10级矿物加工专业
《非金属矿深加工-材料改性原理与应用》期中考试题
一、名词解释（12分、每题2分）
1、岩石：岩石是在各种地质作用下由造岩矿物形成的固体矿物的集合体。
根据其成因可分
为沉积岩、岩浆岩和变质岩三种。
2、矿物：是由地质作用或宇宙作用形成的具有一定化学成分和内部结构，在一定的理化条
件下能够稳定存在的天然结晶抬得单质或化合物，是岩石和矿物的基本组成单位。
3、矿石：在现代技术经济条件下，能以工业规模从矿物中加工提取金属或其他产品的矿物
的集合体。
4、粉体表面特性：与粉体应用及表面改性有关的表面及界面特性主要有：比表面积、表面
能（或表面张力）、表面化学组成、晶体结构、官能团、表面润湿性、表面电性、
空隙结构和孔径分布以及表面晶格缺陷、电子态、表面吸附与反应特性等。
5、磁流体：也称磁性液体(magnetic liquids) ，是由粒径为纳米级的磁性颗粒，经表面活性
剂活化处理后高度弥散于某种液体之中所形成的稳定的胶体体系，是具有随外加
磁强而有可控流变特性的特殊的智能材料。
6、粉体物理法表面修饰:不用表面修饰剂而对粉体实施表面修饰的方法，包括电磁波、中子
流、α粒子、β粒子等的辐照处理、超声处理、热处理、电化学处理、等离子体
处理等，是很常用的超细粉体的表面修饰方法。
二、简答题（48分、每题8分）
1、机械力化学效应（作用）：:“物质受机械力的作用而发生化学变化或者物理化学变化的
现象”。
机械力作用分为如下三种：
1）物理效应：颗粒和晶粒细化；产生裂纹；表观和真密度变化；表面积增大。
2）结晶状态：产生晶格缺陷；晶格发生畸变；结晶程度降低，甚至无定形化；晶型转变。
3）化学变化：含结晶或-OH羟基物的脱水；降低新生成化合物的晶核或细晶；形成合金或固溶体；
化学键断裂，体系发生化学变化。
2、矿物的零电点和等电点的区别和联系：
总电位Ψ0与溶液中定位离子的浓度（活度）密切相关，Ψ0为零时定位离子浓度的
负对数，名为“零电点”（PZC)；｛表面总电位Ψ0：固体表面与溶液之间的电位差(又
称表面电位）。
｝
动电位为零时的pH名为“等电点”（IEP),表示配衡离子在滑动面内已与定位离子电性
相同。
在无特性吸附的情况下，在水中测得的矿物等电点也就是零电点。
3、矿物表面电性起源：
矿物在水中受水及溶质的作用，会发生表面吸附或表面电离，固-液界面就分布有与表面异名的电荷，使矿物与水溶液界面形成电位差。
称为双电层，起源如下：1）优先解离（或溶解）：矿物在水中，其表面受到水偶极的作用，由于正负离子受水偶极的吸引力不同，会产生非等量的转移，则有的离子会优先解离（或溶解）转
入溶液
2）优先吸附:固-液界面状态与溶液的组成有关，如向溶液中添加Ca2+，因表面吸附较多的Ca2+ ，其表面转向荷正电。
3）电离后吸引H+或OH-：许多难溶矿物如石英，在水中先形成酸类化合物，然后一部分电离，表面荷负电。
过程如下：石英破碎与水作用形成弱酸。
4、溶胶-凝胶法粉体表面修饰：
溶胶-凝胶法是近几年来形成的一种新兴的湿化学合成方法，不仅可以制备超细粉体、薄膜。
而且成功应用于超细粉体表面包覆，溶胶-凝胶包覆技术一般包括以下几个步骤：
被包覆粒子的制备
可以是由溶胶-凝胶法制备的各种形状的粒子，也可是其他方法制备的颗粒或天然矿物粉体如云母、石英、粘土等。
包覆用溶胶的制备
包覆层的制备
将所需包覆的颗粒分散于所制备的溶胶中，再在一定条件下完成凝胶化，即可在颗粒表面形成所需的包覆层
根据原料的不同，可分两大类：
