云母礦物材料

1. 云母的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和物理性質(zhì)
　　云母是一類含鉀、鋁、鎂、鐵、鋰等元素的層狀含水鋁硅酸鹽的總稱，它屬于層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，是兩層硅氧四面體夾著一層鋁氧八面體構(gòu)成的復(fù)式硅氧層。　　
　　云母的化學(xué)成分可表達(dá)為：
　　R+R23+［AlSi3O10］(OH)2
　　或R+R32［AlSi3O10］(OH)2
　　式(1)中R+=K+、Na+;R2+=Mg2+、Fe2+、Mn2+;R3+=Al3+、Fe3+、Mn3+。鋰也可加入云母晶格中占據(jù)相當(dāng)于Mg、Al的位置。在云母組成中還有Ti、Mn、Fe、Cr、F、Ca、Ba等少量元素。類質(zhì)同象的代替在云母中普遍存在。云母的主要種類有：白云母、鈉云母、金云母、黑云母、鋰云母、鋰鐵云母、珍珠云母、蛭石。
　　云母屬于單斜晶系，晶體多為板狀、鱗片狀、葉片狀，具有玻璃光澤、半金屬光澤或油脂光澤。在上述的天然云母中最有工業(yè)價(jià)值的是白云母。此類云母晶片面積大、電性能好，是電氣工業(yè)非常重要的絕緣材料。蛭石在電氣工業(yè)上應(yīng)用價(jià)值不大，但在建筑與絕熱工業(yè)用途很大。超細(xì)粉碎的蛭石粉近年來在填料、涂料工業(yè)上也有應(yīng)用。
　　云母的物理性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)可歸納為表1。云母有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。在各種濃度的冷鹽酸中不起化學(xué)作用。吸水性和吸濕性很小。

　　2、片云母研究現(xiàn)狀
　　片云母是由原料經(jīng)過劈開加工面成的大晶片云母，并可分為四類即：
　　塊云母，最小厚度0.007寸，最小可用面積為1平方寸；
　　薄云母，厚度為0.002～0.007寸之間;
　　云母箔，厚度為0.0008～0.007寸之間；
　　剝片云母，最大厚度為0.0012寸，最小可用面積為0.75平方寸。　　　　　　　
　　除了按其層片厚度對(duì)片云母進(jìn)行分類，同時(shí)也可按片的純度以及從單個(gè)層片所能切出的最大可用矩形面積來劃定等級(jí)。各國分類稍有差別。
　　片云母具有優(yōu)良的電絕緣性、耐熱性、耐水性、耐化學(xué)性、彈性和高剝離性，在以下方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)：①氧氣呼吸裝置的隔膜；②耐熱水位計(jì)的保護(hù)襯； ③云母電容器；④雙折射性遲延板。
　　全球片云母供應(yīng)量約為1萬噸，其中印度占70%，由于云母綜合利用的開展，使云母的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，逐步轉(zhuǎn)移到加工碎云母的綜合利用為主。而且，云母的品種也由單一的白云母，向黑云母、絹云母的開發(fā)與研究發(fā)展。另外，片云母的銷量以每年5%的速度下降。
　　3、碎云母的研究現(xiàn)狀
　　碎云母目前主要應(yīng)用于：
　　(1)石油鉆井云母漿。用5～12μm至10～15目的云母作鉆井水基泥漿添加劑，增加泥漿在孔壁附著力，堵塞軟弱滲透地層。從產(chǎn)品種類來看，這個(gè)市場(chǎng)比較特殊，對(duì)云母質(zhì)量要求最低，因此，使用的材料價(jià)格便宜。
