雲母

造岩礦物
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雲母是一種造岩礦物,呈現六方形的片狀晶形。主要造岩礦物之一。特徵是絕緣、耐高溫、工業上用得最多的是絹雲母,廣泛的套用于塗料、油漆、電絕緣等行業。

  • 中文名稱
    雲母
  • 外文名稱
    mica

物種介紹

雲母是雲母族礦物的統稱,是鉀、鋁、鎂、鐵、鋰等金屬的鋁矽酸鹽,都是層狀結構,單斜晶系。晶體呈假六方片狀或板狀,偶見柱狀。層狀解理非常完全,有玻璃光澤,薄片具有彈性。雲母的折射率隨鐵的含量增高而相應增高,可由低正突起至中正突起。不含鐵的變種,薄片中無色,含鐵愈高時,顏色愈深,同時多色性和吸收性增強。

雲母雲母

雲母礦主要包括有黑雲母、金雲母、白雲母​、鋰雲母、絹雲母綠雲母、鐵鋰雲母等,砂金石是雲母和石英的混合礦物。工業上套用最多的是白雲母和金雲母,鋰雲母是提煉鋰的重要礦物原料。

雲母礦廣泛存在于亞洲、非洲和美洲,但在歐洲很少,直到19世紀,雲母在歐洲的價值還非常高,隨著殖民者在非洲和南美開採雲母,價格迅速低落。

雲母片具有非常高的絕緣、絕熱性能,化學穩定性好,具有抗強酸、強鹼和抗壓能力,所以是製造電氣設備的重要原材料,因此也能做為吹風機內的絕緣材料。雲母同時具有雙折射能力,所以也是製造偏振光片的光學儀器材料。用于電氣工業的雲母開採,必須是有效面積大于4平方釐米的雲母塊,並且無裂縫、穿孔,邊緣上非雲母礦物不得超過3毫米。雲母開採後根據有效面積將品質分為4類,最好的特類面積要大于65平方釐米。

在工業上用得最多的是白雲母,其次為金雲母,廣泛套用于建材行業、消防行業、滅火劑、電焊條、塑膠、電絕緣、造紙、瀝青紙、橡膠、珠光顏料等化工工業。

礦物特征

鈉雲母雲母偉晶岩礦石的主要礦物為微斜長石、長石、石英和白雲母等,次要礦物為黑雲母、鐵鋁榴石、電氣石、磷灰石、綠柱石和鈦鐵礦等。金雲母礦床礦脈中經常出現磷灰石、透閃石、透輝石、方解石、碳酸鹽岩和微斜長石等礦物。碎細白雲母礦床白雲母一般佔50~70%,鉀長石及石英佔10%左右,微量礦物為磁鐵礦和褐鐵礦。

雲母雲母

雲母屬于鋁矽酸鹽礦物,具有連續層狀矽氧四面體構造。分為三個亞類:白雲母、黑雲母和鋰雲母。白雲母包括白雲母及其亞種(絹雲母)和較少見的鈉雲母;黑雲母包括金雲母、黑雲母、鐵黑雲母和錳黑雲母;鋰雲母是富含氧化鋰的各種雲母的細小鱗片。工業上尤其是電氣工業中常用的是白雲母和金雲母。

雲母的化學式為KAl2〔AlSi3O10〕〔OH〕2,其中SiO245.2%、Al2O338.5%、K2O11.8%、H2O4.5%,此外,含少量Na、Ca、Mg、Ti、Cr、Mn、Fe和F等。金雲母的化學式為KMg3〔AlSi3O10〕〔F,OH〕2,其中K2O7~10.3%、MgO為21.4~29.4%、Al2O3為10.8~17%、SiO2為38.7~45%、H2O為0.3~4.5%,含少量Fe、Ti、Mn、Na和F等。雲母多為單斜晶系,呈疊板狀或書冊狀晶形,發育完整的為具有六個晶體面的菱形或六邊形,有時形成假六方柱狀晶體。

