云母的加工与应用*

余 力，戴慧新

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093)

云母的加工与应用*

余 力，戴慧新

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093)

介绍了白云母材料、绢云母、金云母、黑云母材料的加工方法及应用现状，并对云母材料的综合利用进行了系统的总结，同时探讨云母矿的采矿与选矿工艺现状。

云母;表面改性;云母采选工艺

前 言

云母是一种具有晶体结构的天然造岩矿物，属于自然生成的透明层状水铝硅酸盐类矿物，是对九种不同碱金属的含水氧化铝硅酸盐的一般命名。云母族矿物中最常见的矿物种有黑云母、白云母 、金云母、锂云母、绢云母等，含水量一般在5%左右。其颜色特征通常可用来判断绝缘性能，工业上一般以浅色为好，其中在工业上有重要意义的矿物为锂云母、金云母等。

早期的云母产品主要是以天然树脂——虫胶、沥青和合成树脂——醇酸树脂为粘合剂，并以纸、绸为补强材料制备的片云母。随着现代工业的发展，对云母材料的研究进一步加深，发现其具有易分剥成很薄的、平坦的、光滑的和具有弹性的薄片的特性，此外还有高的抗电性能、极高的耐热性、很高的电绝缘强度、耐电晕、耐热以及良好的力学性能，同时化学稳定性好、收缩率小、不燃、不吸湿、优异的电气绝缘性、耐水性、并且机械强度高。因此被广泛应用在电子、电力、电器、电讯、航空、交通、仪表、冶金、建材、轻工等工业部门，以及国防领域和尖端工业上的绝缘材料，也可作为振荡器、电容器、低压电器设备等上的绝缘材料及特殊零件，其加工剩料和云母粉可以进行进一步的深加工，如耐火材料、建材、造纸、橡胶、染料等工业。

1 云母的采矿

云母矿床的开采特点取决于有用矿物本身的性质。工业上使用的是未经过任何化学处理的天然云母。云母晶体形态越大，以及它的可用面积越大，它的价值就越高，就可以制造出更多的重要零件。所以在开采和加工云母矿石的过程中，必须保护云母晶体的自然尺寸。

在开采云母矿床时，露天方法获得了广泛的应用。在云母矿床的露天开采中，最常用的方法是将围岩运至外部废石场。提高云母矿床的开采效率，首先在于增加露天矿的深度。采深30～40 m显然不够，决定了所建露天矿生产能力不高，所采用的装载运输设备功率不大。露天开采深度增至100 m可增加露天开采的云母矿量和露天矿的生产能力，显著扩大了露天矿开采工作线，进一步降低废石场云母损失的根本措施在于直接在工作面选出大块云母晶体，并同时重复开采老废石场。所有这一切给采用生产能力较高的穿孔和装载运输设备创造了有利条件。改进穿孔爆破工作的根本放心应该是选择生产能力高的崩矿方法与合理的穿孔爆破工艺，以及穿孔设备的现代化并采用能保证因晶体损伤造成的云母损失最小的穿孔爆破工艺。主要开采工序的机械化在很大程度上促进了云母露天开采工艺的不断完善，显著提高了各生产企业的主要经济指标。

2 云母的选矿

云母矿石选矿主要是提高其选矿自动化程度，由于云母晶体及其共生脉石的介电常数及比重几乎相同，同时在选矿过程中不允许破坏云母晶体，因此主要选矿方法是根据矿粒形状和摩擦系数的差异进行机械分选。工业上主要是直接利用云母自然晶体加工成所需产品。没有缺陷的云母晶体愈大，其经济价值愈高，因此在云母矿石选矿过程中，要尽可能地保护云母自然晶体不受破坏。

选矿是提高云母品位和质量、实现高档次应用从而提升利用价值的重要前提。云母的选矿方法和具体工艺，一般根据矿石的矿物物质组成、赋存状态和嵌布特征来拟定。弄清云母与矿石中其它矿物的物理化学性质差别，再找到一个简便经济实用的选矿方法除砂提纯。其选矿方法主要有手选、摩擦选矿、形状选矿、浮选和风选法等。

国内在浮选云母工艺上除了利用传统的方法外，还进行了利用充填式静态浮选柱回收云母的试验研究，从而使流失在尾矿中的大量云母再次得到回收利用，不但能缓解云母在市场上的紧缺现状，而且达到了合理利用资源、保护环境的目的，可为工业生产借鉴。充填式浮选柱浮选回收尾矿中的碎云母，可以以一段浮选代替多段浮选机的浮选操作，得到满足工业生产需要的浮选指标。与常规浮选机相比，有较强的分离作用，更有利于提高目的产物的品位和回收率。在操作中，调整好充气速率、顶部淋洗水量、矿浆液面高度及给矿量，是获得理想操作指标的关键因素。但利用充填式静态浮选柱回收云母的实验室试验虽取得了成功，但其应用于工业生产，尚需进一步做半工业试验和工业试验。