1)无机盐溶胶-凝胶法：首先制备溶胶，通过对无机盐沉淀过程的控制，使生成的颗粒不团聚成大颗粒而生成沉淀，直接得到溶胶；或先将部分或全部组分用适当的沉淀剂沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成胶体颗粒，制备好溶胶后，加入被覆超细粉体，凝胶后得到包覆一定厚度涂层的超细粉体。
2) 醇盐水解法: 金属醇盐经水解或缩合形成金属氧化物分子是常见的溶胶-凝胶反应。
水解反应：M(OR)4+H2O→HO—M(OR)3+ROH →M(OH)4+4ROH
缩合反应：(OR)3M—OH+HO—M(OR)3→(RO)3M—O—M(OR)3 +H2O
(OR)3M—OH+RO—M(OR)3→(RO)3M—O—M(OR)3+ROH
M代表金属；R代表烷基。
5、硅烷偶联剂的结构特征：
硅烷偶联剂是由硅氯仿（HSiCl3）和带有反应性基团的不饱和烯烃在铂氯酸催化下加成，再经醇解而得。
硅烷偶联剂实质上是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质材料（合成树脂等）化学结合的反应基团。
6、CVD技术:
化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）是一种制备超细粉体较成熟的方法，还可应用于材料表面的镀膜和超细粉体的表面修饰。
CVD技术用于生产半导体材料中的超纯多晶硅。
CVD技术在用于无机合成时具有以下特点：
1）保形性。
沉淀反应如在气固界面上发生时，沉淀物在原固态底基物上包覆一层，不改变原固体底基物的形状。
2）物质单一性。
采用CVD技术可得到单一的无机合成物质，并以此作为原材料，制备出更多的产品，如超纯多晶硅材料的制备；
3）游离性。
如果采用的某种基底材料，在沉积物达到一定厚度后，很容易与基底分离，这样就可以得到各种特定形状的游离沉积物器具，碳化硅器皿和金刚石薄膜部件均可以用这种方法制造；
4）超细性。
在CVD技术中也可以沉积生成晶体或细粉状的物质，可以生产超微细粉体，在特定工艺条件下，还可生产纳米级的微细粉体。
CVD的一般要求：
1）反应原料是气态或易于挥发成蒸汽的液态或固态物质；
2）反应易于生成所需要的沉积物而其中的副产品保留在气相中排出或易于分离；
3）整个操作过程较易于控制。
CVD法的化学反应：热分解反应，化学合成，化学转移反应
三、论述题（40分、每题20分）
1、矿物成因分类、工业分类和晶体化学分类有哪些？
答：1）矿物依其成因可分为原生矿物和次生矿物两类。
2）矿物依工业分类可分为：Ⅰ金属类矿物：黑色金属，有色金属，稀有金属分散元
放射性金属矿物
Ⅱ非金属矿物类：冶金辅助原料非金属，化工原料非金属，特种非金属矿物，建筑材料
及其它非金属矿物
3）矿物依晶体化学可分为：I 自然元素矿物
II 硫化物及其类似化合物矿物
1．单硫化物及其类似化合物矿物
2．对硫化物及其类似化合物矿物
3．硫盐矿物
III 卤化物矿物
1．氟化物矿物
2．氯化物矿物
IV 氧化物和氢氧化物矿物
1．氧化物矿物
2．氢氧化物矿物
V 含氧盐矿物
1．碳酸盐，硝酸盐和硼酸盐矿物
2．硫酸盐，钨酸盐，磷酸盐，砷酸盐和钒酸盐矿物
3．硅酸盐矿物
3．1 岛状结构硅酸盐
3．2 环状结构硅酸盐
3．3 链状结构硅酸盐
3．4 层状结构硅酸盐
3．5 架状结构硅酸盐
2.《石灰吟》中所描绘的是什么矿物？它有哪些同质多像矿物?所反映的化学反应式是什么？答：方解石。
方解石的成分是碳酸钙。
碳酸钙的三种晶型为方解石、球霰石、霰石。
后两者均是方解石的同质异象体
CaCO3== CaO + CO2;
CaO + H2O == Ca(OH)2;
Ca(OH)2 +CO2 == CaCO3。