云母的加工與應(yīng)用*

余 力，戴慧新

(昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

云母的加工與應(yīng)用*

余 力，戴慧新

(昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

介紹了白云母材料、絹云母、金云母、黑云母材料的加工方法及應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)云母材料的綜合利用進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，同時(shí)探討云母礦的采礦與選礦工藝現(xiàn)狀。

云母;表面改性;云母采選工藝

前 言

云母是一種具有晶體結(jié)構(gòu)的天然造巖礦物，屬于自然生成的透明層狀水鋁硅酸鹽類礦物，是對(duì)九種不同堿金屬的含水氧化鋁硅酸鹽的一般命名。云母族礦物中最常見的礦物種有黑云母、白云母 、金云母、鋰云母、絹云母等，含水量一般在5%左右。其顏色特征通?？捎脕砼袛嘟^緣性能，工業(yè)上一般以淺色為好，其中在工業(yè)上有重要意義的礦物為鋰云母、金云母等。

早期的云母產(chǎn)品主要是以天然樹脂——蟲膠、瀝青和合成樹脂——醇酸樹脂為粘合劑，并以紙、綢為補(bǔ)強(qiáng)材料制備的片云母。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)云母材料的研究進(jìn)一步加深，發(fā)現(xiàn)其具有易分剝成很薄的、平坦的、光滑的和具有彈性的薄片的特性，此外還有高的抗電性能、極高的耐熱性、很高的電絕緣強(qiáng)度、耐電暈、耐熱以及良好的力學(xué)性能，同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性好、收縮率小、不燃、不吸濕、優(yōu)異的電氣絕緣性、耐水性、并且機(jī)械強(qiáng)度高。因此被廣泛應(yīng)用在電子、電力、電器、電訊、航空、交通、儀表、冶金、建材、輕工等工業(yè)部門，以及國(guó)防領(lǐng)域和尖端工業(yè)上的絕緣材料，也可作為振蕩器、電容器、低壓電器設(shè)備等上的絕緣材料及特殊零件，其加工剩料和云母粉可以進(jìn)行進(jìn)一步的深加工，如耐火材料、建材、造紙、橡膠、染料等工業(yè)。

1 云母的采礦

云母礦床的開采特點(diǎn)取決于有用礦物本身的性質(zhì)。工業(yè)上使用的是未經(jīng)過任何化學(xué)處理的天然云母。云母晶體形態(tài)越大，以及它的可用面積越大，它的價(jià)值就越高，就可以制造出更多的重要零件。所以在開采和加工云母礦石的過程中，必須保護(hù)云母晶體的自然尺寸。

在開采云母礦床時(shí)，露天方法獲得了廣泛的應(yīng)用。在云母礦床的露天開采中，最常用的方法是將圍巖運(yùn)至外部廢石場(chǎng)。提高云母礦床的開采效率，首先在于增加露天礦的深度。采深30～40 m顯然不夠，決定了所建露天礦生產(chǎn)能力不高，所采用的裝載運(yùn)輸設(shè)備功率不大。露天開采深度增至100 m可增加露天開采的云母礦量和露天礦的生產(chǎn)能力，顯著擴(kuò)大了露天礦開采工作線，進(jìn)一步降低廢石場(chǎng)云母損失的根本措施在于直接在工作面選出大塊云母晶體，并同時(shí)重復(fù)開采老廢石場(chǎng)。所有這一切給采用生產(chǎn)能力較高的穿孔和裝載運(yùn)輸設(shè)備創(chuàng)造了有利條件。改進(jìn)穿孔爆破工作的根本放心應(yīng)該是選擇生產(chǎn)能力高的崩礦方法與合理的穿孔爆破工藝，以及穿孔設(shè)備的現(xiàn)代化并采用能保證因晶體損傷造成的云母損失最小的穿孔爆破工藝。主要開采工序的機(jī)械化在很大程度上促進(jìn)了云母露天開采工藝的不斷完善，顯著提高了各生產(chǎn)企業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2 云母的選礦

云母礦石選礦主要是提高其選礦自動(dòng)化程度，由于云母晶體及其共生脈石的介電常數(shù)及比重幾乎相同，同時(shí)在選礦過程中不允許破壞云母晶體，因此主要選礦方法是根據(jù)礦粒形狀和摩擦系數(shù)的差異進(jìn)行機(jī)械分選。工業(yè)上主要是直接利用云母自然晶體加工成所需產(chǎn)品。沒有缺陷的云母晶體愈大，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值愈高，因此在云母礦石選礦過程中，要盡可能地保護(hù)云母自然晶體不受破壞。

