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湿法云母粉与干法云母粉的区别及鉴定方法
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-11-12 10:57:15    浏览次数:
 
一、湿法云母粉与干法云母粉的区别及鉴别方法
       云母是一类结构复杂的水合铝硅酸钾或类似的矿物,品种较多,例如白云母K2Al4(Y)(OH)4 (Y = Al2Si6O20,下同)、绢云母 K2Al4(Y)(OH)x (x > 4)、金云母 K2Mg6(Y)(OH,F)4、黒云母 K2(Mg,Fe)6(Y)(OH)4、钠云母 Na2Al4(Y)(OH)4 以及含锂、钒、铬等等的品种。一种天然云母常含其它品种,而不同品种云母的理化性质大体相同。氟金云母 K2Mg6(Y)F4 是人工合成的。

       天然云母常见于花岗岩、伟晶岩等,有极高的化学稳定性和热稳定性,不被酸碱等腐蚀,到500-800℃才失去结晶水,可在500-1200ºC高温下正常工作。云母的最大特点是具有极其完美的片状晶形,数百平方厘米或更大的晶片,可剥至约1微米厚,甚至达到纳米级(极限为约1纳米厚)。这样的晶片举世无双、仅有绝无。这些晶片坚硬而有弹性,晶面光滑如镜而呈现珠光。晶片质地致密,气体、液体不能穿透。晶片能吸收紫外线、反射红外线。云母还具有极高的电阻(1012-15欧姆·厘米)。同时拥有这么多优异性能的物质是罕见的,故云母的应用非常广,如特种电阻、化妆品和户外材料(如外墙涂料)的抗紫外剂、润滑油和油墨的成分、珠光颜料的原料以及涂料、塑料、橡胶等的功能性填料。

       用云母矿作原料生产云母粉,目前方法有干法和湿法二种。云母矿的品位一般都很低(20-40%),而干法生产没有洗矿,原矿在手工剔除肉眼可见的石块之后直接用于干法磨粉,所以干法云母粉的云母含量取决于矿的品位,纯度变化很大(30-50%),不可能制得高纯度的云母粉,产品中大部分是石粉(石英、长石、黏土等的粉末)而不是云母粉。元素分析显示SiO2含量高得惊人(70%左右),而K2O很低(3-5%)或没有(用滑石粉、高岭土假冒的云母粉)。如果用这样云母粉配制涂料,涂料的质量就会出现大幅度波动。特别是干法生产使用雷蒙磨之类的强力研磨机械,在研磨中,连石英砂之类的极其坚硬的物质都磨成了微米级的粉末,所以云母晶形被严重破坏。即使形成了晶片,由于晶片要比颗粒脆弱得多,所以也被反复折断,微粒径厚比很低(10倍左右),厚度为微米级而不是纳米级。晶片多撕裂、穿孔和表面磨毛等缺陷。这种劣质产品在国外主要用于制作牛毛毡、电焊条、钻井泥浆等,一般不用作功能性填料。再者,由于没有洗矿,产品中铁、铬等元素含量高,催化漆膜的老化,并降低绝缘漆的绝缘等级。由于1吨原矿能生产800-900 kg产品,生产方法又十分简单,所以干法云母粉的生产成本很低。而且,干磨造成的晶形破坏是绝对无法补救的。虽然干法也可以磨得很细(如1250目),但粒度分布通常都很宽(如 < 1到160微米几乎平均分布)。

    干磨之后用淘洗来分除部分石粉,也可提高云母含量,但微米级的粉末极难用淘洗来分除杂质,效果很低,纯度只可提高10%-20%。一般也称为“湿法产品”或“半干半湿产品”。

    在我国市场上,还有一种云母粉也被称作“湿法云母粉”(早年也称“半干半湿云母粉”)。它是用同上干磨方法制成的,但增加水洗,以提高云母含量,但效果有限,因为微米级粉体极难用淘洗来分离。目前市场上含量50~70%的云母粉,即是此类产品。更大问题是干磨形成的晶片形态已经无法改变,淘洗不可能使晶片变薄、变完美。所以这种云母粉只能归入“干法淘洗云母粉”,在本质上仍然是干法产品,而非湿法产品。