雲母具有完善的解理,可以剝分。理論上白雲母能剝分成10左右,金雲母可剝分成5或10左右的薄片。雲母晶體的隱伏解理,即為打象和壓象。白雲母薄片一般無色透明,但往往染有綠、棕、黃和粉紅等色調;玻璃光澤,解理面呈珍珠光澤。金雲母通常呈黃色、棕色、暗棕色或黑色;玻璃光澤,解理面呈珍珠或半金屬光澤。白雲母的透明度為71.7~87.5%,金雲母為0~25.2%。白雲母莫氏硬度為2~2.5,金雲母為2.78~2.85;白雲母的彈性系數為(1475.9~2092.7×106Pa(15050~21340kg/cm2),金雲母的為(1394.5~1874.05)×106Pa(14220~19110kg/cm2)。

主要用途

一、工業用途

黑雲母工業上主要利用它的絕緣性和耐熱性,以及抗酸、抗鹼性、抗壓和剝分性,用作電氣設備和電工器材的絕緣材料;其次用于製造蒸汽鍋爐、冶煉爐的爐窗和機械上的零件。雲母碎和雲母粉可以加工成雲母紙,也可代替雲母片製造各種成本低廉、厚度均勻的絕緣材料。

主要用途在工業上用得最多的是白雲母,其次為金雲母。其廣泛的套用于建材行業、消防行業、滅火劑、電焊條、塑膠、電絕緣、造紙、瀝青紙、橡膠、珠光顏料等化工工業。超細雲母粉作塑膠、塗料、油漆、橡膠等功能性填料,可提高其機械強度,增強韌性、附著力抗老化及耐腐蝕型等。除具有極高的電絕緣性、抗酸鹼腐蝕、彈性、韌性和滑動性、耐熱隔音、熱膨脹系數小等性能外,又率先推出片體二表面光滑、徑厚比大、形態規則、附著力強等特點。

二、雲母葯用

雲母,味甘,性平,主治肌肉像死人一樣沒感覺。傷于風邪而發冷發熱,如同身體坐在船上,頭暈目眩,具有砌除風邪,充實五髒,增加生育能力,使眼睛明亮,久服身體輕便靈巧,延長壽命。又名雲珠、雲華、雲英、雲液、雲砂、磷石,產于山中深處。

主要分布

中國雲母礦產分布不均勻,全國20個省、市、自治區雖都有分布,但絕大部分集中在新疆、四川和內蒙古。全國已發現產地184處,其中新疆88處,佔全國儲量的67%,四川27處,佔全國儲量的11.4%;內蒙古15處,佔全國儲量的8.6%;其餘54處,佔全國儲量的13%,分布于河北、山西、遼寧、吉林、黑龍江、山東、河南、雲南、西藏、青海及陝西等地。

類型分布

1、礦床類型

工業雲母礦床分為白雲母礦床和金雲母礦床兩大類,每一大類可各分為兩個亞類,另外還有碎細雲母礦床。礦床類型及地質特征如下:

雲母雲母

白雲母、金雲母礦床:

(1)花崗偉晶岩型白雲母礦床

礦床多產在角閃岩相變質岩地區,含雲母偉晶岩脈普遍發育混合岩化和花崗岩化,圍岩是各種富鋁、矽的片麻岩、變粒岩或片岩。礦脈帶常成群出現,構成偉晶岩帶或偉晶岩田。按偉晶岩的組構和含礦性可分為:①結晶型白雲母偉晶岩:岩脈內白雲母呈巨晶,片較大,面積可達 60-100cm2,從中可獲取大片的白雲母,且雲母片的剝分性能良好;②交代分異型稀有金屬素白雲母偉晶岩:雲母晶體一般較小,但透明度較好,雜質含量低,且其中伴生的含稀有元素礦物如綠柱石、鈮鉭鐵礦、電氣石、鋰雲母等可綜合利用。世界上有工業價值的白雲母礦床基本上產于以上兩種偉晶岩中。

