1 产业背景
矿物功能材料在加工和应用过程中具有低环境负荷和环保的特点。广泛应用于建材、冶金、铸造、石油、化工、日用、塑料、橡胶、造纸、涂料、化肥、饲料、环保、食品等行业。它们是将矿产资源优势转化为技术优势、产业优势和经济优势的关键，是新技术革命中不可或缺的原材料。它对我国传统产业的改造升级、新技术产业的形成和发展、国民经济的可持续发展具有重要作用。是我国在21世纪开发的新型无机非金属功能材料[1-2]。《关于促进建材工业稳增长调结构增效益的指导意见》指出，要大力发展矿物功能材料，推进绿色智能发展，支持企业技术创新；《建材工业发展规划(2016 ~ 2022年)》指出，要重点发展矿物功能材料，提高资源综合利用水平，发展标准化、机械化、智能化、专业化成套技术和装备；《中国制造2025》指出，要开展重大节能环保技术和资源综合利用的产业化示范；非金属矿工业& ldquo十三五规划& rdquo发展规划指出，要加快产业结构调整，实施产业集群发展，加快技术创新，促进非金属矿物功能材料发展。因此，发展矿物功能材料产业意义重大，任务艰巨。
2研究现状
根据功能和应用方向的不同，矿物功能材料可分为工业填料、热功能材料、电功能材料、光功能材料、吸波和屏蔽材料、催化载体材料、吸附材料、流变材料、粘结材料、生物医用材料等。
2.1工业填料
工业填料是具有一定化学成分、颗粒形状和表面性质的矿物粉体材料，如高岭土、滑石、碳酸钙等。近年来的研究主要集中在改善材料的特性，降低材料的生产成本，开发具有新功能的产品，提高资源的综合利用水平[3-4]。
(1)提高材料本身的特性，包括白度和细度。如重选、磁选、化学漂白等提高高岭土填料白度，开发超细碳酸钙、活性碳酸钙等超细碳酸钙产品。
(2)降低材料的生产成本。比如用硫酸铵做增白剂降低高岭土煅烧温度，用二氧化硫脲代替保险粉做高岭土漂白剂。
(3)开发新的功能产品。如用重晶石和二氧化钛复合的云母粉制备反射隔热水性环保涂料，用机械化学法制备滑石粉/二氧化钛复合粉末颜料。
(4)提高资源综合利用水平，主要是循环利用废弃资源。如利用废边角料生产碳酸钙粉，利用云母粉和高密度聚乙烯协同增强回收废PP等。
2.2热功能材料
热工材料包括导热材料和隔热材料，主要有石墨、珍珠岩、蛭石等。近年来的研究主要集中在制备高导热柔性石墨片和阻燃有机保温材料，改善无机保温材料的保温性能，提高镁碳砖的应用性能[5-6]。
(1)高导热柔性石墨片的制备。膨胀石墨压延法用于制备高导热柔性石墨薄膜或薄片。制备过程不需要高温高压技术。工艺简单，价格低廉，可批量生产。
(2)阻燃有机保温材料的制备。例如可膨胀石墨、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等。作为阻燃剂，添加到聚氨酯、酚醛树脂等有机材料中，制备复合保温材料，提高有机保温材料的阻燃性能。
(3)提高无机保温材料的保温性能。如在二氧化硅气凝胶中加入膨胀珍珠岩，在铝矾土耐火骨料中加入闭孔珍珠岩，在覆盖剂中加入蛭石来提高材料的隔热性能。
(4)改善镁碳砖的使用性能。通过改善结合碳的碳结构，优化镁碳砖的基质结构，采用高效抗氧化剂，提高了镁碳砖的热震稳定性和抗渣渗透性。
2.3电气功能材料
电工材料包括导电材料和绝缘材料，主要有石墨、应时、云母等。近年来的研究主要集中在石墨烯导电材料、高性能锂离子电池负极材料、环氧导静电涂料、应时半导体材料等导电材料的制备，以及高导热少胶的芳纶云母纸、云母带等绝缘材料的制备[7-8]。
