmalina, rutilo, cianita, magnesita. , zeolita, tremolita, piedra pómez, nefelina, ópalo, rodajas de oro y otros polvos finos (10~1000μm), polvo ultrafino (0,1~10μm), polvo ultrafino o nanopolvo unidimensional o bidimensional (0,001~0,1μm), superficie polvo modificado, polvo de alta pureza, polvo compuesto, polvo con forma de aguja de alta relación de aspecto, polvo en escamas con relación de gran diámetro a espesor, polvo poroso, etc. Plásticos, caucho, adhesivos, fibras químicas, pinturas, revestimientos, cerámicas, vidrio, materiales refractarios, materiales aislantes, retardantes de llama, materiales cementosos, fabricación de papel, maquinaria, petroquímicos, energía eléctrica, transporte, microelectrónica, metalurgia, materiales de construcción, bebidas, instrumentos. , productos farmacéuticos, piensos, aeroespacial, mejora del suelo, aguas residuales, tratamiento de gases de escape, etc.
Materiales funcionales mecánicos amianto, yeso, grafito, granito, mármol, piedra de cuarzo, arena de circonio, caolín, feldespato, diamante, granate, mica, talco, piedra caliza, tremolita, piedra caliza, silicio Algas, pedernal, ópalo , etc. Productos de fibrocemento, placas de silicato de calcio, placas de fibra de yeso, materiales pétreos, materiales pétreos, cerámicas estructurales, materiales compuestos inorgánicos/poliméricos (tuberías de suministro y drenaje de agua, puertas y ventanas de acero plástico, etc.), diamantes (herramientas de corte, perforadoras) , etc. diamantes (herramientas de corte), brocas, muelas abrasivas, pasta abrasiva), abrasivos, materiales de revestimiento, pastillas de freno, zapatas de freno, pastillas de freno, correas de freno (pastillas), cojinetes de grafito, arandelas, anillos de sellado, revestimientos de embrague, lubricantes (pasta), juntas de cilindros, láminas de caucho de amianto, revestimientos de amianto, etc. Materiales de construcción, construcción, maquinaria, energía eléctrica, transporte, agricultura, industria química, industria ligera, aeroespacial, petróleo, microelectrónica, exploración geológica, metalurgia, carbón, etc.
Materiales termofuncionales amianto, grafito, cuarzo, feldespato, diamante, vermiculita, tierra de diatomeas, sepiolita, diabasa, brucita, perlita, mica, talco, caolín, wollastonita, zeolita, rutilo, arena de circonio, caliza, zeolita, bauxita y otros tejidos de amianto, placas, lana de roca, lana de vidrio, paneles fonoabsorbentes de lana mineral, espuma de amianto, espuma de vidrio, paneles aislantes contra incendios de vermiculita, ladrillos de diatomita, vermiculita expandida, perlita expandida, placas de silicato de calcio microporosas, perlas de vidrio, revestimientos de aislamiento térmico, materiales refractarios, ladrillos de magnesia y carbono, materiales compuestos de carbono/grafito, materiales de almacenamiento térmico, mullita, cordierita, cerámicas de circonio, etc. Materiales de construcción, construcción, metalurgia, industria química, industria ligera, maquinaria, electricidad. energía, transporte, aeroespacial, petróleo, carbón, etc.
Materiales funcionales electromagnéticos: grafito, cuarzo, diamante, vermiculita, mica, talco, caolín, rutilo, turmalina, granate de hierro, etc. Electrodos de grafito de carbono, cepillos, grafito coloidal, productos de grafito fluorado, lechadas de electrodos, termistores, baterías, resistencias no lineales, semiconductores cerámicos, ferrita de granate, materiales piezoeléctricos (cristales piezoeléctricos, componentes de encendido automático, etc.), condensadores de mica, papel de mica, mica. placas, porcelana eléctrica, cerámica de embalaje, etc. Eléctrica, microelectrónica, comunicaciones, informática, maquinaria, aviación, aeroespacial, navegación, etc.
