CN102718229A - 一种高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片及其制备方法，其特点是在熔制合成云母配方中引入0.1～0.6%的CaO（以氧化钙计，并不特指氧化钙）作为杂质富集剂，使得杂质得到富集，从而提高合成云母的柔韧性和可分剥性，所得合成云母晶体片柔韧性可达38～50%（卷绕法），含有0.1～0.6%的CaO，以其制备得到的粉体片厚度为0.05～0.8μm，特别是0.05～0.5μm。该合成云母晶体片用于制备超薄片合成云母晶体粉，并用于珠光颜料基材、化妆品、防腐涂料、工程塑料行业。

Description

一种高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片及其制备方法，属于非金属新材料领域。

背景技术

人工合成云母晶体有着几十年的发展历史。在中国，早在上世纪六十年代，上海硅酸盐研究所就进行了深入研究，并取得了不少的研究成果。目前，主要的合成方法有水热法、高温熔融法和坩锅法。研究之初，主要目的是为了取代天然云母而使用在电子元器件及电力工业上作为绝缘材料，因而，要求晶体的尺寸（面积）要大，即所谓的剥片云母产率要高，因此，研究开发中更注重晶体片的尺寸生长。上海硅酸盐研究所用外加晶种坩锅法生长出了当时世界上最大尺寸的合成云母单晶片（书册状）而广受学术界关注，但成品率低，制备成本高，产量小而无法工业化大规模生产；水热法在制备水胀云母方面有报道，由于需要高温高压的苛刻反应条件和低产成率而未能实现工业化生产。内热电阻法制备合成云母晶体片，成本低，产量大，每炉少则几吨，多则数十吨，易于规模化工业生产，有着其它制备方法不具备的优势，但这种方法存在的缺点是不能控制晶体的生长方向和晶体排布，得到的大都是小晶体片、多晶片，能够分剥出规格晶体片的产率不到5%，95%以上都是达不到剥片云母规格的小晶体合成云母碎，这些小晶片合成云母碎虽可制成合成云母纸，进而制成合成云母板、合成云母带及各种绝缘品，但使用量较少，限制了该行业的发展。

在上世纪九十年代，以天然云母为基材而生产的珠光颜料迅速发展，到2010年以天然云母为基材的珠光颜料的产品销量达8万吨/年以上，产品广泛应用于涂料（包括汽车涂料）、化妆品、合成革、印刷、印染、塑料等多个行业。全世界的天然云母供应90%来自印度，经多年开采，天然云母质量越来越差，产量越来越少，而价格越来越高，2010年天然云母的价格就上涨了50%，人们又将目光转移到了人工合成云母上，合成云母粉有着比天然云母粉更高的白度、更好的透明度、更好的绝缘性，这些特性使得以合成云母粉为基材制得的珠光颜料白度更好（银白系列），色彩更鲜艳（虹彩、金属色系列），从而为合成云母碎的应用打开了广阔的空间，为整个合成云母行业的发展提供了广阔的空间。但合成云母与天然云母相比，也有一大缺点，合成云母硬而脆，即柔韧性差，一般小于柔韧性35%（卷绕法），另外分剥性也较差，导致制成粉的厚度大，径厚比小。这在珠光颜料的使用上是致命的缺点，厚度大就会导致在相同的粒径下，径厚比小，包覆率低，色饱和度低，甚至不产生珠光效果，特别是对小粒径的影响更大。因此，合成云母碎要能取代天然云母应用于珠光颜料行业，需要解决合成云母的硬而脆，可分剥性差的关键技术难题。中国专利CN03135050.x公开了一种人工晶体合成云母及制备方法和装置，采用石英砂、镁砂、氧化铝粉，氟硅酸钾和碳酸钾为原料，用三相电加热熔融法制备人工晶体合成云母，这种方法不能解决合成云母片硬而脆，分剥差的关键技术难题。中国专利CN200510044178.7也公开了一种人工晶体合成云母及制备方法，也是利用石英砂、镁砂、氧化铝粉，氟硅酸钾和碳酸钾为原料，采用两相电源加热熔融法制备人工晶体合成云母，同样也不能解决合成云母片硬而脆，分剥差的关键技术难题。中国专利200910177075.6公开了一种合成云母的制备方法，采用滑石代替部份石英砂、镁砂制备合成云母，也未能解决合成云母片硬而脆，分剥差的关键技术问题。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片及其制备方法，其特征是在熔制合成云母配方中引入0.1～0.6%的CaO（以氧化钙计，并不特指氧化钙）作为杂质富集剂，使得杂质得到富集，从而提高合成云母的柔韧性和可分剥性，所得合成云母晶体片柔韧性可达38～50%（卷绕法）。

