重晶石資源現(xiàn)狀及材料化應(yīng)用

王洋， 黃聰， 李珍*

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 材料與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430078;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 納米礦物材料及應(yīng)用教育部工程研究中心，湖北 武漢 430078

1 引言

重晶石屬于鋇的硫酸鹽類礦物，主要組成是硫酸鋇(BaSO4)。作為一種重要的非金屬原料礦物，其具有難溶于水、密度大、充填性好、無(wú)毒、易吸收輻射等優(yōu)點(diǎn)，在化工、石油、建材、醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[1]。

重晶石資源在世界范圍內(nèi)儲(chǔ)量豐富。重晶石作為我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源，產(chǎn)量也居于世界之首。但我國(guó)重晶石資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀存在眾多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在資源的過(guò)量消耗、長(zhǎng)期的粗放式增長(zhǎng)、開采使用過(guò)程中的浪費(fèi)以及回收率低等。因此，研究現(xiàn)階段全球重晶石礦產(chǎn)資源的使用情況，對(duì)于改進(jìn)我國(guó)的重晶石生產(chǎn)技術(shù)以及保持重晶石資源優(yōu)勢(shì)具有重大意義。另外，我國(guó)傳統(tǒng)的重晶石應(yīng)用主要體現(xiàn)在生產(chǎn)石油、天然氣鉆井泥漿的加重劑及含鋇的初級(jí)化工產(chǎn)品，這些產(chǎn)品不僅附加值低，而且生產(chǎn)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染[2]。為了改善我國(guó)重晶石產(chǎn)業(yè)的處境，研究者們近年來(lái)拓展了其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，主要通過(guò)開發(fā)新的用途與功能，使得重晶石礦物的利用價(jià)值得到提高，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，以全新的思路來(lái)改進(jìn)我國(guó)對(duì)傳統(tǒng)非金屬礦物資源的加工。

2 重晶石資源現(xiàn)狀

2.1 全球重晶石概況

重晶石礦產(chǎn)資源在世界范圍內(nèi)分布廣泛，目前已在40多個(gè)國(guó)家內(nèi)發(fā)現(xiàn)了重晶石的存在。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局公布的數(shù)據(jù)，截至2019年年底，世界范圍內(nèi)已探明的重晶石儲(chǔ)量達(dá)3.0億t，其中資源較為豐富的國(guó)家有中國(guó)、俄羅斯、印度、土耳其、伊朗、泰國(guó)、哈薩克斯坦、巴基斯坦等，約占世界總量的89.7%[1]。自2016年始，研究人員已探明哈薩克斯坦重晶石儲(chǔ)量超過(guò)中國(guó)，居于世界之首。圖1a為2019年世界重晶石儲(chǔ)量分布圖，從中可以看出，哈薩克斯坦占比28%，位居世界之首；印度占比17%，緊隨其后；而中國(guó)和土耳其分別占比12%，居世界第三位。自2000年以來(lái)，世界重晶石儲(chǔ)量總體穩(wěn)中有升，2010年中國(guó)、阿爾及利亞、俄羅斯重晶石儲(chǔ)量分別新增了3 800萬(wàn)t、2 000萬(wàn)t、1 000萬(wàn)t。

我國(guó)1983年超過(guò)美國(guó)成為世界第一大重晶石生產(chǎn)國(guó)，在長(zhǎng)達(dá)30年的時(shí)間里，世界范圍內(nèi)我國(guó)產(chǎn)量一直穩(wěn)居第一。2000年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的56%，2018年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的32%，為290萬(wàn)t。在這段時(shí)間里，印度和摩洛哥的重晶石產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng)。印度2000年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的8%；2018年以239萬(wàn)t的產(chǎn)量占比26%，位居世界第二。摩洛哥2000年重晶石產(chǎn)量占比5%；2018年以94萬(wàn)t的產(chǎn)量占比10%，位居世界第三(圖1b)[2-4]。

資料來(lái)源：Minerals Commodity Summaries 2020圖1 (a)2019年世界重晶石分布圖；(b)2018年重晶石產(chǎn)量世界占比情況Fig. 1 (a) The World barite distribution of reserves in 2019; (b) The World barite distribution of production in 2018.

