我国非金属矿物材料研发现状及发展思路- 果林子的日志- 网易博客

我国非金属矿物材料研发现状及发展思路

2010-02-21 21:27:52 阅读8 评论0 字号:

        核心提示:材料与信息、能源构成现代文明的三大支柱。国家的昌盛、民族的兴旺、社会的进步、人民生活水平的提高,无不与材料密切相关。新材料被视为新技术革命的基础和先导。作为材料科学与工程体系的一个重要组成的部分,非金属矿物材料将在国民经济中发挥愈来愈重要的作用。本文较全面地介绍了非金属矿物材料的用途、市场,以及研发现状,并着重提出了其研发思路及发展战略目标。
        非金属矿物材料是指从非金属矿物和岩石(包括部分人造非金属矿物和岩石)的物理、化学性质及其效应出发,经过适当的加工处理,使之成为能被工农业生产和日常生活各个领域使用的一类材料和制品的总称。与传统的非金属矿产品(原矿及初加工的矿物原料与岩石)相比,非金属矿物材料具有:产品品种多、技术含量高、应用领域广、附加值大等特点。现代科技革命、经济发展、社会进步、人类生活水平的提高和环保意识的增强,开创了广泛应用非金属矿物材料的新时代。非金属矿物材料的加工与应用水平已成为反映一个国家工业发达程度的重要标志之一,非金属矿物材料产业也被当今世界视为21世纪的"朝阳工业"之一。作为材料科学与工程体系的一个重要组成的部分,非金属矿物材料和非金属矿物材料学将在21世纪发挥愈来愈重要的作用。

  一、非金属矿物材料在国民经济中的地位与作用

  (一)传统产业发展需要量大的基础材料

  非金属矿物材料与建材、化工、轻工、冶金、机械、交通、能源、电子等传统产业发展密切相关。例如:造纸工业的铜版纸、涂布纸和纸板、彩喷纸及其它xx纸和特种纸的发展,以及造纸技术的进步需要大量的高纯、超细的碳酸钙、高岭土、滑石、二氧化硅等高白度非金属矿物填料和涂料;高分子材料(塑料、橡胶、胶粘剂等)的发展需要大量的超细和活性碳酸钙、高岭土、滑石、硅灰石、云母、透闪石、二氧化硅、水镁石以及氢氧化镁、氢氧化铝等功能矿物填料和颜料;汽车面漆、乳胶漆等xx油漆涂料及防腐蚀和辐射、道路发光等特种涂料需要大量的珠光云母、着色云母,超细和高白碳酸钙、二氧化硅、硅灰石、重晶石、高岭土、膨润土等非金属矿物颜料、填料和增粘剂、消光剂;冶金工业的发展和产品结构调整需要高品质的夕线石、红柱石、蓝晶石等以高铝矿物为原料的高铝耐火材料和以镁(菱镁矿)和碳(石墨)为原料的镁碳复合材料;新型建材和防火、节能产品的发展需要大量的石膏板材和饰面板、花岗岩和大理岩板材和异形材,以及超细石英粉、石灰粉等为原料的微孔硅钙板、膨胀珍珠岩、蛭石、硅藻土等保温隔热材料、石棉制品及氢氧化镁、氢氧化铝等低烟无卤阻燃材料等等;石化工业发展需要大量具有特定孔径分布、活性和选择性好的沸石及高岭土催化剂、载体、吸附剂,以及以膨润土、海泡石等为基料的钻井泥浆材料和以重晶石为原料的泥浆加重剂及具有较高球形度的压裂砂;机电工业的发展需要以碎云母为原料制造的云母纸和云母板绝缘材料、高性能柔性石墨密封材料、石墨盘根,以及石棉基和硅灰石基的板材、垫片和摩擦材料等;汽车工业的发展需要大量以石棉、石墨、针状硅灰石等非金属矿物为基料的摩擦材料,及以滑石、云母、硅灰石、透闪石、超细碳酸钙等为无机填料的工程塑料和底漆;化纤工业的发展需要超细二氧化钛、电气石、二氧化硅、氧化铝、云母等功能无机填料,以生产出xx、保温、除异味和释放负离子等有利于人类健康的功能纤维;现代酿造业(如啤酒酿造)和食品工业的发展需要大量的硅藻土基助滤剂和粘土矿物基吸附材料;现代高速公路标志涂料中也要使用球形二氧化硅或玻璃微珠等非金属矿物粉体材料。凡此种种,无一不表明非金属矿物材料是传统产业发展和技术进步的基础材料。