合成云母片的硬而脆、分剥性差，理论上是由其自身的结构决定的。天然云母的分子式为KAl₂（AlSi₃O₁₀）（OH）₂，合成云母（氟金云母）的分子式为KMg₃(AlSi₃O₁₀)F₂，合成云母由电负性更大，离子半径更小的F取代-OH，Mg²⁺取代Al³⁺，使得合成云母在宏观性能上表现得更硬而脆，层与层的可分剥性较差，在不改变这种结构的前提下，是不能有效改变硬而脆、分剥性差的性能的。本发明者在多次试验研究中发现：合成云母的硬而脆、分剥性差是多种因素综合影响的宏观结果，在改变某些因素的情况下，能极大地改善和提高合成云母的柔韧性和分剥性。用纯度较差的原材料制备所得合成云母的柔韧性和分剥性反而优于一些纯度较高的原材料制得的合成云母。在对比试验中，发现某些杂质对改善和提高合成云母的柔韧性、分剥性、透明性是有益的，其中，效果最为明显的是钙。在某些文献中，认为杂质Ca是有害的，易造成晶体呈脆性。但本发明者试验研究表明，杂质Ca在一定范围内，对改善和提高合成云母晶体的柔韧性、分剥性、透明性是有益的。这种情况，在理论上也能得到解释。在合成云母所使用的原材料中，不可能都是纯物质，都会含有各种杂质，在熔制过程中，碳酸盐的分解、氟化物的生成和挥发、熔制时的升温速度、内部温度分布的不均匀性都会造成某些物料的过剩或不足，不能全部转化生成氟金云母，而这些因素会导致生成各种杂质晶体或玻璃体，而这些杂质晶体和玻璃体会严重影响合成云母晶体的柔韧性和分剥性。如上所述，形成杂质的原因是多方面的，一方面，不纯的原材料含带入诸如Na、Fe、Ca、C、S、P等多种杂质元素。这些杂质会形成晶体或玻璃体；另一方面，在高温熔融状态下，不断有SiF₄、KF、AlF₃等氟化物挥发逸出进入大气中，氟的挥发损失和它带走的有用部份，影响了熔体中有用部份的比例关系，导致生成杂晶或玻璃体。杂质分为两类：一类为高熔点杂晶，如方镁石（MgO）、镁橄榄石（2MgO.SiO₂），块硅镁石（2MgO.SiO₂.MgF₂），尖晶石（MgO.Al₂o₃）,莫来石（3Al₂O₃.2SiO₂）等。随着熔制温度的降低，这类高熔点杂晶先于合成云母析出，一般比较分散，通常呈微粒状，硬度大，不易碎，合成云母晶体便在这些颗粒上生长。特别是黑色的块硅镁石（2MgO.SiO₂.MgF₂），它和合成云母晶体的浸润性极好，合成云母晶体{111}面紧贴它生长，并将其包在中间。这些极其微小的杂晶导致合成云母晶体片与片之间较为紧密的粘结，使得合成云母晶体变得硬而脆，无法剥离；同时，数量较多的杂晶形成较多的晶核，使得合成云母晶体的尺寸较小，严重影响了合成云母晶体片的品质。另一类杂质为低熔点杂晶和玻璃体。它们后于合成云母晶体生成，分布于云母析晶的末端、表面和熔体最后凝固的部位，是合成云母晶体生长过程中排杂的结果。这类杂质主要有MgF₂、CaF₂和含有K、Na、Si、S、P等元素的玻璃体。这部分杂质呈不规则粒状，硬度小、质脆，极易破碎，会随着合成云母晶体的后继加工混入合成云母晶体粉中，也会严重影响合成云母晶体的品质。

