编号：CYYJ00242

篇名：新的微晶白云母资源的开发及其粉体材料的应用

作者： 毛玉元、侯立玮

关键词： 微晶白云母、白云母矿床工业类型、矿物粉体材料

摘要： 新的微晶白云母资源的开发，将增添白云母矿床的新类型，本文按白云母结晶大小及主要用途重新划分了白云母矿床的工业类型，并概述了不同类型矿床的产出特征，有利于找矿和资源的合理使用。分析研究了具有显微结晶的块云母、绢云母、伊利石等矿物粉体材料的主要性能，及其在多种工业领域应用取得的部分成果，证实了具有功能性的微晶白云母粉体材料的应用前景十分广阔。

原文： 1 前言 开始利用巨晶片状的白云母作绝缘材料后，白云母就成为一种宝贵的资源。随着工业原料云母的日益枯竭和科技进步，碎云母可造纸、制造云母带、云母板，打破了片云母应用的垄断地位，从而增添了新的碎云母矿床。由于碎云母的韧性大，加工成超微粉体的难度大，且成本高，制约了白云母粉作为功能填料的广泛应用。加之工业的迅速发展对特殊功能粉体材料的日益需求的增长，促使了传统白云母资源的更新，开辟新的微晶白云母资源已成为时代需求。为此，我们投入了大量的人力、物力对非传统的微晶白云母资源作了不少的开发研究和应用试验工作，使微晶白云母粉在多种工业领域中得到了实际应用，从而增添了微晶白云母矿的新类型，开辟了白云母矿的新资源。 2 微晶白云母矿的新发现和白云母矿床工业类型的重新划分 具有显微结晶的白云母系列矿物有块云母、绢云母、伊利石（水云母）、钠云母等，已有报导的有微晶白云母岩、白云母钙质片岩、绢云母片岩、绢英岩、伊利石岩等岩（矿）石的发现，但作为矿床大规模开采利用的还不普遍，尚处在推广应用阶段。除上述以外，我们在四川地区近年来还新发现了（1）沉积的微晶白云母岩（2）绢云母化流纹岩或石英斑岩；（3）伊利石粘土岩、绿豆岩等新的岩、矿资源，通过开发研究可用来加工成微晶白云母粉、绢英粉或绢云母粉、伊利石（水云母）粉等矿物粉体材料，经工业应用试验后，已肯定其工业价值，可作为白云母矿的新的矿床类型，白云母新资源增加后为便于指导找矿和合理利用，提出按白云母的结晶大小和主要用途重新将白云母矿床的工业类型作如下划分： （1） 用作工业原料云母的巨晶白云母矿床：包括两个类型：①花岗伟晶岩型；②伟晶岩接触交代型； （2） 用作碎云母的粗、细晶白云母矿床：包括两个类型：①白云母钾长片麻岩型；②白云母片岩型；③白云母花岗岩型。 （3） 用作粉体原料的微晶白云母矿床：包括了三个类型：①块白云母型；②绢云母型；③伊利石（水云母）型。 4 不同类型白云母矿床的产出特征： 3.1 巨晶白云母矿床 3.1.1 花岗伟晶岩型：多分布在古老结晶基底的变质岩区和不同时代的地槽褶皱带的中间隆起带内，并受角闪岩相变质带的严格控制，花岗伟晶岩多呈脉状、透镜状、筒状、囊状或不规则状，工业原料云母多赋存在中粒结构和石英--云母交代集合体带内多呈巢状产出。典型矿床如新疆阿尔泰的白云母矿，四川丹巴白云母矿、内蒙土贵乌拉白云母矿。 3.1.2 伟晶岩接触交代型：赋存在深大断裂带并有榴辉岩产出的变质岩地区，伟晶岩分布在榴辉岩，角闪片岩和片状麻岩或其接触带中，主要工业矿脉产在榴辉岩中，如江苏东海白云母矿床。 3.2粗、细晶白云母矿床 3.2.1 白云母钾长片麻岩型：产于华北地台阜平群弯子组下段，白云母钾长片麻岩夹中粗浅粒岩及黑云二长片麻岩中，矿体呈不规则的互层状产出，矿石白云母含矿率56-68%，白云母粒径一般2-10mm。典型的如河北灵寿碎云母矿床。 3.2.2 白云母片岩型：产于古老变质岩区的白云母片岩、二云母片岩中，矿体呈层状或似层状产出，矿石白云母含矿率30-70%，碎云母粒径一般小于1-5mm。典型的如北哈萨克斯矿床，四川丹巴地区也有分布。 3.2.3白云母花岗岩型：产于酸性岩浆侵入地区边缘地带，岩体多呈岩株、岩瘤、岩脉产出，岩石白云母含矿率15-30%，白云母片径多为5mm左右，除选白云母外，还可综合利用长石、石英。