十、其他功能材料

168.什么是礦物阻燃材料？

阻燃劑又稱防火劑、耐火劑，是一類能夠阻止可燃物引燃或減緩火焰蔓延的藥劑，是用以提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰傳播的助劑，包括含鹵素、磷、硼、銻、鋁、鎂等元素的有機或無機物質。阻燃劑主要用于阻燃合成和天然高分子材料（包括塑料、橡膠、纖維、木材、紙張、涂料等）中，在材料中添加阻燃劑，有助于材料減低可燃性、防止火勢蔓延、減少煙霧發生、縮小毒性。

169.理想的阻燃材料需要滿足哪些條件？

一種理想的阻燃材料須滿足以下條件：

①阻燃效率高，獲得單位阻燃效能所需的用量少；

②本身低毒或無毒，燃燒時生成的有毒和腐蝕性氣體量及煙量盡可能少；

③與被阻燃基材的相容性好，不易遷移和滲出；

④具有足夠高的熱穩定性，在被阻燃基材加工溫度下不分解，但分解溫度也不宜過高，在250～400℃為宜；

⑤不致過多惡化被阻燃基材的加工性能和最后產品的力學性能及電氣性能；

⑥具有可接受的紫外線穩定性和光穩定性；

⑦原料來源充足，制造工藝簡便，價格低廉。

170.三氧化二銻有何用途？

三氧化二銻是一種白色晶體，它有兩種晶型，一種是立方晶型（穩定型）；另一種是斜方晶型。在自然界中分別以方銻礦及銻華形式存在。干法制得的工業三氧化二銻主要是立方晶體，但也含有一定量的斜方晶體。立方晶型三氧化二銻由單個Sb4O6組成，而斜方晶型的三氧化二銻則由無限重復的鏈組成。三氧化二銻加熱變黃，冷后又變成白色。不溶于水或乙醇，溶于濃鹽酸、濃硫酸、濃堿、草酸、酒石酸和發煙硝酸，是一種兩性化合物。

三氧化二銻是最重要的無機阻燃劑之一，單獨使用時阻燃作用很小，但是與鹵系阻燃劑并用時可以大大提高鹵系阻燃劑的效能，因此它是幾乎所有鹵系阻燃劑中不可缺少的協效劑而與鹵系阻燃劑聯用。

171.三氧化二銻如何制備？

工業級三氧化二銻可采用濕法及火法兩種工藝生產，以火法居多。火法又分為直接法和間接法兩種。

直接法是在焦炭存在條件下將硫銻礦于1000℃下煅燒生成粗三氧化二銻，再以純堿為助熔劑，用焦炭將粗三氧化二銻還原成金屬銻，最后在空氣中將銻氧化為三氧化二銻。直接法生產三氧化二銻的工藝流程如圖3-39所示。

間接法是將合格的銻錠在銻白爐中吹煉氧化，產出的氧化塵（Sb2O3）在收塵系統中收集，經分級得到各種等級的三氧化二銻。生產工藝流程如圖3-40所示。

精銻在高溫條件下熔化成銻液，銻液與空氣中的氧氣接觸，銻被氧化成三氧化二銻而揮發，控制結晶冷卻條件，即可得到不同粒度的三氧化二銻白色粉末。

影響三氧化二銻粒度的因素較多，主要有反應溫度、結晶溫度、三氧化二銻蒸氣濃度、結晶速率與冷卻風量等。

濕法工藝是用鹽酸浸漬硫銻礦制得SbCl3，后者再用苛性鈉水解即得三氧化二銻，或者是將輝銻礦用FeCl3直接浸出，然后經水解、酸溶、氨中和、烘干等獲得小于45μm的三氧化二銻粉末產品。

172.什么是氫氧化鋁？

氫氧化鋁（ATH）亦名三水合氧化鋁，分子式為Al（OH）3或Al2O3·3H2O。Al（OH）3的相對分子質量為78.00，Al2O3·3H2O的相對分子質量為156.00。

173.氫氧化鋁阻燃劑有何優點？

氫氧化鋁是一種阻燃填充劑，具有以下優點：①同時起阻燃和填料作用；②不含鹵，為非鹵型阻燃劑；③燃燒時不產生有毒氣體和腐蝕性氣體，且抑煙，本身也無毒；④不揮發，不被水影響；⑤價廉。其缺點是：①所需添加量高，影響被阻燃材料的物理-力學性能及加工性能；②氫氧化鋁的起始分解溫度較低（約205℃），故難適用于加工溫度高的高聚物。

174.拜耳法如何生產氫氧化鋁？

拜耳法生產的Al（OH）3，其中含有少量原礦石中的有機物，白度小于90％，不宜直接用為阻燃劑，故需進行二次處理，即將其溶于苛性堿中，制得較純凈的鋁酸鈉溶液，再分解制得高白度的、可用于阻燃劑的Al（OH）3，其工藝流程見圖3-41所示。

