(Escuela de Recursos y Biología, Universidad Central Sur, Changsha 410083, Hunan)
El núcleo de la integración de recursos y materiales es desarrollar tecnología para preparar directamente materiales de alto rendimiento a partir de recursos minerales y establecer teorías básicas relevantes para formar un nuevo sistema de disciplina de materiales minerales. El acabado de recursos minerales implica tecnologías de funcionalización y modificación de superficies ultrafinas y de alta pureza. Los materiales minerales se utilizan ampliamente en materiales de alta tecnología, ingeniería ambiental, información electrónica, materiales automotrices y otros campos. Centrándose en el análisis de la relación entre las propiedades minerales y sus características de aplicación, se elaboraron tecnologías de procesamiento funcional como procesamiento ultrafino de minerales, procesamiento morfológico, modificación mecanoquímica, radiación electromagnética, tratamiento de superficies y compuestos dopantes, y se señaló que minerales funcionalizados basados en propiedades minerales El desarrollo y diseño de materiales es la dirección clave de desarrollo del sistema de disciplina de materiales minerales y la industrialización.
Minerales no metálicos; acabados; tecnología de funcionalización;
Acerca del primer autor: Yang Huaming, Ph.D., profesor de la Universidad Central Sur, supervisor doctoral. Las principales áreas de investigación son el procesamiento profundo de recursos minerales, materiales minerales funcionales y materiales inorgánicos no metálicos. Tel: 0731-8830549, correo electrónico: hmyang@mail.csu.edu.cn.
1. Introducción
El procesamiento de minerales tradicional proporciona principalmente materias primas minerales calificadas para los sectores químico, metalúrgico y otros sectores industriales, y no implica el procesamiento de recursos minerales en materiales. El desarrollo de la alta tecnología moderna ha planteado requisitos más altos para las propiedades de los materiales, como la adsorción de minerales, el intercambio, la catálisis, la fusión, el endurecimiento, el refuerzo, la luz, la electricidad, el magnetismo, el calor, el sonido y otras propiedades, así como su desempeño en diversos Campos físicos y químicos. Los cambios bajo la influencia de los minerales sientan las bases para el desarrollo de materiales minerales con nuevas funciones y nuevos usos. A través del procesamiento físico y químico, los minerales se convierten directamente en materiales funcionales y se les asignan las funciones correspondientes. Se utilizan tecnologías de modificación y dopaje para lograr la integración de recursos y materiales, proporcionando actualizaciones tecnológicas para la industria tradicional de procesamiento de minerales y la preparación de nuevos materiales funcionales. Una forma de pensar completamente nueva.
La disciplina de los materiales minerales es un nuevo punto de crecimiento disciplinar resultante de la intersección de la cristalografía, la mineralogía, el procesamiento de minerales, la ciencia de los materiales y la ciencia química. Actualmente es una de las disciplinas de vanguardia emergentes más activas y vitales. Los materiales minerales son un componente importante de los nuevos materiales de alta tecnología. En las "Directrices para áreas clave de la industrialización de alta tecnología que son prioridades nacionales actuales" publicadas por la Comisión Nacional de Reforma y Desarrollo, los materiales minerales representan 11 de los 22 campos relacionados con los materiales.
La investigación y la aplicación han demostrado que los materiales minerales funcionales tienen una procesabilidad, un alto rendimiento y una practicidad incomparables. Una serie de nuevos productos y nuevas funciones también han aportado una vitalidad ilimitada a la industria de procesamiento de minerales. Combinando conocimientos multidisciplinarios como ciencia de materiales, química e ingeniería química, física del estado sólido, mecánica, protección ambiental y agricultura eficiente, e integrándolos con la biotecnología, la nanotecnología y la tecnología de la información modernas, estos contenidos han formado una nueva dirección temática. Se ha trabajado mucho en el país y en el extranjero en muchos aspectos, como la preparación de materiales minerales funcionales, polvos ultrafinos, la estructura de materiales minerales y la utilización de nanominerales de alto valor añadido, algunos de los productos desarrollados. se han puesto en producción industrial utilizando propiedades minerales y combinándolos con nuevas tecnologías modernas, se han desarrollado nuevos materiales como nanoplásticos, nanocauchos y materiales nanomesoporosos para elevar los materiales tradicionales a un nivel superior: mejor rendimiento y aplicaciones más amplias; al mismo tiempo, también ha desarrollado nuevos materiales como mecanoquímica, mecanoquímica, procesamiento ultrafino e interfaces. Se discutieron en profundidad cuestiones teóricas en química, modificación de dopaje y otros procesos, y se establecieron una serie de sistemas teóricos que. impulsó el rápido desarrollo de este campo.
