作者：杨华明,陈德良
出版社：化学工业出版社
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非金属矿物加工理论与基础试读：
前言
《非金属矿物加工理论与基础》是《非金属矿物精细化加工系列》丛书之一。非金属矿物是人类利用最早的无机非金属材料。在现代科技革命和新兴产业发展过程中，非金属矿物及其材料的作用越来越重要。目前，非金属矿物基材料广泛应用于化工、机械、能源、汽车、轻工、食品加工、冶金、建材等传统产业以及以航空航天、电子信息、新材料等为代表的高新技术产业和环境保护生态建设等领域。非金属矿物材料是现代高温、高压、高速工业的基础原材料，也是支撑现代高新技术产业的原辅材料和多功能环保材料。精细化加工是非金属矿物资源开发利用的大趋势与主方向，只有生产出能够满足相关应用领域技术进步和产业发展需要与满足环保要求的非金属矿深加工产品或非金属矿物材料，才有可能赢得市场，获得更好的发展。我国相关部门都在力求非金属矿物原料和产品的精细化，并且在保证质量的前提下尽可能降低成本，因此，有关非金属矿精细化加工理论已成为国内外关注的重点。《非金属矿物精细加工理论与基础》一书共分8章。第1章主要介绍了非金属矿物的定义、特性、分类与应用，概括了非金属矿物加工需要的主要理论基础。第2章介绍了非金属矿物的矿物学基础，主要包括非金属矿物的成因、形成的影响因素与时空关系，非金属矿物的形态、物理特性等。第3章介绍了非金属矿物的晶体化学基础，主要包括非金属矿物的化学组成、作用力、晶体结构等。第4章介绍了非金属矿物精细加工的物理化学基础，涉及非金属矿物颗粒的几何特性与表征，非金属矿物的表面现象与表面能，非金属矿物粉体表面的吸附特性与润湿性、非金属矿物粉体的凝聚与分散等基础理论。第5章介绍了非金属矿物的超细粉碎与分级原理。第6章介绍了非金属矿物的选矿提纯的物理与化学原理与方法。第7章介绍了非金属矿物的表面改性的应用与目的、表面改性的方法及原理、表面改性剂及改性机理等。第8章介绍了非金属矿物的功能改性的原理与途径，以及非金属矿物纳米化功能改性的原理和应用。全书内容丰富、实用性强，可供广大从事非金属矿物材料、无机非金属材料、复合材料以及矿物加工、非金属矿深加工和化工、环境工程等科研技术人员参考，也可供大专院校无机非金属材料、矿物材料等相关专业师生作为教学参考书或教材。
该丛书由杨华明任主编，陈德良，张向超，杜春芳和欧阳静任副主编。本书由杨华明和陈德良编著，由陈德良负责整理和修改。
由于编著者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请广大读者批评指正。编著者2015年8月第1章概述
非金属矿或非金属矿物材料工业是现代社会的朝阳工业之一。目前，非金属矿物材料广泛应用于化工、机械、能源、汽车、轻工、食品加工、冶金、建材等传统产业以及航空航天、电子信息、新材料等为代表的高新技术产业和环境保护生态建设等领域。中国是全球非金属矿产资源品种较多、储量较为丰富的国家之一，许多非金属矿种，如石墨、滑石、菱镁矿、重晶石、萤石等的储量和年产量都居世界前列。大多数非金属矿物材料都是环境友好材料，因此学习非金属矿物的相关知识具有十分重要的意义。本章主要介绍了非金属矿物的定义、范畴、特点、分类、用途及其加工理论基础概论。随着人类环保意识的增强和全球环保标准及要求的提高，有人做出了如下的评论，认为未来的时代将是非金属矿物材料的时代。
本书主要讲解的是非金属矿物精细加工理论基础知识，其中涉及加工非金属矿物的矿物学基础、晶体化学基础，以及精细加工的物理化学基础、超细粉碎与分级的原理、选矿提纯的原理、表面改性的原理以及功能改性的原理。关于非金属矿物的精细加工过程及加工过程所用的设备，本书不再赘述。1.1 非金属矿物的定义和特性1.1.1 非金属矿物的定义和范畴
狭义矿物材料是指天然产出的具有一种或几种可利用的物理、化学性能的天然矿物岩石或以天然矿物岩石为主要原料加工、制备而成，而且组成、结构、性能和使用效能与天然矿物岩石原料存在直接继承关系的材料。广义矿物材料是指以矿物岩石为主要原料加工、制备的材料。
非金属矿物是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过深加工或精加工制备的具有一定功能的现代新材料。如环保材料、电功能材料、保温隔热材料、摩擦材料、建筑装饰材料、吸附催化材料、功能填料和颜料等。非金属矿物材料是从事矿物学、岩石学与结晶学以及矿物加工人员于20世纪80年代提出的。非金属矿物材料源于非金属矿物和岩石，其来源广，功能性突出，是人类利用最早的材料。原始人使用的石斧、石刀等都是用无机非金属矿物或者岩石材料制备的。
非金属矿物是从非金属矿物和岩石（包括部分人造非金属矿物和岩石）的物理、化学性质及其效应出发，经过适当的加工处理，使之成为能被工农业生产和日常生活各个领域使用的一类材料和制品。因此严格限定非金属矿物一词的应用范畴是有一定困难的：首先它包括了大量用于工业矿物原料的金刚石、蓝晶石等宝石矿物；其次是某些金属矿石也可以作为某种利用其技术和物理特性而不是利用其来冶炼金属元素的工业原料，如用于耐火材料和吸附剂的铝土矿、用于染料的赤铁矿等也在此范围内。再者，有些文献还把一些人工产物也归入非金属矿物之中，如水泥、石灰、工业副产品磷石膏、人造金刚石、人造云母、矿棉等。
根据矿物材料的定义和加工改造特点，可将矿物材料分为三大范畴。（1）天然矿物材料范畴 直接利用其物理、化学性质的矿物，主要是天然非金属矿物，也包括一些金属矿物或岩石，如用于功能材料的矿物晶体和用于建筑材料的花岗岩、大理石等。（2）深加工矿物材料范畴 将矿物岩石进行超细、超纯改型、改性等优化加工改造后直接加以利用的矿物材料，如超细石英粉、云母粉，高纯超细的高能石墨乳，改性高塑膨润土等。（3）复合及合成矿物材料范畴 指由一种或数种天然矿物或岩石为主要原料包括与其他有机或无机材料按所需配比进行烧结、胶凝、粘接等复合及合成加工改造获得的材料，如耐火材料和由多种矿物制成的保温材料等。
