東北大學(xué)非金屬高鵬考點(diǎn)

1、緒論礦物：指由地質(zhì)作用所形成的天然單質(zhì)或化合物。它們具有相對(duì)固定的化學(xué)組成，呈固態(tài)者還具有確定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；它們?cè)谝欢ǖ奈锢砘瘜W(xué)條件范圍內(nèi)穩(wěn)定，是組成巖石和礦石的基本單元。礦石：在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，能夠從中提取有用組分，或利用其化學(xué)組成、物理特性、工藝特性的礦物集合體。非金屬礦定義：國外將非金屬礦產(chǎn)稱為工業(yè)礦物或巖石（industrial minerals and rocks)，涵義是指除了金屬礦產(chǎn)和礦物燃料以外的，其化學(xué)組成或技術(shù)物理性能可供工業(yè)利用，而且具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的所有非金屬礦物與巖石。非金屬礦與金屬礦的區(qū)別：非金屬礦產(chǎn)的開發(fā)與應(yīng)用不同于金屬礦產(chǎn)。金屬礦產(chǎn)主要是以應(yīng)用它的某一元素為主，而

2、非金屬礦產(chǎn)主要是應(yīng)用它的物化性質(zhì)與工藝特性。非金屬礦物開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)是對(duì)非金屬礦物的成分、結(jié)構(gòu)及各種物化性能的研究。第二章 按化學(xué)組成分類非金屬礦按化學(xué)組成分類 根據(jù)晶體化學(xué)分類 根據(jù)地球化學(xué)分類 自然元素礦物 單硫化物及其類似化合物礦物 硫化物及其類似化合物礦物 對(duì)硫化物及其類似化合物礦物 硫鹽礦物 鹵化物礦物 氟化物礦物 螢石（CaF2）、冰晶石（Na3AlF6）、 氯化物礦物 食鹽(NaCl) 氧化物和氫氧化物礦物 氧化物礦物 剛玉（Al2O3) 、 金紅石（TiO2） 氫氧化物礦物 水鎂石(Mg(OH)2)、三水鋁石（Al2O3·3H2O)含氧鹽礦物 碳酸鹽 ( 方解石CaC

3、O3、冰洲石：無色透明的方解石、菱鎂礦MgCO3、 白云石CaMg(CO3)2)、硝酸鹽 ( 鉀硝石KNO3、鈉硝石 （NaNO3 )和硼酸鹽礦物 硫酸鹽（ 硬石膏 、石膏 、重晶石 、明礬石）、鎢酸鹽、磷酸鹽、砷 酸鹽和釩酸鹽礦物 硅酸鹽礦物 島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽： 鋯英石（ZrSiO4）、鎂橄欖石 Mg2SiO4 環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽： 綠柱石Be3Al2Si6O18 鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽： 透輝石CaMgSi2O6 、硅灰石 Ca3Si3O9CaSiO3 架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽： 鉀長石: KAlSi3O8 層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽： 滑石：Mg3Si4O10(OH)2 高嶺石：Al4Si4O10(OH)8 蛇紋石： Mg

4、6Si4O10(OH)8第四章碳酸鈣的分類 1. 根據(jù)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可以將碳酸鈣分為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣和活性碳酸鈣。1) 輕質(zhì)碳酸鈣：又稱沉淀碳酸鈣，簡稱輕鈣。利用化學(xué)合成方法制造的微米級(jí)碳酸鈣粉末.由于輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積(2.42.8mL/g)比重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積(1.11.4mL/g)大，故得名為輕質(zhì)碳酸鈣。 輕質(zhì)碳酸鈣粉體的特點(diǎn)： 顆粒形狀規(guī)則，可以視為單分散粉體，但可以是多形狀，如紡錘形、立方形、球形、針狀、鏈形、片狀。這些不同形狀的碳酸鈣粉體可以通過控制反應(yīng)條件制得； 粒度分布較窄； 粒徑小。2) 重質(zhì)碳酸鈣：簡稱重鈣。重鈣是利用機(jī)械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、