美國(guó)、挪威、阿聯(lián)酋、阿根廷、科威特、荷蘭等是世界上主要的重晶石資源進(jìn)口國(guó)。2018年，美國(guó)進(jìn)口量高達(dá)196.17萬(wàn)t，占世界總量的40.0%，為世界第一進(jìn)口國(guó)；第二位是沙特阿拉伯，其以90.70萬(wàn)t的進(jìn)口量占比18.5%；第三位是科威特，進(jìn)口量占比4.4%，為21.56萬(wàn)t。中國(guó)不僅是重晶石生產(chǎn)大國(guó)，還是重晶石出口大國(guó)，2018年以前世界上重晶石最大的出口國(guó)和供應(yīng)國(guó)一直是中國(guó)[2]。2018年，印度重晶石出口量為224.41萬(wàn)t，占世界總重量的40.9%，為世界第一出口國(guó)；第二位是中國(guó)，其以120.93萬(wàn)t的出口量占比22.0%；第三位是摩洛哥，出口量占比17.8%，為96.46萬(wàn)t。

2.2 中國(guó)重晶石資源現(xiàn)狀

我國(guó)重晶石產(chǎn)地眾多，主要有湖北、湖南、山東、浙江、貴州、重慶、清海、甘肅、陜西、廣西10個(gè)省(區(qū)、市)，其中又以湖南、廣西、貴州、陜西、甘肅資源儲(chǔ)量較多，共占全國(guó)儲(chǔ)量的81.6%。雖然我國(guó)重晶石產(chǎn)地眾多，但富礦較為集中，主要分布在貴州、湖南、廣西等地，礦床規(guī)模以大中型為主，僅湖南省新晃縣貢溪與貴州省天柱縣大河邊兩個(gè)礦產(chǎn)地就占全國(guó)大中型產(chǎn)地儲(chǔ)量的一半以上[5]。 我國(guó)重晶石年產(chǎn)量約400萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)年消耗量約150萬(wàn)t，其中大多用于生產(chǎn)鋇化工產(chǎn)品和油氣開采。由于采礦準(zhǔn)入條件低，我國(guó)重晶石礦山企業(yè)大多是民采小礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，導(dǎo)致采富棄貧、采易棄難、生產(chǎn)粗放等現(xiàn)象常有發(fā)生，這不僅浪費(fèi)了大量的礦產(chǎn)資源，也極大地破壞了我國(guó)的生態(tài)環(huán)境。由于我國(guó)之前從未制定重晶石出口政策和細(xì)則，重晶石貿(mào)易由企業(yè)之間自主對(duì)接完成，并且出口數(shù)量沒(méi)有限制，這直接導(dǎo)致了重晶石出口秩序混亂。另外我國(guó)出口的重晶石產(chǎn)品附加值較低，致使優(yōu)勢(shì)資源自帶的經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法得到充分利用[6, 7]。近年來(lái)，我國(guó)政府出臺(tái)了大量的政策來(lái)調(diào)控重晶石的出口力度，重晶石出口量呈緩慢降低趨勢(shì)。

3 重晶石的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)每年的重晶石資源消耗巨大，其中總消費(fèi)量的85%～90%作為加重劑用于石油和天然氣鉆井；5%～10%作為化工原料，生產(chǎn)鋇化合物，應(yīng)用于合成橡膠的凝結(jié)劑、油脂添加劑、催化劑、熒光粉等；最后占比小于5%的部分用作道路建設(shè)、水泥用礦化劑、填料等。加大對(duì)重晶石基高端產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)投入，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，是我國(guó)合理有效地開發(fā)利用重晶石資源的有效策略之一。

3.1 重晶石基聚合物材料

重晶石作為填料添加在聚合物中，一般經(jīng)超細(xì)改性工藝處理，改性后的重晶石與聚合物材料有良好的相容性，能均勻分散在基體材料中，形成無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料。重晶石具有成本低廉、易于開采、耐磨性、耐腐蝕性、耐光性等特點(diǎn)，因此將其添加到橡膠材料中，一方面可以降低橡膠材料的收縮率，提高材料的尺寸穩(wěn)定性以及剛性，從而增加橡膠材料的應(yīng)用范圍；另一方面作為填料添加到橡膠材料中可以增加重晶石的附加值，降低橡膠材料的成本[8, 9]。此外，重晶石密度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，當(dāng)重晶石添加到油漆涂料中時(shí)，涂層的耐酸堿性、耐候性顯著增強(qiáng)。

