石墨矿基本知识要点.docx

石墨本为无名鼠辈，然2021年的诺贝尔物理学奖，使石墨一夜扬名四海，风光无限借着石墨矿的传说及光环，中国宝安股上窜下跳，令人心惊肉跳，欲 仙欲死石墨矿究有何种神奇，请听我说！ 一、石墨特性、分类及用途〔一〕石墨根本性质 关于石墨的发现与利用，有案可据的，当首推?水经注?，书中载“洛 水侧有石墨山山石尽黑，可以书疏，故以石墨名山矣〞考古发现， 早在3000多年前商代，中国就有用石墨书写的文字，一直延续至东 汉末年（公元220年），石墨作为书墨才被松烟制墨所取代清朝道光 年间（公元1821-1850年），湖南郴州农民开采石墨做燃料，称之为“油 碳〞石墨英文名，源于希腊文“〞，意为“用来写〞由德国化学家与矿 物学家于1789命名石墨分子式为C,分子量为天然石墨呈铁黑色、钢灰色，条痕亮黑 色，金属光泽，不透明晶体属复六方双锥晶类，沿｛0001｝呈六方板 状晶体，常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱，但完好晶形少见， 一般呈鳞片状或板状晶胞参数：，典型的层状构造，碳原子成层 排列，每个碳及相邻的碳之间等距相连，每一层中的碳按六方环状排 列，上下相邻层的碳六方环通过平行网面方向相互位移后再叠置形成 层状构造，位移的方位与距离不同就导致不同的多型构造。

上下两层 的碳原子之间距离比同一层内的碳之间的距离大得多〔层内间距，层 间间距〕具［0001烷全解理，比重，比外表积5-10m2硬度具异 向性，垂直解理面为3-5，平行解理面为1-2集合体常为鳞片状， 块状与土状石墨薄片具良好的导电性与导热性矿物薄片在透射光 下一般不透明，极薄片能透光，呈淡绿灰色，一轴晶，折射率〜，在 反射光下呈浅棕灰色，反射多色性明显，灰色带棕，深蓝灰色，反射 率23（红），5.5（红），反射色、双反射均显著，非均质性强，偏光色为 稻草黄色鉴定特征铁黑色，硬度低，一组极完全解理，具挠性，有 滑感，易污手假设将硫酸铜溶液润湿的锌粒放在石墨上，那么可析 出金属铜斑点，而及之相似的辉钼矿那么无此反响石墨是元素碳的一种同素异形体〔其它同素异形体有金刚石、碳60、 碳纳米管与石墨烯〕，每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子〔排 列方式呈蜂巢式的多个六边形〕以共价键结合，构成共价分子由于 每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属 于导电体解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮 性很好鉴于石墨特殊的成键方式，不能单一的认为石墨是单晶体或 者是多晶体，现在普遍认为石墨是一种混合晶体。

〔二〕石墨分类 按石墨结晶形态与工艺特性，将天然石墨分为三 类：1．致密结晶状石墨 致密结晶状石墨又叫块状石墨此类石墨结晶明显，晶体肉眼可见 颗粒直径大于0．1毫米，比外表积范围集中在，晶体排列杂乱无章， 呈致密块状构造这类石墨矿品位很高，一般含碳量为60〜65%, 有时达80〜98%，但其可塑性与滑腻性不如鳞片石墨好2．鳞片石墨鳞片石墨晶体呈鳞片状；这是在高温高压下变质而成的,有大鳞片与 细鳞片之分此类石墨矿品位不高,一般在2〜3%,或10〜25%之 间它是自然界中可浮性最好的矿石之一,经过多磨多项选择可得高 品位石墨精矿这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石 墨优越,因此其工业价值最大3．隐晶质石墨 隐晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨,这种石墨的晶体直径一般小于 1微米，比外表积范围集中在1-5m2，是微晶石墨的集合体，只有在 电子显微镜下才能见到晶形此类石墨的特点是外表呈土状,缺乏光 泽,润滑性比鳞片石墨稍差品位较高,一般固定碳含量60〜85% 少数高达90%以上一般应用于铸造行业比拟多主要蕴藏在湖南郴 州鲁塘随着石墨提纯技术的提高,土状石墨的应用将越来越广泛 人造石墨〔特种石墨〕,按成型方式可分为： 1．等静压石墨〔三高石墨〕,但并非三高就是等静压； 2．模压石墨；3．挤压石墨,多为电极材料。

