片麻巖云母煅燒化學(xué)開片方法研究

張 翼，王延松，李 容，李書武

（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，因此在對其進行深加工前均要進行重選除砂。

從顯微鏡下觀察，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，使其具備較強的透水性能，因此被廣泛應(yīng)用于路基材料[1]。同時由于其具備一些偉晶巖云母類似的特性，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生產(chǎn)低檔的云母制品以提高云母的綜合利用率。

國外有研究利用超聲波對片麻巖云母進行開片處理，但是其最高徑厚比不超過50[3]，國內(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，云母鱗片之間沒有吸附力。

因此本文采用煅燒化學(xué)制漿法對片麻巖云母進行開片處理，試驗結(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性關(guān)系[4]，因此本文所考查的最佳試驗條件均以片麻巖云母鱗片的沉降高度為衡量指標，即沉降高度越大，徑厚比越大。

2 煅燒條件試驗

針對片麻巖云母分別采用600、700、800、900℃進行煅燒處理，研究資料顯示云母的吸熱峰在760℃左右，在600～800℃時脫結(jié)晶水約為50%，在700～800℃時膨脹最好，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其進行處理，主要是研究其在不同煅燒條件下膨脹過程中其鱗片斷裂的效果及對徑厚比的影響。

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

2.1 煅燒溫度對沉降高度的影響

選用煅燒時間為60min進行煅燒處理，每次煅燒100g樣品。試驗結(jié)果見圖1。

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

2.2 煅燒時間對沉降高度的影響

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

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

3 酸堿浸泡條件試驗

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來。將浸泡過的云母洗出進行篩分，篩分產(chǎn)物干燥之后測產(chǎn)率和沉降高度。

3.1 碳酸鈉濃度對沉降高度的影響

對煅燒后的片麻巖云母料用濃度分別為2%、4%、6%、8%、10%的碳酸鈉溶液進行浸泡，浸泡時定為20min，硫酸用量根據(jù)碳酸鈉用量變化，硫酸浸泡時間定為20min，試驗結(jié)果見圖3。

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

3.2 碳酸鈉浸泡時間對沉降高度的影響

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

隨著浸泡時間的增加，各個粒級產(chǎn)物的沉降高度出現(xiàn)了先增大后減小的趨勢，并且在浸泡時間為30min的時候，沉降高度最高，綜合其變化趨勢可以得出，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 硫酸浸泡時間對沉降高度的影響

硫酸浸泡時間分別為10、20、30、40、50、60min，試驗結(jié)果見圖5。

隨著硫酸浸泡時間的增加，各個粒級產(chǎn)物的沉降高度呈現(xiàn)了先增大再減小的趨勢，并且在浸泡時間為30min的時候沉降高度最高。綜合其變化趨勢可以得出，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%，浸泡時間為30min；硫酸浸泡時間為30min。

根據(jù)試驗現(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)過機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，因此還需要對其進行機械開片處理，才能加工成適合生產(chǎn)云母紙的云母漿料，處理過程在此不贅述。

[1]李明.云母片麻巖風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石片巖用做建筑陶瓷的可行性研究[J].中國非金屬礦工業(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]云母綜合利用編寫組.云母綜合利用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1982:1-2.