国外碎云母的选矿多采用浮选法进行。美国已研究出两种浮选法:一种是在酸性介质中用阳离子捕收剂浮选云母，浮选法有酸性阳离子和碱性阴离子－阳离子浮选法，酸性阳离子浮选选法用硫酸作酸性调节剂，长碳链醋酸铵阳离子试剂作捕收剂，最佳效果的pH值为4;一种是在碱性介质中用阴离子捕收剂回收细粒云母的碱性阴离子－阳离子浮选法，用碳酸钠与木质磺酸钙作调节剂，浮选时阴离子和阳离子捕收剂联合使用。选矿可以使云母提纯率增加，高纯度的碎云母必为云母粉的细加工带来便利。

浮选法分离云母和石英，与其他矿物的浮选分离一样，也同样是以两矿物晶体结构与物质组成的差别为依据，并借助药剂条件的调节来实现。

3 云母的深加工

目前国内在云母的深加工上尚无国家标准，现在采用的是建材行业的标准。深加工主要由选矿提纯、剥片、细磨和超细磨、表面改性等过程组成。选矿提纯是根据入选云母原料性质和种类的不同，有不同的选矿方法。片状云母通常采用手选、摩擦选和形状选，碎云母采用风选、水力旋流器分选或浮选将云母与脉石分开。目前剥片方法有手工剥片、机械剥片、物理化学剥片3种，主要用于加工各种云母片，如厚云母、薄片云母、电子管云母等，大部分是手工操作。细磨和超细磨云母粉的生产根据产地及其原矿性质不同而不同，分为干法和湿法两种流程，各种云母粉的表面改性可分为有机表面改性和无机表面包覆 (膜)改性两种工艺。湿法生产出来的云母粉具有质地纯净、表面光滑、径厚比大、附着力强等优点。因此，湿磨云母粉性能更好，应用面更广，经济价值更高。尤其是作为珠光云母基料的云母粉一般要求湿磨云母粉。无机表面改性剂主要指用作涂料、油墨、人造革、化妆品、塑料、玩具、印刷装潢、造纸等的云母颜料。

4 云母的应用

工业云母矿床分为白云母矿床和金云母矿床两大类，用得最多的是白云母，其次为金云母，目前国内对黑云母和绢云母的开发也在逐步的展开。

4.1 白云母的传统应用

白云母在未经改性前主要应用在日用化工原料、陶瓷原料、油漆添料、塑料和橡胶添料、建筑材料以及用于焊条药皮的保护层等，近年在玻璃鳞片替代方面也很突出。白云母还能在油井中起到增加韧性的效果，在油井水泥中掺入合适细度的白云母，可在一定程度上克服水泥固有的脆性，增强水泥的韧性。添加0．5%的80目的白云母，对油井水泥有较明显的增韧效果，可以用作油井水泥的增韧材料。

4.2 改性白云母作添加剂

白云母同其他无机非金属类矿物填料一样，具有亲水性，难以在有机相中润湿和分散，容易凝聚成团，不能与树脂形成良好的界面，导致粘接不良。但改性后的白云母与树脂基体粘接良好，界面粘接力得到增强，将其作为增强剂添加到塑料中，可改变塑料产品的物化性质。同时利用白云母独特的层片结构，对其超细微粉进行表面改性后填充复合ABs树脂工程塑料，以获得价格低廉、性能满足广泛用途的复合物。白云母填充Abs树脂具有以较高比例填充改性降低成本的优势，并可使Abs树脂的刚性、耐磨性、化学稳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的界面粘接状态效果好。因此可避免使用纯Abs树脂而导致其性能过剩，减少原料成本，提高经济效益。

4.3 微晶白云母

微晶白云母是一种近年来发现的具有微晶结构的新型白云母矿物资源。微晶白云母不仅具有耐热、耐酸碱、绝缘、强度高等一系列传统白云母特有的物理化学性能，还具有天然超细、易磨、易加工、白度高、活性高等特点，是一种性能优良的矿物粉体原料。