燒結法生產氫氧化鋁的工藝流程如圖3-42所示。燒結法生產的Al（OH）3因經過高溫燒結工序，礦石中含有的有機物已全部分解，故產品白度一般大于95％，可直接用于阻燃高聚物而不影響制品色澤；另外，燒結法采用的碳酸化分解法易于控制氫氧化鋁的晶型及粒度級別。

175.氫氧化鎂有何用途？

氫氧化鎂為六角形或無定形的片狀結晶，難溶于水（18℃時的溶解度為0.0009g/100ml），也不溶于濃度為1mol/L NaOH水溶液，但溶于強酸性溶液。

作為阻燃劑，氫氧化鎂的特點與氫氧化鋁相似，但與同類無機阻燃劑相比，具有更好的抑煙效果，由于火災中有80％由煙窒息而死亡，因此當代阻燃劑技術中“抑煙”比“阻燃”更為重要；氫氧化鎂在生產、使用過程中均無有害物質排放，而且還能中和燃燒過程中產生的酸性與腐蝕性氣體，是一種環保型綠色阻燃劑；氫氧化鎂的熱分解溫度高，氫氧化鎂的起始分解溫度可達320℃，比目前常用的無機阻燃劑氫氧化鋁高出140℃，即氫氧化鎂的熱穩定性遠優于氫氧化鋁，可以使添加氫氧化鎂的合成材料承受更高的加工溫度，利于加快擠塑速度，縮短模塑時間，同時亦有助于提高阻燃效率；氫氧化鎂粒徑細，對設備磨損小，利于加工設備的使用壽命；同時原料易得，生產成本低，具有相當強的競爭力。可廣泛用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗沖擊聚苯乙烯和ABS等塑料、橡膠行業。

176.化學合成法如何生成氫氧化鎂？

氫氧化鎂阻燃劑生產方式有兩種，化學合成法和物理法。化學合成法生產氫氧化鎂的工藝流程如圖3-43所示。

為了制備阻燃性能良好的氫氧化鎂，需采取特殊的合成工藝，并對常溫合成的氫氧化鎂進行水熱處理，促使生成比表面積小、晶型較好的氫氧化鎂，然后再進行表面處理，改善它與高分子材料的相容性。改進后的合成工藝過程流程如圖3-44所示。

177.什么是礦物耐火材料？

礦物耐火材料是指在高溫環境下，其化學與物理性質穩定并能正常使用的礦物材料。礦物耐火材料包括硅線石質耐火材料、藍晶石質耐火材料、蠟石質耐火材料、硅質耐火材料、黏土質耐火材料等。礦物耐火材料廣泛應用于化工、石油、冶金、硅酸鹽、機械制造、動力等工業領域，尤其在冶金中用量最大。在鋼鐵工業、有色金屬冶煉、水泥、玻璃等產業的窯爐和焚燒爐、熔融爐等保護窯爐需要高溫處理的部位都需要礦物耐火材料。隨著工業以及經濟的發展，各行業對耐高溫材料不斷提出新的要求，耐高溫材料對經濟發展、工業進步的重要性亦日益增長。

178.什么是紅柱石、藍晶石和硅線石？

紅柱石、藍晶石和硅線石均為Al2SiO5的同質異向變體，因溫度和壓力不同而形成不同的礦物。紅柱石是典型的中低級熱變質作用成因的礦物，常見于接觸變質帶的泥質巖中，主要形成于溫度和壓力都比較低的條件下，與堇青石、石英、白云母、石榴子石、十字石、黑云母等共生；藍晶石是結晶片巖中的典型礦物，在富鋁巖石中，在中壓區域變質作用下，藍晶石產于低溫部分，而硅線石見于高溫部分，多與鐵鋁榴石共生，藍晶石還產于某些高壓變質帶；硅線石常在高溫接觸變質帶的鋁質巖石中產生。

179.紅柱石、藍晶石和硅線石的化學組成是什么？

紅柱石、藍晶石和硅線石的理論組成為Al2O3為62.90％，SiO2為37.1％.紅柱石中Al可被Fe（≤9.6％）和Mn（≤7.7％）所代替；藍晶石中可含Cr（≤12.8％），亦常含有Fe（1％～2％）和少量的Ca、Mg、Fe、Ti等；硅線石成分較穩定，有少量Fe代替Al，可含微量Ti、Ca、Fe、Mg等。

紅柱石、藍晶石和硅線石（“三石”）是3個同質多變體。在自然界常見硅線石與藍晶石共生、硅線石和紅柱石共生，較少見到紅柱石和藍晶石共生，三者共生則更為罕見。

180.紅柱石、藍晶石和硅線石有何用途？

紅柱石、藍晶石和硅線石的主要用途有以下幾點。

①紅柱石、藍晶石經高溫煅燒可生成莫來石，主要用做耐火材料。

②紅柱石、硅線石本身體積穩定性能耗，密度接近莫來石，熱膨脹系數低，不含Fe、Ti、K、Na等元素的氧化物，可作為不少耐火材料。

③硅線石、藍晶石可以用作制備莫來石質、堇青石質陶瓷。

④結晶良好、純金透明、色澤艷麗的紅柱石可作為寶石原料。

⑤前蘇聯和美國用高純度藍晶石生產鋁硅合金。