材料概论(周达飞)(二版)_第3-1章

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1、材料概论原材料的选用与合成制备工艺过程与方法第三章材料的制备方法3.1原材料的选用与合成3.2制备工艺过程与方法3.1原材料的选用与合成需考虑化学组成、纯度、颗粒度等，以及成本和对环境的影响。一般可将材料领域的原材料分为:第三章材料的制备方法天然原料：天然的矿物or岩石与动植物原料(杂质较多，价廉)。分为：天然矿物原料和天然高分子化合物。化工原料(人工合成原料)：采用化学or物理方法将天然原料进行富集、提纯、加工后得到(纯度较高，价也较高)。又可分为：无机化工原料&有机合成原料。3.1.1天然矿物原料第三章材料的制备方法金属矿物→冶炼金属：

2、如铁矿石、铝土矿、方铅矿、黄铜矿等硅酸盐矿物→玻璃、陶瓷、水泥等主原料：石英砂、粘土、长石、石灰石等；石油、天然气、煤、电石及某些农副产品等：合成高分子化合物的基本原料煤和石油产品→冶金和无机材料生产中的燃料。矿石矿物：有开采利用价值的矿物，其集合体称矿石；脉石矿物：与矿石矿物相伴生的无用矿物，组成脉石。按用途可分为：金属矿、非金属矿和燃料矿。第三章材料的制备方法矿物不是孤立地存在于地壳中，往往是几种矿物共同产生在一个矿床中。共生组合：指同一成因、同一成矿期的矿物组合。1.矿石的开采和还原B.矿石原料的开采和选别第三章材料的制备方法现代冶金工

3、业对提取金属的原料提出了一定的要求，如铜的品位≮10%，铅≮40%，锌≮40%，锡≮4550%。如此高品位的矿石不多，∴必须进行选矿。无机材料工业中，通过选矿达到除去石英砂、粘土等矿物中的含铁等杂质。选矿的基本任务有三个方面：第三章材料的制备方法①富集矿石中的有用矿物或金属其品位，并与脉石分开，有害杂质矿物→冶炼的需要。②把共生在矿石中的有用矿物或金属分选出来。③使尾矿中的有用矿物or金属%→最小，回收率。图3-1选矿流程示意图矿石破碎(粒度达到305mm)粉碎(磨矿)(粒度达到10.074mm)选别中矿精矿尾矿浓缩废弃浓缩精矿溢

4、流过滤滤饼滤液干燥精矿产品重选法、浮选法和磁选法，及手选和电选法等，都是不改变矿物物化性质的机械选矿法。化学选矿：可与机械选矿法联合使用，处理成分复杂的难选矿石，即采用草酸、硫酸和盐酸的酸处理。第三章材料的制备方法选矿的原理根据矿石的物理化学性质的不同，如利用不同密度(重力分离法)、不同磁性(铁矿石)、在酸液、碱液中不同的溶解度(铜、贵金属、铝矾土)、在有机溶液中不同的润湿特性等，将有用矿物和脉石矿物分离。常用的选矿方法：A.粘土类原料1种疏松的or呈胶状致密的水铝硅酸盐矿物，种类多，是多种微细矿物和杂质的混合物，多数粒径＜2m。主要成分：

5、SiO2、Al2O3及H2O。2硅酸盐矿物原料普通陶瓷的最主要原料(用量最多)，常用的有：高岭石类粘土、蒙脱石类粘土和伊利石类粘土。耐火粘土→耐火材料的原料。水泥生产中的粘土质原料有：黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及灰泥等。B.石英类原料石英是自然界中分布很广泛的矿物，主要是SiO2，在地壳中的丰度约为60%。少量杂质为Al2O3、CaO、MgO、TiO2等。石英呈多种状态，水晶最纯，产量很少。陶瓷生产中较多采用：脉石英、砂岩、石英砂、硅藻土、燧石、硅石等。玻璃生产中常用：硅砂(石英砂)和砂岩。第三章材料的制备方法玻璃和陶瓷工业中常用：钾长石

6、、钠长石。作为长石的代用品，常用的有以下几种矿物：伟晶花岗岩、霞石正长岩、酸性玻璃熔岩、含锂矿物(锂云母、锂辉石等)。C.长石类原料不含水的碱or碱土金属铝硅酸盐，有4种基本类型：R2OAl2O36SiO2(R=K,Na)、ROAl2O32SiO2(R=Ca,Ba)。前3种居多，钡长石较少，彼此可按一定的混溶规律形成固溶体。第三章材料的制备方法D.碳酸盐类原料无机材料中引入CaO和MgO所常用的天然原料。第三章材料的制备方法白云石：CaCO3/MgCO3的固溶体，含Fe、Mn等杂质。能陶瓷坯体的T烧成，坯体的透明度，石英的熔解及

7、莫来石的生成，也是瓷釉的重要原料。方解石(CaCO3)：含镁、铁、锰、锌等杂质。属此组成还包括冰洲石、石灰石、石笋、钟乳石、白垩、大理石、霞石等。在陶瓷坯料中于分解前起瘠化作用，分解后起熔剂作用，也是高温釉的重要原料。菱镁矿(MgCO3)：含铁、钙、锰等杂质。生产镁质耐火材料、镁质瓷、镁质精陶等。石灰岩：由CaCO3组成的化学与生物化学沉积岩，主矿物是方解石，并含白云石、硅质(石英或燧石)、含铁矿物和粘土质杂质。生产石灰、碳酸盐和钙盐的主原料。石灰石和白云石也是冶炼钢铁时所用的碱性熔剂。泥灰岩：由CaCO3和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的

8、沉积岩。白垩和贝壳：白垩是由海生生物外壳与贝壳堆积成的，主要由隐晶or无定形细粒疏松的CaCO3所组成的石灰岩。第三章材料的制备方法E.其他原料滑石(3MgO∙4S