按石墨颗粒度分为：1、细构造石墨；2、中粗石墨〔一般的颗粒度在左右〕；3、电极石墨〔2-4〕〔三〕石墨工艺性质及用途石墨具有如下特殊性质：1〕耐高温性：石墨熔点为3850±50£，沸点为42501，即使经超 高温电弧灼烧，重量损失很小，热膨胀系数也很小石墨强度随温度 提高而加强，在2000°C时，石墨强度提高一倍2〕导电、导热性：石墨导电性比一般非金属矿高一百倍导热性超 过钢、铁、铅等金属材料导热系数随温度升高而降低，甚至在极高 的温度下，石墨成绝热体石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子及 其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保存1个自由电子来传 输电荷3〕润滑性：石墨润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦 系数越小，润滑性能越好4〕化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱 与耐有机溶剂的腐蚀5〕可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片6〕抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致 破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹7〕高传导透明性：碳原子构成的单层片状构造二维晶体石墨烯，导 电导热透明，无及伦比石墨的用途主要有：1、 耐火材料：石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，冶金工业 上主要用来制造石墨坩埚，炼钢上常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉 的内衬。

2、 导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水 银正流器的正极，石墨垫圈、 零件，电视机显像管的涂层等3、 耐磨润滑材料：润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使 用，而石墨耐磨材料可在200-2000 C温度及很高滑动速度下，代 替润滑油工作许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石墨材料制成活 塞杯，密封圈与轴承，它们运转时勿需参加润滑油石墨乳也是许多 金属加工（拔丝、拉管）时的良好的润滑剂4、良好的化学稳定性：经特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好， 渗透率低等特点，大量用于制作热交换器，反响槽、凝缩器、燃烧塔、 吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备广泛应用于石油化工、 湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金 属材料5、铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：因石墨的热膨胀系数小，且 能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得 到铸件尺寸准确，外表光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用， 因而节省了大量金属生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材 料制成压模与烧结用的瓷舟单晶硅的晶体生长坩埚，区域精炼容器， 支架夹具，感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。

此外石墨还可 作真空冶炼的石墨隔热板与底座，高温电阻炉炉管，棒、板、格棚等 元件6、原子能工业与国防工业：石墨具良好的中子减速剂用于原子反响 堆中，铀一石墨反响堆是目前应用较多的一种原子反响堆作为动力 用的原子能反响堆中的减速材料应具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能， 石墨完全可以满足上述要求作为原子反响堆用的石墨纯度要求很 高，杂质含量不应超过几十个 特别是其中硼含量应少于0.5 国 防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行 设备的零件，隔热材料与防射线材料7、防锅炉结垢：在水中参加一定量的石墨粉（每吨水大约用4-5 克） 能防止锅炉外表结垢此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上 可以防腐防锈8、铅笔芯、颜料、抛光剂：石墨经过特殊加工以后，可制作各种特 殊材料用于有关工业部门9、电极：石墨电极较之铜最极优点多多，1〕加工速度更快，比铜 的加工速度快2-5倍，放电加工速度比铜快2-3倍；2〕材料更不容易 变形，在薄筋电极的加工上优势明显，铜的软化点在1000度左右， 易受热变形，而石墨升华温度为3650度，热膨胀系数仅为铜的1/30； 3〕重量更轻，石墨密度只有铜的1/5；4〕放电消耗更小，因火花油 中含有C原子，在放电加工时，高温导致火花油中的C原子被分解出 来，转而在石墨电极的外表形成保护膜，补偿了石墨电极的损耗；4〕 没有毛刺，铜电极加工完成后，需手工修整以去除毛刺，而石墨加工 第4页后没有毛刺，节约了大量本钱，同时更容易实现自动化生产；5〕石 墨更易研磨与抛光；由于石墨的切削阻力只有铜的1/5，更容易进展 手工的研磨与抛光；6〕材料本钱更低，价格更稳定，一样体积下， 东洋炭素的普遍性石墨产品的价格比铜的价格低30%〜60%，且价 格更稳定，短期价格波动非常小。