5、白堊、貝殼等而制得。重質(zhì)碳酸鈣粉體的特點(diǎn)： 顆粒形狀不規(guī)則，是多分散粉體； 粒徑分布比較寬； 粒徑大。3) 活性碳酸鈣：又稱改性碳酸鈣、表面處理碳酸鈣等，是利用表面改性劑對(duì)輕鈣或重鈣進(jìn)行表面改性而制得。由于經(jīng)過表面改性劑改性后的碳酸鈣一般具有補(bǔ)強(qiáng)作用，即所謂的“活性”，所以習(xí)慣上把改性碳酸鈣稱為活性碳酸鈣。2. 根據(jù)組成碳酸鈣原子和離子的排列是否有規(guī)律，可以將碳酸鈣分為晶體碳酸鈣和非晶體碳酸鈣。1) 晶體碳酸鈣：根據(jù)碳酸鈣晶體結(jié)構(gòu)的不同，可以將晶體碳酸鈣分為方解石型碳酸鈣、文石型碳酸鈣、球霰石型碳酸鈣。方解石和文石是天然碳酸鈣，球霰石則是人工生長的碳酸鈣。2) 非晶體碳酸鈣：又稱無定形碳酸鈣，

6、是一種在自然界中不存在的產(chǎn)品，可由濃溶液快速沉淀生成。有的非晶體碳酸鈣比表面積可達(dá)600m2/g，約為晶體碳酸鈣的20倍，對(duì)色和臭有極高的吸附性，在一定的條件下又可放出被吸入的氣體；水溶性極好，約為晶體碳酸鈣的30倍；密度為1.62.5g/cm3；比晶體碳酸鈣稍輕。利用該產(chǎn)品比表面積大的特點(diǎn)，可將其作為吸附劑；利用該產(chǎn)品溶解度高的特點(diǎn)，可將其用在飲料中。輕質(zhì)碳酸鈣的制備(Precipitated Calcium Carbonate簡稱：PCC) 再碳酸化法制備輕質(zhì)碳酸鈣 目前輕質(zhì)碳酸鈣主要是采用石灰石煅燒氧化鈣消化再碳化的方法生產(chǎn)，主要化學(xué)反應(yīng)如下： CaCO3 熱CO2+CaO CaO+H2

7、OCa(OH)2 Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O 這是輕質(zhì)碳酸鈣目前生產(chǎn)最主要的方法。輕質(zhì)碳酸鈣在生產(chǎn)過程中能量消耗較高，價(jià)格較高，必須考慮水中離子的含量。 CO2 凈化 原料 煅燒 消化 碳化 脫水 CaO 產(chǎn)品CaCO3的類質(zhì)同相：方解石：組成為碳酸鈣的礦物名（三方晶系）冰洲石：無色透明的方解石文石、霰（xian）石：礦物名，與方解石同質(zhì)多像。（斜方晶系，自然界中碳酸鈣僅有方解石和文石兩種結(jié)構(gòu)）。菱鎂礦菱鎂礦：MgCO3，常含鐵、錳、鈣等。含F(xiàn)eO 9%左右的菱鎂礦稱為鐵菱鎂礦，更富含鐵者稱為鎂菱鐵礦，含鎳的亞種稱河西石，系我國1964年發(fā)現(xiàn)，其中含鎳0.7722.18%。菱鎂礦

8、的產(chǎn)品及其用途a. 加熱至640 以上時(shí)，開始分解出MgO和CO2；加熱至7001000時(shí)，得到輕燒鎂，又稱為苛性鎂、煅燒鎂、菱苦土、-鎂。 主要用作制造鎂水泥。鎂水泥中加入適量的鋸末、木屑、砂等，可直接作涂料，也可制成建筑材料，或制成人造大理石、人造磨石和砂輪的膠結(jié)物和保溫涂料等。b. 在1400 1800煅燒，可獲得重?zé)V，又稱為死燒鎂，-鎂。 重?zé)V是典型的堿性耐火材料，耐火度高達(dá)1920-2120，對(duì)各種熔融金屬和爐渣的抗腐蝕性強(qiáng)。重?zé)V作冶金工業(yè)的耐火材料，用于制造鎂磚、冶金砂、冶金粉等。c. 在2500-3000重?zé)V重熔，經(jīng)過凝固發(fā)育成為完好的方鎂石晶體，得到熔融氧化鎂，又稱電熔