陳有雙等[10]通過(guò)直接共混法，使用不同的偶聯(lián)劑對(duì)重晶石的表面進(jìn)行活化改性，改性后的重晶石用于填充橡膠從而制出重晶石/橡膠復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)：這種改性后制得的復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，包括耐磨性能、拉伸強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率，當(dāng)利用硬脂酸改性重晶石且復(fù)合材料中重晶石含量為20%～30%時(shí)，材料的力學(xué)性能最好。利用偶聯(lián)劑對(duì)重晶石進(jìn)行表面改性，可以制得具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)效果及理想的加工特性的重晶石，從而替代炭黑，在橡膠領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用。

楊柳[11]通過(guò)濕法改性改善了重晶石在聚乙烯醇(PVA)溶液中的分散性，改性方案如下：當(dāng)原料中發(fā)生硫酸鋇沉淀反應(yīng)時(shí)，將硬脂酸長(zhǎng)碳鏈分子嵌入重晶石表面以改變其表面性能，研究發(fā)現(xiàn)，改性后的重晶石可以作為一種良好的填料極大地提高聚丙烯(PP)的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。

徐妍等[12]將納米硫酸鋇作為一種無(wú)機(jī)功能填料添加到聚氯乙烯(PVC)中并研究了改性后材料的力學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硬脂酸改性后的納米硫酸鋇填料可以顯著提高PVC強(qiáng)度，復(fù)合樣品表現(xiàn)出明顯的韌性斷裂特征。進(jìn)一步通過(guò)SEM觀察斷裂形貌發(fā)現(xiàn)，納米粒子在樣品斷面均勻分布。

張鳳仙、郭翠梨[13]分別使用鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、非離子型表面活性劑以及自制的一種含有—OH、—COOH、—SO3官能團(tuán)的表面改性劑(SA-101)對(duì)重晶石粉體進(jìn)行表面改性，探究改性后的重晶石粉體在油漆工藝中的應(yīng)用前景。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重晶石粉經(jīng)SA-101改性后，粉體的活化指數(shù)、分散性和流動(dòng)性都得到了提高，可以代替沉淀硫酸鋇成為CO3-1紅醇酸調(diào)和漆原料。

胡春燕等[14]以硬脂酸、硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣作為改性劑對(duì)天然重晶石粉末進(jìn)行改性，研究結(jié)果表明，當(dāng)攪拌速度為2 000 r/min，攪拌時(shí)間為30 min時(shí)，往重晶石粉末中加入0.8%硬脂酸鈉，可以得到活化指數(shù)高達(dá)96%的產(chǎn)品。另外，重晶石粉末經(jīng)硬脂酸鈉改性后，提高了與有機(jī)物之間的相容性，其吸油量降低了13%。添加到涂料中時(shí)，涂料的流平性和光澤度可以得到改善。杭建忠等[15]研究發(fā)現(xiàn)將納米重晶石添加到樹脂涂層中，可以在不影響到涂層硬度的條件下，改善涂層的T彎和應(yīng)變性能，使涂層的硬度和柔韌性達(dá)到一個(gè)良好平衡。當(dāng)添加量為1.0%時(shí)可以得到最佳性能的產(chǎn)品。除此之外，納米重晶石的添加還極大地提高了該涂層的耐腐蝕性能。S.J.Kim等[16]研究了重晶石與鈦酸鉀作為填料對(duì)復(fù)合材料的摩擦振蕩。對(duì)比鈦酸鉀晶須填料，結(jié)果表明，復(fù)合材料的摩擦性能與添加劑的形貌密切相關(guān)。

3.2 重晶石防輻射材料

中子與物質(zhì)的原子核相互作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)彈性散射(n，n)、非彈性散射(n，n′)、倍增反應(yīng)(n，2n)、發(fā)射帶電粒子(n，α)和輻射俘獲(n，γ)等多種反應(yīng)形式，為了清晰地描述各個(gè)反應(yīng)發(fā)生的概率，研究者們引入了反應(yīng)截面的概念來(lái)表達(dá)[17]。其中具有極高的中子非彈性散射截面的鋇元素可以很好的屏蔽中子，這直接促進(jìn)了重晶石水泥基材料在中子屏蔽防護(hù)工程中的應(yīng)用[17-21]。另外，中子穿透某材料樣品時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，通過(guò)檢測(cè)無(wú)/有待測(cè)樣品時(shí)中子探測(cè)器的凈計(jì)數(shù)率之比來(lái)定義衰減程度[22, 23]，能夠準(zhǔn)確判定重晶石基復(fù)合材料的屏蔽性能。用超細(xì)重晶石粉制成大密度的鋇水泥、重晶石砂漿和重晶石混凝土建筑材料可替代金屬鉛板屏蔽核反應(yīng)堆和建造防氡降氡、防X射線的建筑物，用于原子能工業(yè)、核電站以及X衍射實(shí)驗(yàn)室[24-26]。