我们这里定义非金属矿物的含义限于除矿物燃料以外且具有工业价值和可供开采、利用并包括宝石在内的天然非金属矿物与岩石。其目的在于强调从工业经济的角度来论述有关的非金属矿产，从而与一般的矿床学专著有所区别。1.1.2 非金属矿物的特点
相对于金属和燃料矿产等而言，非金属矿物也有它自己的如下特点。（1）与金属矿石通过冶炼而利用其金属元素不同，非金属矿物极大部分是利用其固有的技术和物理特性（如石棉、滑石、云母等）或加工后形成的技术和物理特性（如珍珠岩、膨胀黏土等）。（2）与金属及矿物燃料不同，每一种非金属矿物往往具有多种用途。不同的非金属矿物有时又可互相代用。而且随着科学技术的发展，同一种非金属矿物的用途也会越来越广。例如，高岭土最早只是一种陶瓷原料，以后又成为造纸、橡胶、搪瓷、医药填料，近代经过处理的高岭土还被广泛用于石油加工工业。又如，滑石与高岭土都可以作为造纸填料，而叶蜡石又可代替高岭土作为陶瓷原料。（3）与金属矿床的有限种类不同，非金属矿物的种类不但很多，而且常有变化。随着科学技术的发展，非金属矿物的种类不断增多。20世纪初能利用的非金属矿物仅60种，现在已达200多种。随着科学技术的发展，非金属矿物的种类还在不断发生变化，有一些非金属矿物被废弃不用，有一些过去被认为无价值的矿物与岩石现在却具备工业价值。例如，压电石英在20世纪60年代以前是一种宝贵的资源，以后就被人造压电石英代替。又如，云母过去主要用于制作电容器与电子管和用于电机的绝缘材料、高压锅炉及仪器、仪表的零件、涂料填料等。70年代后期电机绝缘材料所需的大片云母已被碎云母制成的云母纸代替，高压锅炉零件已被人造云母代替，现在仅电容器和电子管尚需少量天然大片云母，因此在70年代末有些从事大片天然云母勘察的地质队已经撤离，有的矿山也已关闭。再如，玄武岩和辉绿岩在过去是一种没有工业价值的岩石，最多用于建房的石材而已。但现在用玄武岩制成的铸石已广泛用于冶金、化工、水电、建材等工业部门，节约了大量金属及橡胶材料。钢铁企业的无缝钢管矿浆运输管道一般仅能使用1年，改用铸石后寿命可延长2年，一个厂每年可节约几万元。所以，从事非金属矿物的资源勘察工作与金属及燃料矿床的资源勘察不同，除一般的地质技术外，必须经常注意科学技术对矿物、岩石材料的需求动向并研究矿物、岩石的新用途。（4）非金属矿物的成矿地质条件较为复杂。这种复杂性体现在以下两个方面：一是体现在非金属矿物多是广泛分布的造岩矿物与一般岩石在特殊地质条件下的某个变种，而对这种特殊地质条件的判别往往是很困难的；二是体现在有的矿种的矿床成因远比金属和燃料矿床多样，而且其地质特征也各不相同。前者最典型的如云母，它作为造岩矿物几乎无所不在，但大片的工业云母产出的概率很小，产出的地质条件要求很严。后者如高岭土既有热液成因，又有风化成因和沉积成因。如果细分，仅我国国内分布的就有8种或9种成矿作用与成矿地质背景各异、地质特征出入很大的矿床类型。（5）非金属矿物和市场的关系比金属与燃料矿床之间的关系更为密切。另外，它们之间的价格差别也很大，这与它们产地的地理位置有很大关系。例如，建筑用的砂和卵石，其产地必须尽可能靠近城市或建设地区，偏僻地区的砂和卵石就没有工业价值。有一些价格较低的非金属矿物如石灰岩、石膏，其产地必须靠近铁路或通航河流以降低矿山开采时运输道路的建设费用和开采过程中的运输费用。价格的差别不但在不同矿种中相差很大，如金刚石与建筑集料；而且在同一矿种的不同类型矿石间差别也很大，如纤维石膏的售价比泥质石膏高出几倍。在资源勘察中必须充分了解这方面的行情，否则就可能会对一些滞矿进行大量地质工作而浪费人力、物力。
由于非金属矿物具有上述特点，因此对从事这方面资源勘察的地质人员不但要求有全面、精湛的地质理论与技术，而且要求熟悉加工工艺和市场行情，熟悉科学技术发展对非金属材料的需求。1.2 非金属矿物的分类
非金属矿物种类繁多，许多非金属矿物的化学成分又十分复杂，而且每一矿种的成因一般有多种，一种矿物常具有多种用途，不同种矿又可相互代用，因此要提出一种妥善的分类方法就较为困难。近二十年来提出的非金属矿物的分类方案为数不少，因本书主要介绍非金属矿物的加工理论基础，所以结合本书的相关知识在这里介绍非金属矿物按化学成分和结构分类以及原则分类法。1.2.1 非金属矿物按化学成分和结构分类
非金属矿物按化学成分和结构的分类见表1-1。表1-1 非金属矿物材料的分类1.2.2 非金属矿物的原则分类法
非金属矿物从分类原则而言可将其大体分为以下三类。
第一类是以地质成因为分类基础的。如贝茨将非金属矿物分为伟晶岩、脉岩、交代、变质、沉积共5种，将岩石分为岩浆、变质、沉积共3种。又如霍敏多夫斯基将非金属矿产分为外生矿产（风化、溶解、沉积、有机物深处转化）、岩浆矿产（岩浆、火山碎屑、伟晶岩）、变质矿产（区域变质、接触变质、动力变质）、复杂成因矿产四大类35种。
第二类是以产品的价值为分类原则的。如赖特和伯内特将非金属矿物分为低价大体积的（如建筑材料）、高价大体积的（如化工材料）和高价小体积的（如长石、滑石）三大类。
第三类是以工业用途为分类原则的。如费歇尔（Fisher）将工业矿物与岩石分为建筑材料、陶瓷原料、耐火材料、化工材料和肥料等。克莱因则按矿物的工艺技术性能先分为化学矿物和物理矿物两大类，然后再按用途分类。也有将地质因素与经济用途联系起来考虑作为分类原则的。如杜恩（Dunn）提出的坐标中一轴是用途和工艺，另一轴是岩石类型的分类模型。1.3 非金属矿物的用途1.3.1 我国早期对非金属矿物材料的使用