2. Propiedades minerales y desempeño de la aplicación
La investigación y caracterización de las propiedades minerales, así como las sugerencias y explicaciones de la relación entre las propiedades de los materiales minerales y sus características básicas. La estructura y el mecanismo de formación son minerales. Fundamentos de la investigación y el desarrollo de materiales. Las propiedades físicas y químicas de los minerales determinan sus usos. Con el desarrollo de la tecnología de prueba moderna, la gente está interesada en la adsorción, el intercambio, la fluidez, el endurecimiento, el refuerzo, la luz, la electricidad, el magnetismo, el sonido, la radiación nuclear, las propiedades superficiales y de interfaz de los minerales y sus efectos bajo la acción de diversos factores físicos y campos químicos. El estudio del cambio se vuelve más directo y fructífero.
Algunos materiales minerales con funciones como adsorción, intercambio, catálisis, mejora y biocompatibilidad, especialmente aquellos con funciones de información como detección, respuesta y alerta temprana (como sensibilidad a la humedad, sensibilidad al calor, sensibilidad a la presión, fotosensibilidad, sigilo, antibacteriano, y radiación infrarroja, conversión fotoeléctrica y otras funciones) los materiales minerales recibirán gran atención, desarrollo y aplicación. En el campo de la construcción, los materiales de construcción en el nuevo siglo se están desarrollando hacia "materiales de construcción ecológicos" multifuncionales que sean más cómodos, seguros, ahorradores de energía y saludables; en el desarrollo de nuevos materiales de construcción, algunos minerales; Se utilizarán materiales ligeros, el aislamiento térmico y el aislamiento térmico juegan un papel muy importante; en Occidente, los materiales minerales también se utilizan para la estabilización del suelo y el control del desierto.
En tercer lugar, el procesamiento ultrafino de materiales minerales
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, es necesario poder adaptarse a condiciones de alta temperatura, alta presión y alta dureza. con luminiscencia, conductividad, electromagnetismo, adsorción, etc. Materiales con propiedades especiales. La investigación y el desarrollo de materiales en polvo ultrafinos ha atraído la atención de varios países. El Reino Unido ha establecido un nuevo Centro de Tecnología de Fabricación de Materiales Avanzados para estudiar materiales en polvo ultrafinos; los materiales en polvo ultrafinos también se han incluido en la estrategia de desarrollo de ciencia y tecnología y en el plan de desarrollo de cinco años propuesto por la Academia Coreana de Ciencia y Tecnología. A principios de la década de 1990, Estados Unidos incluyó la tecnología nanométrica (polvo ultrafino) como una "tecnología gubernamental clave" y una importante dirección de investigación a principios del siglo XX.
(1) Uso extensivo de polvo mineral ultrafino
Los materiales minerales ultrafinos se utilizan como rellenos y materiales funcionales en la fabricación de papel, recubrimientos, plásticos, industria ligera, metalurgia y otras industrias como recubrimientos; y retardantes de llama en pigmentos; también se puede utilizar como materiales para condensadores, materiales para elementos sensibles, materiales superduros, materiales superconductores y materiales ópticos, eléctricos, magnéticos y absorbentes de ondas en las industrias electrónica y de aviación. El uso de materiales en polvo ultrafinos inorgánicos aumenta enormemente su valor.
Cuando se añaden pigmentos o materiales en polvo ultrafinos a la tinta o pintura, pueden hacer que el color sea brillante y resplandeciente. La nanosílice puede proporcionar al caucho una resistencia a la tracción, al desgarro y al desgaste extremadamente altas. El polvo magnético ultrafino Fe2O3 se utiliza en cintas de audio o de vídeo, y su capacidad de almacenamiento de información es 10 veces mayor que la del polvo magnético normal. A medida que disminuye el tamaño de las partículas, aumenta el área de superficie específica y las propiedades mecánicas y la conductividad térmica del material son mejores que las de los materiales ordinarios.