(2)偉晶岩接觸交代型鎂矽白雲母礦床

我國的鎂矽白雲母K2{(Fe2+Mg)(Fe3+Al)3〔Si7AlO20〕(OH)4}礦床位于江蘇東海。礦床賦存在深大斷裂帶並有榴輝岩產出的變質岩地區。含鎂矽白雲母偉晶岩脈在榴輝岩、角閃片岩和片麻岩中均有產出。但主要的工業礦體產于榴輝岩中。鎂矽白雲母的電氣性能完全符合工業要求,為我國增添了新的工業雲母種屬。

(3)鎂碳酸鹽矽卡岩型金雲母礦床

礦床多分布在太古代、元古代或古生代的結晶片岩、片麻岩及大理岩中。礦區內花崗岩發育,常伴生有交代作用產生的一系列雜岩體,如方柱石-透輝石岩、透輝石-金雲母岩等。我國這一類型礦床很多,如大同、通化、鎮平和內蒙古的許多礦區均屬此類型。

(4)超基性-鹼性雜岩體型金雲母礦床

礦床產于超基性-鹼性雜岩體中。雜岩體面積由幾十到千餘平方公裏,且具有環帶構造。該類礦床規模較大,金雲母可達幾百萬噸,含礦率較高,每立方米雲母含量可達幾百千克至1噸,雲母晶片面積可達5-6m2。礦床上部因水化作用形成的蛭石,也可開採利用。這一類型是新發現的一種金雲母礦床,從金雲母儲量、規模和遠景來看,都有很高的工業利用價值。在原蘇聯,它已成為金雲母的重要來源,但到目前為止,在我國尚未發現該種類型的金雲母礦床。

碎細雲母礦床:

(1)白雲母鉀長石片麻岩型碎片白雲母礦床

白雲鉀長片麻岩夾中粗粒淺粒岩及黑雲二長片麻岩,共見有四層礦,平均厚1.6m,含礦率56~68%,片徑一般小于10mm,多為5mm左右。

(2)雲母片岩型碎雲母礦床

賦存于雲母片岩中。

(3)雲母偉晶岩型碎雲母礦床

偉晶岩已風化,礦石中白雲母含量為14~16%,其它礦物有石英、長石、黑雲母等。

工業指標

用于電氣工業的雲母開採,必須是有效面積大于4平方釐米的雲母塊,並且無裂縫、穿孔,邊緣上非雲母礦物不得超過3毫米。雲母開採後根據有效面積將品質分為4類,最好的特類面積要大于65平方釐米。

工藝技術

工藝流程

雲母礦石的選礦是生料雲母的富集過程。生料雲母是指原礦中輪廓面積大于或等于4cm2的任意厚度的雲母晶體。原礦中生料雲母含量的多少稱為生料雲母含礦率,通常用單位礦石體積內含生料雲母的重量(kg/m3)來表示。經選礦所得精礦中生料雲母的總重量與原礦中所含生料雲母總重量之比稱為回收率。

工業上主要是直接利用雲母自然晶體加工成所需產品。沒有缺陷的雲母晶體愈大,其經濟價值愈高,因此在雲母礦石選礦過程中,要盡可能地保護雲母自然晶體不受破壞。

對于晶體輪廓面積大于4cm的片雲母的選礦,主要根據雲母晶體與脈石在形狀和摩擦系數方面的差異來進行,常用的方法有手選、摩擦選、形狀選。對于晶體輪廓面積小于4cm的碎雲母,則主要是根據它與脈石表面物理化學性質的差異來進行分選的,採用的方法為浮選法。

