一、濕法云母粉與干法云母粉的區別及鑒別方法
云母是一類結構復雜的水合鋁硅酸鉀或類似的礦物,品種較多,例如白云母K2Al4(Y)(OH)4 (Y = Al2Si6O20,下同)、絹云母 K2Al4(Y)(OH)x (x > 4)、金云母 K2Mg6(Y)(OH,F)4、黒云母 K2(Mg,Fe)6(Y)(OH)4、鈉云母 Na2Al4(Y)(OH)4 以及含鋰、釩、鉻等等的品種。一種天然云母常含其它品種,而不同品種云母的理化性質大體相同。氟金云母 K2Mg6(Y)F4 是人工合成的。
天然云母常見于花崗巖、偉晶巖等,有極高的化學穩定性和熱穩定性,不被酸堿等腐蝕,到500-800℃才失去結晶水,可在500-1200ºC高溫下正常工作。云母的最大特點是具有極其完美的片狀晶形,數百平方厘米或更大的晶片,可剝至約1微米厚,甚至達到納米級(極限為約1納米厚)。這樣的晶片舉世無雙、僅有絕無。這些晶片堅硬而有彈性,晶面光滑如鏡而呈現珠光。晶片質地致密,氣體、液體不能穿透。晶片能吸收紫外線、反射紅外線。云母還具有極高的電阻(1012-15歐姆·厘米)。同時擁有這么多優異性能的物質是罕見的,故云母的應用非常廣,如特種電阻、化妝品和戶外材料(如外墻涂料)的抗紫外劑、潤滑油和油墨的成分、珠光顏料的原料以及涂料、塑料、橡膠等的功能性填料。
用云母礦作原料生產云母粉,目前方法有干法和濕法二種。云母礦的品位一般都很低(20-40%),而干法生產沒有洗礦,原礦在手工剔除肉眼可見的石塊之后直接用于干法磨粉,所以干法云母粉的云母含量取決于礦的品位,純度變化很大(30-50%),不可能制得高純度的云母粉,產品中大部分是石粉(石英、長石、黏土等的粉末)而不是云母粉。元素分析顯示SiO2含量高得驚人(70%左右),而K2O很低(3-5%)或沒有(用滑石粉、高嶺土假冒的云母粉)。如果用這樣云母粉配制涂料,涂料的質量就會出現大幅度波動。特別是干法生產使用雷蒙磨之類的強力研磨機械,在研磨中,連石英砂之類的極其堅硬的物質都磨成了微米級的粉末,所以云母晶形被嚴重破壞。即使形成了晶片,由于晶片要比顆粒脆弱得多,所以也被反復折斷,微粒徑厚比很低(10倍左右),厚度為微米級而不是納米級。晶片多撕裂、穿孔和表面磨毛等缺陷。這種劣質產品在國外主要用于制作牛毛氈、電焊條、鉆井泥漿等,一般不用作功能性填料。再者,由于沒有洗礦,產品中鐵、鉻等元素含量高,催化漆膜的老化,并降低絕緣漆的絕緣等級。由于1噸原礦能生產800-900 kg產品,生產方法又十分簡單,所以干法云母粉的生產成本很低。而且,干磨造成的晶形破壞是絕對無法補救的。雖然干法也可以磨得很細(如1250目),但粒度分布通常都很寬(如 < 1到160微米幾乎平均分布)。
干磨之后用淘洗來分除部分石粉,也可提高云母含量,但微米級的粉末極難用淘洗來分除雜質,效果很低,純度只可提高10%-20%。一般也稱為“濕法產品”或“半干半濕產品”。
在我國市場上,還有一種云母粉也被稱作“濕法云母粉”(早年也稱“半干半濕云母粉”)。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,因為微米級粉體極難用淘洗來分離。目前市場上含量50~70%的云母粉,即是此類產品。更大問題是干磨形成的晶片形態已經無法改變,淘洗不可能使晶片變薄、變完美。所以這種云母粉只能歸入“干法淘洗云母粉”,在本質上仍然是干法產品,而非濕法產品。