(2) Tendencia de desarrollo de los polvos minerales ultrafinos
1. Muy fino
Hace más de diez años, los materiales en polvo ultrafinos eran el objeto de investigación. polvo por encima de 1 μm y, en los últimos años, la investigación sobre materiales en polvo ultrafinos ha progresado hasta el nivel nanométrico. A medida que el tamaño de las partículas se hace más pequeño, su propio rendimiento aumenta y puede combinar propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas. La Tabla 1 enumera la relación entre la profundidad del procesamiento de partículas minerales y el rango de aplicación.
Tabla 1 Profundidad de procesamiento y rango de aplicación de partículas minerales
2 Alta pureza
La alta pureza consiste en eliminar la interferencia de impurezas extrañas y realizar las características de la sustancia misma. Los productos de alta pureza pueden generar un enorme valor añadido. 99.998 El precio del ZrO2 es más de 300 veces mayor que el de los materiales refractarios ordinarios y más de 50 veces mayor que el de los materiales electrónicos. La barita de alta pureza [w (baso4) > 99] se ha utilizado para preparar materiales conductores de alto rendimiento, que se utilizan ampliamente en plásticos conductores, caucho conductor y revestimientos conductores, y se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial, electrónica de precisión, tecnología de comunicaciones y otros campos.
3. Funcionalización y composición
La funcionalización y la composición son el resultado de la búsqueda de rendimiento material por parte de las personas y también son necesidades del desarrollo de alta tecnología. Por ejemplo, el material magnético compuesto de Fe2O3 en la nueva resina capilar de intercambio iónico alcalina de estireno-divinilo tiene un fuerte magnetismo y buena transmisión de luz a temperatura ambiente. Gracias a esta característica especial, se logran buenos resultados en la reproducción e impresión en color. La función es el núcleo de los materiales, y el desarrollo de la ciencia y la tecnología requiere materiales con diversas funciones; el propósito del compuesto es darles nuevas funciones a los materiales artificialmente. Por ejemplo, el óxido de estaño submicrónico que contiene óxido de antimonio no sólo es conductor sino también transparente.
4. Refinamiento
El refinamiento de materiales se refiere al refinamiento de las propiedades del polvo, como su tamaño de partícula, distribución del tamaño de partícula, forma de partícula, área de superficie específica, volumen de poro, poro. El diámetro, la fase cristalina, la conductividad eléctrica, el magnetismo, la absorción de luz, la conductividad de la luz, etc. tienen diferentes requisitos para diferentes polvos. Las diferentes formas de cápsulas de sílice producen efectos diferentes.
Cuatro.
Procesamiento morfológico de partículas minerales
El procesamiento morfológico de partículas de minerales no metálicos suele ser una parte importante del procesamiento de materiales minerales. La clave para procesar la morfología de las partículas minerales es maximizar la protección y visualización de las características estructurales de los cristales minerales durante el proceso de trituración, molienda, pelado, disociación o aflojamiento. Además del tratamiento morfológico, también se incluye la selección de minerales. El procesamiento morfológico de las partículas está estrechamente relacionado con el acabado mineral.
(1) Aprovechar al máximo las características morfológicas de las partículas de los materiales minerales
La morfología de las partículas tiene un impacto significativo en el rendimiento y la calidad de los materiales. Al fabricar plástico reforzado con mica (polipropileno PP), cuando se usa polvo de mica 200-HK (-62 μm representa 45, la relación diámetro-espesor es 50), es diferente a usar polvo de mica 325-S (-62 μm representa para 84, la relación diámetro-espesor es 50) 30), la resistencia a la tracción y la resistencia a la flexión del producto aumentan en 8 y 8,75 respectivamente en comparación con el polipropileno sin refuerzo de mica.