如福建地区的白云母花岗岩矿。 3.3微晶白云母矿床 3.3.1块云母型：由显微结晶的白云母或绢云母组成块状致密岩石，产于古老酸性火山岩或火山碎屑岩中，如火山灰，火山尘沉积成岩作用形成微晶白云母岩，或由流纹岩、凝灰岩经热液蚀变作用形成的块云母岩。前者如在川西地区震旦系下统苏雄组和开建组沉积火山碎屑岩中发现的的多层微晶白云母岩，矿体呈层状或似层状产出，矿石致密块状所含白云母为2M1型，含矿率为70-98%，白云母呈不规则薄板状晶体，粒度0.8--8μm，杂质矿物主要为石英，少量长石和绿泥石。典型矿床有甘洛清水河，汉源顺河矿床；后者如美国内华达州罗契斯特附近罕波特山脉东部，由流纹岩、凝灰岩经热液蚀变形成的块云母矿。 3.3.2绢云母型：产于浅变质岩区的绢云母片岩、绢英岩中或热液蚀变带形成强烈绢云母化的岩石中，分布较广。如内蒙古的绢云母沉积变质矿床、陕西洛南、湖北孝感等地绢云母矿床。我公司在凉山地区发现绢云母化流纹岩或石英斑岩，形成的绢云母矿或绢英岩矿，矿体呈似层状或透镜状，不规则脉状产出、矿石呈块状或土状，鳞片变晶结构或斑状结构，绢云母含矿率38-75%，石英含量不等，绢云母的片径2-8μm。典型的如冕宁岭里矿床。 3.3.3伊利石（或水云母）型：产于沉积岩层中的一种白云母类的粘土岩石，我公司在四川盆地中生代地层中发现有绿豆岩和伊利石粘土岩。矿体呈层状产出，有多层分布，厚度0.65-2米不等，产出层位稳定，断续延长数公里，矿石伊利石含量60%-90%，次有高岭石，石英和少量长石，绿泥石、云母、金红石。伊利石（水云母）片径在1-10μm之间，多为2-5μm，经选矿加工，易生产伊利石（水云母）粉。四川资阳、乐山、浙江瓯海、甘肃天水等地均有产出。 4、微晶白云母类矿物粉体材料的特殊性能 微晶白云母矿通过干法或湿法易于加工成微晶白云母粉、绢云母粉、绢英粉、伊利石（水云母）粉等各类矿物粉体材料，与碎云母粉具有相近的特性，它们均是一种富钾铝的硅酸盐矿物，都具有纳米尺寸的层状晶体结构，系天然的纳米结构物质，只要通过加工、改造就有可能成为纳米复合材料的原料。其粉体多为片状、板片状、鳞片状粉末，有一定的径厚比，云母片的韧性和弹性好、滑动能力大、抗拉、抗压强度高，作为填料有很好的增强作用。粉体均是硅酸盐矿物，化学性能稳定，酸、碱难于作用，因此，能耐酸、碱、防腐蚀。白云母类矿物具有特殊层状晶体结构，晶格十分稳定，矿物的体积电阻和表面电阻均高，有较低的电介质损耗，能抗电弧、耐电晕、绝缘强度高，而且热膨胀系数小，耐热性能好，在550℃高温下不改变性质，熔点高达1260℃以上。白云母类矿物属单斜晶系，二轴平行薄片平面，粉体有一定径厚比，易于呈有序定向排列，容易产生消光效应，可阻挡可见光，也能屏蔽紫外线和红外幅射，从理论上说还可阻挡微电磁波，因此，具有耐老化、保温、耐候性好，这是其他白色矿物粉体材料无法比拟的特殊性能。另外微晶白云母类矿石，具有显微结晶结构，结晶颗粒天然超细，一般结晶粒度在1--10μm之间，相对容易解离加工成超微细粉体材料，加之这类矿产分布广，储量大，资源丰富，易于开采和加工，相对比同类的碎云母粉的价格可低1/3-2/3，容易在多种应用工业领域中推广使用，与其他白色矿物粉体材料在性价比上也具有较强的市场竞争力，是值得着重开发应用的价廉物美新型矿物粉体材料。 5、微晶白云母类矿物粉体材料的应用 5.1微晶白云母粉：利用块云母矿采用干法或湿法可生产出不同目数规格的微晶白云母粉，还可按不同用途的需求进行改性染色。粉体的技术指标基本符合碎云母粉的行业标准，仅是堆密度稍低，但白度较高。 微晶白云母粉经四川大学高分子研究所应用，填充聚氯乙烯和聚丙烯分别作建材和汽车专用料其力学性能和耐腐蚀性能见表1、2、3。并在有关厂家实际使用获得成功，开始进入市场。 