土耳其學(xué)者對(duì)于重晶石輻射機(jī)理研究較多。Berna Oto等[27]通過(guò)使用放射性源Ba和Am的同位素對(duì)包含不同比例重晶石和硬硼酸鈣石的混凝土進(jìn)行了輻射屏蔽性能評(píng)估。通過(guò)NaI(Tl)閃爍探測(cè)器來(lái)計(jì)算γ射線強(qiáng)度。結(jié)果表明，添加重晶石和硬硼酸鈣石的混凝土相對(duì)于普通混凝土能有效地衰減γ射線。I. Akkurt等[28]研究了含有不同比例重晶石為骨料的混凝土中子和γ射線屏蔽性能。研究發(fā)現(xiàn)，在具體增加重晶石的比例可以使伽馬衰減系數(shù)增加，但同時(shí)降低了去中子截面。Demir等[37]研究了添加重晶石、硬硼鈣石和正常骨料的混凝土的輻射傳輸情況，以137Cs為放射源，通過(guò)使用NaI(Tl)閃爍探測(cè)器檢測(cè)射線能量，研究發(fā)現(xiàn)降低硬硼鈣石濃度能夠顯著降低線性衰減系數(shù)，增加重晶石濃度能夠顯著提高線性衰減系數(shù)。

使用重晶石制成的重混凝土已被用來(lái)應(yīng)用到建筑材料中來(lái)防止放射性射線對(duì)人體的危害(致癌等)[31]。但考慮到混凝土的其它性能，比如水灰比[29]、斯密特硬度[30]等，研究者們對(duì)此也做了大量科研工作。王霞等[32]以重晶石為防輻射混凝土的主要原材，開展了不同地區(qū)和不同性質(zhì)重晶石對(duì)防輻射混凝土性能的影響試驗(yàn)，成功地配制了密度范圍在3 000～4 000 kg/m3，強(qiáng)度范圍在30～40 MPa的重晶石防輻射混凝土。

醫(yī)用直線加速器在腫瘤疾病的治療方面卓有成效，但為防止射線泄漏對(duì)周邊人員的傷害，張亞萍針對(duì)重晶石混凝土在醫(yī)療建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，分別從重晶石混凝土在施工中的配合比設(shè)計(jì)、泵送、澆搗和混凝土養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行了論述，從而解決了醫(yī)療建筑“直線加速器”機(jī)房的防射線輻射問(wèn)題[33]。

王敏等[34]通過(guò)一系列試驗(yàn)系統(tǒng)研究了重晶石粉的摻入對(duì)水泥砂漿凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度和密度的影響。結(jié)果表明，重晶石粉為非活性混合材，其對(duì)水泥強(qiáng)度無(wú)增進(jìn)作用，最適宜摻量為20%；重晶石粉摻量在30%以下時(shí)摻入對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間幾乎沒(méi)有影響。

徐軍等[35]為了選出具有優(yōu)異的中子屏蔽性能的工程材料，測(cè)量了重晶石水泥基材料對(duì)14.8 MeV快中子的衰減比，通過(guò)各樣品的衰減比的大小來(lái)判定各樣品的中子屏蔽性能的強(qiáng)弱。結(jié)果表明，隨著重晶石含量的增加，重晶石水泥基樣品對(duì)14.8 MeV快中子的衰減比有明顯增強(qiáng)效果。

邢昊等[36]研究了重晶石粉作為混合材料對(duì)高鋁水泥強(qiáng)度的影響，并通過(guò)化學(xué)結(jié)合水含量測(cè)試及XRD分析探討其水化作用機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，適量的重晶石粉提高了高鋁水泥的早期強(qiáng)度，抑制了高鋁水泥后期強(qiáng)度的倒縮。重晶石粉在促進(jìn)了高鋁水泥水化的同時(shí)，可以抑制水化產(chǎn)物CAH10和C2AH8向C3AH6轉(zhuǎn)變。