微晶白云母粉作为绝缘灌注胶填料的广泛推广应用，比常规采用的硅微粉更加物美价廉，除绝缘灌注胶以外，还可应用于绝缘方面相关更多的领域。经加工成云母粉还有较好的滑动性和较强的附着力。其超细云母粉可作为涂料、油漆、橡胶等功能性填料，可提高其机械强度，增强韧性、附着力抗老化及耐腐蚀性等。天然微晶白云母矿质纯，易选，易加工，生产成本低廉，尤其容易加工成超细云母粉，因此对微晶白云母粉进行表面改性后应用于高分子材料、高聚物基复合材料和功能材料中应具有很好的市场前景。但同其他无机非金属类矿物填料一样，由于微晶白云母具有极性亲水性质，存在与有机高聚物相容性较差的问题，容易造成两种材料的界面缺陷，影响复合材料的性能。为了使微晶白云母能够在聚合物材料中得到广泛应用，应在其表面改性方面做一定的研究以取得一些经验。

4.4 绢云母材料的应用

绢云母是一种天然细粒白云母，属白云母的亚种，其韧性和弹性好，滑动能力大，抗拉、抗压强度高，可作为很好的弹性填料。但绢云母同其它无机非金属类矿物填料一样，具有亲水疏油、难以在有机相中润湿和分散、容易凝聚成团等缺点，不能与树脂形成良好的界面，导致粘接不良。因此，若作为橡胶的填充材料，必须经过表面改性处理，提高它与橡胶的相容性和结合力。

绢云母粉由天然绢云母矿石研磨制得，具有一定的补强性能，且回弹性高，可以解决肩垫胶在超限运输工作条件下温升快而影响轮胎的行驶性能和寿命的问题，是一种很好的添加填料，特别是改性后的绢云母可部分替代碳黑解决轮胎的压缩生热问题，提高轮胎的使用寿命。还可以通过偶联剂包覆改性，使其在环氧树脂涂料中的分散性得到提高，改性后在涂料中能更好地和环氧树脂涂料相容，从而显著提高了环氧树脂涂料的防腐性能。

4.5 金云母材料的应用

金云母的变种有锰云母、钛云母、铬金云母、氟金云母等，特色的结构组成和层状性质产生了独特的用途。其中氟金云母在现代工业中的应用最为广泛，用性质不同的标准氟金云母和改性氟金云母分别填充环氧树脂得到复合材料，可在保持其原有的高压绝缘性、耐介质腐蚀性等良好特性的基础上，提高其力学性能。但不同性质的氟金云母粉与环氧树脂所得复合材料的性能存在很大差异，这与填料的化学组成、微观结构等因素有关。

氟金云母玻璃陶瓷具有良好的深加工性能、抗冲击性、机械强度，同时具有无机非金属材料的物理和化学性能。特别适合航空航天、军工、石化、精密仪器、机械电子、医疗设备、低温工程等领域的应用。如用于激光陀螺仪、大型天文望远镜的镜片、真空电子、离子镀膜、离子显微镜、离子加速器、激光器等设备以氟金云母为主晶相的玻璃陶瓷，具有良好的可切削性，在工程与医用材料方面有广阔的应用前景，但此类材料的机械强度不高，使其应用受到一定限制。

近年来，日本学者采用钡云母晶体、钙云母晶体对氟金云母类玻璃陶瓷进行增强，使其强度和韧性均得到明显提高。随着玻璃陶瓷中氟金云母的增加，材料的抗弯强度、弹性模量、断裂韧性都有所提高，而硬度变化不明显。采用羟基磷灰石和云母玻璃陶瓷复合既能利用材料的生物活性，又使材料具备了较好的力学性能，在人体较大载荷植入部位方面具有广泛的应用前景。同时利用超声波的空化作用、微射流作用，把氟金云母剥离细化成片形微粉，这种无损伤粉碎新工艺，与现用云母粉碎工艺相比，具有能耗低、云母表面光洁、径厚比大的特点。

目前，相关研究工作主要集中在金云母材料制备及其性能优化上，对于材料加工性能方面系统的研究报道较少。因此，开展材料加工技术、工具技术，探索高效率、低成本加工工艺，具有重要的现实价值。

4.6 黑云母材料的应用

黑云母作为选矿的附产物，也应考虑它的综合回收利用，充分利用矿产资源。

但国内黑云母材料的利用还需要进一步的开展，主要因其含铁，绝缘性能不好，使它的用途受到了很大的限制，通常其细片只能用作低廉的建筑材料充填物，近年来，也被广泛应用在真石漆等装饰涂料中。黑云母是一种含钾矿物，由于三八面体的黑云母具有极易于水化、抗酸蚀能力差等特点，科研人员提出在缺钾土壤中直接施入黑云母或者以黑云母为原料制取钙镁钾肥，在使用上可将其磨成粉直接施用，或加工成混合肥料施用，为植物生长提供不可少的钾元素。由于生产成本低，应用前景广阔，从而为黑云母的应用开辟了一条新途径，扩大了黑云母的应用范围。在地质探测领域上，由于石榴石－黑云母矿物对是岩浆岩，尤其是变质岩中最为常见的矿物对，它们之间的Fe－Mg交换与变质程度密切相关，因此在对石榴石－黑云母之问的Fe－Mg交换与平衡温度关系的研究后，人们从经验和实验的角度标定了石榴石－黑云母温度计，并进行了多次修正。目前该温度计已成为一种成熟、精确的地球化学热力学方法，被广泛应用于变质作用的温度条件的研究。