選礦是提高云母品位和質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)高檔次應(yīng)用從而提升利用價(jià)值的重要前提。云母的選礦方法和具體工藝，一般根據(jù)礦石的礦物物質(zhì)組成、賦存狀態(tài)和嵌布特征來擬定。弄清云母與礦石中其它礦物的物理化學(xué)性質(zhì)差別，再找到一個(gè)簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選礦方法除砂提純。其選礦方法主要有手選、摩擦選礦、形狀選礦、浮選和風(fēng)選法等。

國(guó)內(nèi)在浮選云母工藝上除了利用傳統(tǒng)的方法外，還進(jìn)行了利用充填式靜態(tài)浮選柱回收云母的試驗(yàn)研究，從而使流失在尾礦中的大量云母再次得到回收利用，不但能緩解云母在市場(chǎng)上的緊缺現(xiàn)狀，而且達(dá)到了合理利用資源、保護(hù)環(huán)境的目的，可為工業(yè)生產(chǎn)借鑒。充填式浮選柱浮選回收尾礦中的碎云母，可以以一段浮選代替多段浮選機(jī)的浮選操作，得到滿足工業(yè)生產(chǎn)需要的浮選指標(biāo)。與常規(guī)浮選機(jī)相比，有較強(qiáng)的分離作用，更有利于提高目的產(chǎn)物的品位和回收率。在操作中，調(diào)整好充氣速率、頂部淋洗水量、礦漿液面高度及給礦量，是獲得理想操作指標(biāo)的關(guān)鍵因素。但利用充填式靜態(tài)浮選柱回收云母的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)雖取得了成功，但其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，尚需進(jìn)一步做半工業(yè)試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)。

國(guó)外碎云母的選礦多采用浮選法進(jìn)行。美國(guó)已研究出兩種浮選法:一種是在酸性介質(zhì)中用陽(yáng)離子捕收劑浮選云母，浮選法有酸性陽(yáng)離子和堿性陰離子－陽(yáng)離子浮選法，酸性陽(yáng)離子浮選選法用硫酸作酸性調(diào)節(jié)劑，長(zhǎng)碳鏈醋酸銨陽(yáng)離子試劑作捕收劑，最佳效果的pH值為4;一種是在堿性介質(zhì)中用陰離子捕收劑回收細(xì)粒云母的堿性陰離子－陽(yáng)離子浮選法，用碳酸鈉與木質(zhì)磺酸鈣作調(diào)節(jié)劑，浮選時(shí)陰離子和陽(yáng)離子捕收劑聯(lián)合使用。選礦可以使云母提純率增加，高純度的碎云母必為云母粉的細(xì)加工帶來便利。

浮選法分離云母和石英，與其他礦物的浮選分離一樣，也同樣是以兩礦物晶體結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成的差別為依據(jù)，并借助藥劑條件的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。

3 云母的深加工

目前國(guó)內(nèi)在云母的深加工上尚無國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在采用的是建材行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。深加工主要由選礦提純、剝片、細(xì)磨和超細(xì)磨、表面改性等過程組成。選礦提純是根據(jù)入選云母原料性質(zhì)和種類的不同，有不同的選礦方法。片狀云母通常采用手選、摩擦選和形狀選，碎云母采用風(fēng)選、水力旋流器分選或浮選將云母與脈石分開。目前剝片方法有手工剝片、機(jī)械剝片、物理化學(xué)剝片3種，主要用于加工各種云母片，如厚云母、薄片云母、電子管云母等，大部分是手工操作。細(xì)磨和超細(xì)磨云母粉的生產(chǎn)根據(jù)產(chǎn)地及其原礦性質(zhì)不同而不同，分為干法和濕法兩種流程，各種云母粉的表面改性可分為有機(jī)表面改性和無機(jī)表面包覆 (膜)改性兩種工藝。濕法生產(chǎn)出來的云母粉具有質(zhì)地純凈、表面光滑、徑厚比大、附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，濕磨云母粉性能更好，應(yīng)用面更廣，經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高。尤其是作為珠光云母基料的云母粉一般要求濕磨云母粉。無機(jī)表面改性劑主要指用作涂料、油墨、人造革、化妝品、塑料、玩具、印刷裝潢、造紙等的云母顏料。

4 云母的應(yīng)用

工業(yè)云母礦床分為白云母礦床和金云母礦床兩大類，用得最多的是白云母，其次為金云母，目前國(guó)內(nèi)對(duì)黑云母和絹云母的開發(fā)也在逐步的展開。

