Estado de la investigación y dirección del desarrollo de la ciencia de los materiales minerales en China

Liao Libing

1 Introducción a la ciencia e ingeniería de materiales

1.1 Conceptos básicos

Material: utilizado por los humanos para crear vida y producción. Sustancias utilizadas en artículos, dispositivos, componentes, máquinas y otros productos.

Los materiales son sustancias, pero no todas las sustancias pueden denominarse materiales, como los combustibles, las materias primas químicas, los productos químicos industriales, los alimentos y medicamentos, etc., que generalmente no pertenecen a los materiales.

Los materiales son un símbolo del nivel de desarrollo científico y tecnológico de un país y su grado de modernización.

La ciencia de los materiales, la ciencia de la energía y la ciencia de la información son los tres pilares de la ciencia y la tecnología modernas.

Nuevos materiales, nueva información y nueva biotecnología son los principales símbolos de la nueva revolución científica y tecnológica. La Ciencia de los Materiales es una ciencia que estudia las leyes inherentes y las aplicaciones de los materiales basándose en disciplinas como la cristalografía, la física del estado sólido, la termodinámica y la cinética, la metalurgia y la ingeniería química. La Ingeniería de Materiales (Ingeniería de Materiales o Tecnología) se basa en las propiedades requeridas de los materiales en las aplicaciones, aplicando leyes y teorías conocidas, comenzando desde los aspectos de composición, estructura, desempeño, etc., hasta el diseño de ingeniería y la implementación de aplicaciones específicas.

La Ciencia y Tecnología de Materiales es una disciplina que estudia y aplica la relación entre la composición, organización, estructura, proceso de preparación, etc. de los materiales y sus propiedades y usos.

1.2 Clasificación de los materiales

(1) Según la composición, microestructura y propiedades de los materiales, se dividen en materiales inorgánicos no metálicos (Inorganic Non-metallic Materials) y orgánicos. polímeros (Polímeros Orgánicos), metales y aleaciones (Metales y Aleaciones. Materiales metálicos) y materiales compuestos.

(2) Dividido según las propiedades y usos de los materiales: ① Materiales de ingeniería (estructurales) (Structural Materials). La resistencia, dureza y otras propiedades mecánicas del material están determinadas por sus características estructurales para satisfacer las necesidades estructurales de la tecnología de ingeniería. Es un tipo de material utilizado principalmente en tecnología de ingeniería. Incluyendo materiales metálicos, materiales cerámicos, materiales poliméricos, materiales compuestos, etc. Materiales funcionales. Nuevos materiales con funciones especiales eléctricas, magnéticas, ópticas, acústicas, térmicas, mecánicas, químicas y biológicas; materiales básicos importantes para campos de alta tecnología como la tecnología de la información, la biotecnología, la tecnología energética y la construcción de defensa nacional; La transformación de algunas industrias tradicionales como la agricultura, la química, los materiales de construcción, etc. desempeña un papel importante. En el campo global de nuevos materiales, los materiales funcionales representan alrededor del 85%. Los materiales funcionales especiales desempeñan un papel importante en la promoción y apoyo del desarrollo de la alta tecnología. Son materiales clave en campos de alta tecnología como la biología, la energía, la protección del medio ambiente y el sector aeroespacial en el nuevo siglo. desarrollo de nuevos materiales en varios países y son la clave para el desarrollo de alta tecnología en varios países puntos calientes de competencia estratégica. Los materiales funcionales se dividen en materiales microelectrónicos, materiales optoelectrónicos, materiales sensores, materiales de información, materiales biomédicos, materiales ambientales ecológicos, materiales energéticos, materiales inteligentes (inteligentes), etc. según su rendimiento.