(1)片雲母選礦方法及其流程

a、手選

工人在採礦工作面或坑口礦石堆上,揀選已單體分離的雲母;雲母與脈石的連生體用手錘敲碎,再選出其中的雲母。

b、摩擦選礦

根據成片狀的雲母晶體的滑動摩擦系數與渾圓狀脈石的捲動摩擦系數的差別,而使雲母晶體和脈石分離。所用設備之一為斜板分選機。該機是由一組金屬斜板組成,每塊斜板長1350mm、寬1000mm,其下一塊斜板的傾角大于上一塊斜板的傾角。每塊斜板的下端都留有收集雲母晶體的縫隙,其寬按斜板排列順序依次遞減。縫隙前緣裝有三角堰板。在選別過程中,大塊脈石滾落至石堆;雲母及較小脈石塊經堰板阻擋,通過縫隙落下一斜板。依次在斜板上重復上述過程,使雲母與脈石逐步分離。摩擦選礦工藝及設備尚不完善,因此在雲母礦石選礦中,該法尚未得到廣泛套用。

C、形狀選礦

根據雲母晶體與脈石的形狀不同,在篩分中透過篩子的篩縫、篩孔的能力不同,使雲母和脈石分離。選別時,採用一種兩層以上不同篩面結構的篩子,一般第一層篩篩網為條形;第二層篩篩網為方形。當原礦進入篩面後,由于振動或捲動作用,片狀雲母及小塊脈石可以從條形篩縫漏至第二層篩面;因第二層是格篩,故可篩去脈石留下片狀雲母。形狀選礦法具有流程簡單、設備少、生產率高、分選效果好等優點,因而在雲母礦山中得到了廣泛套用。

雲母破碎的流程

a、浮選

依據雲母與脈石的表面物理化學性質的不同進行分選。礦石經破碎、磨礦使雲母單體解離,在葯劑作用下,雲母成為泡沫產品而與脈石分離。雲母浮選可以在酸性或鹼性礦漿中進行,長碳鏈醋酸胺類的陽離子和脂肪酸類的陰離子為雲母的捕收劑。雲母浮選工藝流程中需經過三段粗選、三段精選,才能獲得雲母精礦。因此,雲母礦石浮選用以回收偉晶岩和雲母片岩中14目以下的雲母和細粒雲母。在我國,雲母礦石浮選尚未得到生產套用。

B、風選

雲母風選多通過專用設備來實現。其工藝過程一般為:破碎→篩分分級→風選。礦石經過破碎之後,雲母基本上形成了薄片狀,而脈石礦物長石、石英等呈塊狀顆粒。據此,採用多級別的分級把入選物料預先分成較窄的粒級,據其在氣流中的懸浮速度之差異,採用專用風選設備進行分選。風選法適用于水源缺乏地區,已用于實際生產。

生產實例

原礦經人工揀選出大片雲母後,給入選礦廠固定棒條篩,篩縫尺寸為100mm。+100mm物料進入顎式破碎機破碎後,與棒條篩篩下產品一起進入XB-602型振動篩分選。該篩有兩層篩網,上層是角鋼製成的棒條篩,篩縫寬20mm;下層為20×20mm方孔篩網,經分選後得3種產物:大于20mm篩縫尺寸的物料,從中手選出雲母和連生體,連生體由人工破碎後手揀出大于4cm2的雲母;小于20mm篩縫、大于20mm方篩孔的物料,也從中手選出雲母和連生體,連生體人工破碎後揀出大于4cm2的雲母;小于20mm方篩孔的物料全部廢棄,作為尾礦。