3.3 重晶石基復(fù)合導(dǎo)電材料

重晶石是一種天然的白色體質(zhì)顏料，以重晶石作為核芯材料，并以摻雜改性過(guò)的SnO2為包覆層制成淺色導(dǎo)電顏料，可顯著提高重晶石附加值及使用價(jià)值，同時(shí)也拓展了重晶石的應(yīng)用范圍。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)夏華等[38, 39]以重晶石粉體為核芯材料，制備淺色導(dǎo)電顏料，在pH為2.0和溫度為40 ℃的條件下，向重晶石的懸浮液中滴加一定濃度的SnCl2、SnCl4和NH4F的鹽酸混合液，為了保持溶的pH值恒定，同時(shí)滴加一定濃度的NaOH溶液，待混合液滴加完后，再繼續(xù)攪拌30 min，過(guò)濾、洗滌和干燥，并在300 ℃下灼燒1 h，得到一種電阻率為7.7 Ω·m的白色導(dǎo)電顏料。試驗(yàn)表明，該顏料具有理想的外觀顏色和導(dǎo)電性，應(yīng)用價(jià)值較高。

楊華明等[40-42]采用化學(xué)共沉淀技術(shù)制備了重晶石基復(fù)合導(dǎo)電粉末(SSB)。SSB以重晶石粉為基體，以銻摻雜SnO2為表面包覆層復(fù)合而成。然后探究了SSB用量與涂層電阻率的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加20%～45%的SSB可以制得電阻率僅為10 Ω·cm的丙烯酸導(dǎo)電涂料。另外，將SSB加入導(dǎo)電涂料中可以使涂料對(duì)頻率<100 MHz的電磁波達(dá)到中等屏蔽值(40 dB)，促進(jìn)了該涂料對(duì)手機(jī)、筆記本電腦、電子醫(yī)療設(shè)備、電子計(jì)量和軍事設(shè)施等在抗電磁波干擾方面的應(yīng)用。最后，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了導(dǎo)電粉末在導(dǎo)電涂料中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)及賦存狀態(tài)，并指出決定涂料導(dǎo)電性的關(guān)鍵在于導(dǎo)電粉末在涂料中的良好分散性(如形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等)。

3.4 含鋇化合物原料

重晶石是制取鋇的重要礦物資源。含鋇硅鐵合金自身具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性，在鋼鐵生產(chǎn)及鑄造過(guò)程中摻鋇形成含鋇硅鐵合金可以顯著提高鋼鐵的質(zhì)量。目前，主要以塊狀重晶石為原料，并將其置入礦熱爐中以連續(xù)的碳熱還原工藝來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)含鋇硅鐵合金。

任存治等[43]通過(guò)BaSO4-C的熱力學(xué)分析和Ba-S-O平衡分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)條件計(jì)算下的理論體系，還是實(shí)際體系，BaS都是主要產(chǎn)物，但實(shí)際體系下BaS的生成溫度遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)計(jì)算下的理論體系生成溫度；因此，只要合理調(diào)控反應(yīng)過(guò)程中的氣氛及溫度，就可以使主要產(chǎn)物BaS不斷的向BaO轉(zhuǎn)化。這樣不僅可以提供大量的原料促使鋇合金的合成，也可以提高鋇的利用率。BaS在制鋁脫硫過(guò)程中作用重大。王家偉等[44]對(duì)硫酸鋇脫硫渣還原焙燒制備BaS開展了研究，主要考察了焙燒溫度、反應(yīng)時(shí)間、物料配比(碳與硫酸鋇脫硫渣的質(zhì)量之比)對(duì)產(chǎn)物中BaS含量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)BaS含量影響因素的順序?yàn)椋罕簾郎囟?反應(yīng)時(shí)間>物料配比，較佳反應(yīng)條件為：1 100 ℃、60 min和物料配比為1.3，此時(shí)產(chǎn)物中BaS含量可達(dá)88.19 %。