(3) Nanomateriales: se refiere al término general para agrupaciones atómicas, nanopartículas, nanopelículas, nanotubos de carbono y materiales nanosólidos. Cúmulos atómicos: contienen desde unos pocos hasta cientos de átomos o partículas con dimensiones inferiores a 1 nanómetro, son agregaciones de átomos entre átomos y sólidos. Nanopartículas: más grandes que grupos de átomos y más pequeñas que partículas normales, normalmente de 1 a 100 nanómetros de tamaño. Nanopelícula: una película que contiene nanopartículas y grupos atómicos, una película con un espesor del tamaño de un nanómetro, un recubrimiento de deposición de partículas de segunda fase a nanoescala, un recubrimiento compuesto de nanopartículas o una película multicapa. Tiene una estructura casi tridimensional y propiedades extraordinarias. Nanosólidos: Sólidos con nuevas estructuras atómicas o características microestructurales, cuyos núcleos atómicos están dispuestos con defectos como límites de grano a nanoescala, límites de fase o dislocaciones.

Materiales nanocristalinos (con una alta densidad de núcleos defectuosos, con más de 50 átomos ubicados en los núcleos defectuosos), materiales nanoestructurados (compuestos por muchas áreas de núcleos defectuosos separadas por áreas de cristal elásticamente distorsionadas), nanocompuestos (compuestos O-O: diferentes tipos de nanopartículas compuestas juntos; compuestos de O-2: nanopartículas dispersas en un material de película delgada bidimensional; compuestos de O-3: nanopartículas dispersas en un sólido tridimensional). Características básicas de las nanopartículas: discontinuidad del nivel de energía electrónica (discretización del nivel de energía casi continua), efecto de tamaño cuántico, efecto de tamaño pequeño, efecto de superficie, efecto de túnel cuántico macroscópico. Las propiedades especiales de las nanopartículas dan lugar a una serie de propiedades especiales de los nanomateriales.

(4) Materiales porosos: tienen alta superficie específica, altas propiedades de adsorción e intercambio iónico. Se utilizan ampliamente en adsorción, separación, catálisis, nanotecnología, reconocimiento molecular, industria petroquímica, química fina y dispositivos electrónicos moleculares. Según el esquema de clasificación de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), los materiales porosos se dividen en materiales microporosos (d < 2 nm), materiales mesoporosos (2 nm < d < 50 nm) y materiales macroporosos (d > 50 nm) según al tamaño de los poros).

(5) Cuatro elementos de la investigación de materiales: propiedad y rendimiento, composición, estructura y proceso

2 Introducción a los materiales minerales

2.1 Conceptos básicos

Material Mineral: Utilizando minerales o rocas naturales como principales materias primas, mediante el procesamiento de metales sin refinar y materiales químicos, materiales obtenidos por transformación o minerales o rocas cuyas propiedades físicas y químicas se puedan aplicar directamente. Ciencia de materiales minerales: es una disciplina de vanguardia integral que estudia la composición, estructura, propiedades, rendimiento, técnicas de procesamiento y preparación de materiales minerales y sus interrelaciones, así como la tecnología de aplicación de ingeniería de materiales minerales.

2.2 Contenido de la investigación de la ciencia de los materiales minerales

Investigación teórica básica: la relación entre las propiedades de los materiales minerales y sus componentes minerales, componentes amorfos, componentes químicos, oligoelementos y otros componentes materiales. , La relación entre las propiedades de los materiales minerales y la estructura cristalina mineral, química cristalina, policristalinidad, cristalinidad, orden, etc., así como la relación con la estructura de la roca, estructura, etc. Límites de grano, planos cristalinos, tamaños de partículas, etc.; la relación entre las propiedades de los materiales minerales y las materias primas utilizadas, tipos de minerales, origen de las materias primas, etc.; las propiedades de los materiales minerales y la temperatura, presión, atmósfera, mineralizador; , aglutinante, etc. durante el procesamiento y la transformación. La relación entre las condiciones de procesamiento, como emulsionantes y agentes de acoplamiento, etc.

Investigación de aplicaciones y tecnología de producción: cuestiones técnicas y de ingeniería como rutas de procesos de producción, procesos, equipos y fórmulas óptimas de materiales minerales, así como campos de aplicación, condiciones aplicables y métodos de conservación de materiales minerales.

2.3 Clasificación de los materiales minerales

Divididos según la composición, estructura y propiedades de los materiales minerales (monoclínicos, biclínicos…);

Según la utilización de materiales minerales (cerámica, vidrio, materiales refractarios...);

Según el estado de los materiales minerales (monocristalinos, policristalinos, amorfos, compuestos, dispersos);

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Según las características de la tecnología de procesamiento: materiales minerales naturales, materiales minerales profundamente procesados, materiales minerales compuestos y sintéticos;

Clasificación integral: materiales tipo magma (inyección de cristal fundido, fibra de esmalte, etc.) .

