矿物材料
第一二章习题
1.非金属矿物材料的精细加工制备包括哪些？天然矿物材料精细加工的目的是什么？
非金属矿物材料的精细加工制备包括：超细粉粹与分级、矿物原料的纯化、高温物理化学处理、结构改性处理、表面改性处理、矿物材料的化学制备、新型陶瓷粉体的制备。
目的：（1）矿物材料的纯化为，达到改善矿物材料的技术物理性能的目的。产物保留原矿物的单一矿物特性、构造、化学成分；2）赋予产物新的技术物理性能：原料矿物的结构、矿物组成、表面化学性质发生不同程度的改变。
2.在细磨和超细磨过程中，因机械作用导致的机械化学反应指什么？主要表面在哪三方面？
机械化学变化：因机械载荷作用导致的固体物料晶体结构和表面物理化学性质的变化(包括晶格畸变、晶格缺陷、颗粒无定形化、多晶转变、表面自由能增大等) 。在细磨和超细磨过程中，因机械作用导致的机械化学反应主要表现为三个方面：
（1）矿物晶体结构的变化：由于超细过程中强烈的机械化学作用，引起矿物的晶体结构，尤其是颗粒表面结构发生变化，例如位错、缺陷、重结晶，甚至使表面转为非晶态层。
（2）矿物物理化学性质的变化：经过细磨和超细磨后，由于矿物颗粒的内能和表面能的增加以及机械激活作用的影响，使矿物的吸附能力、溶解性和表面电性等均有不同程度的改变。
（3）在局部承受较大应力或反复应力作用的区域产生化学反应：在超细粉碎过程中，矿物颗粒因反复承受应力并受到机械激活作用，有时会在颗粒变细的同时发生化学反应，例如由一种固态物质转变为另一种固态物质，或者因矿物分解释放出气体产物，因晶体结构发生变化或外来离子进入晶体结构而改变矿物的化学组成。
3.超细粉体分级的必要性是什么？
分级的必要性:（1）矿物材料的超细粉体在精密陶瓷、涂料、生物工程、电子及尖端技术领域均有广泛应用。现代科技的发展迫切需要超细而且粒度分布范围窄小的粉体，有时甚至要求达到单一粒径。但是机械粉碎得到的粉体粒度分布较宽，往往在0.1μm到数十μm之间，因此需要对其进行分级，以满足对超细粉体的高标准要求。
（2）精密分级设备与超细粉碎设备配套使用，及时将符合粒级要求的产品分出，可以防止产品的过度粉碎(或称过磨)，提高粉碎效率，降低能耗。
4.简述矿物原料的纯化手段。
（1）物理纯化：在经由物理分离纯化矿物原料时，原料的组成矿物之间的空间分布特征发生改变，但各矿物的化学成分、晶体结构均未被触及，所实现的仅仅是杂质组分与目的矿物在空间位置上的相互分离。传统的矿物机械加工，包括矿物原料的粉粹、分级以及目的矿物的分选富集（如浮选、电选、磁选、重选等），均属于物理纯化作用。
这就增大了Fe2+被重新氧化的可能性，可能使矿浆“返黄”。向漂白后的矿浆中加入络合剂（例如：柠檬酸、草酸、乙二胺醋酸盐、聚磷酸盐等）络合作为漂白产物的Fe2+，避免它被氧化回Fe(OH)3。也可在漂白后加入羟胺或羟胺盐来阻止Fe2+被再氧化。
8.什么是矿物材料改性？
矿物材料改性是指经过适当的化学、物理手段处理，以改变矿物整体或者矿物表面的物理、化学性质，从而改善或赋予矿物材料以新的应用性能，满足社会发展对新材料的需求。
第三四章课堂习题
1.高温物理化学作用包括哪些过程？
高温物理化学作用包括：相变、分解、熔融、重结晶、液-固相反应、
固相反应、烧结。
2.请总结焰熔法的优缺点。
焰熔法的优点是不需要坩埚，因此不需要真空状态或惰气保护系统（保护坩埚材料不被氧化），提供热量的氢氧焰除生成水外不带入其它杂质，晶体生长速率可达每小时10～15mm，长度也不受限制。
焰熔技术的缺点是晶体生长的温度场很不稳定，轴向、横向的温度差异过大，由此导致生成的晶体存在严重的结构缺陷和较大的内应力。焰熔法生成的刚玉单晶的常见结构缺陷有塑性变形和镶嵌构造。
3.什么是固相反应？
固相反应是固体直接参与化学反应并发生化学变化，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用的反应。固相反应除固体间的反应外，还包括有气、液相参与的反应。
4.什么是膨润土的改型？
膨润土的改型，就是利用蒙脱石的阳离子交换特性，改变蒙脱石的层间可交换阳离子的类型或增大蒙脱石的阳离子交换容量，从而改变膨润土的某些理化性能，使之适应多种需求。
5.沸石具有哪些特殊的性能?沸石规整孔道结构的形成分为哪几级？沸石改型的基础是什么？