(1)石墨烯导电材料的制备。主要包括两个方面:一是将石墨烯添加到导电聚合物中，如聚吡咯、聚苯胺、聚乙烯二氧噻吩等。，以提高其导电性、机械性能和热稳定性；其次，在绝缘聚合物中加入石墨烯，如聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯等。，使其具有一定的导电性。
(2)高性能锂离子电池负极材料的制备。例如，利用纳米硅的高可逆比容量和石墨的优异循环性能制备纳米硅/石墨复合负极材料，具有能量密度高、循环寿命长的特点。
(3)环氧导静电涂料的制备。例如，由涂覆导电云母制成的环氧导静电涂料可以涂覆在油罐和一些化学品罐(甲醇、甲苯等)中。)，可以保护坦克的安全。
(4)应时半导体材料的制备。以高纯应时为原料，采用湿法腐蚀、薄膜沉积、退火和薄膜转移技术制备了纳米多孔硅膜和柔性单晶硅膜，并应用于太阳能电池。
(5)制备芳纶云母纸。研究了云母的粒径和表面性质、芳纶纤维的形态和用量、纳米纤维素的添加量以及超声波处理对芳纶云母纸性能的影响。
(6)制备高导热少胶云母带。导热系数高、胶量少的云母带具有更好的电气性能，可有效降低电极绝缘层的温升，有望提高单击机的产能和效率。
2.4光学功能材料
应时可以制备光学玻璃、光纤、透明应时玻璃管和滤光片等光学功能材料。近年来，研究集中在改善材料的性能和制备相关的光学产品上[9-10]。
(1)提高材料的性能，主要是制备高纯度的应时。如以石英砂为原料，采用破碎分级、碱洗、搅拌酸浸、强酸处理、细磨筛分、强酸再处理的提纯工艺，可获得二氧化硅含量大于99.99%的高纯应时产品。
(2)相关光学产品的制备。如温度、管内气压、进料速度、拉制速度等参数，可以制备高精度的应时玻璃管。
2.5吸波屏蔽材料
石墨、重晶石等。可以吸收投射在表面的电磁波和核元素，起到吸波和屏蔽的作用。近年来的研究主要集中在石墨吸波材料、水泥基电磁屏蔽材料和核屏蔽材料的制备上[11-12]。
(1)石墨吸附材料的制备。石墨(烯)与各种有机和无机物质复合制备吸波材料，如石墨-石膏基吸波材料的制备及其在建材工业中的应用，改性石墨烯/聚酰亚胺吸波材料的制备等。
(2)水泥基电磁屏蔽材料的制备。在有机和无机基体中加入各种屏蔽材料，可以赋予基体一定的电磁屏蔽和核屏蔽性能。例如，在EPS多孔水泥基体中加入膨胀石墨和碳纤维，可以明显提高基体的电磁屏蔽效率。
(3)水泥基核屏蔽材料的制备。重晶石与水泥基胶凝材料、重骨料和添加剂混合制备重晶石防辐射砂浆，适用于γ；辐射具有良好的屏蔽效果。
2.6催化载体材料
硅藻土、蛭石、高岭土、膨润土、凹凸棒土、海泡石等非金属矿物具有一定的吸附和催化活性，是良好的耐高温、耐酸碱的催化载体材料。近年来，研究主要集中在水污染控制催化材料的制备、空气体净化和化学原料合成[13-14]。
(1)水污染处理催化材料的制备。负载铁、二氧化钛、氧化锌、氧化铜、四氧化三铁等制备的催化剂。对非金属矿物对印染废水、有机污染物和重金属污染物有良好的催化降解作用。比如Fe3O4/蛭石复合材料可以吸附铅，海泡石负载Fe可以治理水中的重金属污染。
(2)制备空气体净化催化材料。例如，采用沉积沉淀法制备了Pd-Cu/凹凸棒土催化剂，并对其催化氧化CO的性能进行了研究。
(3)化学原料合成用催化材料的制备。以非金属矿物为载体制备的催化剂材料用于化工原料的催化合成和生产，如用于汽油脱烷基的AlCl3/凹凸棒土、用于乙炔氢氯化的HgCl2/蛭石等。
2.7吸附材料