要想得到良好品质的合成云母晶体，就要减少上述杂晶和玻璃体对品质的不利影响。要尽量减少玻璃体的生成，减少高熔点杂质、特别是与合成云母浸润性极好的杂晶生成。实际上，当杂晶和玻璃体都不可避免时，则尽量将玻璃体和低熔杂晶转化为高熔杂晶，同时，将高熔点杂晶团聚富集，形成粒径大而颗粒数少的杂质大晶体，同样会极大提高合成云母晶体的品质（提高其柔韧性和分剥性），正因为如此，适量Ca元素的引入可以实现这种设想。试验结果表明，相同配方，其它条件不变的情况下，当Ca用量较低时，主要生成Mg₂SiO₄(镁橄榄石)，属高熔点杂晶，呈灰黑色至灰白色小颗粒状，较为分散，赋存于合成云母片与片之间，与片粘结紧密，云母呈灰白色（有微细杂质），片硬而脆，分剥性极差；当CaO用量较大时，形成低熔点杂晶（CaMgSiO₄，3CaO.MgO.2SiO₄），呈黄白色，赋存于云母晶体表面晶体末端，较分散，云母片比较大，呈无色透明状，透明度较好，这种杂质易碎，对后继制粉加工有不利影响，不能得到良好品质的合成云母粉；当CaO用量适中时，形成高熔点杂晶：2CaO.SiO₂和3CaO.SiO₂，呈黄白色大颗粒状（Ф5～20mm）,赋存于云母晶片中间，较为集中，与云母片粘结力小，易剥离，杂质硬度大，不易碎，在后继制粉加工极易用分离除去。合成云母晶体块透明度好，略带黄色，晶片柔韧性好，可分剥性好。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片的起始原料由以下组分组成：

高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片的起始原料由以下组分组成，优选为：

高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片的制备方法包括以下步骤：

（1）配料：根据选择的原料及其分析检测数据，以及搅拌混料机有效容积，按照如下工艺配方，精确计算每次搅拌各种原料的用量，并准确计量称重：

（2）混料：将步骤（1）准确计量称重的各种原料倒入搅拌混料机中搅拌混合15～60分钟，备用；搅拌配料总重量为每炉所需熔制合成云母晶体的数量；

（3）砌炉：根据每炉所需熔制数量，计算炉体容积：

V=K*W/p

K——有效容积系数，取值范围1.05～1.2；

W——每炉熔制合成云母晶体的数量，吨；

P——合成云母晶体的密度，按2.8吨/m³计；

V——炉体容积范围，m³；

用耐火砖砌成椭圆形或圆形的炉体，其容积要在按照上述计算所得炉体容积范围内。

用三相电源选用圆形炉体，均分摆放三组电极；用二相电源则选用椭圆形炉体，在长轴方向对称摆放二组电极；用扁铁将耐火砖箍紧；

（4）装炉：将步骤（2）混合好的料装入步骤（3）砌好的炉体中，并推入四周有保温密封，顶部留有加料孔的熔制房内，在熔制房的侧面接通大功率的抽风机，风量可调节，风机出口接有三级或二级喷淋吸收塔；

（5）开机：将熔炉接上电源，开启熔制房抽风机、废气吸收喷淋泵，泵入事先配制好5-8%氢氧化钠溶液的喷淋吸收液；

（6）熔制：按升温、保温、降温三个阶段进行熔制；升温、保温、降温是通过控制输入功率来实现的，即升温是逐步提高输入功率，保温是恒定输入功率，降温是逐步降低输入功率；根据熔制量，概算出熔制所需总电量；

Q=K′*W

Q——熔制所需总电量，Kw.h；

K′——熔制系数，0.833Kw.h/Kg；

W——每炉熔制合成云母晶体的数量，Kg；

按照10～14kw/h速度升功率至熔制最大功率，并以最大功率恒定熔制，当熔制累计电量至总概算电量的91～94%时，按10～15kw/h速度降功率至总概算电量时断电，结束熔制。熔制最大功率与装料量有关，具体如下表：

（7）关机：熔制结束后，断开所有电源，关闭风机、喷淋泵；

（8冷却：保温自然冷却7天以上，拉出熔炉，拆除耐火砖，用大功率破碎机开砣，人工风镐破碎成小块后，经颚式破碎机粗碎，对辊机细碎，过4目，8目振动筛，得到+4目，4-8目，-8目三种合成云母晶片；其晶体柔韧性可达38～50%，并含有0.1～0.6%的CaO；