Materiales ópticos: cristal, icosaedro, fluorita, etc. Lentes polarizantes, refractivas, condensantes, vidrios ópticos, fibras ópticas, filtros, materiales polarizantes, materiales fluorescentes, etc. Comunicaciones, electrónica, instrumentación, maquinaria, aviación, aeroespacial, industria ligera, etc. p>
Materiales absorbentes de blindaje: rutilo, turmalina, cuarzo, caolín, grafito, barita, bentonita, talco, etc. Dióxido de titanio (dióxido de titanio), nanosílice, alúmina, materiales de protección de reactores nucleares, cremas para el cuidado de la piel, ropa protectora, ropa térmica, películas plásticas, agentes mateantes, etc. Industria nuclear, industria militar, cosmética (productos para el cuidado de la piel), ropa civil (militar), agricultura, revestimientos, cuero, etc.
Materiales catalíticos: zeolita, caolín, filtros, materiales polarizantes, materiales fluorescentes, etc.
Materiales catalíticos: zeolita, caolín, grafito, barita, bentonita, talco, etc.
Materiales catalíticos Materiales catalíticos Zeolita, caolín, tierra de diatomeas, sepiolita, atapulgita, diabasa, etc. Tamices moleculares, catalizadores, portadores de catalizadores, etc. Petróleo, industria química, pesticidas, medicina, etc.
Materiales de adsorción: Zeolita, caolín, diatomita, sepiolita, atapulgita, diabasa, bentonita, saponita, perlita, ópalo, grafito, talco, etc. Coadyuvantes de filtración, agentes decolorantes, desecantes, desodorantes, bactericidas, agentes de tratamiento de agua, etc.
Adsorbentes, coadyuvantes de filtración, agentes decolorantes, desecantes, desodorantes, agentes antifúngicos, agentes de tratamiento de agua, etc. Bacterias, agentes de tratamiento de agua, purificadores de aire, agentes de tratamiento de contaminación por petróleo, agentes de tratamiento de residuos nucleares, etc. Cerveza, bebidas, aceites comestibles, alimentos, grasas industriales, medicinas, cosméticos, protección del medio ambiente, electrodomésticos, industria química, etc.
Materiales reológicos: bentonita, saponita, sepiolita, atapulgita, mica, etc. Bentonita orgánica, agente tixotrópico, agente antisedimentación, espesante, gel, agente nivelador, lodo de perforación y otras pinturas, revestimientos, adhesivos, agentes de limpieza, producción de petróleo, exploración geológica, etc. Aglutinantes misioneros, silicato de sodio, adhesivos, molduras, aglutinantes compuestos a base de arcilla, etc. Metalurgia, construcción, fundición, industria ligera, etc.
Materiales decorativos mármol, granito, piedra de entintar, mica, pirofilita, ópalo, cristal, granate, peridoto, ágata, jade, piroxeno, malaquita, icosaedro, piedra ámbar, turquesa verde, diamante, piedra lunar, etc. Piedras decorativas, mica nacarada, piedras de colores, diversas piedras preciosas y ornamentales, etc. Construcción, materiales de construcción, revestimientos, cuero, cosmética, joyería, turismo, etc.
Materiales biofuncionales: Zeolita, biotita, caolín, tierra de diatomeas, sepiolita, atapulgita, bentonita, saponita, perlita, ópalo, talco, turmalina, carbonato cálcico, etc. Productos farmacéuticos y sanitarios, transportadores de fármacos, aditivos alimentarios, bactericidas, adsorbentes, aditivos cosméticos, productos farmacéuticos, industria bioquímica, ganadería, cosmética, etc.