Esquema de clasificación recomendado (según propiedades y usos de los materiales): materiales minerales estructurales (piedras, cerámicas estructurales, composites poliméricos reforzados con minerales, etc.), materiales minerales funcionales (materiales minerales ambientales, nanominerales (materiales minerales biomédicos, materiales minerales funcionales especiales, etc.).

2.4 Importancia de la investigación de materiales minerales

Los minerales no metálicos juegan un papel muy importante en casi todos los campos de la industria. economía nacional Con el desarrollo continuo de la ciencia y la tecnología Con el desarrollo, los campos de aplicación de los minerales no metálicos aún se están expandiendo.

En los países económicamente desarrollados, el valor total de la producción de minerales no metálicos es mayor que el valor total de la producción de minerales metálicos. Por lo tanto, algunos estudiosos consideran que el mayor valor de la producción de minerales no metálicos que de los minerales metálicos es una señal de si un país tiene. convertirse en un país industrializado y predecir que el siglo XXI entrará en la era del "Neolítico". El desarrollo y aplicación de minerales no metálicos radica no sólo en el dominio de los recursos minerales no metálicos, sino también en el dominio de tecnologías avanzadas para el desarrollo y aplicación de minerales no metálicos. Mi país es muy rico en recursos minerales no metálicos, con 87 especies con reservas probadas y más de 6.000 orígenes. Sin embargo, debido al desarrollo atrasado y la tecnología de aplicación de minerales no metálicos en mi país, la mayoría de los minerales no metálicos son productos crudos y el valor total de producción es muy bajo.

Llevar a cabo y fortalecer la investigación científica sobre materiales minerales es de gran importancia para mejorar la tasa de utilización de los recursos minerales no metálicos de mi país, mejorar la calidad de vida de las personas y promover el desarrollo económico y social.

3 Estado actual de la investigación científica sobre materiales minerales en mi país

3.1 Investigación sobre procesamiento profundo de materias primas minerales no metálicas

La investigación se centra principalmente en ultra -Trituración fina, clasificación fina, purificación, modificación y multiprocesamiento Desarrollo de direcciones de variedades. Gracias al avance de la tecnología de trituración y al desarrollo de equipos de trituración y clasificación ultrafinos, mi país ha podido triturar y clasificar varios tamaños de partículas, y el nivel de trituración y clasificación de minerales individuales ha alcanzado el nivel avanzado internacional. La investigación sobre purificación también ha logrado grandes avances, reflejados principalmente en la aparición de una gran cantidad de nuevos procesos para la purificación de nuevos minerales, la mejora de los procesos tradicionales de purificación de minerales no metálicos y el rápido desarrollo de la purificación de partículas finas y de alta pureza. equipo de procesamiento.

En resumen, se han logrado resultados gratificantes en la investigación de la aplicación de la teoría, los métodos, los equipos y los reactivos de procesamiento de minerales. Nuestro país básicamente ha madurado la tecnología de procesamiento de grafito, cuarzo, diatomita, caolín, bentonita, rutilo, etc.

3.2 Investigación sobre intercambio iónico, molecular e inserción en poros minerales o dominios entre capas

Se ha convertido en un punto caliente en la investigación de materiales minerales. Los objetos de investigación son principalmente minerales con estructuras porosas, como zeolitas, rocas, diversos minerales arcillosos, principalmente montmorillonita, y minerales con estructuras estratificadas, como el grafito. Los contenidos de la investigación incluyen: tecnología de intercambio iónico de poros o capas intermedias y su aplicación; tecnología de "soporte de pilar" y de inserción entre capas de minerales arcillosos y su aplicación. El propósito es aprovechar la intercambiabilidad de sustancias en los poros o dominios de capas intermedias de estos minerales y la capacidad de expansión de los dominios de capas intermedias, o cambiar estas propiedades para que tengan propiedades excelentes nuevas y explotables. Por ejemplo, cambiando la capacidad de los minerales arcillosos, las zeolitas o el grafito expandido para adsorber diferentes componentes nocivos, se pueden preparar adsorbentes que se pueden utilizar en diversos tratamientos ambientales. Los campos de investigación y aplicación en esta área son muy extensos, además de su aplicación en el tratamiento de aguas residuales, las rocas minerales con estructura de poros modificada y estructura en capas también se utilizan ampliamente como portadores de catalizadores, sinergistas de fertilizantes, agentes impermeabilizantes, agentes hinchantes y antiinflamatorios. agentes de corrosión Agentes precipitantes, agentes gelificantes, adhesivos, plastificantes, espesantes, agentes de suspensión, agentes decolorantes, materiales conductores, materiales conductores de iones rápidos, tintes, desecantes, filtros, etc.