就广义而言，中华民族对非金属矿产资源的利用最早可以追溯到距今约170万年以前，当时云南元谋人已经懂得选择质地较硬的石英岩打制石器。高岭土在我国最早用于陶瓷原料。据考证，中国目前已知的最早陶器制作于八九千年前的新石器时代。中国目前已知的最古老瓷器制作于公元1世纪的东汉时期，比欧洲早一千多年。在英语中陶瓷一词乃由中国的国名China转化而来，而作为主要陶瓷原料的高岭土（kaoli）和组成高岭土的主要矿物高岭石（kaolinite）又都是以中国瓷都景德镇的陶瓷原料产地高岭村来命名的。云母在我国最早就是作为宝石来对待的。而石膏、芒硝在我国古代用于药石的记载在古籍中已有近千年历史。我国对耐火材料、冶炼熔剂和石墨的使用也是很早的，在西汉（公元前206年～公元23年）中晚期已可以看到由耐火黏土掺石英等制成的耐火砖。
总之，中华民族在漫长的历史中曾经为人类文明做出过卓越贡献，在非金属矿物的应用史上也同样有自己创造性的成就。1.3.2 非金属材料的现代用途
目前，非金属矿物材料广泛应用于化工、机械、能源、汽车、轻工、食品加工、冶金、建材等传统产业以及航空航天、电子信息、新材料等为代表的高新技术产业和环境保护与生态建设等领域。
以电子信息、航空航天、海洋开发、新材料和新能源为代表的高新技术产业与非金属矿物材料密切相关。例如，氧化铝、氧化硅、碳化硼、碳化硅、石墨等与新材料产业有关；石墨、云母、石英、锆英石、氧化铝等矿物材料等为原料制得的光导纤维、陶瓷半导体、压电材料、云母电容器和云母板等与电子信息产业有关，因此，非金属矿加工技术的发展对高技术新材料产业的发展有重要影响。例如，具有特殊功能（电、磁、声、光、热、化学、力学、生物等）的高技术陶瓷是近十年来迅速发展的新材料，被称为继金属材料和高分子材料后的第三大材料。在制备高性能陶瓷材料时，非金属矿物原料越纯，粒度越细，材料的致密性越好，强度和韧性越高，一般要求原料的粒度小于1μm甚至0.1μm。如果原料细度能到纳米级，则制备的陶瓷称为纳米陶瓷，性能更加优异，是当今陶瓷材料发展的最高境界。因此，非金属矿物加工技术是高技术陶瓷发展的关键，只有发展了非金属矿物的高纯加工技术和超微细粉体加工制备技术才有高技术陶瓷材料的迅速发展。此外，高分子基复合材料是当代新材料发展的重要领域之一。复合材料的重要组分之一是无机非金属矿物填料，包括碳酸钙、高岭土、滑石、云母、硅灰石、石英、氧化铝、氧化镁、炭黑等，这些非金属矿物填料的粒度越细、与有机基质的相容性越好，复合材料的综合性能就越好。解决超细问题要依靠超细粉碎技术，而解决与有机基质的相容性问题要依赖一种新的非金属矿深加工技术——矿物表面改性。其他如特种涂料、高级磨料、催化剂载体、吸附材料等要求非金属矿物原料纯度高、粒度细或粒度分布较窄、表面活性好。因此，必须要对其进行提纯、粉碎和分级以及表面改性等加工。
化工、机械、能源、汽车、轻工、冶金、建材等传统产业的技术进步与产业升级也与非金属矿物材料密切相关。例如，高分子材料（塑料、橡胶、胶黏剂等）的技术进步以及工程塑料、塑钢门窗等高分子基复合材料的兴起，每年需要数以百万吨计的超细和活性碳酸钙、高岭土、滑石、针状硅灰石、云母、透闪石、二氧化硅、水镁石以及氢氧化镁、氢氧化铝等功能矿物填料制得的细粉（10～1000μm），超细粉（0.1～10μm），超细微粉或一维、二维纳米粉（0.001～0.1μm），表面改性粉体，高纯度粉体，复合粉体，高长径比针状粉体以及多孔粉体；因此，传统产业的技术进步和产业升级与非金属矿物材料紧密相连，为满足传统产业的技术进步或技术改造对非金属矿产品的技术要求，要对非金属矿进行提纯、粉碎（包括超细粉碎）和表面改性等加工。
环境保护和生态建设直接关系到人类的生存和经济社会的可持续发展，环保产业将成为21世纪最重要的新兴产业之一。许多非金属矿，如硅藻土、沸石、膨润土、凹凸棒石、海泡石、电气石、麦饭石等经过加工具有选择性吸附有害及各种有机和无机污染物的功能，而且具有原料易得、单位处理成本低、本身不产生二次污染等优点，可以用来制备新型环境保护材料；膨润土、珍珠岩、蛭石等还可用于固沙和改良土壤；超细水镁石用于高聚物基复合材料的阻燃填料不仅可以阻燃，而且不产生可致命的毒烟。1.4 非金属矿物加工理论基础概述1.4.1 发展非金属矿物加工技术的重要意义
在人类发展的几百万年中，非金属矿的加工利用对人类社会文明进步的贡献不可低估。非金属矿物是人类利用最早的地球矿产资源。石器时代标志着人类社会有目的地使用天然非金属矿，后来虽然金属材料的使用逐渐增多而大大超过了非金属材料的使用。但随着近代工业革命的兴起、科学技术的突飞猛进，在许多领域金属材料已不能适用，而非金属材料在高强、高温、轻质、耐磨性等方面的优异性能重新得到了人们的广泛关注，非金属矿物材料的加工利用以及相关技术得到了飞速发展，甚至非金属矿产开发利用已成为衡量一个国家工业化成熟程度的重要标志。
非金属矿在国民经济许多行业广为利用，许多高新技术的发展都与非金属矿的利用密切相关，航空航天技术、新能源产业、新材料产业以及现代微电子及信息技术等方面的飞速发展都和非金属矿的利用分不开，不仅如此，非金属矿的加工利用也与人民生活水平的提高密切相关，直接与人民生活相关的橡胶、塑料、涂料、建材、造纸等行业更需要大量非金属矿物原料。
现代产业发展对非金属矿物原（材）料要求的提高是非金属矿加工利用技术发展的原动力；同时，现代科技革命和产业发展提高了非金属矿加工业自动控制、质量检测等的技术水平。微型计算机的发展推进了非金属矿加工业的自动化控制水平和产品质量的提高，使加工产品的性能及质量检测手段更加可靠。新材料产业的发展使非金属矿加工设备的耐磨性、能量利用率及其综合性能大大提高；不锈钢以及高聚物基复合材料使设备的防酸碱腐蚀和防氧化性能提高；碳化硅、刚玉、陶瓷、高聚物基复合材料等高硬耐磨内衬材料使磨机及分级机的内衬使用寿命大大延长。正是现代科技革命和高技术新材料产业的发展以及传统产业的技术进步、环境保护、节能等对非金属矿产品数量的增加和质量要求的提高推动了现代非金属矿加工技术的发展。1.4.2 非金属矿物加工技术的主要内容