在国内河北行唐县内，原硅线石厂现转产金红石精矿，在选别过程中回收的黑云母粉 (年产千吨以上)为矿物原料，再配以石灰石、石膏等辅助材料，加工制成含钾混合肥出售，使企业的经济效益得到进一步的提高，有着广阔的发展前景。

5 云母应用的发展趋势

传统云母材料由于综合利用率低，应用领域相对狭窄，在现代工业中所占份额逐渐降低。云母材料主要集中在合成云母、微晶云母等新的领域。同时云母综合利用的产品，云母纸和云母粉以及深加工产品如云母绝缘制品、云母纸电器等也逐渐开始畅销，目前我国开发研制也正在加快进行中。

我国云母纸出口价格同比国内价格要高出20%左右，所以我国应加大对云母纸的生产规模，提高高档云母纸的生产水平。要提高云母纸的质量和产量。今后的研究主要内容就是生产设备的改造，使纸浆浓度和纸的厚度能被在线测试，实现自动测试纸厚及调节纸浆浓度，使生产工艺连续化、自动化。

随着大、中型高压电机向大容量、高参数的不断发展，对其云母绝缘水平的要求也越来越高。大、中型高压电机绝缘总的发展趋势是提高主绝缘的云母含量、热态机械强度和耐电热老化寿命，并不断改进绝缘工艺性。采用单面薄膜或双面薄膜复合制造的粉云母带，具有较高的电气强度、机械强度和良好的应用工艺性能，是高压电机端部绝缘和匝间绝缘较为理想的云母材料。除了高压电机绝缘用云母带外，我国还开发了用于直流电机换向器的H级有机硅换向器金粉云母板以及用于耐火电缆用的耐火电缆粉云母带。当选用不同品种 (如:收缩薄膜)、不同耐热等级的薄膜材料与云母纸、补强材料复合，可以得到不同功能、不同耐热等级的薄膜复合粉云母带。在应用中不但可使绝缘工艺简化，而且还使电机绝缘的质量得到大大的提高。从发展角度看，薄膜复合粉云母带具有广阔的发展前景。

6 结语

本文所介绍的云母材料和云母的采选利用现状都是基于现代云母工业发展的基础上提出的，国内在云母采选的新工艺提出、新设备的研制和云母改性材料方面的研究还需要进一步的加强。从目前看，优质云母仍然十分短缺，供不应求，尽管电子设备生产、云母绝缘材料、云母玻璃陶瓷等对云母的需求继续增长，但远不能满足需求。所以在今后的云母采选及深加工应用上都应本着提高经济效益、充分合理利用现有云母资源的基础上进行。

［1］《云母综合利用》编写组．云母综合利用 ［M］．北京:中国建筑工业出版社，1983．

［2］郑水林．粉体表面改性［M］．北京:中国建材工业出版社，1995，35－60．

［3］马廉洁，于爱兵，韩廷水，等．氟金云母陶瓷车削参数对刀具磨损的影响［J］．兵器材料科学与工程，2007，30(1):1－4．

［4］杨锦隆．新型充填式浮选柱 ［J］．国外金属矿选矿，1991，(2):10－14．

［5］高春华，黄新友．云母钛珠光颜料的制备及应用［J］．江苏大学学报，2002，(2):78－82．

［6］王显祥，章娴君．国内外云母珠光颜料研究进展 ［J］．西南师范大学学报，2002，27(3):368－371．

［7］张高科，雷绍民．金色云母珠光颜料研制 ［J］．非金属矿，2002，25(1):25－26．

［8］冉松林，沈上越，宋旭波．绢云母的超细粉碎与表面改性及其应用研究 ［J］．化工矿物与加工，2003，32(9):14－16．

［9］曾细龙．选矿尾矿中绢云母的回收工艺及应用研究 ［J］．湖南有色金属，2004，6(3):7－9．

［10］丁 浩，等．中国绢云母资源综合利用的现状与前景 ［J］．中国矿业，1996，(4):14－17．

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级硕士研究生，研究方向:选矿工艺及设备。