非金属矿物，如沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、膨润土等。比表面积大，吸附能力强，可制成助滤剂、脱色剂、干燥剂、除臭剂、抗菌剂、净水剂、空气体净化器、油污处理剂、核废料处理剂、固沙剂等吸附材料。近年来，研究主要集中在污染水处理材料、饮用水净化材料、空气体净化材料和土壤改良材料的制备上[15-16]。
(1)污染水处理材料的制备。以非金属矿物为原料，通过有机改性、表面改性、插层改性、微波改性、热改性、酸改性、机械化学改性等方法制备吸附材料。如超声波和改性沸石强化处理高浓度氨氮废水、改性膨润土吸附苯酚等。
(2)饮用水净化材料的制备。研究了沸石、高岭土等改性吸附剂对饮用水中无机氟的吸附处理，以净化饮用水。
(3)制备空气体净化材料，主要在处理气体和细颗粒物方面。在气体处理方面，如沸石和高岭土吸附处理[/k0/]气体中的N2、CH4和CO2，凹凸棒石吸附脱除燃煤烟气中的汞，凹凸棒石制备颗粒干燥剂等。在细颗粒物的处理上，硅藻土经过酸和羟基铝改性，再与煤粉混合燃烧，可以有效减少PM0.2的生成。
(4)土壤改良材料的制备。主要集中在三个方面。一是与农用肥料混合，实现缓释保肥。比如在氮肥中添加斜发沸石，可以提高氮肥利用率，达到节水控氮高产的目的。二是土壤中重金属的钝化，如高岭土、膨润土，土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、Cr等重金属的钝化；三是固沙植被。生物高分子固沙材料由酸改性凹凸棒土与生物结皮和高分子材料复合而成，具有自我再生能力和生物活性，生产成本低，应用前景广阔。
2.8流变材料
流变材料主要是利用凹凸棒石、膨润土等非金属矿物在低固含量下形成高透明度、高粘度的胶体，可制成触变剂、防沉剂、增稠剂、流平剂等流变材料。近年来的研究主要集中在新型钻井泥浆的制备、高性能涂料助剂的开发、面膜用高保水性细菌纤维素的制备等方面[17-18]。
(1)制备新的钻井泥浆。通过改性膨润土与凹凸棒石复合，开发新的抑制剂，改进配方，可以改善钻井泥浆，解决井壁不稳定和钻井液抗温能力不足的问题。
(2)开发高性能涂料添加剂。研究了膨润土、凹凸棒土等矿物功能添加剂对涂料和油漆的悬浮性、触变性和抗流挂性的影响，开发出高性能的涂料添加剂。
(3)面膜用高保水性细菌纤维素的制备。以膨润土无机凝胶为外源基质，采用原位发酵技术对细菌纤维素进行改性，实现了细菌纤维素的高保水性能，更好地应用于保水面膜等日用行业。
2.9粘合材料
粘结是一种具有一定机械强度的复合固体材料，如膨润土、海泡石、凹凸棒土等。它可以通过物理和化学作用将不同种类的分散材料结合在一起。近年来，研究集中在冶金粘合剂、植物生物控制剂粘合剂、型煤粘合剂和废水处理建筑材料粘合剂的制备上。
(1)冶金结合剂的制备。发现单一膨润土粘结剂用于生产球团矿时造球效果不佳，但有机粘结剂或其他镁粘结剂与膨润土粘结剂配合使用，提高了造球强度、TFe含量和造球强度。
(2)植物肥料粘结剂的制备。以凹凸棒土为粘结剂，马铃薯渣为固体培养基生产的长枝木霉颗粒均匀，表面光滑，颗粒强度高，贮存时间较长，对植物病害具有良好的防治效果。以凹凸棒石为粘结剂、生物炭为基质制备了生物炭基尿素，并对其结构、性能、重金属吸附和肥料缓释进行了研究。
(3)型煤粘结剂的制备。以膨润土为粘结剂制备型煤，研究了型煤的冷强度、热强度和热稳定性。
(4)废水处理用建筑材料粘结剂的制备。以膨润土为粘结剂，用牡蛎壳和煤粉烧制空芯砖，对废水中的Cu2+和Zn2+有很好的去除效果。
2.10生物医学材料