  1、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、云母、硅灰石、透辉石、硅藻土、膨润土、皂石、海泡石、凹凸棒土、金红石、长石、锆英砂、重晶石、石膏、石英、石棉、 水镁石、沸石、透闪石、蛋白土等

  细粉(10~1000mm)超细粉(0.1~10mm) 超微细粉或一维、二维纳米粉(0.001~0.1mm)

  表面改性粉体、高纯度粉体复合粉体、 高长径比针状粉体大径厚比片状粉体多孔隙粉体等

  塑料、橡胶、胶粘剂、化纤、油漆、涂料、陶瓷、玻璃、耐火材料、阻燃材料、胶凝材料、造纸、建材等

  2、力学功能材料

  石棉、石膏、石墨、花岗岩、大理岩、石英岩、锆英砂、高岭土、长石、金刚石、铸石、石榴子石、云母、滑石、硅灰石、透闪石、石灰石、硅藻土、燧石、蛋白石等

  石棉水泥制品、硅酸钙板、纤维石膏板、石材、结构陶瓷、无机/聚合物复合材料(上下水管、塑钢门窗等)、金刚石(刀具、钻头、砂轮、研磨膏)、磨料、衬里材料、制动器衬片、闸瓦、刹车带(片)、石墨轴承、垫片、密封环、离合器面片、润滑剂(膏)、汽缸垫片、石棉橡胶板、石棉盘根等

  建材、建筑、机械、电力、交通、农业、化工、轻工、航空航天、石油、微电子、地质勘探、冶金、煤炭等

  3、热学功能材料

  石棉、石墨、石英、长石、金刚石、蛭石、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、水镁石、珍珠岩、云母、滑石、高岭土、硅灰石、沸石、金红石、锆英砂、石灰石、白云石、铝土矿等

  石棉布、板、岩棉、玻璃棉、矿棉吸声板、泡沫石棉、泡沫玻璃、蛭石防火隔热板、硅藻土砖、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、微孔硅钙板、玻璃微珠、保温涂料、耐火材料、镁碳砖、碳/石墨复合材料、储热材料、莫来石、堇青石、氧化锆陶瓷等

  建材、建筑、冶金、化工、轻工、机械、电力、交通、航空航天、石油、煤炭等

  4、电磁功能材料

  石墨、石英、水晶、金刚石、蛭石、硅藻土、云母、滑石、高岭土、金红石、电气石、铁石榴子石、沸石等

  碳-石墨电极、电刷、胶体石墨、氟化石墨制品、电极糊、电导体、热敏电阻、电池、非线性电阻、陶瓷半导体、石榴子石型  铁氧体、压电材料(压电水晶、自动点火元件等)、云母电容器、云母纸、云母板、电瓷、电子封装材料等