4.1 白云母的傳統(tǒng)應(yīng)用

白云母在未經(jīng)改性前主要應(yīng)用在日用化工原料、陶瓷原料、油漆添料、塑料和橡膠添料、建筑材料以及用于焊條藥皮的保護(hù)層等，近年在玻璃鱗片替代方面也很突出。白云母還能在油井中起到增加韌性的效果，在油井水泥中摻入合適細(xì)度的白云母，可在一定程度上克服水泥固有的脆性，增強(qiáng)水泥的韌性。添加0．5%的80目的白云母，對(duì)油井水泥有較明顯的增韌效果，可以用作油井水泥的增韌材料。

4.2 改性白云母作添加劑

白云母同其他無機(jī)非金屬類礦物填料一樣，具有親水性，難以在有機(jī)相中潤(rùn)濕和分散，容易凝聚成團(tuán)，不能與樹脂形成良好的界面，導(dǎo)致粘接不良。但改性后的白云母與樹脂基體粘接良好，界面粘接力得到增強(qiáng)，將其作為增強(qiáng)劑添加到塑料中，可改變塑料產(chǎn)品的物化性質(zhì)。同時(shí)利用白云母獨(dú)特的層片結(jié)構(gòu)，對(duì)其超細(xì)微粉進(jìn)行表面改性后填充復(fù)合ABs樹脂工程塑料，以獲得價(jià)格低廉、性能滿足廣泛用途的復(fù)合物。白云母填充Abs樹脂具有以較高比例填充改性降低成本的優(yōu)勢(shì)，并可使Abs樹脂的剛性、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性有不同程度的提高，利用甲基丙烯酰氧基硅烷WD－70改性的白云母填料填充Abs的界面粘接狀態(tài)效果好。因此可避免使用純Abs樹脂而導(dǎo)致其性能過剩，減少原料成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 微晶白云母

微晶白云母是一種近年來發(fā)現(xiàn)的具有微晶結(jié)構(gòu)的新型白云母礦物資源。微晶白云母不僅具有耐熱、耐酸堿、絕緣、強(qiáng)度高等一系列傳統(tǒng)白云母特有的物理化學(xué)性能，還具有天然超細(xì)、易磨、易加工、白度高、活性高等特點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的礦物粉體原料。

微晶白云母粉作為絕緣灌注膠填料的廣泛推廣應(yīng)用，比常規(guī)采用的硅微粉更加物美價(jià)廉，除絕緣灌注膠以外，還可應(yīng)用于絕緣方面相關(guān)更多的領(lǐng)域。經(jīng)加工成云母粉還有較好的滑動(dòng)性和較強(qiáng)的附著力。其超細(xì)云母粉可作為涂料、油漆、橡膠等功能性填料，可提高其機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)韌性、附著力抗老化及耐腐蝕性等。天然微晶白云母礦質(zhì)純，易選，易加工，生產(chǎn)成本低廉，尤其容易加工成超細(xì)云母粉，因此對(duì)微晶白云母粉進(jìn)行表面改性后應(yīng)用于高分子材料、高聚物基復(fù)合材料和功能材料中應(yīng)具有很好的市場(chǎng)前景。但同其他無機(jī)非金屬類礦物填料一樣，由于微晶白云母具有極性親水性質(zhì)，存在與有機(jī)高聚物相容性較差的問題，容易造成兩種材料的界面缺陷，影響復(fù)合材料的性能。為了使微晶白云母能夠在聚合物材料中得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)在其表面改性方面做一定的研究以取得一些經(jīng)驗(yàn)。

4.4 絹云母材料的應(yīng)用

絹云母是一種天然細(xì)粒白云母，屬白云母的亞種，其韌性和彈性好，滑動(dòng)能力大，抗拉、抗壓強(qiáng)度高，可作為很好的彈性填料。但絹云母同其它無機(jī)非金屬類礦物填料一樣，具有親水疏油、難以在有機(jī)相中潤(rùn)濕和分散、容易凝聚成團(tuán)等缺點(diǎn)，不能與樹脂形成良好的界面，導(dǎo)致粘接不良。因此，若作為橡膠的填充材料，必須經(jīng)過表面改性處理，提高它與橡膠的相容性和結(jié)合力。