真正的濕法生產的全過程都在水中進行,具體生產工藝有多種,如濕磨法,即在水存在下用特殊設備研磨云母邊角料(注意:不是云母礦)。該設備產生晶層間的錯動力,同時在水和化學藥品的作用下使晶粒解體成晶片,所以都不損傷晶片。首先是洗礦,利用浮洗劑和水的作用將云母浮于水面而富集,再用高速離心除去殘存的砂子,達到高度純化的目的。濕法利用水和化學藥品的作用,以及溫和的機械作用,使云母層層化開,制成晶片極薄、粒徑適合的云母粉。然后再漂白脫色、洗滌、水相分級、沉降、過濾、干燥、成粉和檢測包裝等,得產品。對于化妝品用的云母粉,還要進行脫除有害元素的處理。加工過程非常繁復,但是產品質量優異,純度達到95 %以上。由于絕不使用強力機械研磨,工藝條件非常溫和,云母晶片未受到任何破壞或損傷,所以晶片完美無缺,絕對沒有穿孔和撕裂等缺陷。晶片極薄,厚度達到納米級,徑厚比很高(80-120倍),產品的比表面積比干法產品大幾倍。不含有害雜質,粒度分布集中,品質穩定。問題是濕法生產的原料單耗很高(5-6噸原礦 / 噸產品),工藝很復雜,生產周期長,水電和藥品消耗也多,生產成本很高。但國際市場上的云母粉一般都用這種技術生產。濕法是在水中使云母晶粒剝出晶片,這是與干法的根本區別所在,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、濕法產品的粒度測試結果(實例)
注:干法產品到160微米才100 %通過,粒度分布范圍比濕法產品寬4倍。
表2 粒徑和比表面積測試結果(實例)單位:微米
注:(1)最高記錄超過18 000 cm2 / ml,比干法高4倍半;最高徑厚比(日本檢測)> 140倍。
表3. 元素組成分析(工業品實例)(%)
干法云母粉不管磨得多少細,由于含有大量石英粉之類雜質,所以比重大,而濕法云母粉則顯得疏松而輕。這種由極薄的晶片組成粉體,在水中和溶劑中易于懸浮,如將少量云母粉置于水中,濕法云母粉浮于水面而不易下沉,但干法產品則較易下沉;在配制的涂料中,其沉降速度只有干法 產品的幾分之一到十分之一,所以這種涂料不宜沉降分層,穩定性遠優于使用干法產品者。
二、濕法云母粉與干法云母粉的鑒別方法
為了正確使用云母粉,工業上常需要鑒別云母粉的內在品質。粒度等等容易測定,但是形態學特性、云母含量等等的鑒定,就成了生產企業的頭痛問題。當然最好要用元素分析(如X-射線熒光分析)來測定各種元素的含量,判定云母含量;用粒度分布儀(如Coulter粒度儀)測定粒度分布和比表面積等重要數據,判定形態學特征。但是一般涂料廠難以具備這些條件。
這里介紹幾種簡單的鑒別方法,都是利用二種云母粉形態差異進行的。
1)沉降法:取10ml量筒,加1g云母粉,加水數ml,搖勻,再加水至10ml刻度。搖勻,靜止觀察沉降速度。干法云母粉通常在60分鐘左右沉降到底,形成約7 ml的上層清液。相反,濕法云母粉通常僅形成大約1.5~3 ml上層清液,形成約7 ml上層清液需要數小時。如果用更大的量筒,云母粉和水的用量,以及上層清液的體積按倍數增加。原理是濕法云母粉的晶片很薄,懸浮性很好,而干法產品晶片厚,又含較多石英粉末等,懸浮性差。
2)密度法。原理是濕法云母粉的晶片很薄,難以形成緊密堆積。
3)松密度法:將粉體充分打松,倒入已經稱重的量筒至某一刻度,稱重,計算比重。濕法云母粉的松密度通常在0.25g/ml左右,而干法云母粉通常達到0.5g/ml。
4)實密度法:將粉體倒入已經稱重的量筒,稱重,振動(如在桌面上輕輕敲擊),使粉體體積減小,至粉體體積不再下降為止(通常約10~15分鐘)。計算比重。濕法云母粉的實密度通常在0.50 g / ml左右,干法產品在0.70~0.80 g / ml。
5)珠光效應:取約0.1~0.2 g粉體,置于無色透明玻璃杯中,加水約60~80 ml,攪拌。濕法云母粉形成明顯珠光。珠光越差,說明云母含量低、晶片差。注意:須邊攪拌邊觀察,此時云母晶片因水流而形成整齊排列、反射珠光;水流停止,排列變亂,珠光就消失。此法的缺點是無法定量,只適合相互對比。
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