1.環(huán)境礦物材料的定義和分類

1.1環(huán)境礦物材料的發(fā)展過程

a.最早：1992年第29屆國際地質(zhì)大會(huì)提出“環(huán)境礦物學(xué)”

b.它是研究天然礦物與地球表面各個(gè)圈層之間交互作用及其反映自然演變、防治生態(tài)破壞、凈化環(huán)境污染及參與生物作用的科學(xué)

c.葉大年在回顧人類利用礦物的歷史時(shí)，提出環(huán)境礦物學(xué)是礦物學(xué)幾個(gè)發(fā)展階段中的必然產(chǎn)物

d.1999年4月在中國地質(zhì)學(xué)會(huì)礦物學(xué)專業(yè)委員會(huì)設(shè)立環(huán)境礦物學(xué)分會(huì)(www.wS46.com)

e.2004年3月在中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)成立環(huán)境礦物學(xué)專業(yè)委員會(huì)

f.90年代初，日本學(xué)者山本良一教授提出了“環(huán)境材料”的概念

g.環(huán)境材料：是指同時(shí)具有實(shí)用性能和最佳環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料，并非指一種具體的材料，而是一大類考慮到資源、能源和生態(tài)問題的材料的總稱，或者說是以環(huán)境協(xié)調(diào)和環(huán)境保護(hù)的思想指導(dǎo)下的進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工和使用的材料。

h.涉及環(huán)境保護(hù)和人體健康的礦物學(xué)研究已發(fā)展成獨(dú)立的分支學(xué)科，即環(huán)境礦物材料學(xué)

2016年12月10日中國科協(xié)批準(zhǔn)成立中國硅酸鹽學(xué)會(huì)礦物材料分會(huì)，標(biāo)志著礦物材料特別是環(huán)境礦物材料的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期

1.2 環(huán)境礦物材料的定義和基本特征

(1)定義

a.由礦物及其改性產(chǎn)物組成的與生態(tài)環(huán)境具有良好協(xié)調(diào)性或直接具有防治污染和修復(fù)環(huán)境功能一類礦物材料

b.它既是礦物材料，又是環(huán)境材料

c.是兩者的交集，是環(huán)境保護(hù)觀念指導(dǎo)下開發(fā)的礦物材料或是礦物材料環(huán)境功能的延伸

d.它是環(huán)境礦物學(xué)的重要研究內(nèi)容之一，是利用天然（或改性）礦物有效治理固（土壤）、液、氣三類污染物的環(huán)境工程技術(shù)。

（2）基本特征

a.材料本身是以天然礦物或巖石為主要原料

b.材料具有環(huán)境協(xié)調(diào)性或具有環(huán)境修復(fù)和污染治理功能

c.具有良好的環(huán)境污染凈化能力

1.3 環(huán)境礦物材料的分類

有2種分類依據(jù)：特點(diǎn)、用途，各分為4類

（1）根據(jù)環(huán)境礦物材料的特點(diǎn)，分為如下四大類型

天然環(huán)境礦物材料：能夠直接利用其物理、化學(xué)性質(zhì)用作環(huán)境治理與修復(fù)的礦物(或巖石)功能材料，如一些膨潤土、沸石、珍珠巖、硅藻土、蛭石等

改性環(huán)境礦物材料：指將礦物或巖石進(jìn)行超細(xì)、超純、改型、改性等加工改造后用作環(huán)境治理或修復(fù)的礦物(或巖石)功能材料，如超細(xì)石英粉、云母粉、高純超細(xì)的高能石墨乳、改性膨潤土、沸石等

復(fù)合及合成環(huán)境礦物材料：指以一種或數(shù)種天然礦物或巖石為主要原料，與其他有機(jī)和無機(jī)材料按適當(dāng)配比進(jìn)行燒結(jié)、膠凝、粘結(jié)、膠連等復(fù)合或合成加工改造所獲得的用于環(huán)境修復(fù)的功能材料，如巖棉、活性炭、陶粒等

工業(yè)廢棄物：指選礦尾礦、煤矸石、石棉尾礦；火力發(fā)電廠排出的粉煤灰；冶煉產(chǎn)生的廢鋼渣；化學(xué)工業(yè)排出的電石渣、硫酸渣、赤泥等一類材料

（2）根據(jù)環(huán)境礦物材料的用途，分為如下四大類型

治理大氣污染的礦物材料：中和作用（煙氣脫硫、石灰石、方解石、生石灰、方鎂石、水鎂石）、吸附作用（黏土礦物、沸石以及改性后的多孔狀物質(zhì)可作有害氣體的吸附劑）

治理水污染的礦物材料（有3類）：

1）過濾用礦物材料

2）控制水體pH值的礦物

3）利用礦物材料的其他性質(zhì)處理污水

過濾用礦物材料：凡在水中穩(wěn)定，即不溶解、不電離、不與水發(fā)生反應(yīng)，并保持中性的礦物均可作過濾材料。常用的有石英、尖晶石、石榴石、多孔SiO2、硅藻土等，板柱狀礦物和片狀礦物不宜單獨(dú)作過濾用礦物材料

控制水體pH值的礦物：能與水體中的H 或OH-發(fā)生反應(yīng)并消耗之的礦物，可起到調(diào)節(jié)水體pH值的作用。方解石、白云石、石灰乳、水鎂石、方鎂石、橄欖石、蛇紋石、長石等礦物可處理酸性水，石英等酸性礦物可處理堿性水