3.3 Tecnología de modificación de superficies minerales y su investigación de aplicaciones

Es decir, el uso de métodos físicos y químicos para tratar la superficie de minerales para cambiar sus propiedades superficiales, como la estructura atómica y funcional de la superficie. grupos, propiedades de hidrofobicidad superficial, propiedades eléctricas, propiedades de adsorción y reacción química, etc., con el fin de mejorar o potenciar el rendimiento de la aplicación de minerales. Se utiliza principalmente para agregar minerales como cargas a diversos polímeros orgánicos para garantizar una buena compatibilidad entre minerales y polímeros y mejorar la dispersión de cargas minerales en polímeros. Los contenidos de la investigación incluyen principalmente: la selección de modificadores de superficie, los efectos de diferentes modificadores de superficie en diferentes minerales, procesos de modificación de superficie, efectos de modificación de superficie, etc.

Los modificadores de superficie se dividen en dos categorías: orgánicos e inorgánicos: ① Modificadores de superficie orgánicos: agentes de acoplamiento (silano, titanato, circonio y complejos, etc.), ácidos grasos superiores y sus sales, oligómeros de poliolefina, ácidos orgánicos insaturados, aminas orgánicas, etc.; ② Modificadores de superficie inorgánicos: óxido de titanio, óxido de sodio, óxido de hierro, óxido de circonio, óxido de aluminio, óxido de silicio y otros óxidos metálicos.

En la actualidad, el modificador de superficie más utilizado es el agente de acoplamiento, entre los cuales el agente de acoplamiento de silano y el agente de acoplamiento de titanato son los más utilizados. Los agentes de acoplamiento de silano son más eficaces en minerales hidroxilo tensioactivos, menos eficaces en óxidos de boro, hierro y carbono, y son casi ineficaces en carbonatos y óxidos de metales alcalinos que no contienen grupos hidroxilo en sus superficies.

Los agentes de acoplamiento de titanato tienen una amplia gama de aplicaciones para minerales, incluido el hidroxilo de cuarzo tensioactivo y el carbonato de calcio alcalino o neutro en la superficie, el dióxido de titanio, el feldespato, los anfíboles y la mayoría de los otros materiales no metálicos. Buenos efectos de acoplamiento.

3.4 Investigación sobre nuevos materiales de construcción utilizando minerales no metálicos como materia prima

Los materiales de construcción que utilizan minerales no metálicos como materia prima es el campo de investigación más tradicional de los materiales minerales. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el nivel de investigación en este campo también ha seguido mejorando y siguen surgiendo nuevas tecnologías. Sigue siendo un campo importante de la investigación de materiales minerales.

El contenido de la investigación se centra principalmente en tres aspectos: investigación sobre la aplicación de nuevas tecnologías para materias primas minerales tradicionales, descubrimiento de nuevas materias primas minerales que puedan reemplazar a las materias primas minerales tradicionales e investigación de desarrollo sobre nuevos materiales de construcción. .

Los campos de aplicación son muy amplios, involucrando diversos recubrimientos, materiales refractarios, cemento, vidrio, productos cerámicos, etc.

3.5 Investigación sobre la utilización integral de elementos útiles en minerales no metálicos

En términos generales, el desarrollo y utilización de minerales no metálicos no tiene como objetivo extraer y utilizar un determinado elemento. Ésta es la mayor diferencia con los minerales metálicos.