（1）沸石的特殊性：①孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸(5-12? )范围之内；复杂的孔道结构允许沸石和分子筛对化学反应的产物、反应物或中间物的吸附有形状选择性，避免副反应；
②补偿电荷阳离子的可交换性(沸石对某一类特定阳离子的交换能力可能大到足以作为这类阳离子的良好捕收剂使用)；
③非常高的表面积和吸附容量；
④较好的化学稳定性，富铝沸石在碱性环境中有较高的稳定性，而富硅沸石在
酸性介质中有较高的稳定性；
⑤容易再生；
⑥良好的热稳定性和水热稳定性，多数沸石的热稳定性可超过500℃；
⑦吸附性质可调控，可从亲水性到疏水性
（2）沸石规整孔道结构的形成分为4级：
第一级：TO4四面体构成多元环
第二级：β笼
第三级：α笼/八面沸石笼
第四级：晶粒
（3）沸石的离子交换作用是沸石能够进行改型的主要基础。
6.层状结构化合物能发生夹层作用的原因是什么？从夹层反应的机理来看，夹层过程可分为哪几类？请简要说明。
原因：层状结构化合物的层内为强烈共价键，维持层的稳定性；层间则是弱相互作用（电中性层时：Van der Waals 力；电正/负性时：弱的静电力）。在一定条件下，活泼性的外来物质（i.e.客体）能克服层间作用力，可逆地插入层间间隙，并且又未破坏原有的层状结构。
从夹层反应的机理来看，夹层过程可分为：
（1）氧化–还原夹层反应过程：存在电子在主、客体之间的转移（电子得失）。
（2）配位夹层反应过程:客体与主体层之间形成配位共价键。
（3）“离子交换”夹层反应过程。
第五六章课堂习题
1. 水热生长过程的主要特点有哪些？水热法使晶体生长的过程是怎样的？完成温差水热结晶的必要条件是什么？
（1）水热生长过程的主要特点：
①过程是在压力与气氛可以控制的封闭系统中进行，
②反应釜内填充矿化剂溶液作为介质；
③生长温度比熔融态、熔盐法生长等低得多；
④生长区基本上处在恒温和等浓度状态，且温度梯度很小；
⑤属于稀薄相生长，溶液粘度很低。
（2）水热法生长晶体的过程：缓慢升温到预定温度的过程中，液相体积及液相上方的气相压力增大。在预设温度及温度梯度下，高温区的营养料溶解，形成的饱和溶液被输送到低温区（籽晶），从而在籽晶区保持溶质过饱和状态，使籽晶生长。冷却使在籽晶上析出部分溶质后的溶液又流回下部高温区，变得不饱和，再溶解营养料。如此循环往复，使籽晶得以不断长大；
（3）完成温差水热结晶的必要条件为：
①在高温高压的某种矿化剂水溶液中，能促使晶体原料具有一定值(例如1.5％～5％)的溶解度，并形成稳定的所需的单一晶相；
②有足够大的溶解度温度系数，以使得在适当的温差下就能形成足够的过饱和度而又不产生过分的自发成核；
③具备适于晶体生长所需的一定切型和规格的籽晶，并使原料的总表面
积与籽晶总表面积之比值达到足够大；
④溶液密度的温度系数要足够大，使得溶液在适当的温差条件下具有引起晶体生长的溶液对流和溶质传输作用；
⑤备有耐高温高压抗腐蚀的容器。
2.从非晶态的铝硅酸钠凝胶转变到亚稳的沸石，涉及的两种晶化机理是什么？请分别列举典型实例。
对晶化机理的两个极端认识 :
?溶液传输机理(液相机理)：在溶液中成核和晶化，即凝胶溶解，形成胶团进入溶液，经过成核-生长，生成沸石。典型的液相机理实例：从清液中生成中硅沸石及高硅沸石(如Y、P、ZSM-5)，没有发生固相传输过程。
?固相传输机理(固相机理)：无定形凝胶经结构重排(重结晶)转化为沸石，晶化时无明显的固相溶解，溶液内的 Na+、K+向固相内迁移，晶化在凝胶固相内部出现。典型的固相机理实例：550℃脱水的无定形硅铝酸盐凝胶通过与三乙胺和乙二胺反应，在160℃生成ZSM-5和ZSM-35，硅酸盐物种不溶于这些有机胺。
3.转晶剂包括哪几类？简述转晶剂的作用机理。
转晶剂有以下三类：
?水溶性蛋白质；
?琥珀酸、马来酸、柠檬酸以及C2以上的羧酸及其盐；棕榈酸、亚油酸等C15以上的脂肪酸的碱金属盐；
?硫酸铝、硫酸铬等无机盐。
转晶剂的作用机理：提高石膏溶液的过饱和度，抑制半水石膏晶体在某些生长方向上的生长速度，而使晶体在另一些特定方向上优先取向生长。
4.在强碱及弱碱条件下，分别合成什么形状的α-FeOOH？请写出弱碱条件下合成α-FeOOH的反应方程式。
在强碱介质中合成的α-FeOOH(针铁矿)为针状微晶；在弱碱介质中可能合成出均匀纺锤形的α-FeOOH微晶。合成纺锤形的α-FeOOH微晶涉及的化学方程式为：
5.什么是沉淀反应？应用沉淀法制备沉淀物时应注意什么？