石墨矿基本知识要点

石墨本为无名鼠辈，然2010年的诺贝尔物理学奖，使石墨一夜扬名四海，风光无限。

借着石墨矿的传说与光环，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）石墨基本性质

关于石墨的发现和利用，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Graphite，源于希腊文“graphein”，意为“用来写”。由德国化学家和矿物学家A.G.Werner 于1789命名。

石墨分子式为C，分子量为12.01。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：a0=0.246nm，

c0=0.670nm。典型的层状结构，碳原子成层排列，每个碳与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结构，位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。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C-C间距=0.142nm，层间C-C间距=0.340nm）。具{0001}完全解理，比重2.09-2.23，比表面积5-10m2/g。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，块状和土状。石墨薄片具良好的导电性和导热性。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1.93～2.07，在反射光下呈浅棕灰色，反射多色性明显，Ro灰色带棕，Re深蓝灰色，反射率Ro23(红)，Re5.5(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。若将硫酸铜溶液润湿的锌粒放在石墨上，则可析出金属铜斑点，而与之相似的辉钼矿则无此反应。

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、碳纳米管和石墨烯），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和工艺特性，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，比表面积范围集中在0.1-1m2/g，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%，但其可塑性和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，有大鳞片和细鳞片之分。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，经过多磨多选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，比表面积范围集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，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较多。

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、细结构石墨；

2、中粗石墨（一般的颗粒度在0.8mm左右）；

3、电极石墨（2-4mm）。

（三）石墨工艺性质与用途

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4250℃，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℃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与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留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、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。

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结构二维晶体--石墨烯，导电导热透明，无与伦比。

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、电话零件，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 ℃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，密封圈和轴承，它们运转时勿需加入润滑油。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，反应槽、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精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而