中國粉體網(wǎng)訊  12月29日，工業(yè)和信息化部印發(fā)《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)，計劃到2025年，實現(xiàn)原材料工業(yè)保障和引領(lǐng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的能力明顯增強(qiáng)�！兑�(guī)劃》指出，將加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用深度融合，推進(jìn)科研院所、高校、企業(yè)科研力量優(yōu)化配置和資源共享。在非金屬礦領(lǐng)域，明確技術(shù)發(fā)展相關(guān)細(xì)節(jié)，將推進(jìn)非金屬礦分級提純、晶形保護(hù)、粒形粒貌控制等技術(shù)快速發(fā)展。

工信部《規(guī)劃》印發(fā)通知

在非金屬礦物粉體應(yīng)用領(lǐng)域，有“高純度、專用型、功能化”標(biāo)簽的產(chǎn)品，都是供不應(yīng)求的“俏貨”，以高附加值或精品碳酸鈣為例，純度99%以上的產(chǎn)品便不愁賣，生產(chǎn)企業(yè)在晶形保護(hù)、粒形粒貌控制上有核心技術(shù)的企業(yè)在全國都屈指可數(shù)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展對原材料深加工技術(shù)革新的需求越來越多。加之，目前綠色發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)背景，碳酸鈣原材料相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)研究更加迫切和困難。

近期鈣基原材料技術(shù)研究進(jìn)展

1柔性磷酸鈣(CaP)納米纖維——塑料的環(huán)保替代品

浙江大學(xué)唐睿康、劉兆明團(tuán)隊制備了一種具有周期性結(jié)構(gòu)缺陷的柔性磷酸鈣(CaP)納米纖維。通過制備CaP離子低聚物作為前驅(qū)體，以聚乙烯醇(PVA)和海藻酸鈉(SA)作為仿生有機(jī)分子控制CaP低聚物的無機(jī)離子聚合，得到了一種具有層狀結(jié)構(gòu)的塊狀雜化礦物(HM)。

其交聯(lián)度低于羥基磷灰石(HAP，CaP的結(jié)晶相)，變得柔韌、實現(xiàn)了高曲率，克服了礦物固有的脆性，并表現(xiàn)出塑性特征。HM的主要礦物組成使其比傳統(tǒng)聚合物塑料具有更好的硬度和熱穩(wěn)定性，對環(huán)境友好，在自然界中可降解，有參與地質(zhì)循環(huán)的可能性。該材料是一種有希望的塑料替代品，其柔性礦物中周期性結(jié)構(gòu)缺陷的構(gòu)建擴(kuò)展了目前對材料科學(xué)的理解。

HMs的力學(xué)性能和阻燃性能表征

HMs的環(huán)保性

HMs的主要組分均具有良好的環(huán)境友好性和可生物降解性。簡單地將樣品浸入水中模擬了HM降解的自然條件。30天時，HMs中的有機(jī)物大多通過簡單的水處理被溶解，其余塊體幾乎為純CaP礦物相。隨著溫度的升高，這種有機(jī)溶解過程加快，在100℃時，HM在6h內(nèi)逐漸分解成粉末。

HM的分解表征圖

2文石與方解石晶面礦物學(xué)研究

近期，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所礦物表界面物理化學(xué)學(xué)科組唐紅梅博士、研究員朱建喜和助理研究員鮮海洋等采用原位原子力顯微鏡(AFM)方法，從文石(110)和方解石(104)晶面的生長—溶解對比出發(fā)，探討了兩組晶面分別在Mg²⁺和丁二酸溶液中的表/界面反應(yīng)性差異。

以Mg²⁺體系為例，方解石與文石晶面的生長特征對比結(jié)果表明：文石(110)表面上的納米顆粒通過沿[001]方向定向聚集形成棒狀文石，而方解石(104)表面生成光滑的層狀方解石。Mg²⁺分別通過阻礙顆粒前驅(qū)體脫水和臺階擴(kuò)展來抑制文石(110)面上的文石和方解石(104)面上的方解石生長，但Mg²⁺并不改變碳酸鈣在這兩種基底上的結(jié)晶路徑。

形成于文石(110)和方解石(104)晶面的碳酸鈣的結(jié)晶路徑差異

無機(jī)鹽金屬離子在合成CaCO₃的過程中發(fā)揮重要作用，Mg²⁺、Zn²⁺、Ba²⁺等金屬離子的存在會導(dǎo)致CaCO₃的晶格畸變，從而影響其晶體的生長。金屬離子通過占據(jù)Ca²⁺在晶格中的特定位置，以使CaCO₃的晶格發(fā)生畸變，從而改變CaCO₃的晶體結(jié)構(gòu)乃至形貌。唐紅梅博士的研究，補(bǔ)充了碳酸鈣晶型控制理論，對碳酸鈣粒形粒貌控制技術(shù)的發(fā)展有很強(qiáng)借鑒意義。

結(jié)語

碳酸鈣資源較為豐富，應(yīng)用范圍較為廣泛，雖然是價值較為普通的一類傳統(tǒng)材料，但是產(chǎn)品需求一直較為穩(wěn)定，產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究和發(fā)展從未中斷，是眾多制造業(yè)不可或缺的重要原材料之一。每一項鈣基原料深加工技術(shù)的進(jìn)步都是不可忽視的，值得祝賀的。

參考來源：

工信部《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》文件

Nature之后，再發(fā)AM：柔軟礦物質(zhì)——塑料的環(huán)保替代品，高分子化學(xué)前沿

文石與方解石晶面礦物學(xué)研究取得進(jìn)展，廣州地化研究所