（9）废液处理：定期检测喷淋吸收液F浓度和OH浓度，通过补加片碱，保持NaOH溶液浓度大于5%，当F浓度大于8g/100ml时，转移另一处理槽中，加石灰乳处理。

由以上步骤所得合成云母晶体片的柔韧性可达38～50%（卷绕法），并含有0.1～0.6%的CaO（以氧化钙计，并不特指氧化钙）。

合成云母晶体片用于制备超薄片合成云母晶体粉，其云母晶体粉用于珠光颜料基材、化妆品、防腐涂料、工程塑料行业。

性能测试

取结晶较完整的+4目合成云母晶片采用卷绕法测定柔韧性，XRD检测氟金云母含量，化学分析法检测CaO含量，ICP—MS检测有害微量元素，其结果详见表2所示。

本发明具有如下优点：

（1）本发明通过引入杂质富集剂CaO，使得熔制合成云母晶体时，杂质得到富集，合成云母晶片与晶片间杂质大为减少，透明更好，晶体更易长大，有效地提高和改善了合成云母晶体片的柔韧性，普通的合成云母晶体柔韧性小于35%，本发明的柔韧性可达为38～50%；同时极大提高了合成晶体的分剥性。

（2）本发明与传统熔制工艺相比，在熔制过程中采用了全密封熔制、废气喷淋吸收的新工艺。全密封熔制，不但防止了有害气体逸出污染环境，改善了工作环境，而且提高了熔制的热效率，可节省用电20%以上；传统工艺，熔制的耗电量为1～1.2kw·h/kg云母，该方法耗电量仅为0.7～0.85kw·h/kg云母；尾气采用碱液喷淋吸收，石灰乳处理沉淀F，有效防止环境污染。

附图说明

图1为实施例1合成云母晶块照片图

图2为实施例1合成云母晶片照片图

具体实施方式

以下通过实例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1、采用二相交流电源。

1、原料用量按以下配方，以每次搅拌混合一吨计：

以石英砂、电熔镁砂、氧化铝（工业级）、氟硅酸钾、碳酸钾、生石灰为原料，其化学成分如表1。

表1

原料实际用量如下表：

2、按上表所确定原料实际用量准确称量，投入2m³双螺旋锥形混合机中，搅拌混合15min，放料装袋备用（80㎏/袋），共需搅拌16次，共计15319.8㎏；

3、炉体容积范围为：

V=K*W/p

=(1.05～1.2)×15.3198÷2.8

=5.74～6.56(m³)

按照此炉体容积范围，确定炉体净空尺寸为：上、下端为椭圆形底的锥形台体，小端长轴a=1.9m，短轴b=1.7m，大端长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高均为h′=0.57m；中间为椭圆形的园柱体，长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高h=0.57m；炉体容积为：

$[\mathrm{\π}{\left(\frac{a+b}{4}\right)}^2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2]\×\frac{h^{\′}}{2}\×2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2\·h$

$=3.14\×(0.81+1.3225)\×0.57+3.14\×1.3225\×0.57$

$=3.8167+2.367$

$=6.184\left(m^3\right)$

按此尺寸，用耐火砖砌好炉体,对称摆放好石墨电极，将步骤2混好的物料装入炉体中，压实，接好起弧电极；

4、将熔炉推入密封并有保温层的熔制房内，将电极与电源线连接好；

5、开启抽风机、尾气喷淋泵（事先检查并调节好喷淋液的碱度，即5-8%NaOH溶液）；

6、计算熔制所需总电量约为：

Q=K′*W

=15319.8×0.833

=12761.4（kw.h）

起弧结束后，按10kw/h的速度升功率至180kw，恒定功率180kw至累计电量为12761.4（kw.h）×91%=11612.9kw.h左右时，再按10kw/h的速率降功率至总电量为12761.4kw.h时，断开电源，停风机、喷淋泵，结束熔制；

7、保温自然冷却7天以上，拉出熔炉，拆除耐火砖，用大功率破碎机开砣，人工风镐打成小块后，经颚式破碎机粗碎，对辊机细碎，过4目、8目振动筛，得到+4目，4-8目，-8目三种合成云母晶片。

8、取喷淋吸收液检测，若NaOH浓度小于5%，则加入片碱至8%，若F浓度大于8g/100ml，则将吸收液转至处理池中，加入足量石灰乳处理；

合成云母晶体块见附图1，合成云母晶片见附图`2。取结晶较完整的+4目合成云母晶片采用卷绕法测定柔韧性，XRD检测氟金云母含量，化学分析法检测CaO含量，ICP—MS检测有害微量元素，SEM检测制成合成云母晶体粉的厚度，其结果见表2。