Cuando se utiliza la misma materia prima mineral para producir diferentes materiales, los requisitos para la morfología de las partículas minerales también son diferentes. Al fabricar productos de fibrocemento, se requiere que las fibras de refuerzo contengan una cierta cantidad de fibras estructurales duras para facilitar la dispersión, conformación, deshidratación y filtración de las fibras, y para mejorar la rigidez. La relación de aspecto de la fibra es preferiblemente de 25 a 80. Al producir productos textiles de asbesto, se debe enfatizar la capacidad de hilatura de la fibra y su relación de aspecto es generalmente superior a 1000. Los métodos de tratamiento morfológico y las funciones de las partículas minerales se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Principales métodos para procesar la morfología de las partículas minerales
(2) Promueve que las partículas minerales se dispersen completamente en el fluido.
El propósito de dispersar completamente partículas minerales en un líquido o gas es promover reacciones químicas o fisicoquímicas de flujo bifásico, o formar una fase dispersa estable de materiales minerales en un líquido. La estabilidad de las dispersiones y fases dispersas depende principalmente del tamaño de las partículas, la densidad de las partículas, la forma y el tamaño, el coeficiente de fricción, la viscosidad del medio, las propiedades eléctricas interfaciales y la afinidad entre el medio y las partículas. Generalmente, la preparación de materiales de modificación de la interfaz y el tratamiento químico de partículas minerales requieren que las partículas minerales tengan el tamaño más pequeño posible para preparar materiales de fase dispersa estables, también es necesario mejorar la actividad química de la superficie y la afinidad del medio del material; o cambiado.
(3) Formación de materiales minerales funcionales
La molienda fina o el aflojamiento suficiente de materiales minerales puede mejorar su plasticidad y facilitar el uso de vertido, extrusión, pulverización, copia, moldeado y cementación. , Se fabrican diversos productos moldeados mediante diversos medios, como el conformado de plástico. El aumento del área de superficie específica puede mejorar la velocidad de reacción física y química y la capacidad de formación de densidad entre diferentes sustancias, al mismo tiempo que mejora la capacidad de unión con materiales cementosos y mejora el rendimiento del procesamiento y el rendimiento integral de los materiales minerales funcionales moldeados. Una gradación de partículas y una relación de aspecto de fibra razonables pueden aumentar la densidad máxima de empaquetamiento de los agentes de refuerzo en materiales compuestos, obteniendo así la mejor resistencia y rendimiento del producto con la fórmula más económica y el menor aglutinante.
5. Modificación mecanoquímica de minerales
Los cambios mecanoquímicos en minerales causados por la acción mecánica ultrafina se manifiestan principalmente en: ① Formación de defectos superficiales y masivos; ② Cambios en la estructura de la superficie y en la composición química; composición; (3) Excitación de electrones superficiales para generar plasma; (4) Rotura de enlaces superficiales, provocando cambios de energía superficial; ⑥ Formación de capa compuesta de nanofase y superficie amorfa;
La razón principal de la modificación mecanoquímica es que la fragmentación y disociación continua de las partículas aumentan el área superficial y la energía superficial, y forman una capa de cobertura amorfa en la superficie. Su capacidad de adsorción, densidad de carga, solubilidad en agua, reactividad química, comportamiento de aglomeración y capacidad de adhesión también han aumentado rápidamente, basándose principalmente en el efecto de volumen de partículas gruesas dominado por las propiedades físicas de las partículas, para luego convertirse en otro tipo en el que ambos efectos de volumen y los efectos de superficie juegan un papel dominante.
La mecanoquímica proporciona un medio eficaz para la combinación de materiales, especialmente la combinación de componentes multifásicos metálicos y no metálicos. El diseño de tipos de reacción superficial y la innovadora tecnología de modificación de polvo pueden hacer que la materia orgánica, la materia inorgánica y las partículas metálicas se autoorganicen en nuevas capas estructurales nanofásicas bajo la acción de fuerzas externas mecánicas de alta energía, proporcionando una base para la modificación, el diseño y el desarrollo. de materiales funcionales compuestos inorgánicos-orgánicos avanzados abre nuevas vías.
6. Procesamiento in situ de materiales minerales
El procesamiento in situ de materiales minerales incluye: modificación ultrasónica, modificación de radiación de ondas electromagnéticas y haces de partículas, modificación de plasma de microondas, modificación de tratamiento térmico. , etc. .