表1 微晶白云母粉填充聚氯乙烯的性能指标 填充料 份 性能 微晶白云母 ----------------------------------------------------------------------------------------- 0 10 15 屈服强度，Mpa 45.9 43.5 43.1 断裂强度，Mpa 33.6 35.7 32.1 断裂伸长率，% 124.6 10.8 20 杨氏模量，Mpa 2748 2908 2736 切口冲击强度，Kj/m2 4.9 8.9 7.45 ------------------------------------------------------------------------------------------ 表2 微晶白云母粉填充聚氯乙烯的耐腐蚀性能指标 腐蚀度 , g/m2 微晶白云母,份 ------------------------------------------------------------- 硫酸 盐酸 硝酸 氢氧化钠 丙酮 0 0.06 0.21 0.23 0.63 无起毛、脱层或破裂现象 10 0.27 0.63 0.17 0.47 无起毛、脱层或破裂现象 15 0.15 0.13 0.27 0.66 无起毛、脱层或破裂现象 20 0.09 0.08 0.26 0.73 无起毛、脱层或破裂现象 30 0.08 0.04 0.62 0.67 无起毛、脱层或破裂现象 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 表3 微晶白云母粉改性聚丙烯专用料的性能指标 试样 性能 MPP-3 MPP-4 MPP-5 拉伸强度，MPa 24.3 26.0 24.6 杨氏模量，MPa 1301 1637 1321 弯曲强度，MPa 32.0 36.6 31.6 弯曲模量，MPa 1566 2482 1507 断裂伸长率，% 96 5.0 246 抗冲击强度，KJ/m2 6.3 5.0 11.6 熔体指数，g/10min 7.1 5.3 6.2 热变性温度，℃ 99.7 103.2 95.9 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 微晶白云母粉作为绝缘材料，经德阳东方电机厂绝缘室研究用来配制绝缘胶，浇灌大型水轮发电机定子绕组端部并头和绝缘盒 ，经多次试验，其测试结果见表4、5。其效果超过了传统利用石英粉配制的绝缘胶，其漏电减少近10倍，达到了非常理想的效果，电阻率好，泄露电流很低，在绝缘技术上取得了重大突破，已被使用单位认可，将会得到普遍推广应用。 表4 胶片电阻率测试值 试样编号 体积电阻率（Ω.mΩ） 表面电阻率(Ω) --------------------------------------------------------------------------------------------- 常态 65℃ 常态 65℃ 1 3.3×10sup13 3.6×10sup10 5.2×10sup14 8.4×10sup12 2 1.2×10sup13 1.5×10sup9 6.2×10sup14 2.5×10sup12 3 1.3×10sup13 2.6×10sup9 2.3×10sup14 2.0×10sup12 表5 泄露电流测试值 --------------------------------------------------------------------------------------------- 试样编号 施加电压(Kv、DC) 泄露电流（μA） 1 15.75 0.49 2 15.75 0.49 3 15.75 0.49 --------------------------------------------------------------------------------------------- 备注：在温度65℃下的测试值 微晶白云母粉在油漆涂料的应用,经四川大学金纬科技实业公司用在富锌环氧防腐、防锈漆中作填料，可替代40%的锌粉，其油漆性能的指标与原指标基本一致，仅表面干燥时间相对较长，冲击强度还有待改进，可大量节约油漆成本。