实施例2采用二相交流电源。

原料用量按以下配方，以每次混合搅拌1吨计：

仍以石英砂、电熔镁砂、氧化铝（工业级）、氟硅酸钾、碳酸钾、生石灰为原料，其化学成分与实施例1表1相同。各原料实际用量为：

2、按上表所确定原料实际用量准确称量，投入2m³双螺旋锥形混合机中，搅拌混合38分钟，放料装袋备用（80㎏/袋），共需搅拌16次，共计16012.8㎏；

3、炉体容积范围为：

V=K*W/p

=(1.05～1.2)×16.0128÷2.8

=6.0～6.86(m³)

按照此炉体容积范围，确定炉体净空尺寸为：上、下端为椭圆形底的锥形台体，小端长轴a=1.9m，短轴b=1.7m，大端长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高均为h′=0.57m；中间为椭圆形的园柱体，长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高h=0.57m；炉体容积为：

$[\mathrm{\π}{\left(\frac{a+b}{4}\right)}^2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2]\×\frac{h^{\′}}{2}\×2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2\·h$

$=3.14\×(0.81+1.3225)\×0.57+3.14\×1.3225\×0.57$

$=3.8167+2.367$

$=6.184\left(m^3\right)$

按此尺寸，用耐火砖砌好炉体,对称摆放好石墨电极，将步骤2混好的物料装入炉体中，压实，接好起弧电极；

4、将熔炉推入密封并有保温层的熔制房内，将电极与电源线连接好；

5、开启抽风机、尾气喷淋泵（事先检查并调节好喷淋液的碱度，即5-8%NaOh溶液）；

6、计算熔制所需总电量约为：

Q=K′*W

=16012.8×0.833

=13338.66（kw.h）

起弧结束后，按12kw/h的速度升功率至180kw，恒定功率180kw至累计电量为13338.66（kw.h）×92.5%=12338.3kw.h左右时，再按12.5kw/h的速率降功率至总电量为13338.66kw.h时，断开电源，停风机、喷淋泵，结束熔制；

7、保温自然冷却7天以上，拉出熔炉，拆除耐火砖，用大功率破碎机开砣，人工风镐打成小块后，经颚式破碎机粗碎，对辊机细碎，过4目、8目振动筛，得到+4目，4-8目，-8目三种合成云母晶片。

8、取喷淋吸收液检测，若NaOH浓度小于5%，则加入片碱至8%，若F浓度大于8g/100ml，则将吸收液转至处理池中，加入足量石灰乳处理；

取结晶较完整的+4目合成云母晶片采用卷绕法测定柔韧性，XRD检测氟金云母含量，化学分析法检测CaO含量，ICP—MS检测有害微量元素，SEM检测制成合成云母晶体粉的厚度，其结果见表2。

实施例3采用二相交流电源。

原料用量按以下配方，以每一次搅拌配料为1吨计：

仍以石英砂、电熔镁砂、氧化铝（工业级）、氟硅酸钾、碳酸钾、生石灰为原料，其化学成分与实施例1表1相同。各原料实际用量为：

由于原料中所含量氧化钙量已大于配方所需氧化钙，因此不需再补加氧化钙。

2、按上表所确定原料实际用量准确称量，投入2m³双螺旋锥形混合机中，搅拌混合60分钟，放料装袋备用（80㎏/袋），共需搅拌16次，共计15469.6㎏；

3、炉体容积范围为：

V=K*W/p

=(1.05～1.2)×15.4696÷2.8

=5.8～6.63(m³)

按照此炉体容积范围，确定炉体净空尺寸为：上、下端为椭圆形底的锥形台体，小端长轴a=1.9m，短轴b=1.7m，大端长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高均为h′=0.57m；中间为椭圆形的园柱体，长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高h=0.57m，炉体容积为：

$[\mathrm{\π}{\left(\frac{a+b}{4}\right)}^2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2]\×\frac{h^{\′}}{2}\×2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2\·h$

$=3.14\×(0.81+1.3225)\×0.57+3.14\×1.3225\×0.57$

$=3.8167+2.367$

$=6.184\left(m^3\right)$

按此尺寸，用耐火砖砌好炉体,对称摆放好石墨电极，将步骤2混好的物料装入炉体中，压实，接好起弧电极；

4、将熔炉推入密封并有保温层的熔制房内，将电极与电源线连接好；

5、开启抽风机、尾气喷淋泵（事先检查并调节好喷淋液的碱度，即5-8%NaOh溶液）；

6、计算熔制所需总电量约为：

Q=K′*W

=15469.6×0.833

=12886.2（kw.h）

起弧结束后，按14kw/h的速度升功率至180kw，恒定功率180kw至累计电量为12886（kw.h）×94%=12113.0kw.h左右时，再按15kw/h的速率降功率至总电量为12886.2kw.h时，断开电源，停风机、喷淋泵，结束熔制；