非金属矿加工的目的是通过一定的技术、工艺、设备生产出满足应用要求的具有一定粒度大小和粒度分布、纯度或化学成分、物理化学性质、表面或界面性质的粉体材料或化工产品以及一定尺寸、形状、力学性能、物理性能、化学性能、生物功能等的功能性产品或制品。
非金属矿加工技术主要包含以下三个方面。（1）颗粒制备与处理技术 主要包括矿石的粉碎与分级技术、选矿提纯技术、矿物（粉体）的表面或界面改性技术、脱水技术、造粒技术等。（2）非金属矿物材料加工技术 主要包括非金属矿物材料的原料配方技术、加工工艺与设备等。（3）非金属矿物化工技术 主要是以非金属矿为主要原料的无机化工产品制备技术。
1.4.2.1 颗粒制备与处理技术
颗粒制备与处理技术是指通过一定的技术、工艺、设备生产出满足应用领域要求的具有一定粒度大小和粒度分布、纯度或化学成分、物理化学性质、表面或界面性质的非金属矿物粉体材料或产品，是非金属矿产品生产所必需的加工技术之一。（1）粉碎与分级 是指通过机械、物理和化学方法使非金属矿石粒度减小和具有一定粒度分布的加工技术。根据粉碎产物粒度大小和分布的不同，可将粉碎与分级细分为破碎与筛分、粉碎（磨）与分级及超细粉碎（磨）与精细分级，分别用于加工大于1mm、10～1000μm及0.1～10μm等不同粒度及其分布的粉体产品。
粉碎与分级是以满足应用领域对粉体原（材）料粒度大小及粒度分布要求为目的的粉体加工技术。主要研究内容包括：粉体的粒度、物理化学特性及其表征方法；不同性质颗粒的粉碎机理；粉碎过程的描述和数学模型；物料在不同方法、设备及不同粉碎条件和粉碎环境下的能耗规律、粉碎和分级效率或能量利用率及产物粒度分布；粉碎过程力学；粉碎过程化学；粉体的分散；助磨剂的筛选及应用；粉碎与分级工艺及设备；粉碎及分级过程的粒度监控和粉体的粒度检测技术等。它涉及颗粒学、力学、固体物理、化工原理、物理化学、流体力学、机械学、岩石与矿物学、晶体学、矿物加工、现代仪器分析与测试等诸多学科。（2）表面改性 是指用物理、化学、机械等方法对矿物粉体进行表面处理，根据应用的需要有目的地改变粉体表（界）面的物理化学性质，如表面组成、表面结构和官能团、表面润湿性、表面电性、表面光学性质、表面吸附和反应特性以及层间化合物等。根据改性原理和改性剂的不同，表面改性方法可分为物理涂覆改性、化学包覆改性、沉淀反应改性、机械力化学改性、插层改性、高能处理改性等。
表面改性是以满足应用领域对粉体原（材）料表面或界面性质、分散性和与其他组分相容性要求的粉体材料深加工技术。对于超细粉体材料和纳米粉体材料表面改性是提高其分散性能和应用性能的主要手段之一，在某种意义上决定其市场的占有。主要研究内容包括：表面改性的原理和方法；表面改性过程的化学、热力学和动力学；表面或界面性质与改性方法及改性剂的关系；表面改性剂的种类、结构、性能、使用方法及其与粉体表面的作用机理和作用模型；不同种类及不同用途无机粉体材料的表面改性工艺条件及改性剂配方；表面改性剂的合成和应用研究；表面改性设备；表面改性效果的检测和表征方法；表面改性工艺的自动控制；表面改性后无机粉体的应用性能研究等。它涉及颗粒学、表面或界面物理化学、胶体化学、有机化学、无机化学、高分子化学、无机非金属材料、高聚物或高分子材料、复合材料、生物医学材料、化工原理、现代仪器分析与测试等诸多相关学科。（3）选矿提纯 是指利用矿物之间或矿物与脉石之间密度、粒度和形状、磁性、电性、颜色（光性）、表面润湿性以及化学反应特性对矿物进行分选和提纯的加工技术。根据分选原理不同，可分为重力分选、磁选、电选、浮选、化学选矿、光电拣选等。
非金属矿的选矿提纯是以满足相关应用领域，如高级和高技术陶瓷、耐火材料、微电子、光纤、石英玻璃、涂料、油墨及造纸填料和颜料、密封材料、有机/无机复合材料、生物医学、环境保护等现代高技术和新材料对非金属矿物原（材）料纯度要求为目的的重要的非金属矿物加工技术之一。主要研究内容包括：石英、硅藻土、石墨、金刚石、萤石、菱镁矿、金红石、硅灰石、硅线石、蓝晶石、红柱石、石棉、高岭土、海泡石、凹凸棒土、膨润土、伊利石、石榴子石、滑石、云母、长石、蛭石、重晶石、明矾石、锆英石、硼矿、钾矿等无机非金属矿的选矿提纯方法和工艺；微细颗粒提纯技术和综合力场分选技术；适用于不同物料及不同纯度要求的精选提纯工艺与设备；精选提纯工艺过程的自动控制等。它涉及颗粒学、岩石与矿物学、晶体学、流体力学、物理化学、表面与胶体化学、有机化学、无机化学、高分子化学、化工原理、机械学、矿物加工工程、现代仪器分析与测试等诸多学科。（4）脱水技术 是非金属矿物粉体材料的后续加工作业，是指采用机械、物理和化学等方法脱除加工产品中的水分，特别是湿法加工产品中水分的技术。其目的是满足应用领域对产品水分含量的要求及便于储存和运输。因此，脱水技术也是非金属矿物材料必需的加工技术之一。脱水技术包括机械脱水（离心、压滤、真空等）和热蒸发（干燥）脱水两部分。（5）造粒技术 是指采用机械、物理和化学方法将微细或超细非金属矿粉体加工成具有较大粒度、特定形状及粒度分布的非金属矿物材料深加工技术。其目的是方便超细非金属矿物粉体材料的应用，减轻超细粉体使用时的粉尘飞扬和提高其应用性能。主要研究内容包括造粒方法、造粒工艺和造粒设备。由于非金属矿物粉体材料，尤其是微米级和亚微米级的超细粉体材料直接在塑料、橡胶、化纤、医药、环保、催化等领域应用时，不同程度地存在分散不均匀、扬尘、使用不便、难以回收等问题，因此，将其造粒后使用是解决上述应用问题的有效方法之一，尤其适用于用作高聚物基复合材料（塑料、橡胶等）填料的非金属矿物粉体材料，如碳酸钙、滑石、云母、高岭土等，一般做成与基体树脂相容性好的各种母粒。