微晶白云母粉已应用在重庆宏漆涂料有限公司作涂料填料，提高了粘附性、防腐蚀性、耐候性，增强了耐久性。微晶白云母粉已作过冶金用耐火材料的炮泥、锻烧莫来石和电焊条的涂层。还可作橡胶的润滑剂、防粘剂。硫化橡胶、丁晴橡胶的填料，加在天然橡胶中制无内胎轮胎等。在石油钻井中作密封剂，防止钻液流失；日用化工中作防晒、防冻膏，适用于酸法和碱法造纸均能作填料，还有多种用途正待开发。由于过去碎云母粉价格高，很多应用领域受其制约，微晶白云母粉以其物美价廉将拓宽其应用范围。 5.2绢云母和绢英粉的应用 我公司利用绢云母化流纹岩或石英斑岩，通过选矿加工可生产成绢云母粉和绢英粉两种粉体材料，粉体中的绢云母含量大于90%者作为绢云母粉，小于80%者作为绢英粉。绢云母粉的应用与上述微晶白云母相同，性能相近，绢云母粉比微晶白云母粉丝绢光泽明显，径厚比更大，增强作用相对更好。由于这种类型矿石绢云母含量不高，选矿难度大，不易加工成绢云母粉，因此，主要生产绢英粉。绢英粉过去主要用作陶瓷原料，通过在橡胶制品中矿物填料的应用和替代炭黑、白炭黑的应用研究以及载重轮胎内胎胶中的应用均获得十分显著的效果，完全可以作为橡胶制品的填料使用。主要效果体现在：（1）加工工艺性能好，易分散、吃粉快，不飞扬，胶料流动性好，混炼时间可缩短；（2）提高粘结性，增加抗拉撕裂作用，弹性伸长率、弯曲模量、挠曲强度和耐疲劳性、抗蠕变性强，有明显增强作用；可替代部分炭黑和白炭黑，降低成本；（3）化学稳定性和绝缘性好，覆盖面广，抗渗透和密封性好，能屏蔽紫外线，耐热老化性好。已被重庆长江橡胶厂、云南轮胎厂、昆明橡胶厂等厂家采用。 绢英粉还在热固性改性酚醛塑料，环氧树脂玻璃钢内衬制品，聚氯乙烯挤出板的应用以及在防锈漆中的应用，同样有增强、防老化、耐热、防腐蚀、绝缘等优异性能。作防锈漆具有附着力强，耐候性好，防龟裂，易分散、不沉淀、平整光滑，无结皮，施工性好，能够进一步推广应用。 5.3 伊利石（水云母）粉 伊利石常用作陶瓷和造纸原料，经四川大学高分子研究所将伊利石粉作为高分子材料的填料应用研究的结果表明，经偶联剂或EAA（乙烯-丙烯酸共聚物）改性处理后，填充高密度聚乙烯、聚丙烯，能有效改善和提高填充体系的相容性和力学强度，制成高强度、高韧性的聚乙烯、聚丙烯复合材料，其性能,,主要表现在增强,耐光老化性强、抗酸碱、耐腐蚀性好。伊利石粉是一种价廉物美的新型矿物填料，值得广泛推广应用。 6、结语 6.1新的微晶白云母资源的开发应用，丰富了白云母资源研究的新内容。提出按白云母的结晶大小和用途重新划分白云母矿床的工业类型，并概述不同类型矿床产出特征，有利于白云母矿的寻找和合理利用白云母资源。 6.2块云母、绢云母、伊利石（水云母）均具有显微结晶结构，同属微晶白云母类的层状硅酸盐矿物，三种矿物在化学成分上含钾量逐渐减少，含水量相对增多，晶体结构上a、b二轴的光轴角逐渐减小，消光效应有所差异。其矿石相对比碎云母更易加工成粉体材料，尤其是超微粉体材料，因此，开发微晶白云母新资源，是发展白云母粉体材料的重要途径。 6.3微晶白云母粉具有多种优异性能，尤其是耐酸、碱防腐蚀，耐老化，耐候性强，耐热、绝缘是其他白色矿物填料无法比似的。均可用在塑料、橡胶、造纸、涂料、油漆中作功能性填料，也可作绝缘、耐火、保温材料，特别是矿物自身具有纳米尺寸的晶体结构，是开发研制纳米复合材料的天然原料，其应用前景十分广阔。 6.4微晶白云母矿的资源丰富，分布普遍，矿石易采、易选、易加工，成本相对低廉，加之其粉体性能优异，应作为无机矿物粉体材料重点开发的优势矿产之一。