片麻巖云母煅燒化學(xué)開(kāi)片方法研究

張 翼，王延松，李 容，李書(shū)武

（1.武漢工程大學(xué)，湖北 武漢 430074；2.浙江省遂昌金礦有限公司，浙江 麗水 323304；3.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070；4.湖北平安電工材料有限公司，湖北 咸寧 437400）

片麻巖云母是一種白云母的變種，具有結(jié)晶不夠完整的云母晶體，其原礦中含砂量較大，且含鐵量高，因此在對(duì)其進(jìn)行深加工前均要進(jìn)行重選除砂。

從顯微鏡下觀(guān)察，片麻巖云母表面裂紋較多，結(jié)晶不夠完整，且在片狀晶體中有許多邊緣整齊的孔狀結(jié)構(gòu)，可能是由于除砂后石英砂脫離云母晶體后留下的空洞。由于片麻巖云母晶體的這些特性，使其具備較強(qiáng)的透水性能，因此被廣泛應(yīng)用于路基材料[1]。同時(shí)由于其具備一些偉晶巖云母類(lèi)似的特性，也被廣泛應(yīng)用于塑料和陶瓷復(fù)合材料[2]。

由于優(yōu)質(zhì)的偉晶巖云母資源日趨減少，因此可以考慮用片麻巖云母來(lái)生產(chǎn)低檔的云母制品以提高云母的綜合利用率。

國(guó)外有研究利用超聲波對(duì)片麻巖云母進(jìn)行開(kāi)片處理，但是其最高徑厚比不超過(guò)50[3]，國(guó)內(nèi)有研究采用了水力制漿法，但是由于其結(jié)晶不完整，在高壓水流的沖擊下容易碎裂為徑厚比小的鱗片，水力制漿所得的云母鱗片不具備成紙性能，云母鱗片之間沒(méi)有吸附力。

因此本文采用煅燒化學(xué)制漿法對(duì)片麻巖云母進(jìn)行開(kāi)片處理，試驗(yàn)結(jié)果證明該方法所獲得的云母鱗片具備一定的表面吸附力，具有一定的成紙性。

1 原料及試驗(yàn)方法

本文所用片麻巖云母由湖北某企業(yè)提供，原產(chǎn)地河北靈壽，已經(jīng)過(guò)除砂提純處理，其粒度分布如下表所示。

片麻巖云母粒度組成

根據(jù)國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究成果，在一定沉降條件下，云母鱗片的徑厚比與沉降高度存在一定的線(xiàn)性關(guān)系[4]，因此本文所考查的最佳試驗(yàn)條件均以片麻巖云母鱗片的沉降高度為衡量指標(biāo)，即沉降高度越大，徑厚比越大。

2 煅燒條件試驗(yàn)

針對(duì)片麻巖云母分別采用600、700、800、900℃進(jìn)行煅燒處理，研究資料顯示云母的吸熱峰在760℃左右，在600～800℃時(shí)脫結(jié)晶水約為50%，在700～800℃時(shí)膨脹最好，并在800～880℃出現(xiàn)膨脹最大值[5]。

由于片麻巖云母的結(jié)晶特性，有必要采用較大范圍的煅燒溫度對(duì)其進(jìn)行處理，主要是研究其在不同煅燒條件下膨脹過(guò)程中其鱗片斷裂的效果及對(duì)徑厚比的影響。

煅燒后的云母漿料篩分為+380、-380+180、-180+109、-109+75μm四個(gè)粒級(jí)，由于在云母紙生產(chǎn)過(guò)程中75μm以下的鱗片會(huì)惡化云母紙的抗張強(qiáng)度，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該除去，因此數(shù)據(jù)的分析只針對(duì)75μm以上的顆粒。

2.1 煅燒溫度對(duì)沉降高度的影響

選用煅燒時(shí)間為60min進(jìn)行煅燒處理，每次煅燒100g樣品。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖中可以看出，隨著溫度升高，+380、-180+109和-109+75μm粒級(jí)的云母鱗片沉降高度都經(jīng)歷了先增加再減小的趨勢(shì)，而-380+180μm粒級(jí)產(chǎn)物沉降高度最高點(diǎn)出現(xiàn)在800℃，綜合幾個(gè)粒級(jí)的變化趨勢(shì)，可以判斷片麻巖云母在700℃，煅燒時(shí)間60min時(shí)的煅燒產(chǎn)物沉降高度最大，徑厚比最高。