目前，造粒方法主要有压缩造粒、挤出造粒、滚动造粒、喷雾造粒、流化造粒方法等。造粒方法的选择要依原料特性以及对产品粒度大小和分布、产品颗粒形状、颗粒强度、孔隙率、颗粒密度等的要求而定。
1.4.2.2 非金属矿物材料加工技术
非金属矿物材料是指以非金属矿物或岩石为基本或主要原料，通过精加工或深加工制备的具有一定功能的现代新材料，如电子工业用的石墨导电涂料、显像管石墨乳、熔炼水晶等；用硅藻土、蛋白土、珍珠岩制备的吸附、助滤材料；机械工业和航空航天工业用的石墨密封材料和石墨润滑剂、石棉摩擦材料、高温和防辐射涂料等；以高岭土（石）为原料制备的煅烧高岭土、铝尖晶石、莫来石、赛龙、分子筛和催化剂；以硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等制备的吸附环保材料；以碎云母为原料生产云母纸和云母板等；以珍珠岩、硅藻土、石膏、石灰石、蛭石、石棉等制备隔热保温防火和节能材料及轻质高强建筑装饰材料。主要研究内容包括：各种非金属矿物材料的结构和性能；非金属矿物材料的制备工艺和设备；原（材）料配方、制备工艺等与非金属矿物材料结构和性能的关系；非金属矿物材料制备工艺的自动控制等。它涉及岩石学、矿物学、结晶学、材料学、材料加工、材料物理化学、固体物理、结构化学、高分子化学、有机化学、无机化学、电子、生物、环保、机械、自动控制、现代仪器分析与测试等学科。其核心技术主要包括以下两个方面。（1）原料配方复合技术 是指根据产品功能要求的原料配方或配制技术，包括不同化学组成、结构、粒形非金属矿物原（材）料的配合或复合，即无机/无机复合；非金属矿物原料与有机物或有机高聚物的复合，即有机/无机复合；其他助剂的配合等。原材料复合技术是非金属矿物材料或制品的核心技术之一。非金属矿物材料或制品种类繁多，涉及的领域非常广泛，按其功能可分为：结构或力学功能材料（如新型建材、高级陶瓷结构材料、高级磨料、摩擦材料、减摩润滑材料、密封材料等）、热学功能材料（如保温节能材料、高温耐火材料、隔热和绝热材料、导热材料等）、电功能材料（如导电材料、磁性材料、半导体材料、压电材料、介电材料、电绝缘材料等）、光功能材料（如光导材料、荧光材料、聚光材料、透光材料、感光材料、偏振材料等）、吸波与屏蔽材料、催化材料、吸附材料、流变材料、颜料、黏结材料、装饰材料、聚合物/黏土纳米复合材料等。不同材料的原（材）料配方不同，因此，非金属矿物材料配方技术涉及广泛的学科面，如结晶学与矿物学、矿物加工、材料加工、无机非金属材料、高分子材料、功能材料、化工工程、机械、电子、生物等，是一种多学科的综合。追求功能化、环境友好或无害化是非金属矿物材料配方技术的主题。（2）加工工艺与设备 是指非金属矿物材料或制品的成型、固化、煅烧、表（界）面修饰等工艺与设备，是制备非金属矿物材料或制品的关键技术之一。非金属矿物材料或制品的种类多，一般来说，不同种类和不同用途的非金属矿物材料或制品的生产方法不同，工艺也是千差万别。追求工艺性能和操作参数的优化及降低能耗、物耗等是非金属矿物材料或制品工艺与设备发展的主题。
1.4.2.3 非金属矿物化工技术
非金属矿物化工是以非金属矿为原料，通过对矿物分子结构的改变，提取矿物中某些化合物或有用元素的加工技术。如用含铝矿物铝土矿、高岭土等生产氯化铝、硫酸铝、氧化铝、分子筛等；用含氟矿物萤石制备含氟酸的化合物；用含钡矿物重晶石生产钡盐系列产品；用含硅矿物石英、蛋白石、硅藻土制备硅酸钠或水玻璃、沉淀二氧化硅或白炭黑等；用石灰石生产氧化钙、轻质或沉淀碳酸钙等；用明矾石制备硫酸、硫酸钾等；用含镁矿物菱镁矿、白云石生产氯化镁、硫酸镁、氧化镁、轻质碳酸镁等。
非金属矿物化工技术一般包括热化学加工、湿法分解或浸取、过滤分离、溶液精制、结晶、干燥、粉碎等工序。热化学加工可分为煅烧、焙烧、熔融等；湿法分解或浸取是用酸、碱、盐类溶液在水热条件下提取固体物料中有用组分的过程，一般伴有化学反应。1.4.3 非金属矿物加工的特点
由于非金属矿物应用的多样性，与金属矿及燃料矿物的加工相比，非金属矿加工具有以下特点。（1）非金属矿选矿的技术指标在很多情况下，不是指其中的某种有用元素，而是某种化学成分或矿物成分，如膨润土的蒙脱石含量、硅藻土的无定形二氧化硅的含量、高岭土的高岭石含量、石墨的晶质（固定）碳含量、蓝晶石的氧化铝含量、萤石的氟化钙含量等。（2）非金属矿物的磨矿分级不仅仅是选矿的预备作业，它还包括直接加工成满足用户粒度和颗粒形状要求的磨粉、分级作业以及超细粉碎和精细分级作业。（3）结构特性是非金属矿物的重要性能和应用特性之一，在加工中要尽量保护矿物的天然结晶特性和晶型结构。如鳞片石墨、云母的片晶要尽可能地少破坏，因为在一定纯度下，颗粒直径越大或径厚比越大，价值越高；硅灰石粉体的长径比越大，价值越高；海泡石和石棉纤维越长，价值越高等。（4）表面和界面改性是非金属矿加工最主要的特点之一，它是改善和优化非金属矿物的应用性能，提高其附加值的主要深加工技术之一。（5）非金属矿物粉体材料脱水的特点是，部分黏土矿物材料（如膨润土、高岭土、海泡石、凹凸棒土、伊利石等）及超细非金属矿物材料的水分含量高、机械脱水难度大，干燥后团聚现象严重。因此，常规的机械脱水方式难以有效脱水，一般采用压力脱水方式，特别是对于酸洗或漂白后的非金属矿物材料还需在压滤过程中进行洗涤。为解决干燥后粉体材料，尤其是超细粉体材料的团聚问题，一般要在干燥设备中或干燥后设置解聚装置。1.4.4 非金属矿物加工技术的发展趋势
21世纪非金属矿物粉体材料在高技术、新材料、传统产业技术进步和产业升级、环保、医药等产业以及人类日常生活中的广泛应用是以该材料中较高的技术含量为前提的，因此，深加工是开发利用非金属矿的必由之路，而功能化则是非金属矿物材料发展的主题。（1）充分发挥非金属矿的功能特性，开发新产品，拓宽应用新领域 非金属矿加工是建立在对矿物性质研究和开发基础上的一系列增值技术。人们不断认识到非金属矿的性能研究及深入开发对非金属产品市场开拓的深层次影响，认识到了非金属矿物的内在物质结构特征是正确设计和技术选定的基本依据。针对非金属矿物性能深层次开发的相关技术及产品近年来大量涌现。