7、保温自然冷却7天以上，拉出熔炉，拆除耐火砖，用大功率破碎机开砣，人工风镐打成小块后，经颚式破碎机粗碎，对辊机细碎，过4目、8目振动筛，得到+4目，4-8目，-8目三种合成云母晶片。

8、取喷淋吸收液检测，若NaOH浓度小于5%，则加入片碱至8%，若F浓度大于8g/100ml，则将吸收液转至处理池中，加入足量石灰乳处理；

取结晶较完整的+4目合成云母晶片采用卷绕法测定柔韧性，XRD检测氟金云母含量，化学分析法检测CaO含量，ICP-MS检测有害微量元素，SEM检测制成合成云母晶体粉的厚度，其结果见表2。

实施例4采用二相交流电源。

原料用量按以下配方，以每一次搅拌配料为1吨计：

仍以石英砂、电熔镁砂、氧化铝（工业级）、氟硅酸钾、碳酸钾、生石灰为原料，其化学成分与实施例1表1相同。原料实际用量为：

2、按上表所确定原料实际用量准确称量，投入2m³双螺旋锥形混合机中，搅拌混合30分钟，放料装袋备用（80㎏/袋），共需搅拌16次，共计15714.24㎏；

3、炉体容积范围为：

V=K*W/p

=(1.05～1.2)×15.71424÷2.8

=5.89～6.73(m³)

按照此炉体容积范围，确定炉体净空尺寸为：上、下端为椭圆形底的锥形台体，小端长轴a=1.9m，短轴b=1.7m，大端长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高均为h′=0.57m；中间为椭圆形的园柱体，长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高h=0.57m，炉体容积为：

$[\mathrm{\π}{\left(\frac{a+b}{4}\right)}^2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2]\×\frac{h^{\′}}{2}\×2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2\·h$

$=3.14\×(0.81+1.3225)\×0.57+3.14\×1.3225\×0.57$

$=3.8167+2.367$

$=6.184\left(m^3\right)$

按此尺寸，用耐火砖砌好炉体,对称摆放好石墨电极，将步骤2混好的物料装入炉体中，压实，接好起弧电极；

4、将熔炉推入密封并有保温层的熔制房内，将电极与电源线连接好；

5、开启抽风机、尾气喷淋泵（事先检查并调节好喷淋液的碱度，即5-8%NaOh溶液）；

6、计算熔制所需总电量约为：

Q=K′*W

=15714.24×0.833

=13089.96（kw.h）

起弧结束后，按14kw/h的速度升功率至180kw，恒定功率180kw至累计电量为13089.96（kw.h）×94%=12304.56kw.h左右时，再按15kw/h的速率降功率至总电量为13089.96kw.h时，断开电源，停风机、喷淋泵，结束熔制；

7、保温自然冷却7天以上，拉出熔炉，拆除耐火砖，用大功率破碎机开砣，人工风镐打成小块后，经颚式破碎机粗碎，对辊机细碎，过4目、8目振动筛，得到+4目，4-8目，-8目三种合成云母晶片。

8、取喷淋吸收液检测，若NaOH浓度小于5%，则加入片碱至8%，若F浓度大于8g/100ml，则将吸收液转至处理池中，加入足量石灰乳处理；

取结晶较完整的+4目合成云母晶片采用卷绕法测定柔韧性，XRD检测氟金云母含量，化学分析法检测CaO含量，ICP—MS检测有害微量元素，SEM检测制成合成云母晶体粉的厚度，其结果见表2。

实施例5：采用二相交流电源，

所用镁砂选用高纯度大结晶镁砂，其它原料及成分与实施例1表1相同，高纯度大结晶镁砂化学成分如下：

SiO2（10-2）	Al2O3（10-2）	MgO（10-2）	CaO（10-2）	Fe2O3（10-2）
					0.3	0.1	99	0.3	0.3

原料用量按以下配方，每次搅拌配料仍以1吨计：

2、按上表所确定原料实际用量准确称量，投入2m³双螺旋锥形混合机中，搅拌混合30分钟，放料装袋备用（80㎏/袋），共需搅拌16次，共计16109.84㎏；

3、炉体容积范围为：

V=K*W/p

=(1.05～1.2)×16.10984÷2.8

=6.04～6.9(m³)

