王潔軍，劉少華，王曉芳

（中國(guó)建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院 北京 100035）

0 引言

新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平正成為衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志，各國(guó)都高度重視新材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，近些年也紛紛制定出符合自身特點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃和相關(guān)支持政策[1]。截至2018 年，我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)整體規(guī)模已達(dá)到3.9 萬(wàn)億元，從2011年到2018 年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)25%[2]，產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖贁U(kuò)張。未來(lái)，隨著下游各高新技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模的增長(zhǎng)速度仍將維持在高位。

1 非金屬礦產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

非金屬礦產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一直發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。雖然各類非金屬礦資源通過(guò)初步粉碎研磨、提純改性、擠出造粒等精深加工后也能直接應(yīng)用到生態(tài)環(huán)保、生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，但更多時(shí)候是通過(guò)進(jìn)一步的加工復(fù)合，成為新材料后應(yīng)用到下游各新興領(lǐng)域——即以“非金屬礦→新材料→戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”的模式對(duì)下游產(chǎn)生影響。

圖1 非金屬礦資源、新材料產(chǎn)業(yè)與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)間的關(guān)系

在新材料產(chǎn)業(yè)各細(xì)分領(lǐng)域中，以特種水泥、特種玻璃、功能陶瓷、高性能纖維及復(fù)合材料等為代表的新型無(wú)機(jī)非金屬材料；以特種橡膠、功能塑料、表面功能涂料、高性能密封材料等為代表的先進(jìn)高分子材料；新型負(fù)極材料；石墨烯；氣凝膠；鋰離子電池隔膜等均對(duì)非金屬礦資源產(chǎn)生大量需求，而非金屬礦則多以工業(yè)原料、功能填料、工業(yè)助劑等形式在新材料生產(chǎn)制造過(guò)程中發(fā)揮作用。近些年，隨著各領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展要求的不斷提升，尤其是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)π虏牧掀焚|(zhì)要求的提升也逐漸傳導(dǎo)至對(duì)非金屬礦物原料的高質(zhì)量供應(yīng)上，其特點(diǎn)和趨勢(shì)集中體現(xiàn)在以下方面：

2 對(duì)礦物組分在高純低雜方面的需求

新材料產(chǎn)業(yè)對(duì)非金屬礦物原料最大的需求就是非金屬礦物原料中特定組分的高純低雜，其有效組分純度越高，下游新材料在生產(chǎn)制造過(guò)程中就越接近于理論設(shè)計(jì)，各項(xiàng)性能指標(biāo)也越接近于設(shè)計(jì)要求。以應(yīng)用領(lǐng)域較廣的高嶺土為例，其高嶺石Al2Si2O5（OH）4含量越高，則以其為原料的眾多新材料則在各項(xiàng)性能指標(biāo)上則體現(xiàn)的更加優(yōu)秀[3]。各類雜質(zhì)含量的高低決定了非金屬礦物原料能否用于附加值更高的新材料中，例如應(yīng)用到特高壓輸電中的高壓瓷絕緣子等新材料對(duì)高嶺土原料中鐵、鈦等有害元素的含量就有嚴(yán)格要求[4]。除高嶺土外，石英（SiO2）、膨潤(rùn)土（蒙脫石）、凹凸棒土（坡縷石）、菱鎂礦（MgCO3）、硅灰石（CaO·SiO2）、螢石（CaF）、石墨（C）、重晶石（BaSO4）等多種非金屬礦物原料在應(yīng)用到新材料的生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)，均對(duì)其純度以及各類雜質(zhì)含量提出了具體要求。

雖然提純除雜是非金屬礦原料加工的傳統(tǒng)課題，但是在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，與非金屬礦物原料提純除雜相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究、生產(chǎn)工藝創(chuàng)新及專用設(shè)備制造仍然是保障下游相關(guān)領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。

3 對(duì)特定礦物結(jié)構(gòu)及晶體形態(tài)的需求

眾多新材料的生產(chǎn)不僅對(duì)非金屬礦物原料在有效組分的純度方面有需求，也對(duì)其在微觀形態(tài)方面有特定需求，例如眾多新材料對(duì)充當(dāng)填料的非金屬礦物，就要求其顆粒度小于某一指標(biāo)，要求非金屬礦物填料達(dá)到納米級(jí)水平的新材料也非常常見(jiàn)。除對(duì)非金屬礦在超細(xì)微方面（高比表面積） 的需求外，在一維（非金屬礦物纖維化，具有較高的長(zhǎng)徑比，如硅灰石、非金屬礦晶須等）、二維（非金屬礦物片層化，如石墨烯、滑石等）、管狀（如埃洛石、凹凸棒石等）、孔狀（如硅藻土等）等結(jié)構(gòu)形態(tài)方面也均有需求。非金屬礦這些特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)有的是在自然狀態(tài)下礦物本身所具有的，有的是經(jīng)過(guò)人工改造后實(shí)現(xiàn)的，不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)對(duì)應(yīng)著不同的性能。通過(guò)利用不同結(jié)構(gòu)形態(tài)非金屬礦物原料所具有的特殊性能，或?qū)⑵渑c一些功能因子（儲(chǔ)能、吸附、過(guò)濾、中和、催化、曾韌、補(bǔ)強(qiáng)、特定藥物等）進(jìn)行復(fù)合后，可應(yīng)用到不同類型新材料的生產(chǎn)制造中。