選礦流程包括重選和浮選兩部分。重選採用漢弗萊螺旋選礦機。目的是除去粗粒尾礦。重選所得粗精礦進入浮選。浮選前採用3個調和槽。第一個調和槽加入木質素磺酸鹽(或矽酸鈉)分散礦泥,再加入碳酸鈉調整礦漿pH 值為10 左右;第二個調和槽加入脂肪胺醋酸鹽陽離子捕收劑,使之與白雲母的側面發生作用並吸附其上;第三個調和槽內加入脂肪受胺醋酸鹽陽離子捕收劑,使之與白雲母的層面發生吸咐作用,再加入起泡劑。經過一次粗選三次精選後得到雲母精礦。雲母精礦品位98%,回收率85%。(4) 雲母主要結晶成單斜晶系,晶體呈假六方薄片狀、鱗片狀、板狀,有時呈假六方柱狀。硬度2~3,比重2.70~3.20。雲母粉具有獨特的耐酸、耐鹼化學穩定性,具有耐熱性和不燃性,還具有良好的絕緣性。在國際、國內市場上用途日益廣泛。可套用于建材行業代替石棉製品。 工業上主要利用它的絕緣性和耐熱性,以及抗酸、抗鹼性、抗壓和剝分性,用作電氣設備和電工器材的絕緣材料; 其次用于製造蒸汽鍋爐、冶煉爐的爐窗和機械上的零件。 雲母碎和雲母粉可以加工成雲母紙,也可代替雲母片製造各種成本低廉、厚度均勻的絕緣材料。

工藝特徵

物理性能

雲母的物理性能主要取決于雲母晶體的大小,由解理和硬度決定的剝分性以及雲母的顏色透明度和彈性等。 工業雲母多呈疊板狀或書冊狀晶形,晶體大小不等,厚度從幾毫米到幾十釐米,一般隻要晶體有效面積大于或等于4cm2,就具有直接利用價值。當然晶體面積越大,價值越高。雲母的剝分性能由雲母的解理和硬度所決定。雲母獨特的晶體結構,使其具有一組極完全的底面解理,這成為工業雲母技術加工剝分的重要性能。理論上白雲母能剝分到10 左右,金雲母可剝分到5-10 左右,因此,白雲母和金雲母可按工業要求,剝分任意厚度的平整薄片,以滿足電器、電子工業對雲母的要求。雲母的硬度均較低,白雲母為2-2.5,鎂矽白雲母為2.37,金雲母為2.78-2.85。雲母的硬度越大,越難剝分。白雲母、鎂矽白雲母的剝分性能較好,金雲母略差。雲母的顏色特征常用來表征雲母的絕緣性能,工業雲母一般以淺色白雲母為好,金雲母次之,黑雲母的絕緣性能最差。白雲母的彈性系數為15346-21760bar,金雲母為14500-19480bar,工業上利用雲母作絕緣材料時,對其彈性有嚴格的要求。

電氣性能

雲母絕緣性能的優劣,是決定其工業利用價值的最主要的因素,雲母絕緣性能由雲母的電氣性能所決定,通過測試擊穿電壓和擊穿強度等確定雲母的電氣性能。據我國各礦區雲母的測試結果統計,當雲母片厚為0.015mm時,平均擊穿電壓2.0-5.7kV,擊穿強度為133-407kV/mm。

耐熱性

我國某些白雲母加熱在100~600℃時,彈性和表面性質均不變;在700~800℃後,脫 水、機械、電氣性能有所改變,彈性喪失,變脆;在1050℃時,結構破壞。金雲母在700℃左右時,電氣性能較白雲母好。 (4)機械強度和密度 項 目 白 雲 母 金 雲 母 機械 抗拉 166700 ~353039(1700~3600) 156906 ~ 205939(1600 ~2100) 強度 抗壓 813951~1225831(8300 ~ 12500) 294199 ~ 588399(3000 ~ 6000) kPa 抗剪 210843 ~ 296063(2150 ~ 3019) 82768 ~ 135332(844 ~ 1380) 密度,g/cm 3 2.7 ~ 2.88 2.7 ~ 2.9 註:括弧內數位的單位是kg/cm 2 。