利用礦物材料的其他性質(zhì)處理污水：

1）利用礦物的荷電性，與水體中具異號(hào)電荷的污染物作用產(chǎn)生凝聚，消除污染（高嶺石、蒙脫石）

2）具有良好的吸附性和離子交換性，可用于清除廢水中的NH4 、PO43-和重金屬離子Hg2 、Cd2 、Pb2 等（凹凸棒石、坡縷石、海泡石）

3）具有脫色和去除部分無機(jī)離子（磁鐵礦可去除廢水中的顏色、懸浮物和鐵、鋁等）

土壤修復(fù)用礦物材料：用于固定、降解和去除土壤環(huán)境中的重金屬和有機(jī)污染物（黏土礦物、鐵氧化物、磷石灰、活性炭），磷酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽材料是常見土壤重金屬修復(fù)穩(wěn)定化材料，常單獨(dú)使用或幾種材料聯(lián)合使用

處理放射性污染的礦物材料：可用于吸附、過濾放射性氣體和空氣中具放射性的塵埃（石棉、玻璃纖維、人造有機(jī)纖維以及某些高吸氣性礦物；沸石等可凈化被放射性物質(zhì)污染的水體；軟錳礦對(duì)放射性元素也有強(qiáng)的吸附作用。礦物固化法處理放射性廢渣，“固化”包括對(duì)放射性元素的永久性吸附、包裹或經(jīng)反應(yīng)生成安全性固體物質(zhì)。

2.環(huán)境礦物材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

2.1應(yīng)用現(xiàn)狀（污染物凈化和資源化）

在污染物凈化方面：

a.利用具有孔狀結(jié)構(gòu)的如坡縷石和海泡石等處理有機(jī)廢水

b.利用具有片狀結(jié)構(gòu)、良好的分子交換性和強(qiáng)吸附性的如蛭石，作土壤改良劑和重金屬污染廢水的處理介質(zhì)

c.利用比表面積大、離子交換性高及吸附性能優(yōu)良的有蒙脫石、凹凸棒土、沸石等，用來處理生活廢水、工業(yè)廢水，去除廢水中的重金屬離子 、有機(jī)污染物及磷酸根離子等

d.利用經(jīng)表面改性的黏土礦物材料處理固體垃圾，可防止二次污染。

e.利用膨脹石墨治理大氣污染和海洋油類污染。

f.利用吸附性強(qiáng)、比表面積大的膨潤土、海泡石、坡縷石、高嶺土等作為吸附過濾材料，清潔空氣，處理臭氣、毒氣之類的有害氣體

g.利用環(huán)境礦物材料如天然沸石、海泡石、蒙脫石、坡縷石等，在國防工業(yè)、核工業(yè)、航天工業(yè)中治理放射性污染、防毒、防輻射等。

h.利用具有體輕、熱導(dǎo)率小、耐高溫、吸音等特點(diǎn)的沸石、硅藻土、膨脹珍珠巖、蛭石、浮石、海泡石等非金屬礦，生產(chǎn)安全健康型生態(tài)建材。

環(huán)境礦物材料在環(huán)境治理中應(yīng)用一覽表

在資源化應(yīng)用方面：

a.大多數(shù)工業(yè)廢渣為可利用的二次資源，如爐渣、粉煤灰、等，其礦物組成絕大部分是非金屬礦物

b.從礦山廢棄物中回收有用組分，不僅可以減少廢棄物的數(shù)量，而且可以獲得更多的有用礦物組分，進(jìn)行資源化利用

c.生產(chǎn)農(nóng)業(yè)用肥，在粒化高爐礦渣中含有大量的可溶性硅酸鹽，容易被植物吸收利用，磨細(xì)后可作為農(nóng)業(yè)肥施用。鋼渣可被用于制備磷肥、硅肥和鈣鎂磷肥，還可以作為酸性土壤改良劑。

2.2發(fā)展趨勢

a.環(huán)境礦物材料的結(jié)構(gòu)與性能數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

b.新型多功能環(huán)境礦物材料的開發(fā)

c.環(huán)境礦物材料的造粒和再生循環(huán)利用研究

d.環(huán)境礦物材料改性和污染物去除基礎(chǔ)理論研究

e.拓展與其他方法的聯(lián)用

f.加強(qiáng)環(huán)境礦物材料的應(yīng)用研究

思考題

1.請(qǐng)簡述環(huán)境礦物材料的由來。

2.請(qǐng)說明環(huán)境礦物材料的基本特征。

3.何為環(huán)境礦物材料？請(qǐng)舉例說明常見的環(huán)境礦物材料及其潛在可利用性

5.與其他環(huán)境材料相比，環(huán)境礦物材料在環(huán)境治理領(lǐng)域的優(yōu)勢有哪些？

6.概述環(huán)境礦物材料的應(yīng)用現(xiàn)狀。

7.你認(rèn)為環(huán)境礦物材料在污水處理中的應(yīng)用需要考慮哪些因素？

8.概述環(huán)境礦物材料的發(fā)展趨勢。

9.簡述環(huán)境礦物材料的結(jié)構(gòu)與性能數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的必要性。