一、礦石的礦物組成
白云母偉晶巖礦石的主要礦物為微斜長石、長石、石英和白云母等,次要礦物為黑云母、鐵鋁榴石、電氣石、磷灰石、綠柱石和鈦鐵礦等。
金云母礦床礦脈中經常出現磷灰石、透閃石、透輝石、方解石、碳酸鹽巖和微斜長石等礦物。
碎細白云母礦床白云母一般占50~70%,鉀長石及石英占10%左右,微量礦物為磁鐵礦和褐鐵礦。
二、目的礦物的礦物特征
云母屬于鋁硅酸鹽礦物,具有連續層狀硅氧四面體構造。分為三個亞類:白云母、黑云母和鋰云母。白云母包括白云母及其亞種(絹云母)和較少見的鈉云母;黑云母包括金云母、黑云母、鐵黑云母和錳黑云母;鋰云母是富含氧化鋰的各種云母的細小鱗片。工業上尤其是電氣工業中常用的是白云母和金云母。
白云母的化學式為KAl2〔AlSi3O10〕〔OH〕2,其中SiO2 45.2%、Al2O3 38.5%、K2O 11.8%、H2O 4.5%,此外,含少量Na、Ca、Mg、Ti、Cr、Mn、Fe和F等。
金云母的化學式為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。
a、晶系、晶形。云母多為單斜晶系,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。
b、解理、打象或壓象。云母具有完善的{001}解理,可以剝分。理論上白云母能剝分成10 左右,金云母可剝分成5 或10 左右的薄片。云母晶體的隱伏解理,即為打象和壓象。
c、顏色、光澤和透明度。白云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。金云母通常呈黃色、棕色、暗棕色或黑色;玻璃光澤,解理面呈珍珠或半金屬光澤。白云母的透明度為71.7~87.5%,金云母為0~25.2%。
d、硬度和彈性。白云母莫氏硬度為2~2.5,金云母為2.78~2.85;白云母的彈性系數為(1475.9~2092.7×106Pa(15050~21340kg/cm2),金云母的為(1394.5~1874.05)×106Pa(14220~19110kg/cm2)。
三、工藝特性及主要用途
(一)工藝特性
1、物理性能。云母的物理性能主要取決于云母晶體的大小,由解理和硬度決定的剝分性以及云母的顏色透明度和彈性等。工業云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厘米,一般只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。云母的剝分性能由云母的解理和硬度所決定。云母獨特的晶體結構,使其具有一組極完全的底面解理,這成為工業云母技術加工剝分的重要性能。理論上白云母能剝分到10 左右,金云母可剝分到5—10 左右,因此,白云母和金云母可按工業要求,剝分任意厚度的平整薄片,以滿足電器、電子工業對云母的要求。云母的硬度均較低,白云母為2—2.5,鎂硅白云母為2.37,金云母為2.78—2.85。云母的硬度越大,越難剝分。白云母、鎂硅白云母的剝分性能較好,金云母略差。云母的顏色特征常用來表征云母的絕緣性能,工業云母一般以淺色白云母為好,金云母次之,黑云母的絕緣性能最差。白云母的彈性系數為15346—21760bar,金云母為14500—19480bar,工業上利用云母作絕緣材料時,對其彈性有嚴格的要求。
2、電氣性能。云母絕緣性能的優劣,是決定其工業利用價值的最主要的因素,云母絕緣性能由云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云母的電氣性能。據我國各礦區云母的測試結果統計,當云母片厚為0.015mm時,平均擊穿電壓2.0—5.7kV,擊穿強度為133—407kV/mm。
3、光學性質。
白云母:
工業上主要是直接利用云母自然晶體加工成所需產品。沒有缺陷的云母晶體愈大,其經濟價值愈高,因此在云母礦石選礦過程中,要盡可能地保護云母自然晶體不受破壞。
目前,對于晶體輪廓面積大于4cm2的片云母的選礦,主要根據云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4cm2的碎云母,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,采用的方法為浮選法。
(1)片云母選礦方法及其流程
a、手選。工人在采礦工作面或坑口礦石堆上,揀選已單體分離的云母;云母與脈石的連生體用手錘敲碎,再選出其中的云母。
b、摩擦選礦。根據成片狀的云母晶體的滑動摩擦系數與渾圓狀脈石的滾動摩擦系數的差別,而使云母晶體和脈石分離。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云母晶體的縫隙,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;云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,使云母與脈石逐步分離。目前,摩擦選礦工藝及設備尚不完善,因此在云母礦石選礦中,該法尚未得到廣泛應用。
C、形狀選礦。根據云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,使云母和脈石分離。選別時,采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。當原礦進入篩面后,由于振動或滾動作用,片狀云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云母。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,因而在云母礦山中得到了廣泛應用。