9、氧化鎂。 可作為絕緣和高級(jí)耐火材料，亦可鎂坩堝和耐火爐管供熔融冶煉金屬用。氫氧化鎂阻燃劑 氫氧化鎂阻燃劑是用以提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?，一種環(huán)保型綠色阻燃劑，它在生產(chǎn)、使用過程中均無有害物質(zhì)排放，而且還能中和燃燒過程中產(chǎn)生的酸性與腐蝕性氣體。 氫氧化鎂的熱分解溫度高，具有較高的熱穩(wěn)定性，可以使添加氫氧化鎂的合成材料能承受更高的加工溫度，利于加快擠塑速度，縮短模塑時(shí)間，同時(shí)亦有助于提高阻燃效率； 氫氧化鎂粒徑細(xì)，對(duì)設(shè)備磨損小，利于加工設(shè)備的使用壽命；同時(shí)原料易得，生產(chǎn)成本低，具有相當(dāng)強(qiáng)的競(jìng)爭力。阻燃機(jī)理： Mg(OH)2 MgO+2H2O1 氫氧化鎂受熱分解時(shí)產(chǎn)生氧化

10、鎂和水，同時(shí)吸收大量的熱，降低了材料表面的火焰實(shí)際溫度;2 釋放出的水汽沖淡了表面氧氣的濃度，使表面燃燒較難進(jìn)行3 氫氧化鎂有利于形成表面炭化層，阻止熱量和氧氣的進(jìn)入；4 同時(shí)分解生成的氧化鎂是良好的耐火材料，覆蓋于高聚物表面，能提高高聚物抵抗火焰的能力，達(dá)到隔絕空氣阻止燃燒的目的。膨潤土 膨潤土又稱膨土巖，斑脫巖，是一種以蒙脫石為主要礦物的粘土巖，質(zhì)純的膨潤土罕見，一般都含有不等量的雜質(zhì)，如石英、長石、云母、沸石等，其純度因產(chǎn)地而有所差異。 根據(jù)層間陽離子的不同，可將膨潤土分為鈣基、鈉基、鎂基、鈉鈣基、鎂鈉基等各種膨潤土。a. 為什么進(jìn)行鈉化？ 由于鈣基膨潤土的陽離子交換容量低，膨脹倍數(shù)小，

11、有時(shí)需要將鈣基膨潤土改性成鈉基膨潤土，以提高其應(yīng)用價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。b. 如何實(shí)現(xiàn)鈉化？ 鈣基膨潤土的鈉化是向鈣基膨潤土中加入一些鈉鹽或鋰鹽（碳酸鈉、碳酸鋰），鈉離子或鋰離子置換蒙脫石層間的鈣離子或鎂離子，從而使之轉(zhuǎn)化為鈉基膨潤土。膨潤土的酸化 指用酸對(duì)膨潤土進(jìn)行處理，使之成為具有較強(qiáng)的化學(xué)活性、吸附性和催化性的膨潤土的過程。酸化后的產(chǎn)品稱為酸化活性膨潤土、酸化活性漂白土、酸性白土、活性白土、活化白土等。膨潤土的酸化-活性白土制備工藝膨潤土的酸化是采用一定濃度的鹽酸或硫酸處理膨潤土。1 無機(jī)酸首先要溶掉膨潤土中的雜質(zhì)，如方解石等；2 氫離子取代可交換陽離子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+）；3

