云母礦物材料

1. 云母的結構、化學組成和物理性質
　　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，它屬于層狀結構硅酸鹽，是兩層硅氧四面體夾著一層鋁氧八面體構成的復式硅氧層。　　
　　云母的化學成分可表達為：
　　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相當于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價值的是白云母。此類云母晶片面積大、電性能好，是電氣工業非常重要的絕緣材料。蛭石在電氣工業上應用價值不大，但在建筑與絕熱工業用途很大。超細粉碎的蛭石粉近年來在填料、涂料工業上也有應用。
　　云母的物理性質、熱學性質和電學性質可歸納為表1。云母有良好的化學穩定性。在各種濃度的冷鹽酸中不起化學作用。吸水性和吸濕性很小。

　　2、片云母研究現狀
　　片云母是由原料經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片云母進行分類，同時也可按片的純度以及從單個層片所能切出的最大可用矩形面積來劃定等級。各國分類稍有差別。
　　片云母具有優良的電絕緣性、耐熱性、耐水性、耐化學性、彈性和高剝離性，在以下方面具有不可替代的優勢：①氧氣呼吸裝置的隔膜；②耐熱水位計的保護襯； ③云母電容器；④雙折射性遲延板。
　　全球片云母供應量約為1萬噸，其中印度占70%，由于云母綜合利用的開展，使云母的產品結構發生重大變化，逐步轉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、絹云母的開發與研究發展。另外，片云母的銷量以每年5%的速度下降。
　　3、碎云母的研究現狀
　　碎云母目前主要應用于：
　　(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。從產品種類來看，這個市場比較特殊，對云母質量要求最低，因此，使用的材料價格便宜。
　　(2)顏料。碎云母廣泛用于乳膠液中，增加濃度在10%～20%之間，它能改善油漆質量，如增加表面光潔度，延長耐久度，抗化學腐蝕性。由于云母在陽光下不變形有助于控制油漆的流動性，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構成隔離屏障，這個隔離屏障在阻礙氧的侵入的同時，還為揮發性物質的逸出創造回旋式擴散通道。一般說來，顏料工業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。根據所需效果，既可用白云母，也可用金云母。用于珠光顏料生產的云母粒度在3～150μm之間，厚度為200～500毫微米。顆粒的大小會影響實際效果。小于20μm的細粒顏料具有緞子光澤，常用來制造各種墨水。在20～50μm之間的顆粒會產生最佳珍珠光澤。大于100μm會產生閃光的效果。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。汽車工業是珠光顏料主要市場。在日本，珠光顏料還用于屋頂材料、計算機外殼和電視機外殼。
　　(4)結構涂料。磨碎云母可做結構涂層石膏的增強填充劑,主要性能在于能控制收縮率和裂縫,并保持可塑性。
　　(5)云母增強塑料。云母能改善聚合物的形穩性，經偶聯劑改性后，與熱塑性樹脂或熱固性樹脂混煉制做云母增強塑料，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，同時增加抗拉和抗撓強度，減少了延伸率。②減少熱膨脹，而且云母平面性質阻止了非均勻性收縮，而塑料往往導致皺曲。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對紫外線、微波及大多數化學試劑的惰性。增強塑料云母的填充量一般在40%，并且需要偶聯劑進行改性。增強塑料主要應用于汽車工業，如車燈燈罩、車內裝璜、檔板元件及空調和加熱器閥外殼、以及微波爐、空調的扇頁等。
　　(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，由于焊接技術發展，求量有下降趨勢。
　　(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"云母硅酸鈣板""云母型纖維水泥中波瓦""云母輕質磚"等新型建材，具有隔熱、隔音、質輕耐風化等優良性能［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，應重點開展云母磷片尺寸、云母紙類型及云母含量對云母絕緣電氣性能、機械性能影響的研究，進一步提高云母紙的性能，開發出薄規格、厚規格、高介電強度、高拉伸強度和高透氣性的云母紙。
　　(10)陶瓷工業。云母熔融溫度較低，可以降低陶瓷坯體素燒溫度，云母硬度也低于石英和長石，原料破碎和磨礦時耗能較低，另外還與釉料相容，增強坯、釉之間聯結，提高產品質量。一般填加云母可使陶瓷素燒溫度下降150～170℃，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，對牙齒有明顯的護齒作用。
　　(12)造紙工業。云母也可以作為造紙工業的填料，用云母填料的紙張顏色寬白，反射紫外線強，長久存放不易泛黃。
　　(13)橡膠工業。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)等橡膠補強劑，填充適量的云母粉取代白炭黑，對于提高橡膠制品的質量，降低生產成本極為有益，所用云母粉通常為160～325目。
　　4、云母材料的發展前景
　　云母礦物材料今后發展前景為，
　　(1)表面改性
　　云母粉作為填料或復合材料的組份，要使其能與基料有更好的"相容性"，必須對它進行改性處理，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，其表面性能發生了顯著的變化，由親水性轉變親油性，從而大大增強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構和性質。
　　(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合而成。制備方法有：干法一般將云母微粉充分懸浮在反應器內將要包覆的物料以噴霧狀噴射入反應器內進行包覆。水解法是將云母粉懸浮于液體介質中，將要包覆的物質緩慢加入，讓其水解，水解產物沉積或吸附于云母表面，然后加入晶型轉化劑或在焙燒時加入晶形轉化劑，晶形轉化劑一般為 Sn2+鹽，作用于焙燒時，誘導二氧化鈦向金紅石型轉化，以獲得較高的折射率，使云母具有好的光澤。云母珠光顏料關鍵技術是云母基體的制備。
　　(3)絹云母的開發利用
　　絹云母是云母族中顯微鱗片狀產出的白云母亞種，常含少量Fe、Mn、Cr和V等元素，并呈現出淺黃、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、涂料和窯業等方面有較好的應用前景。
　　目前，云母開發技術已從普通技術向高技術深入發展，派生出門類眾多的產品，如云母玻璃復合大理石，氟云母與硼素云母形成新的云母系列；云母與磷、硼、硅酸鹽結合材料；氟云母與滑石結合材料；氟云母與金屬粉結合材料等，使云母不斷擴大應用領域。
　　大力開展云母礦物材料研究將有助于礦物材料發展和振興非金屬工業。