  电力、微电子、通讯、计算机、机械、航空、航天、航海等

  5、光功能材料

  石英、水晶、冰洲石、方解石等

  偏光、折光、聚光镜片、光学玻璃、光导纤维、激光光源型透明石英玻璃管、滤光片、偏振材料等

  通讯、电子、仪器仪表、机械、航空、航天、轻工等

  6、吸波与屏蔽材料

  金红石、电气石、石英、高岭土、石墨、重晶石、膨润土、滑石等

  氧化钛、纳米二氧化硅、氧化铝、核反应堆屏蔽材料、护肤霜、防护服、保暖衣、塑料薄膜、消光剂等

  核工业、军工、化妆(护肤)品、民(军)用服装、涂料、皮革等

  7、催化材料

  沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、地开石等

  分子筛、催化剂、催化剂载体等

  石油、化工、农药、医药等

  8、吸附材料

  沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、地开石、膨润土、皂石、珍珠岩、蛋白土、石墨、滑石等

  助滤剂、脱色剂、干燥剂、除臭剂、杀(抗)菌剂、水处理剂、空气净化剂、油污染处理剂、核废料处理剂、固沙剂等

  啤酒、饮料、食用油、食品、工业油脂、制药、化妆品、环保、家用电器、化工等

  9、流变材料

  膨润土、皂石、、海泡石、凹凸棒石、水云母等

  有机膨润土、触变剂、防沉剂、增稠剂、凝胶剂、流平剂、钻井泥浆等

  各种油漆、涂料、粘合剂、清洗剂、采油、地质勘探等

  10、粘结材料

  膨润土、海泡石、凹凸棒石、水云母、碳酸钙、石英等

  团矿粘结剂、硅酸钠、胶粘剂、铸模、粘土基复和粘结剂等

  冶金、建筑、铸造、轻工等

  11、装饰材料

  大理石、花岗岩、云母、叶蜡石、蛋白石、水晶、石榴子石、橄榄石、玛瑙石、玉石、辉石、孔雀石、冰洲石、虎珀石、绿松石、金刚石、月光石等

  装饰石材、珠光云母、彩石、各种宝玉石、观赏石等

  建筑、建材、涂料、皮革、化妆品、珠宝业、观光业等

  12、生物功能材料

  沸石、麦饭石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、膨润土、皂石、珍珠岩、蛋白土、滑石、电气石、碳酸钙、石膏等

  药品及保健品、xx载体、饲料添加剂、杀(抗)菌剂、吸附剂、化妆品添加剂、

  制药业、生物化学工业、农业、畜牧业、化妆品等

  (二)高新技术发展不可缺少的辅助材料

  人类进入21世纪后,随着产业结构的调整,除了以高新技术改造和提升传统产业之外,以微电子、信息、生物、航空航天、海洋开发,以及新材料、新能源为主的高技术和新材料产业将逐渐壮大。这些高技术和新材料产业与非金属矿物材料密切相关。例如:高纯石英等硅基材料是集成电路芯片、塑封料、抛光料及光纤型、激光光源和辐射光源型透明石英玻璃管、耐高温型石英玻璃管及单晶硅生产用坩埚的主要材料。用石墨制成的材料具有优良的隔热、耐高温(3000℃以上)、减磨润滑和防辐射等性能,广泛用作核反应堆的中子减速剂和防原子辐射的外壳火箭、导弹、航天飞机和宇航设备零件等;胶体石墨广泛用作显像管和真空管的导电涂料,以及示波管、高真空阴极射线管的外部涂覆剂、制造玻璃器皿和高温运转机械的润滑剂等等。石墨、云母、高岭土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、硅灰石、硅藻土、滑石、方解石、冰洲石、硅线石、石英、红柱石、蓝晶石、硅线石、电气石、蛭石、石榴子石等都与新材料,特别是功能材料的发展不可缺少的辅助材料。例如:蒙脱石(膨润土)是当今工业上制备纳米塑料或纳米复合材料的重要辅助材料之一;高纯、超细石墨和膨胀石墨是前景看好的新能源材料;石膏、珍珠岩、方解石、硅藻土、硅灰石等是新型绿色建材的主要原料;沸石、麦饭石、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、膨润土、白垩土、珍珠岩、高岭土等与生物技术及其产业发展息息相关。例如:用硅藻土、膨润土、沸石等制取的吸附材料可用于生物制药领域过滤、选择性吸附有毒和有害物质,以及微区反应和微量提取等。因此, 21世纪非金属矿物材料是高技术、新材料产业应用和发展不可缺少的重要辅助材料之一。