2.2 煅燒時(shí)間對(duì)沉降高度的影響

根據(jù)上節(jié)中的分析，700℃為最佳煅燒溫度，煅燒時(shí)間分別為40、50、50、60、70、80min，每次煅燒100g樣品。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出，各個(gè)粒級(jí)云母的沉降高度都經(jīng)歷了先增大后減小的趨勢(shì)，而且各個(gè)粒級(jí)產(chǎn)物沉降高度均在50min呈現(xiàn)最高點(diǎn)，綜合其變化趨勢(shì)，可以判斷片麻巖云母在煅燒溫度為700℃，時(shí)間為50min時(shí)的煅燒產(chǎn)物徑厚比最高。

3 酸堿浸泡條件試驗(yàn)

將煅燒的100g礦樣不經(jīng)冷卻投入碳酸鈉溶液中浸泡一定時(shí)間之后再投入硫酸溶液中，由于碳酸鈉和硫酸的中和反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡。一部分云母片隨氣泡漂浮在溶液面上，膨脹現(xiàn)象明顯，但片與片之間尚未脫離開(kāi)來(lái)。將浸泡過(guò)的云母洗出進(jìn)行篩分，篩分產(chǎn)物干燥之后測(cè)產(chǎn)率和沉降高度。

3.1 碳酸鈉濃度對(duì)沉降高度的影響

對(duì)煅燒后的片麻巖云母料用濃度分別為2%、4%、6%、8%、10%的碳酸鈉溶液進(jìn)行浸泡，浸泡時(shí)定為20min，硫酸用量根據(jù)碳酸鈉用量變化，硫酸浸泡時(shí)間定為20min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，隨著碳酸鈉和硫酸濃度的增加，各個(gè)粒級(jí)沉降高度的變化趨勢(shì)都為先增大后減小。+380、-380+180、-180+75μm粒級(jí)的沉降高度的最高點(diǎn)均出現(xiàn)在濃度為4%，-109+75μm粒級(jí)沉降高度的最高點(diǎn)出現(xiàn)在濃度為6%。綜合其變化趨勢(shì)，可以判斷煅燒溫度為700℃時(shí)，碳酸鈉及硫酸濃度為4%的各粒級(jí)的徑厚比最高，浸泡效果最好。

3.2 碳酸鈉浸泡時(shí)間對(duì)沉降高度的影響

根據(jù)最佳浸泡濃度，為了確定碳酸鈉的最佳浸泡時(shí)間，先將硫酸浸泡時(shí)間定為20min，碳酸鈉的浸泡時(shí)間為10、20、30、40、50、60min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

隨著浸泡時(shí)間的增加，各個(gè)粒級(jí)產(chǎn)物的沉降高度出現(xiàn)了先增大后減小的趨勢(shì)，并且在浸泡時(shí)間為30min的時(shí)候，沉降高度最高，綜合其變化趨勢(shì)可以得出，700℃碳酸鈉濃度為4%，碳酸鈉浸泡30min的產(chǎn)物的徑厚比最高，效果最好。

3.3 硫酸浸泡時(shí)間對(duì)沉降高度的影響

硫酸浸泡時(shí)間分別為10、20、30、40、50、60min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

隨著硫酸浸泡時(shí)間的增加，各個(gè)粒級(jí)產(chǎn)物的沉降高度呈現(xiàn)了先增大再減小的趨勢(shì)，并且在浸泡時(shí)間為30min的時(shí)候沉降高度最高。綜合其變化趨勢(shì)可以得出，700℃硫酸浸泡30min的產(chǎn)物的徑厚比最高，效果最好。

4 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以得出如下結(jié)論：片麻巖云母最佳煅燒溫度為700℃，碳酸鈉浸泡濃度為4%，浸泡時(shí)間為30min；硫酸浸泡時(shí)間為30min。

根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象，煅燒浸泡后的片麻巖云母膨脹情況良好，大部分均可漂浮于水面上，但是由于其結(jié)晶特性，膨脹后的片麻巖云母在經(jīng)過(guò)機(jī)械攪拌后并不能像偉晶巖云母那樣解離成徑厚比適中的漿料，因此還需要對(duì)其進(jìn)行機(jī)械開(kāi)片處理，才能加工成適合生產(chǎn)云母紙的云母漿料，處理過(guò)程在此不贅述。

[1]李明.云母片麻巖風(fēng)化料填筑高速公路路基的應(yīng)用研究[J].科技信息,2010(23):356-357.

[2]高懷義.滑石白云母片巖和白云母斜長(zhǎng)石片巖用做建筑陶瓷的可行性研究[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)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.云母粉徑厚比測(cè)定方法研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2008:84-87.

[5]云母綜合利用編寫(xiě)組.云母綜合利用[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1982:1-2.