Mediante la acción de campos externos, se inducen defectos en la red cristalina mineral, se cambian las propiedades y estados de los minerales y se estimula la actividad química de los minerales y otros reactivos. Especialmente en la modificación de superficies, modificación química, dopaje y recombinación de materiales minerales, estos procesos de reacción pueden acelerarse mediante el uso de campos externos. Las altas frecuencias de las ondas ultrasónicas tienen mayor energía que las ondas sonoras (20 Hz a 20 kHz). Sus principales características son: longitud de onda corta, fácil concentración de energía, alta intensidad, vibración violenta y muchos efectos especiales, como el efecto agujero en la fase líquida, que produce efectos mecánicos, térmicos, ópticos, eléctricos, químicos y biológicos, con lo que minerales cambiantes.
Según las diferentes longitudes de onda de las ondas electromagnéticas, las ondas electromagnéticas se pueden dividir en rayos gamma, rayos ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Los haces de partículas incluyen principalmente electrones, neutrones y varios haces de iones con cierta energía. Las ondas electromagnéticas y los haces de partículas se utilizan ampliamente en el procesamiento de minerales. La radiación se utiliza para cambiar las propiedades de los minerales. Por ejemplo, los rayos X y los rayos γ pueden inducir defectos en la red cristalina del mineral, excitando electrones en la banda de valencia para que entren en la banda de conducción, dejando agujeros en la banda de valencia. La superficie de los minerales puede promover la adsorción de aniones. La irradiación puede producir radicales libres, acelerar la oxidación de minerales en el agua o el aire y aumentar significativamente la actividad química. El efecto de la radiación en los ángulos de contacto de los minerales, estos cambios tienen aplicaciones importantes en la extracción de minerales de alta pureza, la separación de minerales y los efectos de interfaz. Por ejemplo, las nanopartículas de fosfato pueden obtener micropolvos esféricos uniformemente dispersos mediante calentamiento tradicional durante al menos 3 horas e irradiación con microondas durante aproximadamente 6 minutos. Se prepararon nanopolvos de Fe2O3, TiO2 y Al2O3 con un tamaño de partícula de aproximadamente 65438 ± 00 nm mediante reacción de plasma con microondas. La composición química y las propiedades físicas de los materiales minerales también pueden cambiarse mediante calentamiento. Por ejemplo, después del tratamiento térmico, las propiedades físicas y químicas del caolín han cambiado, incluyendo principalmente mayor blancura, menor densidad, mayor área de superficie específica, mayor absorción de aceite, mejor poder cubriente y resistencia al desgaste, mejor aislamiento y estabilidad térmica, etc. La tecnología de tratamiento térmico juega un papel importante en el desarrollo y utilización del caolín que contiene carbón y es básicamente un proceso necesario.
Siete. Modificación superficial de materiales minerales
Al tratar la superficie de partículas minerales mediante métodos físicos o químicos, se pueden obtener materiales minerales con propiedades superficiales especiales. La modificación de la superficie de materiales minerales incluye principalmente revestimiento de metalización de la superficie, deposición por reacción química, deposición química de vapor de la superficie, revestimiento de la superficie, humectación e impregnación, tratamiento modificador, etc.
Los métodos comunes para la metalización de superficies de materiales minerales incluyen: método de sinterización de infiltración de plata; pulverización de polvo metálico; método de recubrimiento al vacío; galvanoplastia de materiales minerales que tienen mejor resistencia mecánica y resistencia al desgaste, no solo a la corrosión. Resistencia pero también densidad de volumen ligera, buena conductividad y buena decoración.