填料矿物原料已由增量型向功能型转化，新品种在不断增加，如国外已广泛利用具有耐磨、耐酸和绝缘性能的石英粉作为新品种塑料制品的填料，利用重晶石粉生产高密度音响塑料制品。对同一种矿物粉体在塑料制品中如何改善热性能、光学性能、刚性和耐磨性、化学稳定性和加工性等方面的功能效应的研究和开发已引起广泛注意。
将二氧化钛与活性石墨混合的粉体加入建筑材料中，可以吸收大气中的污染物。研究表明，很弱的紫外线都可以激活二氧化钛，将二氧化钛这种光敏化剂涂覆在建筑玻璃、陶瓷、塑料上，就可以将空气中有害的氧化氮、氧化硫转化为安全的硝酸盐和硫酸盐，将有机物分解转化为无害的CO、HO、HNO等。此外，还可用此方法制作除223臭气的建材、杀菌建材、表面自洁建材等。
重质碳酸钙在降解材料方面的贡献受到了人们的关注，以重钙为主，与胶黏剂、偶联剂等，经混合、挤压、造粒、模压等工序制成的一次性餐饮用品，可在用后15～86天完全降解，是无公害的制品。
利用坡缕石能吸收水分，吸附病菌、毒素的性能，将其进行细化、提纯等深加工后用于药材生产，发现可减轻药物对皮肤和黏膜的刺激作用。
复合颜料开发方面的新技术之一是如何使非金属矿粉与颜料实现有序复合，其中包括采用不溶性金属氧化物或氢氧化物包覆在经过改性的非金属矿粉粒表面的技术，目的是使超细非金属矿粉表面的电动电位和吸附性等表面特性向有序复合颜料的方向改变。云母钛珠光颜料就是在云母微晶片上包覆纳米二氧化钛颗粒膜形成的珠光功能性颜料。（2）超细、超纯和精细分级等非金属加工技术不断发展 超细、超纯和精细分级等技术是非金属矿最主要也是最基本的加工技术之一，其关键是在于相关设备的性能和加工规模等方面的发展。这方面的发展首先需在现有设备基础上完善工艺配套，研发出分级率高、精度高、处理量大、能耗低、磨损小的精细分级设备；同时也应发展粉碎极限粒度小、粉碎比和处理能力大，能耗低、磨损小、粉磨效率高、应用面广的超细粉碎设备、方法及工艺；在工艺流程中的产品质量在线检测和控制技术的发展也是一个重要方面。
目前，大型气流磨的单机生产能力已经达到10t/h以上，大型精细分级机（细粒级产品细度为6～7μm）的单机处理能力也可达到10t/h以上。我国工业规模的气流磨机加工细度可达d=3～5μm；机械冲97击式超细粉碎机加工细度可达d=10μm，配以高性能精细分级机后97也可达到d=5～7μm；介质超细研磨机的机种较多，产品加工细度97达到2μm已经很常见。超细磨配合精细分级技术实现微米级产品的规模化生产已较为成熟。研究表明，利用表面活性剂、电化学、超级水催化等特殊方法可使非金属矿加工细度达到200～500nm的水平，这将是今后非金属矿超细粉碎分级技术发展的方向之一。
干式精细分级机大多伴随高速机械冲击式超细粉碎机和气流磨，分级粒径可调，分级产品细度可达5～7μm。湿式分级机可与湿式超细粉磨设备配套使用，沉降离心的溢流产品细度可达到d=2μm，而97小直径水力旋流器组的溢流产品细度可达到d=2μm。80（3）纳米科技在非金属矿深加工领域中的应用受到广泛关注 近代纳米科技的发展带动了相关学科的发展和技术进步，非金属矿加工技术与纳米高新技术实现有机结合，无疑是非金属矿深加工技术和非金属矿产品开发面临的重大机遇。
纳米科技具有丰富的科学内涵和学科渗透性，与非金属矿深加工技术的结合具有代表性的领域和方向主要有三个方面：其一，利用某些非金属矿物具有的独特结构与物理特性，通过机械剥磨和分级等方法制备广义的天然纳米材料；其二，利用某些非金属矿物具有的纳米尺度的层间结构，通过插层技术实现物质在纳米尺度上的分散；其三，采用天然介孔矿物通过复合技术，制备介孔纳米粒子组装体系材料。开展这些领域和方向的研究工作既可拓展和增强纳米高新技术研究、发展与应用的范畴和力度，也可更快地提升非金属矿深加工技术的水平和层次。
云母结构中二维薄片之间靠分子间力松散连接，层间距为1nm，薄片间较易剥分。因此，可将其剥分成径厚比大、片层极薄的薄片，若采用当今先进的层状单元矿物粉碎剥磨技术，可剥成小于含50～100层的片体，片层厚度可小于100nm，由此可获得在一维方向上具有纳米尺寸的天然二维纳米薄膜材料。云母片具有显著的光吸收蓝移现象，从而呈现屏蔽紫外线性能，另外，其还具有微波吸收特性以及催化性质。大径厚比的云母片是制备功能性珠光颜料的前提。
电离状态的有机单体可通过离子交换等作用嵌入蒙脱石层间，从而获得有机物和无机物分别被分散隔离至纳米尺度的有机-无机复合骨架材料。这种材料以粉体形式与高聚物共混，嵌入层间的单体或彼此聚合，或与高聚物间发生反应。反应的结果导致蒙脱石结构片层崩解成纳米尺度的结构片层，并且同时均匀分散到聚合物基体中，由此制得聚合物基复合材料，进而获得性能突变的纳米复合材料，成功解决了传统制备复合材料工艺中难以将分散相物质在纳米尺度上分散到连续相物质中的问题，这是非金属矿加工技术中，利用纳米技术而非单一应用纳米材料的典型方法，蒙脱石矿物起到了实现物质在纳米尺度上分散的媒介的独特作用，获取合乎要求的蒙脱石矿物或富含蒙脱石的膨润土成为非金属矿深加工技术融合纳米技术的又一途径。具有丰富结构性孔道或空隙结构、密度和堆密度极低的多孔非金属矿，其中孔径范围在0.3～100nm的被称为纳米孔矿物质。天然的纳米孔矿物材料因具备介孔特征，可作为制造纳米结构组装材料的载体和媒介。沸石作为最典型的具有纳米介孔结构的多孔非金属矿，在制备纳米结构组装材料方面引起了科学家及企业的关注。目前，沸石质天然纳米孔-金属离子及离子团组装材料在前驱体制备、前驱体向组装体转化及性能表征等方面已取得了实质性的进展。