　　(2)顏料。碎云母廣泛用于乳膠液中，增加濃度在10%～20%之間，它能改善油漆質(zhì)量，如增加表面光潔度，延長耐久度，抗化學(xué)腐蝕性。由于云母在陽光下不變形有助于控制油漆的流動(dòng)性，提高抗擦洗性能。云母在油漆中最重要的特性之一是小晶片的平面與基底層呈平面排列，改善粘性，阻止水和溶解的氧化物及硫酸鹽離子的侵入，提高了耐久性，并防止生銹。云顆粒的平面片排列級(jí)構(gòu)成隔離屏障，這個(gè)隔離屏障在阻礙氧的侵入的同時(shí)，還為揮發(fā)性物質(zhì)的逸出創(chuàng)造回旋式擴(kuò)散通道。一般說來，顏料工業(yè)是濕云母最大的用戶。
　　(3)珠光顏料。珠光顏料靠光的透射、反射和干涉，人為生成"珍珠母"效果或珍珠光澤。為了取得這種光的相互作用效果，用云母做襯底再在上面涂上薄薄一層二氧化鈦。根據(jù)所需效果，既可用白云母，也可用金云母。用于珠光顏料生產(chǎn)的云母粒度在3～150μm之間，厚度為200～500毫微米。顆粒的大小會(huì)影響實(shí)際效果。小于20μm的細(xì)粒顏料具有緞子光澤，常用來制造各種墨水。在20～50μm之間的顆粒會(huì)產(chǎn)生最佳珍珠光澤。大于100μm會(huì)產(chǎn)生閃光的效果。珠光云母顏料還可分為，TiO2-SnO2-TiO2-云母型、Cr2O3-TiO2-云母型、Fe2O3-SiO2(或Al2O3)-云母型、TiO2-ZrO2-云母型和MnO2-云母型。汽車工業(yè)是珠光顏料主要市場(chǎng)。在日本，珠光顏料還用于屋頂材料、計(jì)算機(jī)外殼和電視機(jī)外殼。
　　(4)結(jié)構(gòu)涂料。磨碎云母可做結(jié)構(gòu)涂層石膏的增強(qiáng)填充劑,主要性能在于能控制收縮率和裂縫,并保持可塑性。
　　(5)云母增強(qiáng)塑料。云母能改善聚合物的形穩(wěn)性，經(jīng)偶聯(lián)劑改性后，與熱塑性樹脂或熱固性樹脂混煉制做云母增強(qiáng)塑料，填加云母粉粒度為100～400目之間，白度〉70，徑厚比大效果更好。這種塑料主要性能有：①抗拉和抗撓模量顯著增加，同時(shí)增加抗拉和抗撓強(qiáng)度，減少了延伸率。②減少熱膨脹，而且云母平面性質(zhì)阻止了非均勻性收縮，而塑料往往導(dǎo)致皺曲。③云母用量越大熱變形溫度越高。云母小片的平面排列增加了不透水和不透所性。④改善塑料的絕緣性。⑤對(duì)紫外線、微波及大多數(shù)化學(xué)試劑的惰性。增強(qiáng)塑料云母的填充量一般在40%，并且需要偶聯(lián)劑進(jìn)行改性。增強(qiáng)塑料主要應(yīng)用于汽車工業(yè)，如車燈燈罩、車內(nèi)裝璜、檔板元件及空調(diào)和加熱器閥外殼、以及微波爐、空調(diào)的扇頁等。
　　(6)電焊條。云母可做為焊接低碳鋼材和普通鋼材的鈦型焊條的成分。可以防止裂縫、控制焊劑的劑量，有助焊劑涂覆在金屬焊條上，由于焊接技術(shù)發(fā)展，求量有下降趨勢(shì)。
　　(7)新型建材制品。云母粉是新型建材的重要原料，尤其是以云母粉替代石棉生產(chǎn)"云母硅酸鈣板""云母型纖維水泥中波瓦""云母輕質(zhì)磚"等新型建材，具有隔熱、隔音、質(zhì)輕耐風(fēng)化等優(yōu)良性能［15］。
　　(8)隔熱絕緣抗靜壓板。作者研制了一種云母+碳酸鹽巖+粘土耐高溫、絕緣和抗靜壓板，以替代高溫中壓條件的石棉板。
　　(9)云母紙。云母紙是碎云母綜合利用的一條主要途徑。在未來研究中，應(yīng)重點(diǎn)開展云母磷片尺寸、云母紙類型及云母含量對(duì)云母絕緣電氣性能、機(jī)械性能影響的研究，進(jìn)一步提高云母紙的性能，開發(fā)出薄規(guī)格、厚規(guī)格、高介電強(qiáng)度、高拉伸強(qiáng)度和高透氣性的云母紙。