按照此炉体容积范围，确定炉体净空尺寸为：上、下端为椭圆形底的锥形台体，小端长轴a=1.9m，短轴b=1.7m，大端长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高均为h′=0.57m；中间为椭圆形的园柱体，长轴

a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高h=0.57m；

炉体容积为：

$[\mathrm{\π}{\left(\frac{a+b}{4}\right)}^2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2]\×\frac{h^{\′}}{2}\×2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2\·h$

$=3.14\×(0.81+1.3225)\×0.57+3.14\×1.3225\×0.57$

=3.8167+2.367

=6.184(m³)

按此尺寸，用耐火砖砌好炉体,对称摆放好石墨电极，将步骤2混好的物料装入炉体中，压实，接好起弧电极；

4、将熔炉推入密封并有保温层的熔制房内，将电极与电源线连接好；

5、开启抽风机、尾气喷淋泵（事先检查并调节好喷淋液的碱度，即5-8%NaOh溶液）；

6、计算熔制所需总电量约为：

Q=K′*W

=16109.84×0.833

=13419.5（kw.h）

起弧结束后，按14kw/h的速度升功率至180kw，恒定功率180kw至累计电量为13419.5（kw.h）×94%=12614.32kw.h左右时，再按15kw/h的速率降功率至总电量为13419.5kw.h时，断开电源，停风机、喷淋泵，结束熔制；

7、保温自然冷却7天以上，拉出熔炉，拆除耐火砖，用大功率破碎机开砣，人工风镐打成小块后，经颚式破碎机粗碎，对辊机细碎，过4目、8目振动筛，得到+4目，4-8目，-8目三种合成云母晶片。

8、取喷淋吸收液检测，若NaOH浓度小于5%，则加入片碱至8%，若F浓度大于8g/100ml，则将吸收液转至处理池中，加入足量石灰乳处理；

取结晶较完整的+4目合成云母晶片采用卷绕法测定柔韧性，XRD检测氟金云母含量，化学分析法检测CaO含量，ICP—MS检测有害微量元素，SEM检测制成合成云母晶体粉的厚度，其结果见表2。

对比实例1：配方中不添加氧化钙，其它与实施例5相同。原料用量按以下配方，每次搅拌配料仍以1吨计：

2、按上表所确定原料实际用量准确称量，投入2m³双螺旋锥形混合机中，搅拌混合30分钟，放料装袋备用（80㎏/袋），共需搅拌16次，共计16075.2㎏；

3、炉体容积范围为：

V=K*W/p

=(1.05～1.2)×16.0752÷2.8

=6.03～6.89(m³)

按照此炉体容积范围，确定炉体净空尺寸为：上、下端为椭圆形底的锥形台体，小端长轴a=1.9m，短轴b=1.7m，大端长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高均为h′=0.57m；中间为椭圆形的园柱体，长轴a′=2.4m，短轴b′=2.2m，高h=0.57m；

炉体容积为：

$[\mathrm{\π}{\left(\frac{a+b}{4}\right)}^2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2]\×\frac{h^{\′}}{2}\×2+\mathrm{\π}{\left(\frac{a^{\′}+b^{\′}}{4}\right)}^2\·h$

$=3.14\×(0.81+1.3225)\×0.57+3.14\×1.3225\×0.57$

$=3.8167+2.367$

$=6.184\left(m^3\right)$

按此尺寸，用耐火砖砌好炉体,对称摆放好石墨电极，将步骤2混好的物料装入炉体中，压实，接好起弧电极；

4、将熔炉推入密封并有保温层的熔制房内，将电极与电源线连接好；

5、开启抽风机、尾气喷淋泵（事先检查并调节好喷淋液的碱度，即5-8%NaOh溶液）；

6、计算熔制所需总电量约为：

Q=K′*W

=16075.2×0.833

=13390.64（kw.h）

起弧结束后，按14kw/h的速度升功率至180kw，恒定功率180kw至累计电量为13390.64（kw.h）×94%=12587.2kw.h左右时，再按15kw/h的速率降功率至总电量为13390.64kw.h时，断开电源，停风机、喷淋泵，结束熔制；