表现出这类材料在催化性、抗菌性和吸附性等方面的优异功能，展示出在相关领域宽广的应用前景。（4）环境保护、清洁生产走可持续发展道路 我国是世界上非金属矿资源丰富、品种齐全的国家之一，但由于我国人口众多，资源的人均占有量还不足世界平均水平的一半，加之近年来矿产开采的无序和能力的增加，使部分矿产的资源储备大幅度下降，矿物综合利用技术水平低下造成资源大量浪费，尾矿堆积，污染环境，破坏了生态平衡。这种局面应花大力气扭转。我国《非金属矿工业“十五”发展规划》中明确提出：“矿产资源开发将采取保护中开发，开发中保护，保护与开发并举的方针，处理好长远利益与眼前利益、国家整体利益与地方利益的关系，统筹规划。以先进的技术装备和生产工艺提高资源的利用率；通过矿物材料的深加工，使资源的价值得到更大发挥。”“加大《中华人民共和国矿产资源法》、《中华人民共和国环保法》等政策、法规的实施力度，坚决制止乱采乱挖、采富弃贫的破坏性开采，对污染环境、与国有企业争夺资源、危害人民生命财产的小矿山、小加工厂要加以限制和淘汰”。
另一个值得注意的方面就是加强开发“资源型”环保非金属矿物材料，既可扩大矿物资源的综合利用，又可大幅度降低环境污染的治理成本，利用种类繁多、储量丰富、价格低廉的非金属矿物进行环境保护，具有投资少、处理效果好、二次污染少、可以重复使用等优点。膨润土具有良好的吸附和离子交换性能，同时还具有乳化作用、中和酸和去污等能力，对重金属离子如铅离子、铬离子、铜离子、锌离子等有吸附作用，膨润土经交联柱撑，可提高有机膨润土和柱撑黏土对非离子型或离子型有机污染物的吸收能力和对废气、废水的吸附处理能力。沸石可吸附去除氟离子、铬离子和铅离子的量达90％以上，对降低造纸废水的COD，去除水中铁离子、砷离子、阴离子洗涤剂、硫酸盐及三氮（、、），去除水中含磷物质等方面效果很好。另外，凹凸棒石、硅藻土、鳞片石墨、磷矿石、纳米TiO等许多非金属矿物都可通过吸附、离子交换、插层、光催化2等作用去除环境有害物质。
在非金属矿的加工利用过程中，开采、粉碎、分级、运输等许多过程中存在粉尘污染问题，解决粉尘污染以及潜在的粉尘爆炸危害等问题，也是今后非金属矿深加工技术发展中必须十分关注的重要方面。
总之，未来非金属矿物加工技术的发展趋势将是交叉、融合矿物学、矿物加工、化工、材料、机械、电子、信息以及相关应用领域的不同学科，通过采用超细粉碎、精细分级、提纯、改性、改型、复合等深加工或精加工技术，发掘和提升非金属矿物材料或深加工产品的功能和应用性能。第2章非金属矿物的矿物学基础
矿物学是以矿物为研究对象的一门自然学科，是研究地球及宇宙天体物质成分特征及其历史的学科之一。矿物学的产生和发展是人类长期作用的结果，随着社会生产力的不断提高，矿物学也在不断完善和发展着。矿物在国民经济建设中有着十分重要的作用，矿物已广泛应用于人类生产和生活的各个领域，工业、农业、国防和科学技术的发展都离不开矿物原料。矿物的利用形式是多种多样的，有的是利用矿物所特有的物理性质或化学性质，还有的是利用矿物的理想形态。矿物学是研究矿物的化学成分、内部构造、外表形态、物理性质、化学性质，在地质作用过程中形成和变化的条件等诸方面的现象和规律，以及它们相互的内在联系的科学。本章主要介绍非金属矿物的成因、形成的影响条件、形态、物理性质及其变化。2.1 非金属矿物的成因
矿物是自然作用的产物，其形成、稳定和变化都受到了热力学条件的影响，同时环境的物理化学条件差异又往往导致矿物在成分、结构、形态及物理性质上的细微变化。因此，矿物成因的研究一直是矿物学中的一个重要课题，并且已发展成为现代矿物学中一个独立的分支学科——成因矿物学。2.1.1 形成矿物的地质作用
矿物根据作用的性质和能量来源，一般将形成矿物的地质作用分为内生作用、外生作用和变质作用。
2.1.1.1 内生作用
内生作用（endogenic process）主要是指由地球内部热能所导致矿物形成的各种地质作用，包括岩浆作用、火山作用、伟晶作用和热液作用等各种复杂的过程。（1）岩浆作用（magmatism） 岩浆作用是指岩浆侵入到地下深处，随温度、压力的降低从熔体中依次结晶形成一系列矿物、岩石、矿产的作用。岩浆是形成于上地幔或地壳深处的、以硅酸盐为主要成8分并富含挥发组分的高温（700～1300℃）、高压（5×10～20×810Pa）的熔体。在地壳运动过程中，地下深处的岩浆在其挥发分及地质应力的作用下，沿深大断裂上侵，由于温度、压力的降低，首先从岩浆中结晶析出的是一些含量多、熔点高的矿物，而矿物的结晶析出必然会使岩浆各组分的相对浓度发生变化。随着温度、压力的缓慢降低及组分相对浓度的不断改变，相继析出颗粒较粗的各种矿物晶体。
在岩浆作用过程中，岩浆不断演化，先后析出的主要矿物——橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、正长石、微斜长石和石英等造岩矿物，形成各种矿物组合，构成不同的岩石类型，如超基性岩（SiO含量小于45％）、基性岩（SiO含量为45％～52％）、中性岩22（SiO含量为52％～65％）、酸性岩（SiO含量为65％～75％）及碱22性岩（富含KO和NaO）。此外，还可形成金刚石及铂族自然元素、22铬铁矿、磁铁矿及Cu、Fe、Ni的硫化物等金属矿物，富集成极为重要的矿床与相应的岩浆岩共同产出。（2）火山作用（volcanism） 火山作用实际上是岩浆作用的一种形式，是地下深处的岩浆沿地壳脆弱带上侵至地面或直接喷出地表，温度和压力快速降低条件下形成的一系列矿物、岩石的过程。
火山作用形成的矿物与相应岩浆岩中的矿物基本一致，所形成的岩石中超基性岩、基性岩、中性岩和碱性岩都有。但由于火山作用的特殊性，所形成的矿物和岩石有以下特点。
①火山岩中的矿物除斑晶外常呈隐晶质，矿物晶体肉眼不易识别。火山岩中还可以有一些在缓慢冷却条件下不稳定的矿物，如金刚石、方英石、透长石晶质（玻璃）存在。