Debido a la escasez de recursos y la especial composición y estructura de algunos minerales y rocas no metálicos, la investigación sobre la utilización integral de ciertos elementos en minerales no metálicos se ha vuelto cada vez más importante.

Por ejemplo, debido a la grave escasez de recursos de potasio en nuestro país, se ha convertido en un factor importante que afecta el desarrollo de la agricultura en nuestro país, y muchos minerales y rocas no metálicos son ricos en potasio. Por lo tanto, el contenido de potasio en minerales y rocas no metálicos es muy importante. El desarrollo y la utilización de elementos han atraído la atención de los investigadores de materiales minerales, como el feldespato potásico, el esquisto que contiene potasio y la ilmenita. Se activan sucesivamente para preparar minerales fertilizantes potásicos.

3.6 Investigación sobre materiales minerales sintéticos

La investigación sobre materiales minerales sintéticos incluye dos aspectos: utilizar un mineral natural para sintetizar otro mineral; utilizar reactivos químicos para sintetizar minerales;

Principales nuevos logros: Uso de base de berenjena y ácido fosfórico para reaccionar para preparar sílice activa, uso de zeolita natural para preparar silicato de calcio ultraligero, uso de pirofilita para sintetizar zeolita, diamante sintético, saponita sintética, calcopirita sintética- Los materiales de células solares tipo utilizan cuarzo, cenizas volantes, etc. como materias primas para sintetizar nitruro de silicio, aluminio de silicio, etc.

3.7 Investigación sobre materiales minerales ambientales

Los materiales minerales ambientales se refieren a rocas minerales naturales como principales materias primas, que pueden ser compatibles con el medio ambiente durante su preparación y uso o pueden eliminarse Materiales que sean ambientalmente degradables o que tengan determinadas funciones depurativas y reparadoras del medio ambiente.

El uso de minerales naturales para desarrollar materiales minerales ambientales tiene condiciones únicas, porque: las materias primas de los materiales minerales son minerales naturales y tienen buena compatibilidad con el medio ambiente, la producción de materiales minerales tiene un bajo consumo de energía y un bajo costo; ; relaves mineros La utilización integral de minerales en sí pertenece al alcance de la investigación de materiales ambientales, muchos materiales minerales tienen buenas funciones de restauración y purificación ambiental;

Por lo tanto, llevar a cabo y fortalecer vigorosamente la investigación sobre materiales ambientales minerales que cumplan con las características de los materiales minerales y establecer una rama temática de materiales minerales ambientales son los requisitos de los tiempos y una importante dirección de desarrollo de los materiales minerales.

De acuerdo con las características de los materiales minerales y sus aplicaciones en el campo de la protección ambiental, las principales direcciones de desarrollo de los materiales minerales ambientales son: ① Materiales minerales de ingeniería ambiental, es decir, restauración ambiental (como el aire y control de la contaminación del agua, etc.), materiales minerales de ingeniería ambiental con funciones de purificación ambiental (como esterilización, desinfección, filtración, separación, etc.) y sustitución ambiental (como reemplazo ambiental), es decir, restauración ambiental (como aire y control de la contaminación del agua, etc.), purificación ambiental (como esterilización, materiales minerales de ingeniería ambiental con funciones de desinfección, filtración, separación, etc.) y sustitución ambiental (como sustitución ambiental), minerales con purificación ambiental (como esterilización, desinfección, filtración, separación, etc.) y funciones de sustitución ambiental (como materiales que reemplazan cargas ambientales) Materiales; ② Materiales minerales ambientalmente compatibles: materiales minerales que tienen buena compatibilidad y coordinación con el medio ambiente (como materiales de construcción ecológicos).

Los materiales minerales se utilizan desde hace mucho tiempo con fines de protección del medio ambiente. En los últimos años, la gente les ha prestado más atención, una tras otra, nuevas tecnologías, nuevos materiales y nuevas aplicaciones.

Además del creciente nivel de aplicación de los materiales minerales en el tratamiento tradicional de aguas residuales, adsorción atmosférica, filtración, decoloración, etc., también se utilizan en materiales de construcción ecológicos (como cerámicas de combustión rápida a baja temperatura). , que tienen las funciones de preservación del calor, aislamiento térmico, absorción acústica y también han surgido nuevas tecnologías y productos de aplicación en aspectos como materiales de construcción con funciones ligeras y otras), bactericidas, desinfectantes y utilización integral de relaves mineros.