絹云母粉由天然絹云母礦石研磨制得，具有一定的補(bǔ)強(qiáng)性能，且回彈性高，可以解決肩墊膠在超限運(yùn)輸工作條件下溫升快而影響輪胎的行駛性能和壽命的問題，是一種很好的添加填料，特別是改性后的絹云母可部分替代碳黑解決輪胎的壓縮生熱問題，提高輪胎的使用壽命。還可以通過偶聯(lián)劑包覆改性，使其在環(huán)氧樹脂涂料中的分散性得到提高，改性后在涂料中能更好地和環(huán)氧樹脂涂料相容，從而顯著提高了環(huán)氧樹脂涂料的防腐性能。

4.5 金云母材料的應(yīng)用

金云母的變種有錳云母、鈦云母、鉻金云母、氟金云母等，特色的結(jié)構(gòu)組成和層狀性質(zhì)產(chǎn)生了獨(dú)特的用途。其中氟金云母在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛，用性質(zhì)不同的標(biāo)準(zhǔn)氟金云母和改性氟金云母分別填充環(huán)氧樹脂得到復(fù)合材料，可在保持其原有的高壓絕緣性、耐介質(zhì)腐蝕性等良好特性的基礎(chǔ)上，提高其力學(xué)性能。但不同性質(zhì)的氟金云母粉與環(huán)氧樹脂所得復(fù)合材料的性能存在很大差異，這與填料的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

氟金云母玻璃陶瓷具有良好的深加工性能、抗沖擊性、機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)具有無機(jī)非金屬材料的物理和化學(xué)性能。特別適合航空航天、軍工、石化、精密儀器、機(jī)械電子、醫(yī)療設(shè)備、低溫工程等領(lǐng)域的應(yīng)用。如用于激光陀螺儀、大型天文望遠(yuǎn)鏡的鏡片、真空電子、離子鍍膜、離子顯微鏡、離子加速器、激光器等設(shè)備以氟金云母為主晶相的玻璃陶瓷，具有良好的可切削性，在工程與醫(yī)用材料方面有廣闊的應(yīng)用前景，但此類材料的機(jī)械強(qiáng)度不高，使其應(yīng)用受到一定限制。

近年來，日本學(xué)者采用鋇云母晶體、鈣云母晶體對(duì)氟金云母類玻璃陶瓷進(jìn)行增強(qiáng)，使其強(qiáng)度和韌性均得到明顯提高。隨著玻璃陶瓷中氟金云母的增加，材料的抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性都有所提高，而硬度變化不明顯。采用羥基磷灰石和云母玻璃陶瓷復(fù)合既能利用材料的生物活性，又使材料具備了較好的力學(xué)性能，在人體較大載荷植入部位方面具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)利用超聲波的空化作用、微射流作用，把氟金云母剝離細(xì)化成片形微粉，這種無損傷粉碎新工藝，與現(xiàn)用云母粉碎工藝相比，具有能耗低、云母表面光潔、徑厚比大的特點(diǎn)。

目前，相關(guān)研究工作主要集中在金云母材料制備及其性能優(yōu)化上，對(duì)于材料加工性能方面系統(tǒng)的研究報(bào)道較少。因此，開展材料加工技術(shù)、工具技術(shù)，探索高效率、低成本加工工藝，具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

4.6 黑云母材料的應(yīng)用

黑云母作為選礦的附產(chǎn)物，也應(yīng)考慮它的綜合回收利用，充分利用礦產(chǎn)資源。

但國(guó)內(nèi)黑云母材料的利用還需要進(jìn)一步的開展，主要因其含鐵，絕緣性能不好，使它的用途受到了很大的限制，通常其細(xì)片只能用作低廉的建筑材料充填物，近年來，也被廣泛應(yīng)用在真石漆等裝飾涂料中。黑云母是一種含鉀礦物，由于三八面體的黑云母具有極易于水化、抗酸蝕能力差等特點(diǎn)，科研人員提出在缺鉀土壤中直接施入黑云母或者以黑云母為原料制取鈣鎂鉀肥，在使用上可將其磨成粉直接施用，或加工成混合肥料施用，為植物生長(zhǎng)提供不可少的鉀元素。由于生產(chǎn)成本低，應(yīng)用前景廣闊，從而為黑云母的應(yīng)用開辟了一條新途徑，擴(kuò)大了黑云母的應(yīng)用范圍。在地質(zhì)探測(cè)領(lǐng)域上，由于石榴石－黑云母礦物對(duì)是巖漿巖，尤其是變質(zhì)巖中最為常見的礦物對(duì)，它們之間的Fe－Mg交換與變質(zhì)程度密切相關(guān)，因此在對(duì)石榴石－黑云母之問的Fe－Mg交換與平衡溫度關(guān)系的研究后，人們從經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的角度標(biāo)定了石榴石－黑云母溫度計(jì)，并進(jìn)行了多次修正。目前該溫度計(jì)已成為一種成熟、精確的地球化學(xué)熱力學(xué)方法，被廣泛應(yīng)用于變質(zhì)作用的溫度條件的研究。