②在火山通道（喷气孔）周围则常有经凝华作用形成的自然硫、雄黄、石盐等矿物产出。
③火山岩中由于挥发分逸出所造成的气孔，常被火山后期热液作用形成的一系列矿物（如沸石、蛋白石、玛瑙、方解石、自然铜等）所充填。
火山作用形成的矿产主要有自然硫、金刚石、铁、铜等。值得指出的是，在个别情况下，火山作用还可以喷溢矿浆，例如智利的拉科铁矿，就被认为是由溢出地表的铁矿浆结晶而成的。（3）伟晶作用（pegmatitization） 伟晶作用是指在地表以下较88深部位（3～8km）的高温（400～700℃）、高压（1×10～3×10Pa）条件下所进行的形成一系列粗大矿物晶体及其伟晶岩的作用。
伟晶岩多呈脉状并成群产出，其主要矿物成分与相应的深成岩相似。伟晶作用中形成的矿物最明显的特点如下。
①伟晶岩的主要矿物成分仍以硅酸盐类矿物为主，如分布最广的花岗伟晶岩主要由长石、石英、白云母等矿物组成，但伟晶岩中的矿物结晶粗大，最大的长石晶体可达数吨。
②伟晶岩中有许多富含挥发分的矿物，如白云母、黄玉、电气石等，可形成白云母等非金属矿床。
③伟晶岩中稀有元素矿物显著富集，如绿柱石、锂辉石、磷灰石、独居石、锆石、铌铁矿、钽铁矿、褐帘石等，常可形成稀有元素、放射性元素的矿床。（4）热液作用（hydrothermalism） 热液作用是指从气水溶液到热水溶液过程中形成矿物的作用。通常所说的热液是指富含各种金属元素、以HO为主的挥发组分的岩浆期后热液（postmagmatic 2hydrothermal solution）。在岩浆演化的后期，由于外压减小，热液遂沿着围岩裂隙向上运移，并且从围岩中淋滤和溶解部分成矿物质，在适当的条件下，含矿热液便沉淀出各种矿物。
热液活动的深度范围从5～8km直至近地表，作用的温度为50～500℃。热液作用按温度大致分为高温、中温和低温三种类型。
①高温热液作用（high-temperature hydrothermalism） 温度为300～500℃。当温度高于374℃时热液呈气化状态，故又称为气水-高温热液作用。高温热液作用主要形成由W、Sn、Bi、Mo、Nb、Ta、Be、Fe等元素的高电价、小半径的阳离子组成的氧化物和含氧盐及部分硫化物，也常见含挥发分的矿物，如黑钨矿、锡石、辉铋矿、辉钼矿、铌钽铁矿等。
②中温热液作用（medium-temperature hydrothermalism） 温度一般为200～300℃。主要形成以Cu、Pb、Zn为主的硫化物和硫盐矿物，如黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和自然金等，一些分散元素（Ga、In、Tl、Ge、Se、Te等）则以类质同象的方式进入硫化物的晶格中。此外，还常见萤石、石英、重晶石及方解石等碳酸盐类矿物。
③低温热液作用（low-temperature hydrothermalism） 温度为50～200℃。低温热液的来源很复杂，大部分热液不一定直接来自岩浆，地下水热液和变质热液可能起了主要作用。主要形成As、Sb、Hg、Ag等的硫化物矿物组合，如雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂等。
2.1.1.2 外生作用
外生作用（exogenic process）是指在地表或近地表较低的温度和压力下，由于太阳能、水、大气和生物等因素的参与而形成矿物的各种地质作用。按其性质的不同，可分为风化作用和沉积作用。（1）风化作用（weathering） 在地表或近地表环境中，由于温度变化及大气、水、生物等的作用，使矿物、岩石在原地遭受机械破碎，同时也可发生化学分解而使其组分转入溶液被带走或改造为新的矿物和岩石，这一过程称为风化作用。
风化作用按作用的方式可分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用三种类型，它们彼此并存，密切关联，相互促进。
地壳表层的物理化学条件特点为低温、低压、富含氧气、水和二氧化碳，而且生物活动强烈。地壳深部形成的矿物在风化作用过程中可形成一系列稳定于地表条件的表生矿物，主要是各种氧化物和氢氧化物、黏土矿物及其他含氧盐，如玉髓、蛋白石、褐铁矿等。矿物集合体常呈多孔状、土状、皮壳状和钟乳状等。此外，风化后还残留有一些稳定的原生矿物，如石英、自然金、自然铂、金刚石、磁铁矿和锆石等。
例如，金属硫化物矿床中的黄铜矿在氧化带易风化形成铜的表生矿物和氢氧化铁，其化学反应式如下：
又如，钾长石经风化而生成高岭石的化学反应式为：（2）沉积作用（sedimentation） 沉积作用是指地表风化产物及火山喷发物等被流水、风、冰川和生物等介质挟带，搬运至适宜的环境中沉积下来，形成新的矿物或矿物组合的作用。沉积作用主要发生在河流、湖泊及海洋中。
沉积物通常以难溶的矿物碎屑和岩屑、真溶液方式或胶体溶液方式被介质搬运，相应的沉积方式有机械沉积、化学沉积和生物化学沉积。
①机械沉积（mechanical sedimentation） 在风化条件下，物理和化学性质稳定的矿物遭受机械破碎后所形成的碎屑，除残留在原地的部分外，主要被流水、风等搬运的难溶的矿物、岩石碎屑物，因水流速或风力减小而按体积、相对密度大小先后沉积下来，在河谷或其他有利场所集中形成各种砂矿床，如自然金、自然铂、金刚石、锡石和锆石等。在机械沉积过程中，一般不形成新的矿物，主要是矿物的再沉积。
②化学沉积（chemical sedimentation） 化学沉积发生于真溶液和胶体溶液中，包括胶体沉积。
风化作用形成的真溶液，进入干涸的内陆湖泊、封闭或半封闭的泻湖或海湾后，在干旱炎热的气候条件下，因水分不断蒸发而达到过
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