7、保温自然冷却7天以上，拉出熔炉，拆除耐火砖，用大功率破碎机开砣，人工风镐打成小块后，经颚式破碎机粗碎，对辊机细碎，过4目、8目振动筛，得到+4目，4-8目，-8目三种合成云母晶片。

8、取喷淋吸收液检测，若NaOH浓度小于5%，则加入片碱至8%，若F浓度大于8g/100ml，则将吸收液转至处理池中，加入足量石灰乳处理；

取结晶较完整的+4目合成云母晶片采用卷绕法测定柔韧性，XRD检测氟金云母含量，化学分析法检测CaO含量，ICP—MS检测有害微量元素，SEM检测制成合成云母晶体粉的厚度，其结果见表2。

表2合成云母晶片相关性能及成分检测结果

从表2可看出，添加了CaO并且晶片中含有适量CaO的合成云母晶片柔韧性明显好得多，所制得相应的粉体厚度更薄一些。

Claims (4)

1.一种高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片，其特征在于该合成云母晶体片的起始原料由以下组分组成，按重量份计为：

。

2.如权利要求1所述高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片，其特征在于该合成云母晶体片的起始原料由以下组分组成，按重量份计为：

。

3.如权利要求1或2所述高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）配料：根据选择的原料及其分析检测数据，以及搅拌混料机有效容积，按照如下工艺配方，精确计算每次搅拌各种原料的用量，并准确计量称重：

（2）混料：将步骤（1）准确计量称重的各种原料倒入搅拌混料机中搅拌混合15～60分钟，备用；搅拌配料总重量为每炉所需熔制合成云母晶体的数量； 

（3）砌炉：根据每炉所需熔制数量，计算炉体容积：

V=K*W/p

K——有效容积系数，取值范围1.05～1.2；

W——每炉熔制合成云母晶体的数量，吨；

P——合成云母晶体的密度，按2.8吨/m³计；

V——炉体容积范围，m³；

用耐火砖砌成椭圆形或圆形的炉体，其容积要在按照上述计算所得炉体容积范围内。

用三相电源选用圆形炉体，均分摆放三组电极；用二相电源则选用椭圆形炉体，在长轴方向对称摆放二组电极；用扁铁将耐火砖箍紧；

（4）装炉：将步骤（2）混合好的料装入步骤（3）砌好的炉体中，并推入四周有保温密封，顶部留有加料孔的熔制房内，在熔制房的侧面接通大功率的抽风机，风量可调节，风机出口接有三级或二级喷淋吸收塔；

（5）开机：将熔炉接上电源，开启熔制房抽风机、废气吸收喷淋泵，泵入事先配制好5-8%氢氧化钠溶液的喷淋吸收液；

（6）熔制：按升温、保温、降温三个阶段进行熔制；升温、保温、降温是通过控制输入功率来实现的，即升温是逐步提高输入功率，保温是恒定输入功率，降温是逐步降低输入功率；根据熔制量，概算出熔制所需总电量；

Q=K′*W

Q——熔制所需总电量，Kw.h；

K′——熔制系数，0.833Kw.h/Kg；

W——每炉熔制合成云母晶体的数量，Kg；

按照10～14kw/h速度升功率至熔制最大功率，并以最大功率恒定熔制，当熔制累计电量至总概算电量的91～94%时，按10～15kw/h速度降功率至总概算电量时断电，结束熔制。熔制最大功率与装料量有关，具体如下表：

（7）关机：熔制结束后，断开所有电源，关闭风机、喷淋泵；

（8冷却：保温自然冷却7天以上，拉出熔炉，拆除耐火砖，用大功率破碎机开砣，人工风镐破碎成小块后，经颚式破碎机粗碎，对辊机细碎，过4目，8目振动筛，得到+4目， 4-8目，-8目三种合成云母晶片；其晶体柔韧性可达38～50%，并含有0.1～0.6%的CaO；

（9）废液处理：定期检测喷淋吸收液F^-浓度和OH^-浓度，通过补加片碱，保持NaOH溶液浓度大于5%，当F^-浓度大于8g/100ml时，转移另一处理槽中，加石灰乳处理。

4.如权利要求1所述高柔韧性、高分剥性的合成云母晶体片的用途，其特征在于该合成云母晶体片用于制备超薄片合成云母晶体粉，其云母晶体粉用于珠光颜料基材、化妆品、防腐涂料、工程塑料行业。 

Images