12、 在不改變蒙脫石層狀結(jié)構(gòu)的情況下，溶出蒙脫石八面體層中的部分Mg2+、 Fe3+、 Fe2+ 、Al3+,以及四面體層中的部分Al3+,由半徑較小的H+取代他們的相應(yīng)位置。膨潤土的有機(jī)化 是指利用有機(jī)陽離子，如銨鹽類化合物，置換蒙脫石層間的可交換陽離子，從而堵塞水的吸附中心，使其失去吸附水的作用。這就從根本上改變了膨潤土原有的性質(zhì)。進(jìn)而生成了一種疏水親油的有機(jī)膨潤土絡(luò)合物，該有機(jī)物在有機(jī)溶劑中強(qiáng)烈膨脹，且可形成觸變性好的凝膠體。有機(jī)膨潤土制備工藝a. 制備有機(jī)膨潤土所需的有機(jī)陽離子，一般由烴鏈長度適中的表面活性劑提供。b. 若烴鏈太短，則在水中的溶解度大，而不利于在膨潤土表面形成覆蓋層，疏水性

13、差；c. 若烴鏈太長，又因在水中的溶解度過低，不易分散，使非極性基過分疏水而影響與膨潤土的離子交換。實(shí)踐結(jié)果表明，烴鏈長度以不少于12個(gè)碳原子為宜。白炭黑 指粉末狀的無定形二氧化硅和硅酸鹽，由于其在橡膠中近于炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能，故稱之為白炭黑。目前已專指沉淀法和氣相法白炭黑。 白炭黑分子式為SiO2·nH2O，是一種白色、無毒、無定形微細(xì)粉狀無機(jī)硅化合物，具有多孔性、高分散性、質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等優(yōu)異性能。密度為2.3192.653g/cm3，熔點(diǎn)為1750。沉淀法白炭黑生產(chǎn)工藝 沉淀法白炭黑所用原料水玻璃又名泡花堿，無色、青綠色或棕色的固體或粘稠液體，是由碎

14、石(石英砂)、純堿(或土堿)在熔化窯爐中共熔、冷卻、粉碎制得，其燃料為煤、天然氣或煤氣。反應(yīng)式為： Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 通常所使用的是干法生產(chǎn)固體水玻璃，再經(jīng)溶解轉(zhuǎn)變成所需規(guī)格的液體水玻璃，其轉(zhuǎn)換率為1:2.5。 沉淀法就是將水玻璃與硫酸或鹽酸作用，生成硅酸，再分解而制得白炭黑。沉淀法生產(chǎn)的白炭黑屬于含水二氧化硅，含SiO2 90%左右，市場(chǎng)需求量大，主要用于作橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料。 石英砂+純堿煅燒水淬固體水玻璃溶化液體水玻璃氣相法制備白炭黑 氣相白炭黑是四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空氣和氫氣混合氣流中經(jīng)高溫水解生成的一種無定形粉末。化學(xué)反應(yīng)方程： 2H2+O2+SiCl4S

15、iO2+4HCl 第四章非金屬礦處理方式氫氧化鈉處理工藝 石墨經(jīng)過浮選后，精礦中的雜質(zhì)主要是極細(xì)粒浸染在石墨鱗片中的部分硅酸鹽礦物和鉀、鈉、鈣、鐵、鎂、鋁等的化合物。石墨精礦中除去這些雜質(zhì)的最常用和最成熟的辦法是采用“堿熔水浸酸浸”的處理方法原。原理 氫氧化鈉高溫熔融法是利用石墨中的雜質(zhì)，在500以上的高溫下，與氫氧化鈉反應(yīng)，一部分生成溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物，被水浸出除去；另一些雜質(zhì)，如鐵的氧化物等，在堿熔后用鹽酸中和，生成溶于水的氯化鐵等，通過洗滌而除去。方程式：高嶺土的化學(xué)漂白1、 還原法漂白原理及過程 該法的實(shí)質(zhì)就是使高嶺土中難溶性的Fe3+還原成可溶性的Fe2+，而后洗滌除去，從而提高高嶺土

