石墨制品生产原料

• 钻石的摩氏硬度为10;由于在自然界物质中硬度最高，钻 石的切削和加工必须使用钻石粉来进行。钻石的密度为 3.52g/cm，折射率为2.417，色散率为0.044。
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石墨
六角环形片状体的多层叠合晶体 鳞片状石墨 颗粒外形为鳞片状，外观呈银灰色，有闪闪金属光泽， 手摸有滑腻感并留有深灰色痕迹。 土状石墨 颗粒外形为土粒状，呈深灰色，手摸较少滑腻感。
• 二十世纪三十年代，在化学工业中采用经过树脂浸渍的石 墨化产品作为耐腐蚀的结构材料，开辟了炭和石墨产品又 一新用途。
• 第二次世界大战期间和1945年以后，炭和石墨制品和原子 能工业和导弹、火箭等军事工业直接联系在一起的。1942 年首先用高纯石墨块砌筑原子反应堆，并用石墨材料制成 了一些耐超高温的导弹与火箭零件。
• 生产各种碳和石墨制品的主要原料有： • 石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、煤沥青、煤焦油、蒽
油、天然石墨。其他辅助材料有焦粉及石英砂等。现将这 些原材料及辅助材料的来源和质量指标介绍于后。
石油焦
• 石油焦是生产各种石墨化电极、石墨化阳极、石墨化块等 石墨化制品的主要原料，也是生产预焙阳极、阳极糊等产 品的主要原料。石油焦的特点是灰份杂质特别低（一般小 于1%），并且在高温下容易石墨化，生成的石墨质量较 好。石油焦的产率一般只有焦化原料的10~20%。
• 炭和石墨具有一系列可贵的物理化学性质，如较好的导电 性和导热性、耐腐蚀、耐高温等。在各种工业部门应用很 广。最早的炭制品，是以天然石墨与粘土混合后制成的熔 炼金属用的坩埚和松烟制墨。1800年用碳电极制造了一组 实验室的电池，这是最早的碳质导电材料。1810年用木炭 制成用于产生电弧的碳棒，1842年实现了用焦炭粉及结焦 性煤生产碳电极的方法。1860年开始了用天然石墨制造炼 铁高炉用的内衬碳块代替过去常用的耐火砖，这是近代碳 质耐火材料使用的开始。
无烟煤
• 无烟煤也是生产各种炭块、碳素电极以及各种电极糊、底 部糊、粗缝糊等制品的主要原料。有时，也可以使用低灰 份的无烟煤取代部分石油焦来配制石墨化电极。
• 无烟煤是变质作用程度较高的一种煤，含碳量一般在80% 以上，挥发物含量在10%以下。无烟煤结构比较致密，比 重达到1.50左右，有较高的机械强度，经过适当的热加工 后导电性能良好。有些产地的无烟煤还比较容易石墨化。
冶金焦
• 冶金焦是生产各种炭块、碳素电极以及各种电极糊、底部 糊、粗缝糊、细缝糊的主要原料。冶金焦是几种炼焦煤按 照一定配比在炼焦炉中高温焦化炼成的。冶金焦的灰份含 量较高，一般均在10%以上，比较不容易石墨化，煅烧或 石墨化后的导电性能比较石油焦或沥青焦差一些。
• 由于冶金焦的成焦温度在1200℃以上，因此在碳素制品厂 冶金焦不经煅烧即可使用，但为了易于磨粉应烘干其水份 。
• 在钻石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成 无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳原子都以 SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面 体。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与 了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大， 熔点极高，而且不导电。在工业上，钻石主要用于制造钻 探用的探头和磨削工具，形状完整的还用于制造手饰等高 档装饰品，其价格十分昂贵。
煤炭和焦炭
• 煤炭是泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤等的通称。 • 各种不同品种的煤炭的炭化程度相差很大。 • 焦炭是用烟煤或某些含碳量高的物质（石油沥青或渣油、
煤沥青）在高温下隔绝空气加热使之焦化的产物。 • 焦炭 强度大、耐磨、抗压、含碳量高。多数焦炭在经过
2000℃以上的高温处理后都能转化成石墨。
炭和石墨制品生产发展概况
炭和石墨制品的主要用途
• 一、作为导电材料使用 • 二、作为耐火材料使用 • 三、作为耐腐蚀的结构材料使用 • 四、作为耐磨和润滑材料使用 • 五、作为高温冶金及超纯材料生产用的结构材料 • 六、作为铸模、压模使用 • 七、在原子能工业及军事工业中的使用
炭和石墨制品的生产工艺流程
石墨制品生产原材料
煤沥青
• 煤沥青是生产各种石墨和炭素制品的粘结剂。煤沥青能很 好的浸润和渗透各种焦炭及无烟煤的表面和孔隙，并使各 种配料单颗粒成分能互相粘结及形成具有良好塑性状态的 糊料。
煤焦油
• 煤焦油是炼焦时的副产品，它是黑色粘稠液体。煤焦油是 多种碳氢化合物的混合物。从煤焦油中可以提炼出上百种 有机化合物。经过脱水后的煤焦油在炭素制品工厂中主要 用来调整煤沥青的软化点。
• 如要求粘结剂的软化点为55℃，而煤沥青的软化点为 65~75 ℃时，只要往煤沥青内加入15~20%的煤焦油即可 使粘结剂的软化点降低到55 ℃左右。石墨化制品需要浸 渍时，有时为了降低沥青的粘度也加入适量煤焦油或蒽油 。这种鱼煤焦油或蒽油混合的沥青降低粘度后能提高流动 性，易于浸入焙烧半成品的气孔中。
• 1876年以后，支撑了电炉炼钢用的天然石墨电极和炭素电 极，，并在生产实践中逐渐形成了一套比较完整的炭制品 制造工艺：原料→破碎和磨粉→配料→与粘结剂混合成可 塑性的糊状→加压成型→生制品的焙烧→机械加工。
• 十九世纪末发明了人造石墨电极的生产方法。石墨化电极 与天然石墨电极或炭素电极相比，质量大大提高，如含杂 质少、导电性能好、耐热性与耐急冷急热性高、化学稳定 性好和热膨胀系数低等。
石墨制品生产新工艺新技术
碳的存在形式
碳的存在形式和一般性质
• 人们从矿物中开采得到的碳有三种形态：金刚石、石墨好 各种煤炭。金刚石和石墨是结晶形碳，各种煤炭为无定形 碳。
金刚石
• 纯金刚石的外观无色透明，通常由于夹杂的杂质元素不同 而呈现淡黄色、天蓝色、蓝色或红色，有强烈的光泽。
• 金刚石属于等轴系，常成八面体，也有其他形状，晶格外 形十分规整。
• 焦化方法一般有五种：（1）釜式焦化；（2）平炉焦化； （3）延迟焦化；（4）接触焦化；（5）流化焦化。
沥青焦
• 石油焦容易石墨化，但机械强度较低。沥青焦在同样的石 墨化温度下得到的石墨，其比电阻较大，但机械强度较高 。因此，一般生产石墨化产品时，除石油焦外还采用一定 比例的沥青焦。沥青焦是一种低硫、低灰份焦。