3.8 Investigación sobre materiales nanominerales

Este es un nuevo campo de investigación de materiales minerales y está relacionado con muchos de los campos de investigación anteriores. Por ejemplo, la pulverización ultrafina en el procesamiento profundo de minerales no metálicos se está desarrollando en la dirección de la nanometerización, y se ha preparado un lote de productos minerales no metálicos a nanoescala que se desprenden en partículas a nanoescala a través de pilares y estructuras en capas; uso Refuerzo de productos de caucho y plástico, etc. Se ha convertido en una nueva dirección en la aplicación de la modificación mineral de estructuras en capas; la síntesis y el llenado (autoensamblaje) de materiales minerales microporosos y mesoporosos atraerán cada vez más atención, etc.

3.9 Investigación sobre materiales minerales biomédicos

Incluyendo materiales biomédicos y medicina mineral.

Materiales biomédicos: Materiales utilizados para interactuar con sistemas biológicos para diagnosticar, tratar o reemplazar tejidos y órganos en organismos o mejorar sus funciones. También llamados biomateriales.

Medicina mineral: Diversas materias medicinales preparadas con minerales naturales como materia prima o una de las materias primas.

3.10 Investigación sobre materiales funcionales minerales especiales

Si se descubren cristales fotónicos con estructuras de tipo ópalo, se utiliza la cristobalita ordenada para preparar cristales ópticos no lineales o como plantilla para preparar cristales fotónicos. La montmorillonita modificada se utiliza para preparar electrodos compuestos con alta estabilidad, alta repetibilidad y alto rendimiento catalítico, y la sepiolita fibrosa se utiliza como material de refuerzo para preparar materiales de fricción, etc.

3.11 Otras aplicaciones de la investigación de materiales minerales

La investigación de materiales minerales también incluye muchos aspectos como el procesamiento y mejora de gemas, la investigación teórica básica sobre materiales minerales, etc., que son difíciles de resumir. simplemente. El procesamiento y mejora de piedras preciosas se ha convertido en un campo especializado que no se puede descuidar.

4 Direcciones importantes de desarrollo de materiales minerales

4.1 Diversos efectos de importantes minerales no metálicos en diferentes campos físicos y entornos químicos

Los minerales metálicos son principalmente La aplicación de un elemento específico del mismo, mientras que los minerales no metálicos aplican principalmente sus propiedades físicas y químicas y características de proceso. Las características del proceso dependen principalmente de la composición química, estructura, estructura de los minerales no metálicos y sus propiedades físicas y químicas como luz, electricidad, calor, magnetismo, sonido, disolución, adsorción, catálisis y difusión.

Por tanto, el desarrollo y aplicación de los minerales no metálicos se basan en la composición, estructura y diversas propiedades físicas y químicas de los minerales no metálicos. Al llevar a cabo una investigación básica sobre los efectos y aplicaciones in situ de los minerales no metálicos, podemos obtener importantes parámetros completos de rendimiento físico y químico de los minerales no metálicos, descubrir la relación entre estos parámetros y la composición, estructura y factores externos del mineral. medio ambiente y establecer una base de datos de minerales no metálicos conducente al desarrollo, diseño e investigación de materiales minerales. Mejorar la tecnología de procesamiento de minerales existente, mejorar la tecnología de preparación de materiales existente utilizando estos minerales como materia prima y abrir nuevas vías de aplicación y nuevos campos de aplicación para estos minerales no metálicos son de gran importancia para el diseño y la investigación de materiales minerales.

Contenido de la investigación: bajo la acción de campos eléctricos, campos magnéticos, ondas de luz, ondas de sonido, etc., o en diversos entornos químicos, varios parámetros de minerales no metálicos (es decir, las propiedades físicas y propiedades químicas de minerales no metálicos) Realizar pruebas; explorar la relación entre estos parámetros y la composición, estructura y condiciones externas del mineral.