開發利用

開發歷史

雖然中國很早就已認識和利用白雲母和金雲母,但對雲母礦床正規的勘查工作是在中華人民共和國建立以後,從1952年開始相繼對四川丹巴及內蒙古土貴烏拉的白雲母礦床進行了普查勘探並取得了較好成果。1958年在山西繁峙召開了全國雲母會議,決定大力開展雲母的普查勘探工作,當年,新疆阿勒泰雲母礦床的發現,在中國雲母資源的開發方面起了很大作用,同時也為雲母礦床的普查勘探工作積累了經驗。隨後,江蘇東海鎂矽白雲母礦床的發現並被工業所利用,在中國增添了新的工業雲母種屬。內蒙古烏拉山、大別山、秦嶺、遼寧、四川及雲南等地的雲母礦床相繼發現,擴大了雲母資源。80年代以來,建材、地礦等部門開展對碎雲母、絹雲母礦的普查。經詳查,探明了河北靈壽譚庄鄉山門口碎雲母礦,在內蒙古、遼寧、湖北等地發現絹雲母礦點,在碎雲母和絹雲母的工業套用研究方面也取得了進展。

中國在20世紀50年代至70年代中期,曾將白雲母、金雲母列為戰略資源,最早開採的是四川丹巴雲母礦,以後新疆、內蒙古、山西、河北、山東、河南、陝西、雲南等省、自治區的雲母礦相繼開採。主要國有礦山有新疆阿勒泰、四川丹巴、內蒙古土貴烏拉等礦山,還有上百個縣辦、鄉鎮及個體礦山。1978年前,工業原料雲母的年產量為1700~2500t,1978年後,產量逐年下降,原因是雲母消費結構發生了根本變化所致。

存在問題

a、綜合利用率低:雲母的綜合利用,國外已做到工廠無廢料,原料百分之百利用。我國雲母綜合利用率約40%,還有待于擴大其套用領域。

b、套用領域較窄:近幾年來,國外雲母綜合利用領域不斷擴大,在建材、防震、潤滑、有機和無機復合材料、密封材料等領域取得了較好的套用。綜合加工的產品有10類,100多品種。我國套用領域相對較窄,如今已能生產6大類,近30個品種。

解決對策

加強技術研究,提高綜合利用率及不斷擴大套用領域,拓寬市場。

發展趨勢

從總的趨勢看,由于人工合成雲母大晶體的成功,世界上對大片雲母的需求量將逐漸減少,因而天然大片雲母的開採量將逐年降低。然而對碎片雲母的需求則將繼續增加。世界上現有優質雲母還遠遠不能滿足需要,合成雲母的研製正在加快進行。

當前雲母的消費結構已發生變化,據估計,全世界對片雲母的需求量將以每年4.6%的速度持續下降,而對碎雲母的需求量將以平均每年1.5%的速度持續成長。

雲母綜合利用產品----雲母紙和濕磨雲母粉以及雲母深加工產品,都是國際市場上比較暢銷的產品。

如今,國內薄片雲母需求量將逐年減少,電子管投料片雲母的需要量保持平衡,電容器晶片和等外厚片雲母等基本飽和。天然片狀雲母一般為代用材料所取代。但作為雲母綜合利用的產品,雲母紙和雲母粉以及深加工產品如雲母絕緣製品、雲母紙電器等開始暢銷。

(1)雲母紙市場 機械部門早就確定電機用雲母絕緣材料主要用雲母紙代替雲母薄片。1987年我國新增發電設備能力920萬千瓦,通常按新增10萬千瓦發電能力需耗用雲母紙5噸計算,約需460噸雲母紙。我國今後能源工業是發展重點,"七五"期間,計畫達到年產1000萬千瓦的發電機組能力,每年需要雲母紙不低于500噸,共需2500噸以上。另外,1987年我國的發電裝機容量已達1億千瓦,若按20-30%的更換維修考慮,維修需用的雲母紙亦相當可觀。此外,還有眾多的工業、家用電器也需要大量的絕緣紙板等產品。國內雲母紙市場大有前途。

(2)雲母粉市場 全國電焊條生產每年需雲母粉約1.5萬噸,油氈紙用雲母粉14萬噸、消防器材用雲母粉2000噸左右,再加上新開拓的雲母粉套用領域,從發展趨勢看,雲母粉的需要量可能會進一步成長。

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