非金属矿物具有一定的药用价值，其作用温和、持久、疗效稳定且无副作用。它们在国内外医药领域占有重要地位，可用于制备医药保健品、药物载体、饲料添加剂、抗菌剂、化妆品添加剂等生物医用材料。近年来，研究主要集中在制备饲料防霉剂、动植物抗菌剂等方面[21]。
(1)饲料脱模剂的准备。蒙脱石脱霉菌剂用于去除饲料和原料中的霉菌毒素，体外评价和动物试验效果明显。
(2)动植物抗菌剂的制备。将由凹凸棒石粘土和硝酸铜溶液制成的载铜凹凸棒石粘土添加到饲料中，具有抗菌和保护肠粘膜的作用，可预防和治疗鸡白痢，减少鸡白痢沙门氏菌病对机体的危害，提高鸡的生产性能。膨润土复合防腐剂制成的生防菌对苹果树腐烂病有很好的抑制作用。
3存在的问题
中国矿物功能材料产业经过六七十年的发展，仍然存在很多不足。
3.1产品系列化程度低，高附加值产品少。
我国矿物功能材料产品仍主要集中在初级阶段，如高纯石墨、高纯应时、工业填料等，而光伏、储能、电子、涂料等高档产品较少。，精度和深加工不足，产业链缺失，产品系列化程度低，高附加值产品少，整体竞争力不足。
3.2加工应用技术落后，创新动力不足
与发达国家相比，我国矿物功能材料的加工和应用技术还比较落后。目前还局限于超细高纯和低水平改性，机械化和自动化程度不高。同时，科技研发投入不足，企业管理水平低，技术创新能力弱。
3.3重视加工技术的研究，而忽视应用技术。
近几十年来，我国超细粉碎分级技术和表面改性技术发展迅速，与发达国家的差距正在缩小。例如，超细粉碎和分级技术已经能够根据需要加工1 ~ 10μ；m粉体材料，性能逐渐接近或达到国际先进水平；但是对矿物功能材料应用技术的研究还很少，也不系统，比如功能材料的结构与应用的相关性。
3.4不能满足高新技术产业的发展需要
中国高技术产业正处于产业结构调整的转型期，技术能力和经济效益大大提高。矿物功能材料作为高技术产业发展的重要支撑基础原材料之一，由于发展速度缓慢，对高技术产业发展的支撑和促进作用不大。
3.5检测技术和设备落后。
高性能矿物功能材料的开发和应用离不开测试技术和设备的发展，特别是在新能源、新材料、航空航天等领域，需要先进的测试技术和设备来评价应用效果。目前，我国的检测技术和设备相对落后。高端先进的检测设备主要靠进口，技术限制多，国产化难度大，严重限制了非金属矿物材料产业的发展。
4发展趋势
(1)高效的资源利用和绿色生产工艺。提高资源综合利用水平，综合利用尾矿和废弃物；提高绿色生产制造水平，降低资源能源消耗，实现资源低投入、高利用、低损耗、低排放。
(2)设备自动化和智能化。淘汰落后生产设备，加快发展生产水平先进、自动化程度高的非金属矿专用设备和成套设备；加快建立矿物功能材料产业大数据，推进& ldquo互联网+& rdquo；与矿物功能材料产业融合，实现智能化生产。
(3)企业越来越大，规模越来越大。在提升装备水平的同时，促进装备的大型化发展。建立矿物功能材料产业示范基地、技术创新平台和公共服务平台，形成产业集群和规模经济，引导产业规模化发展。
(4)产品的系列化和功能化。充分利用非金属矿物的不同优异性能，推广优势矿物的精细深加工技术，开发具有特定功能的系列化产品，满足不同行业的需求，拓宽产品的应用领域，促进产品的系列化和功能化发展。
5结论
矿物功能材料是我国传统产业升级、新技术产业形成和国民经济可持续发展的重要支撑材料。发展矿物功能材料产业意义重大。经过几十年的发展，我国矿物功能材料产业已经达到一定规模。但仍存在产品系列化程度低、加工和应用技术落后等问题，不能满足我国高新技术产业的发展需要。发展矿物功能材料产业任重道远。