在國(guó)內(nèi)河北行唐縣內(nèi)，原硅線石廠現(xiàn)轉(zhuǎn)產(chǎn)金紅石精礦，在選別過程中回收的黑云母粉 (年產(chǎn)千噸以上)為礦物原料，再配以石灰石、石膏等輔助材料，加工制成含鉀混合肥出售，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步的提高，有著廣闊的發(fā)展前景。

5 云母應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)云母材料由于綜合利用率低，應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)狹窄，在現(xiàn)代工業(yè)中所占份額逐漸降低。云母材料主要集中在合成云母、微晶云母等新的領(lǐng)域。同時(shí)云母綜合利用的產(chǎn)品，云母紙和云母粉以及深加工產(chǎn)品如云母絕緣制品、云母紙電器等也逐漸開始暢銷，目前我國(guó)開發(fā)研制也正在加快進(jìn)行中。

我國(guó)云母紙出口價(jià)格同比國(guó)內(nèi)價(jià)格要高出20%左右，所以我國(guó)應(yīng)加大對(duì)云母紙的生產(chǎn)規(guī)模，提高高檔云母紙的生產(chǎn)水平。要提高云母紙的質(zhì)量和產(chǎn)量。今后的研究主要內(nèi)容就是生產(chǎn)設(shè)備的改造，使紙漿濃度和紙的厚度能被在線測(cè)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試紙厚及調(diào)節(jié)紙漿濃度，使生產(chǎn)工藝連續(xù)化、自動(dòng)化。

隨著大、中型高壓電機(jī)向大容量、高參數(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)其云母絕緣水平的要求也越來越高。大、中型高壓電機(jī)絕緣總的發(fā)展趨勢(shì)是提高主絕緣的云母含量、熱態(tài)機(jī)械強(qiáng)度和耐電熱老化壽命，并不斷改進(jìn)絕緣工藝性。采用單面薄膜或雙面薄膜復(fù)合制造的粉云母帶，具有較高的電氣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度和良好的應(yīng)用工藝性能，是高壓電機(jī)端部絕緣和匝間絕緣較為理想的云母材料。除了高壓電機(jī)絕緣用云母帶外，我國(guó)還開發(fā)了用于直流電機(jī)換向器的H級(jí)有機(jī)硅換向器金粉云母板以及用于耐火電纜用的耐火電纜粉云母帶。當(dāng)選用不同品種 (如:收縮薄膜)、不同耐熱等級(jí)的薄膜材料與云母紙、補(bǔ)強(qiáng)材料復(fù)合，可以得到不同功能、不同耐熱等級(jí)的薄膜復(fù)合粉云母帶。在應(yīng)用中不但可使絕緣工藝簡(jiǎn)化，而且還使電機(jī)絕緣的質(zhì)量得到大大的提高。從發(fā)展角度看，薄膜復(fù)合粉云母帶具有廣闊的發(fā)展前景。

6 結(jié)語(yǔ)

本文所介紹的云母材料和云母的采選利用現(xiàn)狀都是基于現(xiàn)代云母工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上提出的，國(guó)內(nèi)在云母采選的新工藝提出、新設(shè)備的研制和云母改性材料方面的研究還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)。從目前看，優(yōu)質(zhì)云母仍然十分短缺，供不應(yīng)求，盡管電子設(shè)備生產(chǎn)、云母絕緣材料、云母玻璃陶瓷等對(duì)云母的需求繼續(xù)增長(zhǎng)，但遠(yuǎn)不能滿足需求。所以在今后的云母采選及深加工應(yīng)用上都應(yīng)本著提高經(jīng)濟(jì)效益、充分合理利用現(xiàn)有云母資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

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Processing and Application of Mica

YU Li，DAI Hui－xin
(Faculty of Land Resource Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan 650093，China)

The processing methods and current application situation of muscovite material，sericite，phlogopite and biotite material is introduced is this paper，and the comprehensive utilization of mica material is summarized systematically，as well as the current situation for mining and beneficiation of mica is discussed simultaneously．

mica;surface modification;mining and beneficiation process of mica

TD92

A

1006－0308(2011)05－0025－04

2011－05－12

余 力 (1987－)，男，湖南常德人，2010級(jí)碩士研究生，研究方向:選礦工藝及設(shè)備。