石墨逐渐取代铜成为电极的首选材 料10、最薄最坚硬的纳米材料-石墨烯：有望在新材料及现代电子科技 领域引发一轮革命二、石墨矿床地质〔一〕石墨矿石特征及分类在自然界中，没有发现纯洁的石墨石墨中往往含有2、2O3、、、P2O5、等杂质这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出 现此外，还有水、沥青、2、H2、4、N2等气体局部因此对石墨 的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分与灰分的含量 在自然界中，石墨是在高温下形成的变质矿床，是富含有机质或碳质 沉积岩经变质作用形成的，常见于大理岩、片岩、变粒岩与片麻岩中 煤层经热变质，也可形成石墨中国山东省莱西市〔石墨探明储量万 吨，现保有储量万吨〕、吉林省磐石市〔石墨储量500 万吨〕、黑 龙江鸡西市柳毛、湖南郴州宜章鲁塘等产石墨矿世界著名产地有纽 约与马达加斯加与等按结晶形态，将石墨矿石分为晶质（鳞片状）石墨矿石与隐晶质（土状） 石墨矿石两大类晶质石墨矿石又可分为鳞片状与致密状两种致密状晶质石墨只见于 新疆托克布拉等个别矿床中，工业价值不大鳞片状石墨矿石结晶较好，形似鱼鳞状，晶体粒径大于1“m, —般 为〜，大的可达5〜10，多呈集合体。

矿石品位较低，一般为3-13.5% 伴生的矿物有云母、长石、石英、透闪石、透辉石、石榴石与少量硫 铁矿、方解石等，有时还伴有金红石，钒云母等有用组分矿体呈层 状、似层状或透镜状，矿石硬度中等或中硬偏软鳞片状石墨矿石按其所赋存岩石的岩性不同，分片麻岩型、片岩型、 透辉岩型、变粒岩型、混合岩型、大理岩型及花岗岩型等七种，前六 种矿石类型产于区域变质成因矿床中，后一种矿石类型那么产于岩浆 热液成因矿床中根据固定碳含量，可将鳞片状石墨分为高纯石墨、高碳石墨、中碳石 墨及低碳石墨4类高纯石墨（固定碳含量大于或等于99.9%）主要用于柔性石墨密封材 料，代替白金坩埚用于化学试剂熔融及润滑剂基料等； 高碳石墨個定碳含量94.0%〜99.9%）主要用于耐火材料、润滑剂基 料、电刷原料、电碳制品、电池原料、铅笔原料、填充料及涂料等； 中碳石墨（固定碳含量80%〜94%）主要用于坩埚、耐火材料、铸造材 料、铸造涂料、铅笔原料、电池原料及染料等；低碳石墨（固定碳含量大于或等于50.0%〜80.0%）主要用于铸造涂 料隐晶质石墨矿石〔曾称土状石墨或无定形石墨、微晶石墨〕，系微小 的天然石墨晶体构成的致密状集合体〔微晶集合体〕，晶体粒径小于 1“m,只有在电子显微镜下才能观察到其晶形。

矿石呈灰黑色、钢灰 色，一般光泽暗淡，具有致密块状、土状及层状、页片状构造隐晶 质石墨矿多产于接触变质煤系变质页岩中，矿体呈层状、似层状、带 状及透镜状，矿石呈土状，松软、易碎、滑腻隐晶石墨的工艺性能 不如鳞片状石墨，工业应用范围也较小，矿石品位一般都较高，但矿 石可选性差矿物成分以石墨为主，伴生有红柱石、水云母、绢云母 及少量黄铁矿、电气石、褐铁矿、方解石等品位一般为60〜80%、 灰分为15〜22%、挥发分为1〜2%、水分为2〜7% 根据含铁量，可将隐晶质〔微晶）石墨分为有铁与无铁两类依照产 品固定碳含量、最大粒径分为60个牌号，各种牌号石墨产品其外观 要求产品中不得有肉眼可见的木屑、铁屑、石粒等杂物，产品不被其 他杂质污染微晶石墨中酸溶铁含量不大于1%者，主。