Aplicación de materiales minerales
Materiales minerales La aplicación es posiblemente la más antigua. Ya en la Edad de Piedra, el hombre utilizaba minerales naturales para fabricar herramientas, pero en aquella época era sólo una aplicación inconsciente. Con el desarrollo de la sociedad, los humanos dominaron gradualmente la tecnología de fundición de metales y la aplicación de materiales metálicos se desarrolló gradualmente, superando gradualmente la aplicación de minerales naturales. En la Edad del Bronce y la Edad del Hierro, los materiales metálicos tenían la ventaja absoluta. Pero en los tiempos modernos, con el desarrollo de métodos de investigación y la profundización de la comprensión humana de la naturaleza de los minerales naturales, la gente ha descubierto que muchas propiedades de los minerales naturales son incomparables con los objetos fabricados por el hombre. Por ejemplo, los materiales resistentes a altas temperaturas, los humanos aún no han podido crear un material que pueda lograr el rendimiento a altas temperaturas del mineral de grafito. El punto de fusión del mineral de grafito es de 3850 °C y la temperatura de vaporización es de 4500 °. C. Pierde masa cuando se calienta durante 10 segundos en condiciones de temperatura ultraalta de 7000 °C. Es del 0,8%, mientras que la pérdida de masa del material metálico artificial más resistente al calor en estas condiciones es del 12,9%. de grafito a 2500°C, la resistencia del grafito a 2500°C es el doble de la resistencia a temperatura normal. Otro ejemplo es la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación. La resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación de muchos minerales naturales también son mucho mejores que las de los materiales metálicos.
Debido a esto, el desarrollo y utilización de minerales naturales ha recibido una atención renovada y se ha desarrollado rápidamente. Ahora bien, el grado de desarrollo y aplicación de los materiales minerales se ha convertido en un símbolo del grado de industrialización de un país. Algunas personas dicen que el siglo XXI será la segunda Edad de Piedra para la humanidad. Es decir, los humanos desarrollarán y utilizarán materiales minerales en grandes cantidades en el siglo XXI. Otros dicen que cuando el valor de producción de materiales minerales en la economía de un país excede el valor de producción de minerales metálicos por primera vez, es el límite de la madurez industrial del país. El fenómeno de que el valor de producción de los materiales minerales excede el valor de la producción de minerales metálicos apareció en el Reino Unido y en los Estados Unidos, respectivamente, en el Reino Unido a principios del siglo XX y en los Estados Unidos en 1934. En la década de 1970, la proporción del El valor de la producción de materiales minerales con respecto al valor de la producción de minerales metálicos en estos dos países fue de 2:1 y alcanzó 3:1 en 1986. Desde una perspectiva global, desde la década de 1950, el consumo de materiales minerales ha aumentado entre un 50% y un 60% cada década. El valor de la producción anual total actual alcanza más de 80 mil millones de dólares estadounidenses, de los cuales el volumen de exportación de varios países es de aproximadamente 30. mil millones de dólares estadounidenses y la tasa de crecimiento anual es de alrededor del 3%.
Los campos de aplicación de los materiales minerales han involucrado a casi todos los campos y departamentos industriales. Dado que cada campo tiene diferentes requisitos para los tipos y propiedades de los materiales minerales utilizados, es necesario primero comprender la aplicación de los materiales minerales en. Varios campos. Situación de aplicación. En la actualidad, según los diferentes campos de aplicación de los materiales minerales, los materiales minerales se pueden dividir en materiales minerales para aislamiento térmico, materiales minerales para aislamiento térmico, materiales minerales para cerámica, materiales minerales para la construcción, materias primas minerales para la industria química, minerales agrícolas. materiales, materiales minerales para rellenos, materiales minerales medicinales, materiales minerales respetuosos con el medio ambiente, materiales minerales abrasivos, materiales minerales de piedras preciosas y materiales minerales funcionales, etc.
En comparación con los países desarrollados, la investigación y el desarrollo de materiales minerales de mi país llegaron relativamente tarde. El volumen de exportaciones del año pasado fue de aproximadamente 600 millones de dólares, lo que representa sólo el 2% del volumen de exportaciones mundial, y la mayor parte fue. sin procesar. En lo que respecta a los recursos minerales de mi país, mi país tiene una amplia variedad de recursos minerales. Es un país con grandes recursos y tiene sus propias características. tungsteno, tierras raras y otros minerales, por lo tanto, existen muchos problemas en la investigación y el desarrollo de materiales minerales. Tiene un enorme potencial, especialmente la investigación y el desarrollo de materiales minerales que sean adecuados para las características de origen de las cerámicas minerales de mi país. las perspectivas son aún más prometedoras.