面對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)對(duì)非金屬礦物在結(jié)構(gòu)形態(tài)方面的需求，一是要從基礎(chǔ)理論出發(fā)，研究清楚不同礦物在不同結(jié)構(gòu)形態(tài)下所具有的特殊性能；二是要在非金屬礦開(kāi)采、分選、加工等制造環(huán)節(jié)，對(duì)有益礦物晶型及結(jié)構(gòu)的保護(hù)，注重相應(yīng)生產(chǎn)工藝及設(shè)備的開(kāi)發(fā)；三是要在理論研究的基礎(chǔ)上，對(duì)可能具有特殊功能屬性能的礦物結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行逆推式的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造，最終實(shí)現(xiàn)非金屬礦工業(yè)從礦物加工階段向材料設(shè)計(jì)階段的發(fā)展。

4 對(duì)普適礦物原料穩(wěn)定性方面的需求

目前，非金屬礦物原料加工企業(yè)產(chǎn)能普遍偏小，下游新材料企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中常常要面對(duì)多家非金屬礦物原料供應(yīng)商，原料穩(wěn)定性方面的問(wèn)題時(shí)常困擾著下游企業(yè)。除對(duì)非金屬礦物原料在各項(xiàng)性能指標(biāo)方面有需求外，能長(zhǎng)期提供性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的礦物原料也是新材料產(chǎn)業(yè)對(duì)非金屬礦礦物原料的又一重大需求，而通過(guò)推動(dòng)非金屬礦工業(yè)原料工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)是保證產(chǎn)品性能穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品價(jià)格的最有效的途徑。當(dāng)前，以碳酸鈣粉體為代表的部分礦種已經(jīng)形成了大規(guī)模的生產(chǎn)能力[5]，但是眾多礦種的生產(chǎn)能力仍然較小，在原料穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面與下游需求差距較大。

面對(duì)這方面的需求，在借助市場(chǎng)及行政手段進(jìn)行產(chǎn)業(yè)整合的同時(shí)，一是要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)制造適合不同礦物品種，尤其是能廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的通用礦物原料的大規(guī)模集成生產(chǎn)線，包含生產(chǎn)工藝、控制系統(tǒng)、專用設(shè)備、輔助檢測(cè)儀器等環(huán)節(jié)；二是提升各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、數(shù)字化以及智能化水平，減少不必要的人工干預(yù)，全面降低生產(chǎn)成本的同時(shí)做好非金屬礦物原料的質(zhì)量控制。

5 對(duì)合成非金屬礦物原料的需求

隨著應(yīng)用領(lǐng)域的細(xì)化，新材料對(duì)于上游非金屬礦物原料的需求已不僅僅局限于天然礦物原料，對(duì)于性能更好的人工合成礦物原料的需求量和需求種類也正在飛速增長(zhǎng)。對(duì)人工合成礦物原料的大量需求在特種陶瓷領(lǐng)域表現(xiàn)的更加明顯，例如節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用的脫硝催化劑載體（蜂窩陶瓷），其生產(chǎn)原料中就包含大量人工合成堇青石、莫來(lái)石等[6]。此外，以SiC、Si3N4、ZrO2、BN 等為代表的多種人工合成粉體原料也均被應(yīng)用到各類新材料的生產(chǎn)過(guò)程中。再有，人工合成礦物在增材制造（俗稱“3D 打印”）等新一代制造技術(shù)中也擁有廣泛應(yīng)用的潛力。

人工合成礦物原料是非金屬礦產(chǎn)業(yè)從礦物加工階段向材料設(shè)計(jì)階段發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)業(yè)精細(xì)化發(fā)展的重要內(nèi)容，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸細(xì)化，新材料產(chǎn)業(yè)對(duì)高新能的人工合成礦物將產(chǎn)生更多需求。面對(duì)這一需求趨勢(shì)，一是要對(duì)現(xiàn)有天然礦物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行深入的研究和理解，建立可用天然礦物的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)計(jì)模擬系統(tǒng)（可借鑒MGI，“美國(guó)的材料基因組計(jì)劃”）；二是要根據(jù)需求端的要求，能提出可行的利用天然礦物制備高性能合成礦物的理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和生產(chǎn)工藝流程；三是加快相關(guān)研究成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，推動(dòng)可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)的優(yōu)秀項(xiàng)目盡快落地見(jiàn)效。

6 展望

雖然我國(guó)非金屬礦資源擁有種類齊全、資源豐富、分布廣泛等諸多優(yōu)勢(shì)，但目前在高品質(zhì)礦物原料的供應(yīng)方面仍有很多短板問(wèn)題，供需結(jié)構(gòu)性矛盾突出。新時(shí)期，針對(duì)以上新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)非金屬礦物原料的需求特點(diǎn)，推動(dòng)更多優(yōu)質(zhì)要素向非金屬礦物原料加工及制造環(huán)節(jié)集中，解決“非金屬礦物原料高質(zhì)量供應(yīng)”這一關(guān)鍵問(wèn)題，將是保障新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要前提。