3.5 水環(huán)境中重金屬離子吸附材料

可溶解有毒金屬離子近年來(lái)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)有毒金屬離子的去除是改善環(huán)境問(wèn)題的有效手段之一。Manuel Prieto等[45]研究了重晶石顆粒與硅水凝膠形成的復(fù)合物對(duì)水中鉻離子的去除作用，通過(guò)重晶石砂嵌入硅水凝膠形成人工多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)抑制了液體間的對(duì)流與平流，只通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行交換。研究通過(guò)六價(jià)鉻離子的凈通量來(lái)定量測(cè)定重晶石對(duì)鉻離子的相互作用能力。研究發(fā)現(xiàn)，由于重晶石的結(jié)構(gòu)原因，六價(jià)鉻離子在與重晶石表面相互作用，重晶石晶粒外延過(guò)度生長(zhǎng)形成Ba(CrO4，SO4)固體，從而達(dá)到了對(duì)鉻離子的吸收，實(shí)現(xiàn)了凈化環(huán)境的目的。

3.6 重晶石無(wú)機(jī)復(fù)合顏料

二氧化鈦是優(yōu)質(zhì)涂料，在現(xiàn)代涂料中占據(jù)重要地位。同時(shí)二氧化鈦也是重要的光催化材料，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦能處理80多種有毒化合物[46]。由于鈦白粉用量的日益增加，找到它的替代品已迫在眉睫。重晶石白度高、性質(zhì)穩(wěn)定，作為與二氧化鈦復(fù)合的內(nèi)核材料，能有效解決二氧化鈦易團(tuán)聚的特性，改善二氧化鈦的光催化性質(zhì)。同時(shí)作為涂料，可以替代二氧化鈦在涂料中添加使用。

Wang等[47]采用機(jī)械化學(xué)濕法研磨得到重晶石與二氧化鈦的復(fù)合產(chǎn)品，優(yōu)化復(fù)合條件后，可使遮蓋力、白度、吸油量分別達(dá)到18.40 g·m-2、95.3% 和22.4 g·(100 g)-1。紅外光譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)二者并沒(méi)有產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，采用超聲振蕩定量地計(jì)算了范德華力、靜電作用力對(duì)重晶石與二氧化鈦結(jié)合的影響，結(jié)果表明，在液態(tài)環(huán)境中，二氧化鈦與重晶石粉體的結(jié)合主要靠靜電作用，遠(yuǎn)大于范德華力的作用，而不是化學(xué)鍵的結(jié)合。

陳桂光等[48]通過(guò)三級(jí)膜分散沉淀法制備了BaSO4/TiO2復(fù)合顆粒，利用透射電鏡和電子衍射對(duì)所得顆粒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并利用自行設(shè)計(jì)的紫外光催化氧化反應(yīng)器對(duì)其光降解性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，分步沉淀法可以有效地制備表面沉積TiO2的BaSO4/TiO2復(fù)合顆粒。Ti(SO4)2濃度及沉淀劑對(duì)復(fù)合顆粒表面的TiO2顆粒粒度、晶型和光降解性能有很大的影響。提高Ti(SO4)2濃度和以NH4HCO3為沉淀劑有利于制備出光降解性能好的BaSO4表面包覆銳鈦礦型TiO2的復(fù)合顆粒。復(fù)合顆粒光降解甲基橙的動(dòng)力學(xué)滿足0級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

4 展望

全球重晶石資源豐富，分布較為集中。中國(guó)重晶石儲(chǔ)量曾長(zhǎng)期位居全球第一，品質(zhì)高，后備資源充足，是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)。作為全球重晶石最大的生產(chǎn)國(guó)、第二大消費(fèi)國(guó)，中國(guó)一直以外貿(mào)出口為主，深加工程度和綜合利用工藝技術(shù)水平較低。將不同學(xué)科、專業(yè)的知識(shí)與重晶石礦物性能、加工及應(yīng)用領(lǐng)域相結(jié)合，重點(diǎn)開發(fā)其在精細(xì)化、功能化、復(fù)合化等方面的應(yīng)用，并尋找新的途徑開發(fā)高附加值重晶石產(chǎn)品，對(duì)我國(guó)非金屬礦物未來(lái)的使用發(fā)展具有重要意義。重晶石未來(lái)的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)趨勢(shì)：

(1)開發(fā)高純鋇鹽，如鋇鹽精細(xì)化學(xué)品。

(2)通過(guò)對(duì)重晶石改性，使其能夠?yàn)橥苛?、塑料、橡膠等提供填料，制備高性能復(fù)合材料。

(3)利用重晶石屏蔽輻射特性，開發(fā)高附加值的重晶石混凝土材料。

(4)開發(fā)下一代磁性材料鋇鐵氧體。