新材料产业喜欢什么样的非金属矿?

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非金属矿产业作为我国经济社会发展过程中的关键环节,一直发挥着至关重要的作用。虽然各类非金属矿资源通过初步粉碎研磨、提纯改性、挤出造粒等精深加工后也能直接应用到生态环保、生物医药、农业农村等战略性新兴产业领域,但更多时候是通过进一步的加工复合,成为新材料后应用到下游各新兴领域——即以“非金属矿→新材料→战略性新兴产业”的模式对下游产生影响。

在新材料产业各细分领域中,以特种水泥、特种玻璃、功能陶瓷、高性能纤维及复合材料等为代表的新型无机非金属材料;以特种橡胶、功能塑料、表面功能涂料、高性能密封材料等为代表的先进高分子材料;新型负极材料;石墨烯;气凝胶;锂离子电池隔膜等均对非金属矿资源产生大量需求,而非金属矿则多以工业原料、功能填料、工业助剂等形式在新材料生产制造过程中发挥作用。

近些年,随着各领域高质量发展要求的不断提升,尤其是战略性新兴产业快速发展,各领域对新材料品质要求的提升也逐渐传导至对非金属矿物原料的高质量供应上,其特点和趋势集中体现在以下方面:

1、新材料对矿物组分在高纯低杂方面的需求

新材料产业对非金属矿物原料最大的需求就是非金属矿物原料中特定组分的高纯低杂,其有效组分纯度越高,下游新材料在生产制造过程中就越接近于理论设计,各项性能指标也越接近于设计要求。

以应用领域较广的高岭土为例,其高岭石Al2Si2O(5OH)4含量越高,则以其为原料的众多新材料则在各项性能指标上则体现的更加优秀。各类杂质含量的高低决定了非金属矿物原料能否用于附加值更高的新材料中,例如应用到特高压输电中的高压瓷绝缘子等新材料对高岭土原料中铁、钛等有害元素的含量就有严格要求。

除高岭土外,石英(SiO2)、膨润土(蒙脱石)、凹凸棒土(坡缕石)、菱镁矿(MgCO3)、硅灰石(CaO·SiO2)、萤石(CaF)、石墨(C)、重晶石(BaSO4)等多种非金属矿物原料在应用到新材料的生产过程中时,均对其纯度以及各类杂质含量提出了具体要求。

虽然提纯除杂是非金属矿原料加工的传统课题,但是在未来很长一段时间内,与非金属矿物原料提纯除杂相关的基础理论研究、生产工艺创新及专用设备制造仍然是保障下游相关领域高质量发展的重中之重。

2、新材料对特定矿物结构及晶体形态的需求

众多新材料的生产不仅对非金属矿物原料在有效组分的纯度方面有需求,也对其在微观形态方面有特定需求,例如众多新材料对充当填料的非金属矿物,就要求其颗粒度小于某一指标,要求非金属矿物填料达到纳米级水平的新材料也非常常见。

除对非金属矿在超细微方面(高比表面积)的需求外,在一维(非金属矿物纤维化,具有较高的长径比,如硅灰石、非金属矿晶须等)、二维(非金属矿物片层化,如石墨烯、滑石等)、管状(如埃洛石、凹凸棒石等)、孔状(如硅藻土等)等结构形态方面也均有需求。非金属矿这些特殊的结构形态有的是在自然状态下矿物本身所具有的,有的是经过人工改造后实现的,不同的结构形态对应着不同的性能。通过利用不同结构形态非金属矿物原料所具有的特殊性能,或将其与一些功能因子(储能、吸附、过滤、中和、催化、曾韧、补强、特定药物等)进行复合后,可应用到不同类型新材料的生产制造中。

面对新材料产业对非金属矿物在结构形态方面的需求,一是要从基础理论出发,研究清楚不同矿物在不同结构形态下所具有的特殊性能;二是要在非金属矿开采、分选、加工等制造环节,对有益矿物晶型及结构的保护,注重相应生产工艺及设备的开发;三是要在理论研究的基础上,对可能具有特殊功能属性能的矿物结构形态进行逆推式的设计和生产制造,最终实现非金属矿工业从矿物加工阶段向材料设计阶段的发展。

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3、新材料对普适矿物原料稳定性方面的需求

目前,非金属矿物原料加工企业产能普遍偏小,下游新材料企业在生产过程中常常要面对多家非金属矿物原料供应商,原料稳定性方面的问题时常困扰着下游企业。除对非金属矿物原料在各项性能指标方面有需求外,能长期提供性能稳定、价格低廉的矿物原料也是新材料产业对非金属矿矿物原料的又一重大需求,而通过推动非金属矿工业原料工业化大规模生产是保证产品性能稳定性,降低产品价格的最有效的途径。当前,以碳酸钙粉体为代表的部分矿种已经形成了大规模的生产能力,但是众多矿种的生产能力仍然较小,在原料稳定性、经济性等方面与下游需求差距较大。

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