环境材料学第九章ppt课件.ppt

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1、本章内容概论无机非金属材料的生态化改造无机非金属材料零排放与零废弃制备科学技术19.1概论无机非金属材料的许多特点与金属材料和高分子材料差异很大，因此，研究开发无机非金属类生态环境材料，首先应对它的特点和与其他材料的差异性加以说明和比较。本节结合无机非金属材料的原料来源、工艺方法和独特的材料设计思想，概要介绍研究开发无机非金属生态环境材料的基本理论和生态化改造对策。29.1.1无机非金属材料的分类、特点及其生态化改造的重点及难点无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，是除高分子材料和金

2、属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料是20世纪40年代后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的，已与高分子材料和金属材料并列为经济建设中的三大材料。3在晶体结构上无机非金属材料的元素结合力主要为离子键、共价键或离子—共价混合键。这些化学键的特点是高的键能、键强，这一大类材料有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性以及宽广的导电性、铁磁性和压电性。无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异，因此还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。4传统的无机非金属材料是工业

3、和基本建设所必需的基础材料。水泥(硅酸盐质和铝酸盐质)是一种重要的建筑材料；耐火材料(硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质)与高温技术尤其是钢铁工业的发展关系密切；各种规格的平板破璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等，它们的生产历史较长，产量大，用途广。其他产品，如搪瓷、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。5新型无机非金属材料是指20世纪中期以后发展起来并具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也是发展现代国防和生物医学所不可缺少的。主要包括先进陶瓷、非晶态材

4、料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。69.1.2制备无机非金属材料的原料及其生态化改造对策制备无机非金属材料的原料种类繁多。主要有天然矿物原料与人工合成原料两大类。自然界存在的各种矿物是由构成这些矿物的各种元素组成的。现已探明氧、硅、铝三种元素的总量约占地壳中元素总量的90%。7地壳中主要元素的蕴藏量由下图可知，地壳中硅酸盐和铝硅酸盐占明显优势，它们和其他一些氧化物矿物是制备无机非金属材料的最主要原料。8传统无机非金属材料原料大多直接取自天然矿物，就原料而言环境负荷低。但是，天然原料通常杂质较多，性能波动大。9鉴于较高的性能要求，新型无机非金属材料或者采用严格精选的

5、天然原料，或者采用人工合成原料，势必会加重环境负荷。采用地壳中含量最为丰富的氧化铝、氧化硅和生物圈、大气圈中含量丰富并能够再循环的碳、氮为主要原料，应是无机非金属材料原料生态化的首选。此外，在开发新型无机非金属类生态环境材料时，通过结构设计和工艺设计，在保证高性能的同时尽量直接采用天然原料。109.1.3无机非金属材料的生产工艺及其生态化改造对策普通无机非金属材料的生产工艺通常都要经过以下工序：粉料制备、成型、高温烧成和后处理。对人工晶体和玻璃制品，成型是在高温熔制的同时或之后进行。对所有的原料，作为共同的特点，高温烧成乃是最重要的工序。11在此之前，各种原料只经受

6、较简单的物理变化(粉碎、配料、混合和造型)；在烧成过程中，物料一般要在1400℃—1600℃或更高的温度下发生一系列复杂的物理化学变化，使之转变成为所需性能的多晶态(陶瓷、耐火材料、水泥等)或非晶态(玻璃、珐琅等)。后处理则视产品而定，如陶瓷的上釉、彩饰，水泥的粉磨，玻璃的退火等。12新型无机非金属材料的生产工艺过程基本上和普通材料类似。但生产条件的控制要精细严格得多。例如原料多采用高纯、超细、成分固定的人工合成原料。成型方法则视产品的形状而定。以陶瓷为例，成型方法有干压、挤压、注浆、热压铸、等静压、轧模、流延、注射或蒸镀等。13高温烧成除了炉温有时会达到1800℃

7、或更高外，炉内气氛也可由空气、燃气改为真空、氮、氩、氢气等，压力由负压至几个、几十个乃至上百个大气压，热源由液体、气体燃料发展为电热、微波和等离子。后处理则发展为各种热处理、化学处理、表面处理和精细的机械加工等。14无机非金属材料环境负荷最大的工艺环节是高温过程和粉碎过程，总体而言，采用以电为热源的连续式加热工艺和闭路粉碎工艺具有较小的能耗和污染。159.1.4无机非金属类生态环境材料设计思想与金属或高分子材料相比，除工艺、性能上的差异外，无机非金属材料设计思想也有很大不同。研究开发无机非金属生态环境材料，必须充分考虑到这些差异。16对于金属材料与高分子材料，一