   真正的湿法生产的全过程都在水中进行,具体生产工艺有多种,如湿磨法,即在水存在下用特殊设备研磨云母边角料(注意:不是云母矿)。该设备产生晶层间的错动力,同时在水和化学药品的作用下使晶粒解体成晶片,所以都不损伤晶片。首先是洗矿,利用浮洗剂和水的作用将云母浮于水面而富集,再用高速离心除去残存的砂子,达到高度纯化的目的。湿法利用水和化学药品的作用,以及温和的机械作用,使云母层层化开,制成晶片极薄、粒径适合的云母粉。然后再漂白脱色、洗涤、水相分级、沉降、过滤、干燥、成粉和检测包装等,得产品。对于化妆品用的云母粉,还要进行脱除有害元素的处理。加工过程非常繁复,但是产品质量优异,纯度达到95 %以上。由于绝不使用强力机械研磨,工艺条件非常温和,云母晶片未受到任何破坏或损伤,所以晶片完美无缺,绝对没有穿孔和撕裂等缺陷。晶片极薄,厚度达到纳米级,径厚比很高(80-120倍),产品的比表面积比干法产品大几倍。不含有害杂质,粒度分布集中,品质稳定。问题是湿法生产的原料单耗很高(5-6吨原矿 / 吨产品),工艺很复杂,生产周期长,水电和药品消耗也多,生产成本很高。但国际市场上的云母粉一般都用这种技术生产。湿法是在水中使云母晶粒剥出晶片,这是与干法的根本区别所在,也不是淘洗。干法云母粉除非有特殊原因,一般不用作填料。

表1 干法、湿法产品的粒度测试结果(实例)
注:干法产品到160微米才100 %通过,粒度分布范围比湿法产品宽4倍。
表2 粒径和比表面积测试结果(实例)单位:微米

注:(1)最高记录超过18 000 cm2 / ml,比干法高4倍半;最高径厚比(日本检测)> 140倍。
表3. 元素组成分析(工业品实例)(%) 

       干法云母粉不管磨得多少细,由于含有大量石英粉之类杂质,所以比重大,而湿法云母粉则显得疏松而轻。这种由极薄的晶片组成粉体,在水中和溶剂中易于悬浮,如将少量云母粉置于水中,湿法云母粉浮于水面而不易下沉,但干法产品则较易下沉;在配制的涂料中,其沉降速度只有干法    产品的几分之一到十分之一,所以这种涂料不宜沉降分层,稳定性远优于使用干法产品者。

二、湿法云母粉与干法云母粉的鉴别方法
       为了正确使用云母粉,工业上常需要鉴别云母粉的内在品质。粒度等等容易测定,但是形态学特性、云母含量等等的鉴定,就成了生产企业的头痛问题。当然最好要用元素分析(如X-射线荧光分析)来测定各种元素的含量,判定云母含量;用粒度分布仪(如Coulter粒度仪)测定粒度分布和比表面积等重要数据,判定形态学特征。但是一般涂料厂难以具备这些条件。
这里介绍几种简单的鉴别方法,都是利用二种云母粉形态差异进行的。
       1)沉降法:取10ml量筒,加1g云母粉,加水数ml,摇匀,再加水至10ml刻度。摇匀,静止观察沉降速度。干法云母粉通常在60分钟左右沉降到底,形成约7 ml的上层清液。相反,湿法云母粉通常仅形成大约1.5~3 ml上层清液,形成约7 ml上层清液需要数小时。如果用更大的量筒,云母粉和水的用量,以及上层清液的体积按倍数增加。原理是湿法云母粉的晶片很薄,悬浮性很好,而干法产品晶片厚,又含较多石英粉末等,悬浮性差。
       2)密度法。原理是湿法云母粉的晶片很薄,难以形成紧密堆积。
       3)松密度法:将粉体充分打松,倒入已经称重的量筒至某一刻度,称重,计算比重。湿法云母粉的松密度通常在0.25g/ml左右,而干法云母粉通常达到0.5g/ml。
       4)实密度法:将粉体倒入已经称重的量筒,称重,振动(如在桌面上轻轻敲击),使粉体体积减小,至粉体体积不再下降为止(通常约10~15分钟)。计算比重。湿法云母粉的实密度通常在0.50 g / ml左右,干法产品在0.70~0.80 g / ml。
       5)珠光效应:取约0.1~0.2 g粉体,置于无色透明玻璃杯中,加水约60~80 ml,搅拌。湿法云母粉形成明显珠光。珠光越差,说明云母含量低、晶片差。注意:须边搅拌边观察,此时云母晶片因水流而形成整齐排列、反射珠光;水流停止,排列变乱,珠光就消失。此法的缺点是无法定量,只适合相互对比。


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