El propósito es obtener parámetros físicos y químicos integrales de importantes minerales no metálicos y sentar las bases para su aplicación efectiva o el desarrollo de nuevos campos de aplicación.

4.2 Investigación sobre la superficie y la interfaz de minerales no metálicos

La superficie de un mineral es la interfaz entre el mineral y el vacío o el gas. La superficie tiene muchas propiedades químicas activas. y propiedades físicas que son diferentes a las del cuerpo.

La interfaz material mineral es la superficie donde entran en contacto las fases del material mineral. Las interfaces juegan un papel extremadamente importante en las propiedades e incluso en el control de materiales minerales multifásicos. Las superficies y las interfaces son distintas y están relacionadas. La superficie de las materias primas minerales es la base de la interfaz de los materiales minerales y tiene una influencia importante en la interfaz de los materiales minerales. Por tanto, el estudio de las superficies e interfaces minerales es inseparable. Los problemas de superficie y de interfaz de los materiales minerales no han recibido suficiente atención.

Con el desarrollo y la investigación en profundidad de la ciencia de los materiales minerales, la investigación de superficies, interfaces e ingeniería se convertirá en el campo fronterizo de la investigación científica de materiales minerales. Por ejemplo, el procesamiento ultrafino y ultrapuro de minerales y el desarrollo de materiales nanominerales son inseparables de las superficies, las interfaces y su ingeniería. La investigación utilizará técnicas analíticas avanzadas como microscopía electrónica de alta resolución, microscopía electrónica revestida de difracción, microscopía electrónica de efecto túnel, espectroscopia de rayos X, espectroscopia de pérdida de energía electrónica y radiación de sincrotrón, difracción continua de dispersión de energía de rayos X para estudiar minerales y materiales minerales. La composición y los cambios de composición de las fases de la superficie y de la capa de interfaz, los tipos y distribución de dislocaciones, la tensión residual, etc., revelan la composición y los detalles estructurales de la superficie y la interfaz y su relación con la superficie y la interfaz en una amplia gama de microscopios. balanza. Estudiar la composición de la superficie y la interfaz, los detalles estructurales y su relación con las propiedades del material se centran en las características de la estructura de los poros y las características estructurales de las capas intermedias de los minerales de plataforma y los minerales en capas, así como en diversas propiedades químicas y físicas de los dominios de los poros y las capas intermedias; Polvos minerales de diversas formas y tamaños de partículas, y su relación con las técnicas de procesamiento. Nos centramos en explorar los procesos ultrapuros y ultrafinos de los minerales y su impacto en las propiedades de superficie y de interfaz de los polvos minerales utilizando los resultados de la investigación sobre superficies e interfaces minerales y utilizando métodos de ingeniería de superficies e interfaces existentes, hemos investigado y desarrollado; Se han desarrollado una serie de minerales principalmente estratificados. Se han desarrollado nuevas tecnologías para el procesamiento profundo de importantes minerales no metálicos y se han desarrollado una serie de nuevos materiales minerales con excelentes propiedades.

4.3 Investigación en diseño de nuevos materiales minerales

El diseño de materiales es una rama de la ciencia de los materiales que se ha formado y desarrollado rápidamente en los últimos años. Es producto de la combinación de la teoría de la ciencia de los materiales. y la tecnología informática moderna es un requisito del desarrollo social y económico para la investigación de materiales. Debido a que el método tradicional de "prueba y error" ya no puede preparar nuevos materiales que cumplan con los requisitos de la época, sólo se puede realizar un "diseño razonable". Bajo la guía de la teoría, es decir, de acuerdo con los requisitos específicos del material, se predicen las formulaciones del material, los procesos de preparación, las propiedades del material y los mecanismos de comportamiento.

El diseño de materiales minerales aún no se ha propuesto claramente, pero se han reportado algunos trabajos relacionados. Es previsible que con el desarrollo del diseño de materiales minerales, el nivel de desarrollo de materiales minerales se eleve a un nuevo nivel y seguirán apareciendo nuevos materiales minerales. Este trabajo debe prestar atención a atraer una amplia participación de expertos y académicos en química de materiales, física de materiales e informática.