  (三)环保和生态建设的廉价、高效材料

  环境保护和生态建设是人类进入21世纪面临的重大挑战之一,它直接关系到人类的生存和经济、社会的可持续发展。随着人类环保意识的增强和全球对环保标准及要求的提高,环保产业将成为21世纪最重要的新兴产业之一。许多非金属矿物,如:硅藻土、沸石、膨润土、凹凸棒石、海泡石、电气石、麦饭石等,经过加工具有选择性吸附有害及各种有机和无机污染物的功能,而且具有原料易得、单位处理成本低、本身不产生二次污染等优点,可以用来制备新型环保材料;膨润土、珍珠岩、蛭石等还可用于固沙、改良土壤、垃圾填埋场(防止垃圾污染渗透)及放射性废料的处理。此外,大多数非金属矿物还是环境友好材料。例如:在塑料薄膜中加入一定量的超细重质碳酸钙可制作成降解塑料;用超细水镁石作高聚物基复合材料的阻燃填料,不仅可以阻燃,而且不会产生可致命的毒烟;用电气石基环保健康材料,能释放有益环境的负离子等等。可见,非金属矿材料是环保产业和生态建设的最理想的廉价、高效材料。

  (四)改变对外贸易中矿产品"低出高进"的关键

  在我国丰富的非金属矿产资源中,石墨、滑石、菱镁矿、重晶石、萤石、膨润土、硅藻土、硅灰石、高岭土等许多矿种的储量和产量居世界前列,不仅能满足国内经济发展的需求,而且发展出口的潜力很大,其中,石墨、滑石、菱镁矿、重晶石、萤石、花岗石等非金属矿产品,已成为我国重要的出口创汇商品,出口量居世界{dy}位,在国际市场上占有举足轻重的地位。2004年,我国非金属矿产品出口创汇额达38.5l亿美元。但是,由于我国目前非金属矿加工技术和非金属矿物材料发展的水平还比较低,在大量出口的非金属矿产品中,廉价的原矿和初加工产品仍占很大比重,而国内急需的某些非金属矿物材料仍需从发达国家高价进口。我国非金属矿产品进出口贸易中 "低出高进"的现象比较严重,例如,2002年我国出口石墨32.18万吨,其产品主要是不同含碳量的鳞片石墨和土状石墨原料,创汇4614.4万美元,平均出口价格为143.40美元/吨;进口石墨材料741吨,用汇401.08万美元,平均进口价格5412.66美元/吨;进口价为出口价的37.75倍;出口高岭土70.8万吨,创汇2236万美元,主要为原矿,出口均价仅31.58美元/吨;进口23.56万吨,用汇5091.4万美元,主要为xx造纸涂料级和油漆填料级产品,进口均价为215.16美元/吨,进口价是出口价的9.13倍。其它诸如滑石、萤石、硅灰石、菱镁矿等矿种也存在类似的问题。因此,充分利用我国丰富的非金属矿产资源,研究开发国际市场急需的非金属矿物材料,不仅是满足国内传统产业和高新技术发展的需求,减少对发达国家的技术依赖问题,同时也是改善出口商品结构,提高出口产品档次、均价,提高经济效益,解决对外贸易中矿产品"低出高进"的关键。

  (五)有利于促进国民经济的可持续发展

  我国是世界上非金属矿产资源品种较多、储量较为丰富的国家之一。工业发达国家发展的经验表明:"一个国家工业发展的水平,往往以非金属矿在国民经济中的开发利用程度为标志"。在经济和社会发展到一定程度后,非金属矿及非金属矿物材料的消费量和产值必然要大于金属矿及金属材料,其对国民经济的贡献也将越来越大。我国是一个经济和社会正在迅速发展的世界大国,高新技术产业的快速发展、传统产业的技术进步与结构调整、环保国策的全面落实,以及在未来20年全面建设小康社会发展目标的实施,将给我国非金属矿物材料带来前所未有的挑战和发展机遇。紧紧抓住这一难得的历史机遇,加速非金属矿物材料的研发和生产,不仅可以满足我国经济、科技和社会发展对非金属矿物材料日益增长的需求,促进非金属矿产资源的综合利用,全面提升我国非金属矿加工应用的水平,而且还将成为国民经济发展的新增长点,促进我国高新技术产业、传统产业及环保产业的全面发展和进步。同时,考虑到我国中西部非金属矿产资源丰富这一现实,发展非金属矿物材料产业还将促进和带动中西部地区的经济发展和社会进步,以及生态环境保护。因此,发展非金属矿物材料有助于国民经济的可持续发展。

 

      

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