　　(10)陶瓷工業(yè)。云母熔融溫度較低，可以降低陶瓷坯體素?zé)郎囟龋�云母硬度也低于石英和長石，原料破碎和磨礦時(shí)耗能較低，另外還與釉料相容，增強(qiáng)坯、釉之間聯(lián)結(jié)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。一般填加云母可使陶瓷素?zé)郎囟认陆?50～170℃，電耗降低1/3。
　　(11)日用品和化妝品。云母具有彈性，光澤度合適、白度高，可以作為防止皮膚曬黑的化妝品。另外，加拿大和南非用含TiO2的云母組份制造光牙膏，對(duì)牙齒有明顯的護(hù)齒作用。
　　(12)造紙工業(yè)。云母也可以作為造紙工業(yè)的填料，用云母填料的紙張顏色寬白，反射紫外線強(qiáng)，長久存放不易泛黃。
　　(13)橡膠工業(yè)。橡膠制品加工中，云母粉是一種良好的潤滑劑和脫模劑；云母粉還是丁苯膠(SBS)等橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，填充適量的云母粉取代白炭黑，對(duì)于提高橡膠制品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本極為有益，所用云母粉通常為160～325目。
　　4、云母材料的發(fā)展前景
　　云母礦物材料今后發(fā)展前景為，
　　(1)表面改性
　　云母粉作為填料或復(fù)合材料的組份，要使其能與基料有更好的"相容性"，必須對(duì)它進(jìn)行改性處理，改性的方法有兩種，第一種是干法處理，即把偶聯(lián)劑用溶劑稍加稀釋后，直接噴淋到云母粉中，加力攪拌；第二是將偶聯(lián)劑按云母粉重量的1%～2%配成稀溶液，使云母粉在溶液中充分作用，然后烘干、包裝。改性的云母粉，其表面性能發(fā)生了顯著的變化，由親水性轉(zhuǎn)變親油性，從而大大增強(qiáng)了非極性材料的親和，改善材料的性能，改性效果取決于改性劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
　　(2)珠光云母及著色云母
　　云母鈦珠光顏料是一種新型的珠光顏料，是在微薄晶片、光澤良好的云母基體上，用二氧化鈦或其他金屬氧化物包覆或復(fù)合而成。制備方法有：干法一般將云母微粉充分懸浮在反應(yīng)器內(nèi)將要包覆的物料以噴霧狀噴射入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行包覆。水解法是將云母粉懸浮于液體介質(zhì)中，將要包覆的物質(zhì)緩慢加入，讓其水解，水解產(chǎn)物沉積或吸附于云母表面，然后加入晶型轉(zhuǎn)化劑或在焙燒時(shí)加入晶形轉(zhuǎn)化劑，晶形轉(zhuǎn)化劑一般為 Sn2+鹽，作用于焙燒時(shí)，誘導(dǎo)二氧化鈦向金紅石型轉(zhuǎn)化，以獲得較高的折射率，使云母具有好的光澤。云母珠光顏料關(guān)鍵技術(shù)是云母基體的制備。
　　(3)絹云母的開發(fā)利用
　　絹云母是云母族中顯微鱗片狀產(chǎn)出的白云母亞種，常含少量Fe、Mn、Cr和V等元素，并呈現(xiàn)出淺黃、淺綠、淺紅等顏色，表面光滑，具絲絹或臘狀光澤。呈貝殼狀。絹云母在橡膠、塑料、涂料和窯業(yè)等方面有較好的應(yīng)用前景。
　　目前，云母開發(fā)技術(shù)已從普通技術(shù)向高技術(shù)深入發(fā)展，派生出門類眾多的產(chǎn)品，如云母玻璃復(fù)合大理石，氟云母與硼素云母形成新的云母系列；云母與磷、硼、硅酸鹽結(jié)合材料；氟云母與滑石結(jié)合材料；氟云母與金屬粉結(jié)合材料等，使云母不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。
　　大力開展云母礦物材料研究將有助于礦物材料發(fā)展和振興非金屬工業(yè)。