4.4 Investigación sobre materiales minerales ambientales

En los últimos años, aunque los materiales minerales ambientales se han desarrollado rápidamente y han logrado resultados fructíferos, los materiales minerales ambientales como disciplina aún no se han establecido. materiales minerales, ingeniería ambiental Conceptos como materiales minerales, materiales minerales ambientalmente compatibles, materiales minerales ambientalmente degradados, evaluación de carga ambiental y evaluación del ciclo de vida (LCA) aún no han sido ampliamente aceptados.

En el futuro, debemos fortalecer aún más la investigación sobre materiales minerales ambientales, mejorar el nivel de investigación y aplicación de los materiales minerales ambientales, ampliar los campos de aplicación de los materiales minerales ambientales y desarrollar teorías relevantes sobre los materiales minerales ambientales. (diseño ecológico, procesamiento ecológico, evaluación ecológica), ampliando el impacto de los materiales minerales ambientales en la academia y la industria.

Por lo tanto, el desarrollo de la ciencia de los materiales minerales ambientales todavía tiene un largo camino por recorrer.

4.5 Investigación sobre la teoría y la tecnología de aplicación eficiente de los recursos minerales agrícolas

mi país es un país con una gran población y un gran sector agrícola, y se enfrenta a una tremenda presión para alimentar a una gran población con una pequeña cantidad de tierra. La única forma de resolver el problema es confiar en la agricultura científica, aumentar los rendimientos y mantener el equilibrio ecológico. Los minerales naturales no metálicos pueden desempeñar un papel importante en estos aspectos. Las aplicaciones de los minerales no metálicos en la agricultura incluyen principalmente: producción de fertilizantes, incluidos fertilizantes de nitrógeno, fósforo y potasio; fertilizantes con elementos traza, fertilizantes orgánicos, etc., como materias primas para piensos o como aditivos; y minerales portadores utilizados directamente en la producción de pesticidas o pesticidas utilizados para la mejora del suelo;

Aunque se han llevado a cabo las aplicaciones mencionadas anteriormente, el nivel de tecnología de aplicación es bajo y el alcance es limitado, lo que está lejos de satisfacer las necesidades del desarrollo agrícola y lejos de aprovechar plenamente el potencial de aplicación de no -Minerales metálicos en esta zona. Por ejemplo, nuestro país es un país con escasez de recursos de sal de potasio. La investigación y el desarrollo de potasio insoluble en rocas minerales que contienen potasio pueden resolver el problema de la escasez de recursos de sal de potasio en nuestro país. Sin embargo, no ha habido grandes avances en la investigación en esta área. El principal problema es que no se ha encontrado ninguna tecnología de proceso con alta eficiencia, bajo costo y baja carga ambiental.

Los contenidos de la investigación incluyen: investigación sobre la activación, extracción y utilización integral de rocas minerales de potasio; investigación sobre la utilización integral de oligoelementos, elementos de tierras raras y otros elementos útiles en la aplicación de minerales no metálicos; de rocas minerales no metálicas en la mejora de suelos y aguas y del medio ecológico Investigación aplicada en la mejora.

4.6 Investigación sobre materiales nanominerales

Debido a la composición, estructura, propiedades y métodos de preparación únicos de los nanomateriales, la investigación en este campo seguirá siendo la frontera de la ciencia de los materiales. En comparación con otros nanomateriales, es necesario mejorar la profundidad y amplitud de la investigación sobre materiales nanominerales. Por lo tanto, además de los graves problemas que enfrentan otros nanomateriales, los materiales nanominerales también deberían fortalecer la investigación en los siguientes aspectos: investigación sobre nuevas tecnologías para la preparación de materiales nanominerales, desarrollo de nuevos materiales nanominerales e investigación sobre teorías relacionadas de materiales nanominerales. esperar.

Referencias

Liao Libing. 2004. Progreso en la investigación de materiales minerales en el 32º Congreso Geológico Internacional, 18(4): 487-492

Yang, R. C., Jiang, C. Y. y Chu, F. M., eds. Introducción a la ciencia e ingeniería de materiales. Harbin: Prensa del Instituto de Tecnología de Harbin

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Cao Maosheng, Guan Changbin, Xu Aiqiang 2001. Introducción a los nanomateriales: Prensa del Instituto de Tecnología de Harbin