16、的白度。這是高嶺土工業(yè)中傳統(tǒng)的除鐵方法。在漂白前礦漿流入攪拌機(jī)攪拌，并要加入絮凝劑絮凝后，再進(jìn)行漂白。 還原漂白在工業(yè)上應(yīng)用較多，常用的連二亞硫酸鈉(Na2S2O4又稱保險(xiǎn)粉)做還原劑。連二硫酸鈉是一種強(qiáng)還原劑，在還原漂白中，連二硫酸鈉被氧化生成硫酸鹽，如： S2O42-+H2O=2HSO4- +2H+2e還原漂白多在酸性介質(zhì)中進(jìn)行，常以調(diào)節(jié)酸度，即硫酸和連二硫酸鈉共同作用進(jìn)行漂白。 Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O Fe2（SO4）3+Na2S2O4=Na2SO4+2FeSO4+2SO2上式合并： Fe2O3+Na2S2O4+3H2SO4=Na2SO4+2FeSO4+3

17、H2O+2SO2 在上述反應(yīng)中，如果有氧存在，則FeSO4又被重新氧化的可能， FeSO4 +2H2SO4+0.5O2=Fe2（SO4）3+H2O影響連二亞硫酸鈉還原漂白效果的因素1. 酸度的影響：一般控制pH=46 pH值越高，保險(xiǎn)粉的還原能力越強(qiáng)。 pH升高，三價(jià)鐵變得不易被還原，但二價(jià)鐵變得容易被氧化。 pH值也不能低，否則保險(xiǎn)粉穩(wěn)定性下降，發(fā)生下述反應(yīng)： 3S2O42-+6H+=5SO2+H2S+2H2O2. 保險(xiǎn)粉的用量：氧化鐵含量越高，保險(xiǎn)粉的用量越大，但實(shí)際用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值。因?yàn)楸ｋU(xiǎn)粉會(huì)發(fā)生分解、水解。一般處理氧化鐵含量在1%以下的高嶺土比較經(jīng)濟(jì)。通常用量為13公斤/噸。3

18、. 溫度：溫度升高，反應(yīng)加快。一般反應(yīng)溫度控制在4050，溫度升高保險(xiǎn)粉的穩(wěn)定性大大降低。4. 濃度的影響：具有良好的流動(dòng)性。5. 反應(yīng)時(shí)間：40分鐘120分鐘。二、氧化漂白法漂白高嶺土 高嶺土中的雜質(zhì)為黃鐵礦和有機(jī)物時(shí)，常使礦物呈灰色，這些物質(zhì)采用酸洗和還原漂白均很難除去。這類礦物可采用氧化漂白法進(jìn)行處理，其中有機(jī)物含量高時(shí)則需要進(jìn)行煅燒。氧化漂白是采用強(qiáng)氧化劑，在水介質(zhì)中將處于還原狀態(tài)的黃鐵礦氧化為可溶性的亞鐵，同時(shí)將深色的有機(jī)質(zhì)氧化。所用的氧化劑包括次氯酸鈉、過氧化氫、高錳酸鉀、氯氣和臭氧等。 FeS2+NaClOFe2+SO42-+Na+ + Cl-第五章？第六章循環(huán)管式氣流磨 該設(shè)備的下部為粉碎區(qū)，上部為分級(jí)區(qū)。粉碎區(qū)每個(gè)噴嘴的安裝位置，正好使噴氣流的軸線與粉碎室中心線相切。物料經(jīng)加料器11進(jìn)入粉碎區(qū)3，氣流經(jīng)過一組噴嘴2進(jìn)入粉碎室將物料顆粒加速，使顆粒之間產(chǎn)生沖擊碰撞，氣流攜帶著被粉碎的顆粒，沿上行管4向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)入分級(jí)區(qū)6；在分級(jí)區(qū)，因離心力場(chǎng)的形成和離心力與分級(jí)區(qū)輪廓的配合，使密集的顆粒流分層，粗大顆粒在外層，細(xì)顆粒在內(nèi)層。在細(xì)粒出口8處安裝了百葉窗式慣性分級(jí)器7，使處于內(nèi)層的顆粒通過7時(shí)，又發(fā)生一次