片麻岩云母煅烧化学开片方法研究

张 翼，王延松，李 容，李书武

（1.武汉工程大学，湖北 武汉 430074；2.浙江省遂昌金矿有限公司，浙江 丽水 323304；3.武汉理工大学，湖北 武汉 430070；4.湖北平安电工材料有限公司，湖北 咸宁 437400）

片麻岩云母是一种白云母的变种，具有结晶不够完整的云母晶体，其原矿中含砂量较大，且含铁量高，因此在对其进行深加工前均要进行重选除砂。

从显微镜下观察，片麻岩云母表面裂纹较多，结晶不够完整，且在片状晶体中有许多边缘整齐的孔状结构，可能是由于除砂后石英砂脱离云母晶体后留下的空洞。由于片麻岩云母晶体的这些特性，使其具备较强的透水性能，因此被广泛应用于路基材料[1]。同时由于其具备一些伟晶岩云母类似的特性，也被广泛应用于塑料和陶瓷复合材料[2]。

由于优质的伟晶岩云母资源日趋减少，因此可以考虑用片麻岩云母来生产低档的云母制品以提高云母的综合利用率。

国外有研究利用超声波对片麻岩云母进行开片处理，但是其最高径厚比不超过50[3]，国内有研究采用了水力制浆法，但是由于其结晶不完整，在高压水流的冲击下容易碎裂为径厚比小的鳞片，水力制浆所得的云母鳞片不具备成纸性能，云母鳞片之间没有吸附力。

因此本文采用煅烧化学制浆法对片麻岩云母进行开片处理，试验结果证明该方法所获得的云母鳞片具备一定的表面吸附力，具有一定的成纸性。

1 原料及试验方法

本文所用片麻岩云母由湖北某企业提供，原产地河北灵寿，已经过除砂提纯处理，其粒度分布如下表所示。

片麻岩云母粒度组成

根据国内的相关研究成果，在一定沉降条件下，云母鳞片的径厚比与沉降高度存在一定的线性关系[4]，因此本文所考查的最佳试验条件均以片麻岩云母鳞片的沉降高度为衡量指标，即沉降高度越大，径厚比越大。

2 煅烧条件试验

针对片麻岩云母分别采用600、700、800、900℃进行煅烧处理，研究资料显示云母的吸热峰在760℃左右，在600～800℃时脱结晶水约为50%，在700～800℃时膨胀最好，并在800～880℃出现膨胀最大值[5]。

由于片麻岩云母的结晶特性，有必要采用较大范围的煅烧温度对其进行处理，主要是研究其在不同煅烧条件下膨胀过程中其鳞片断裂的效果及对径厚比的影响。

煅烧后的云母浆料筛分为+380、-380+180、-180+109、-109+75μm四个粒级，由于在云母纸生产过程中75μm以下的鳞片会恶化云母纸的抗张强度，在生产过程中应该除去，因此数据的分析只针对75μm以上的颗粒。

2.1 煅烧温度对沉降高度的影响

选用煅烧时间为60min进行煅烧处理，每次煅烧100g样品。试验结果见图1。

从图中可以看出，随着温度升高，+380、-180+109和-109+75μm粒级的云母鳞片沉降高度都经历了先增加再减小的趋势，而-380+180μm粒级产物沉降高度最高点出现在800℃，综合几个粒级的变化趋势，可以判断片麻岩云母在700℃，煅烧时间60min时的煅烧产物沉降高度最大，径厚比最高。

2.2 煅烧时间对沉降高度的影响

根据上节中的分析，700℃为最佳煅烧温度，煅烧时间分别为40、50、50、60、70、80min，每次煅烧100g样品。试验结果见图2。

由图2可以看出，各个粒级云母的沉降高度都经历了先增大后减小的趋势，而且各个粒级产物沉降高度均在50min呈现最高点，综合其变化趋势，可以判断片麻岩云母在煅烧温度为700℃，时间为50min时的煅烧产物径厚比最高。

3 酸碱浸泡条件试验

将煅烧的100g矿样不经冷却投入碳酸钠溶液中浸泡一定时间之后再投入硫酸溶液中，由于碳酸钠和硫酸的中和反应，产生大量气泡。一部分云母片随气泡漂浮在溶液面上，膨胀现象明显，但片与片之间尚未脱离开来。将浸泡过的云母洗出进行筛分，筛分产物干燥之后测产率和沉降高度。

3.1 碳酸钠浓度对沉降高度的影响

对煅烧后的片麻岩云母料用浓度分别为2%、4%、6%、8%、10%的碳酸钠溶液进行浸泡，浸泡时定为20min，硫酸用量根据碳酸钠用量变化，硫酸浸泡时间定为20min，试验结果见图3。

由图3可以看出，随着碳酸钠和硫酸浓度的增加，各个粒级沉降高度的变化趋势都为先增大后减小。+380、-380+180、-180+75μm粒级的沉降高度的最高点均出现在浓度为4%，-109+75μm粒级沉降高度的最高点出现在浓度为6%。综合其变化趋势，可以判断煅烧温度为700℃时，碳酸钠及硫酸浓度为4%的各粒级的径厚比最高，浸泡效果最好。

3.2 碳酸钠浸泡时间对沉降高度的影响

根据最佳浸泡浓度，为了确定碳酸钠的最佳浸泡时间，先将硫酸浸泡时间定为20min，碳酸钠的浸泡时间为10、20、30、40、50、60min。试验结果见图4。

随着浸泡时间的增加，各个粒级产物的沉降高度出现了先增大后减小的趋势，并且在浸泡时间为30min的时候，沉降高度最高，综合其变化趋势可以得出，700℃碳酸钠浓度为4%，碳酸钠浸泡30min的产物的径厚比最高，效果最好。

3.3 硫酸浸泡时间对沉降高度的影响

硫酸浸泡时间分别为10、20、30、40、50、60min，试验结果见图5。

随着硫酸浸泡时间的增加，各个粒级产物的沉降高度呈现了先增大再减小的趋势，并且在浸泡时间为30min的时候沉降高度最高。综合其变化趋势可以得出，700℃硫酸浸泡30min的产物的径厚比最高，效果最好。

4 结论

根据试验结果可以得出如下结论：片麻岩云母最佳煅烧温度为700℃，碳酸钠浸泡浓度为4%，浸泡时间为30min；硫酸浸泡时间为30min。

根据试验现象，煅烧浸泡后的片麻岩云母膨胀情况良好，大部分均可漂浮于水面上，但是由于其结晶特性，膨胀后的片麻岩云母在经过机械搅拌后并不能像伟晶岩云母那样解离成径厚比适中的浆料，因此还需要对其进行机械开片处理，才能加工成适合生产云母纸的云母浆料，处理过程在此不赘述。

[1]李明.云母片麻岩风化料填筑高速公路路基的应用研究[J].科技信息,2010(23):356-357.

[2]高怀义.滑石白云母片岩和白云母斜长石片岩用做建筑陶瓷的可行性研究[J].中国非金属矿工业导刊,1991(3):31-32.

[3]GUPTA A.PATE M.Mica schist particulates for composites[J].Journal of Materials Science Letters,1988(7):1021-1023.

[4]白翠萍.云母粉径厚比测定方法研究[D].武汉:武汉理工大学,2008:84-87.

[5]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,1982:1-2.