(二)碎云母的選礦方法及其流程
a、浮選
依據云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、磨礦使云母單體解離,在藥劑作用下,云母成為泡沫產品而與脈石分離。云母浮選可以在酸性或堿性礦漿中進行,長碳鏈醋酸胺類的陽離子和脂肪酸類的陰離子為云母的捕收劑。云母浮選工藝流程中需經過三段粗選、三段精選,才能獲得云母精礦。因此,云母礦石浮選用以回收偉晶巖和云母片巖中14目以下的云母和細粒云母。在我國,云母礦石浮選尚未得到生產應用。
B、風選
云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。礦石經過破碎之后,云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,采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,采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。
開發生產實例
1、四川丹巴云母礦選礦廠
該廠入選原礦品位為9.1kg/m3,其中片云母占44%。
原礦經人工揀選出大片云母后,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后,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,上層是角鋼制成的棒條篩,篩縫寬20mm;下層為20×20mm方孔篩網,經分選后得3種產物:大于20mm篩縫尺寸的物料,從中手選出云母和連生體,連生體由人工破碎后手揀出大于4cm2的云母;小于20mm篩縫、大于20mm方篩孔的物料,也從中手選出云母和連生體,連生體人工破碎后揀出大于4cm2的云母;小于20mm方篩孔的物料全部廢棄,作為尾礦。
該廠生產能力為10t/h,精礦品位100%,回收率92%。
2、靈壽云母礦選礦廠
該廠入選原礦碎片白云母占56~68%,鉀長石及石英占10%左右,磁鐵礦和褐鐵礦微量。選礦工藝流程如圖2所示。首先對原礦進行破碎,達到單體分離。然后進行分級,分成數個較窄粒級進入風選作業。風選作業的主要設備是φ800振動式空氣分選機和旋振篩。風選前礦石破碎,采用錘式破碎機解離。入選最佳粒度3—0.25mm。采用預先分級、控制分級可提高風選設備的有效處理能力,減少風選作業段數,保證精礦質量。
該廠生產能力0.8~1.0t/h,精礦平均品位99.06%,回收率82.27%。
四、開發利用現狀及發展趨勢
(一)開發利用現狀、存在問題及解決對策
1、開發利用現狀:
中國云母礦已開采利用礦區曾有30余個,主要產地有:新疆阿爾泰白云母礦、四川丹巴白云母礦、內蒙古土貴烏拉白云母礦、陜西丹鳳白云母礦、吉林集安金云母礦、河南鎮平金云母礦及河北曲陽白云母礦等。
目前,我國單獨生產碎云母的企業除河北靈壽外,大多在生產工業原料的同時生產碎云母及其制品。某些冶金企業也從選礦尾礦中回收碎細云母,供應市場。
新疆非金屬礦公司、四川丹巴云母礦、雅安云母廠以及內蒙古土貴烏拉云母礦等,生產云母粉和云母制品。生產云母紙的有四川雅安云母公司,供全國27個省市350多家企業使用,產品并試銷國外。新疆云母一廠生產耐高溫云母板,生產云母粉的廠家有雅安云母廠、河北靈壽等地,產品除滿足國內需求外,尚可出口。
2、存在問題
a、綜合利用率低:云母的綜合利用,國外已做到工廠無廢料,原料百分之百利用。我國云母綜合利用率約40%,還有待于擴大其應用領域。
b、應用領域較窄:近幾年來,國外云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應用。綜合加工的產品有10類,100多品種。我國應用領域相對較窄,近年來已能生產6大類,近30個品種。
3、解決對策。加強技術研究,提高綜合利用率及不斷擴大應用領域,拓寬市場。
(二)發展趨勢
從總的趨勢看,由于人工合成云母大晶體的成功,世界上對大片云母的需求量將逐漸減少,因而天然大片云母的開采量將逐年降低。然而對碎片云母的需求則將繼續增加。世界上現有優質云母還遠遠不能滿足需要,合成云母的研制正在加快進行。
當前云母的消費結構已發生變化,據估計,全世界對片云母的需求量將以每年4.6%的速度持續下降,而對碎云母的需求量將以平均每年1.5%的速度持續增長。
云母綜合利用產品----云母紙和濕磨云母粉以及云母深加工產品,都是國際市場上比較暢銷的產品。
近年來,國內薄片云母需求量將逐年減少,電子管投料片云母的需要量保持平衡,電容器芯片和等外厚片云母等基本飽和。天然片狀云母一般為代用材料所取代。但作為云母綜合利用的產品,云母紙和云母粉以及深加工產品如云母絕緣制品、云母紙電器等開始暢銷。
1、云母紙市場 機械部門早就確定電機用云母絕緣材料主要用云母紙代替云母薄片。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云母紙5噸計算,約需460噸云母紙。我國今后能源工業是發展重點,“七五”期間,計劃達到年產1000萬千瓦的發電機組能力,每年需要云母紙不低于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,維修需用的云母紙亦相當可觀。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。國內云母紙市場大有前途。
2、云母粉市場。全國電焊條生產每年需云母粉約1.5萬噸,油氈紙用云母粉14萬噸、消防器材用云母粉2000噸左右,再加上新開拓的云母粉應用領域,從發展趨勢看,云母粉的需要量可能會進一步增長。