La deposición química de vapor (CVD) es la interacción entre un gas mezclado y la superficie del sustrato a una temperatura relativamente alta, descomponiendo ciertos componentes del gas mezclado y formando un metal sólido o compuesto sobre la matriz mineral. o revestimiento. La deposición química de vapor incluye la deposición química de vapor asistida por plasma (PACVD) o la deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD) y la deposición química de vapor por láser (LCVD). Las reacciones químicas de deposición de vapor pueden activarse mediante generación de plasma o irradiación láser. La tecnología CVD se utiliza principalmente para depositar metales preciosos sobre superficies minerales. La matriz mineral incluye diversos grafitos refractarios, caolinita, wollastonita, etc., que no se erosionan fácilmente con los gases reactivos a altas temperaturas. Las condiciones de deposición de algunas matrices minerales se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3 Condiciones de deposición química de vapor de ciertos minerales
El recubrimiento en la superficie de los minerales puede cambiar las propiedades de los materiales minerales, con el objetivo de mejorar la apariencia decorativa o las propiedades antioxidantes de los materiales minerales. y mejorar el rendimiento de su aplicación. Por ejemplo, las partículas de óxido metálico se depositan en la superficie de la mica mediante la reacción de hidrólisis de compuestos metálicos para producir mica nacarada.
Mediante la acción del modificador sobre la superficie de las partículas minerales, la superficie mineral tiene una fuerte afinidad con la matriz orgánica, mejorando así el rendimiento del material compuesto. Los modificadores comúnmente utilizados incluyen varios agentes de acoplamiento, tensioactivos, siliconas, oligómeros de poliolefina, etc. Los resultados muestran que la interacción entre el modificador y la superficie mineral es principalmente un enlace químico, aunque también se reportan enlaces de hidrógeno y adsorción física.
Para explicar la forma mecánica de la interfaz entre los materiales minerales y la matriz orgánica, se propusieron la teoría de la deformación y la teoría de capas restringidas. El tratamiento modificador se utiliza principalmente en la producción de materiales minerales para el refuerzo de plásticos y caucho.
8. Dopaje de materiales minerales y tecnología de composites
El dopaje y los composites siempre han sido un tema importante en la investigación de materiales minerales. La investigación sobre nuevos materiales implica principalmente investigaciones experimentales y teóricas sobre la selección de dopantes para la modificación del material, experimentos sobre métodos de dopaje y determinación de un contenido razonable de dopaje. Teóricamente, la gente suele utilizar la teoría de la mecánica cuántica para calcular los cambios en los niveles de energía de las impurezas, las energías de formación de defectos puntuales y las estructuras de bandas de energía causadas por el dopaje, y utiliza la teoría de la química cuántica para calcular la relación entre la valencia de enlace de las impurezas y la estructura del material.
El proceso de dopaje compuesto no es sólo un proceso físico y químico simple, sino que también incluye cambios en la estructura cristalina, que involucran la física del estado sólido, la química estructural, la química de superficies y otras disciplinas. Las partículas minerales pueden cambiar la estructura del mineral directamente o mediante dopado (agregando dopantes) durante el tratamiento químico para lograr funciones eléctricas, magnéticas, ópticas y otras. Los métodos de dopaje comúnmente utilizados incluyen principalmente dopaje por adición directa, dopaje reactivo (como * * * precipitación), dopaje por irradiación de alta energía, etc. Composite se centra principalmente en la preparación de materiales compuestos.
La investigación se centra en el diseño de dopantes, el cálculo de cantidades óptimas de dopaje y el desarrollo de propiedades de aplicación de materiales.
9. La frontera del desarrollo de los materiales minerales
Los altos requisitos de procesamiento y rendimiento de los materiales han llevado al rápido desarrollo de los materiales minerales. La penetración de la alta tecnología y la intersección de múltiples disciplinas han aportado muchas ideas nuevas al procesamiento físico de materiales minerales. Investigación básica sobre la estructura, escala y propiedades físicas y químicas de materiales minerales, desde valencia iónica, coordinación, localización, simetría, ordenamiento, enlace, estructura electrónica, magnetismo y distribución de densidad de carga de componentes minerales hasta estructuras atómicas y electrónicas, estructura molecular, estructura cristalina, estructura de fases, estructura de grano, estructura de límites de superficie y grano, estructura de defectos, etc. Estudie las propiedades físicas y químicas de los materiales minerales desde niveles estructurales subnanómetros, nanómetros, micrómetros a milimétricos y más macroscópicos para proporcionar información básica para la investigación de materiales minerales.
