张仕奇 赵佳龙 崔庆华

摘 要：对纳米矿物材料的分类进行了介绍，探讨了天然纳米矿物材料的制备及应用，并且从物理法和化学法两方面介绍了人工纳米矿物材料的制备及应用。

关键词：纳米材料；制备；矿物

纳米材料指的是在三维空间上至少于一维是1～100nm的材料，或者是由其作为基本单元的材料，纳米矿物材料包含了人工制备和天然形成两类，在性能上，由于其特殊的尺寸，起具有和宏观物体以及微观结构的分子和原子都不同的物理和化

1纳米矿物材料的分类

纳米矿物材料是指颗粒粒度属于纳米量级的固态颗粒。固态颗粒有两种来源：一是自然界本来就存在的，如大洋锰结核中的铁矿物、某些种类的粘土矿物和火山灰等等；二是用人工方法合成的，如用天然矿物原料和化学原料经高温烧结或其他方法制成，如纳米碳管、纳米陶瓷、纳米涂料、纳米金属、纳米合金、烟灰等材料。

1.1天然纳米矿物材料

所谓自然纳米矿物是对自然界中矿物显微颗粒达到纳米量级的所有矿物的统称，一般从晶体结构的角度来说，天然纳米矿物的颗粒界定在1～100nm之间。例如，大洋锰结核中的含铁矿物，其颗粒粒度为5～10nm；又如某些煤矸石中的硅质微粒，其颗粒粒度可达15～20nm；我国南方一些地区黄土中的硅质风化产物，是暴露在自然条件下的岩石及矿物长期风化的结果，粒度达到50～100nm；还有一些地区的火山灰，是在极高的火山喷发后的残留物，其粒度也为十到几十纳米 。

1.2人工纳米矿物材料

人工纳米矿物材料是指能利用天然矿物和岩石经过加工、改造而成的材料或者使用化工原料合成的纳米矿物材料。由于矿物学新技术新方法对矿物微观世界与各种物化性能的研究已日渐深入，加之矿物原料的高纯化、单晶化、纤维化、透明化、薄膜化、多孔化、非晶化及复合化，进一步揭示了矿物本身的特殊功能而使其在激光、光导通讯、宇航、填料、涂料、电子、陶瓷、建材、环保等方面得到了广泛应用。

纳米材料中如纳米无机合成材料的某些性能已研究得相当深入，但纳米矿物材料从整体上看，还处于相对滞后的阶段，尽管人们自然、不自然地利用了矿物的纳米空间乃至在工程材料中己获得了性能相当优越的材料。

2纳米矿物材料的制备及应用

2.1天然纳米矿物材料的制备及应用

在我国部分地区，已经发现了多个储量达数百万～千万吨级的大型矿床，含高纯度的纳米～微米粒级的非金属矿物，显示了巨大的资源价值。如：①川南一黔西北的埃洛石矿床，是世界上最大的埃洛石连片产区，以管状埃洛石为主；②苏皖交界地带的坡缕石矿，主矿物相坡缕石呈纤维状，直径10～25纳米；③湖南海泡石矿呈面状分布，海泡石含量5%～55%，海泡石呈纤维状，直径几至几十纳米；④江西粉石英矿，粉石英矿中石英占97%～99%，石英颗粒一般为4～30微米；除上述矿物外，还有火山灰、炭质页岩、伊利石、蒙皂石等皆可列为天然纳微米级矿物。对于这种自然的矿物纳米材料我们不需要特殊的制备工艺，主要是工艺是提纯和有目的的应用。对于不同的矿物材料来说具有不同的提纯和分离工艺。

2.2人工纳米矿物材料的制备及应用

人工纳米矿物粉体的制备方法大致可分为两类。一类是物理方法，尤其超微粉碎及一些新方法如激光汽化或高温电阻蒸发等应用；另一类是化学柱撑或合成法，利用无机合成法制备纳米矿物粉体，如制备纳米莫来石以及纳米刚玉等。制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。

2.2.1物理方法

（1）物理粉碎法

物理粉碎法：通过机械粉碎，冲击波诱导爆炸反应等方法制成单一或复合的纳米矿物材料粒子。特点：操作简单，成本较低，但易引入杂质，降低纯度，粒度不易控制且分布不均，难以获得粒径小于100nm的微粒。近年来随着助磨剂物理粉碎法、超声波粉碎法等的采用，粒径可小于l00nm，但仍存在产量较低，成本较高，粒径分布不均的缺点，有待于进一步改进和研究。

（2）机械合金化

是利用高能球磨方法，控制适当球磨条件以获得纳米级晶粒的纯元素或化合物矿物材料。该方法工艺简单，制备效率高，并能制备出常规方法难得的纳米矿物材料，成本较低，不仅适用于制备纳米矿物材料，还可以制得互不相溶体系的固溶体、纳米金属间化合物及纳米金属陶瓷复合材料等，但制备中易引入杂质，纯度不高，颗粒分布也不均匀。

（3）高压气体雾化法

是利用高压气体雾化器将—20～一40℃的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融矿物材料的液流內，熔体被破碎成极细颗粒的射流，然后急剧骤冷得到超微粒。特点：微粒粒径小，且粒度分布较窄。

（4）物理新方法的开发

随着物理方法的引入，人们利用现有新技术开发了许多制备纳米矿物的新方法。随着研究的深入，必定会产生大批量生产超细颗粒的方法。

①高温电阻丝法

在极高温度矿物颗粒溶化，在达到汽化点时，这些矿物会蒸发，从而形成纳米粉体。

②激光气化法

激光照射矿物晶体时会强烈吸收并气化矿物颗粒，这些颗粒是纳米级的，这一技术非常有潜力，可望在纳米粉体制备中扮演重要角色。

③高压液相剥片法

高压液相中的层状矿物间注入液体，在瞬间释放压力时，导致矿物以单元层的形式剥开。

2.2.2化学方法

①化学合成法

利用无机合成法制备纳米矿物材料，如上海硅酸盐研究所利用化学气相合成法制备粒径为30～50nm的SiC粉体；日本新原始应用化学气相沉积法制备Si3N4一Si C纳米级复相陶瓷。

②溶胶凝胶法

将烷氧基金属或金属盐等前驱物在一定的条件下水解缩合成溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶。溶胶一凝胶法合成纳米复合材料的特点在于该法可在低温条件下进行，反应条件温和，能够掺杂大剂量的无机物和有机物，可制备出高纯度、高均匀度的材料，易于加工成型并在加工的初级阶段就可以在纳米尺度上控制材料结构。目前，利用溶胶一凝胶法已制备出了大量的纳米复合材料。

③超声沉淀法

目前应用超声波来制备超细微颗粒的研究很多，如可以应用超声波来进行分子筛的合成，在超声波的机械、空化和热的作用下，能够缩短NA分子筛的合成的时间，并且能够减小其粒径，提升其催化活性。

参考文献：

[1]李斌， 王晓， 任耀剑. 纳米矿物材料的主要制备方法及应用[J]. 中国科技信息， 2007（17）：314-315.

[2]许辉. 纳米矿物材料的制备及应用[J]. 矿产保护与利用， 2001（5）：19-24.

[3]陈鑫， 段宏飞， 余中海，等. 浅谈人工纳米矿物材料的制备方法[J]. 科技创新导报， 2007（26）：103-103.