La ciencia de materiales minerales es una disciplina aplicada de vanguardia desarrollada con la mineralogía industrial y la mineralogía de procesos como precursora. Actualmente, se limita básicamente a la utilización primaria más simple y a las etapas simples de procesamiento aproximado. Con el desarrollo de la economía nacional, esta situación está lejos de cumplir con los requisitos, lo que demuestra que para desarrollarse en su dirección profunda es necesario realizar un procesamiento fino. Inspirándonos en el desarrollo de nuevos materiales de carbono, creemos que es necesario realizar investigaciones en ingeniería estructural a escala atómica y molecular. Después de la Segunda Guerra Mundial, una razón importante para el rápido desarrollo económico fue la investigación sobre el procesamiento profundo de materiales minerales de alto valor añadido. Por lo tanto, el núcleo de la frontera de la investigación de materiales minerales radica en los dos aspectos siguientes: ① Partiendo de la estructura más esencial de los materiales minerales, desarrollar nuevos materiales con alto valor agregado y súper rendimiento. Sobre la base de la estructura mineral, se llevan a cabo modificaciones de ingeniería molecular y atómica para cambiar la estructura de los materiales minerales y mejorar sus propiedades, creando así nuevos materiales y mejorando la rentabilidad. ② Estudiar la relación entre la estructura del cristal mineral y las propiedades del material y crear nuevos materiales funcionales con estructuras a nanoescala. El trabajo a partir de estructuras cristalinas minerales ha podido demostrarlo. Se han utilizado estructuras contenidas, regeneradas y anulares para fabricar microcondensadores. Cuando las partículas internas son conductoras y el anillo exterior no, se crean millones de microcondensadores, que han encontrado buenas aplicaciones en materiales funcionales. Esto proviene principalmente del estudio de los límites de grano y las estructuras de grano de rocas minerales. La posibilidad de fabricar nuevos materiales funcionales a partir de la estructura gemela de los minerales debe considerarse principalmente en función de las diferencias en la estructura y el rendimiento de las partes que forman las gemelas. Esta idea nos lleva a una perspectiva muy flexible y maravillosa.
Las principales direcciones de investigación son:
1) Desarrollar tecnología y equipos de procesamiento físico que puedan preparar partículas minerales ultrafinas con tamaños de partículas uniformes o estrechos para satisfacer las necesidades de funciones especiales, como el pulido mecánico de precisión y materiales optoelectrónicos, etc.;
2) Desarrollar tecnología de procesamiento que pueda mantener la estructura original de minerales especiales, como los estratificados y los porosos, y aprovechar al máximo las funciones de los materiales
3; ) Materiales minerales, polímeros, tecnología compuesta de nanomateriales, investigación de interfaces de tecnología compuesta;
4) Investigación sobre microestructura mineral y propiedades de aplicación
5) Investigación sobre dopantes y modificadores en física; procesamiento Diseño estructural y relación cuantitativa entre estructura y desempeño;
6) Investigación sobre la estructura, desempeño y desarrollo de aplicaciones de materiales nanominerales.
Tecnologías clave y direcciones de desarrollo para la preparación directa de materiales minerales de alto rendimiento a partir de recursos minerales no metálicos
Yang Huaming, Qiu Guanzhou, Wang Dianzuo
( Procesamiento de recursos y bioingeniería de Central South University College, Changsha, Hunan 410083)
Resumen: El núcleo de la integración de recursos y materiales es desarrollar tecnologías generales para preparar directamente materiales avanzados a partir de recursos minerales y establecer teorías básicas. y formar un nuevo sistema temático de materiales minerales. El procesamiento fino de recursos minerales se refiere a tecnología ultrafina, purificación de alto grado, modificación de superficies y funcionalización de minerales. Los materiales minerales se han utilizado ampliamente en materiales de alta tecnología, protección del medio ambiente, información electrónica, materiales de motores y otros campos. Centrándose en la relación entre las propiedades minerales y las propiedades de aplicación, este artículo presenta tecnologías de procesamiento como polvo ultrafino, tratamiento morfológico, modificación mecanoquímica, radiación electromagnética, tratamiento de superficies y dopaje. Se señala que el desarrollo y diseño de materiales funcionales basados en propiedades minerales es una dirección de desarrollo importante del sistema disciplinario de materiales minerales y de la industrialización.
Palabras clave: minerales no metálicos, procesamiento profundo, tecnología funcional, materiales minerales.