認識石墨UnderstandingofGraphite目錄01石墨是什么02發展歷程03石墨的特殊性質04石墨的分類05提純方法06產地分布07主要用途01石墨是什么石墨（graphite）是一種結晶形碳。是元素碳的一種同素異形體，每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個六邊形）以共價鍵結合，構成共價分子。由于每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬于導電體。石墨是其中一種最軟的礦物，它的用途包括制造鉛筆芯和潤滑劑。碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。六方晶系，為鐵墨色至深灰色。密度2.25克/厘米3，硬度1.5，溶點3652℃，沸點4827℃。質軟,有滑膩感,可導電。化學性質不活潑,耐腐蝕,與酸、堿等不易反應。在空氣或氧氣中加強熱,可燃燒并生成二氧化碳。強氧化劑會將它氧化成有機酸。用作抗摩劑和潤滑材料,制作坩堝、電極、干電池、鉛筆芯。高純度石墨可在核反應堆上作中子減速劑。常被稱為炭精或黑鉛,因為以前被誤認為是鉛。石墨是什么碳元素碳是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。碳單質很早就被人認識和利用，碳的一系列化合物——有機物更是生命的根本。碳是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。碳能在化學上自我結合而形成大量化合物，在生物上和商業上是重要的分子。生物體內大多數分子都含有碳元素。石墨是什么存在形式碳的存在形式是多種多樣的，有晶態單質碳如金剛石、石墨；有無定形碳如煤；有復雜的有機化合物如動植物等；碳酸鹽如大理石等。單質碳的物理和化學性質取決于它的晶體結構。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結構不同，各有各的外觀、密度、熔點等。石墨是什么形態特性石墨質軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質的增加其硬度可增至3～5。比重為1．9～2．3。比表面積范圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。它能導電、導熱。自然界中沒有純凈的石墨，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質。這些雜質常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發分和灰分的含量。石墨是什么混合晶體在石墨晶體中，同層的碳原子以sp2雜化形成共價鍵，每一個碳原子以三個共價鍵與另外三個原子相連。六個碳原子在同一個平面上形成了正六連連形的環，伸展成片層結構，這里C-C鍵的鍵長皆為142pm，這正好屬于原子晶體的鍵長范圍，因此對于同一層來說，它是原子晶體。在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌道，它們相互重疊。電子比較自由，相當于金屬中的自由電子，所以石墨能導熱和導電，這正是金屬晶體特征。因此也歸類于金屬晶體。石墨是什么混合晶體石墨晶體中層與層之間相隔340pm，距離較大，是以范德華力結合起來的，即層與層之間屬于分子晶體。但是，由于同一平面層上的碳原子間結合很強，極難破壞，所以石墨的熔點也很高，化學性質也穩定。鑒于它的特殊的成鍵方式，不能單一的認為是原子晶體或者是分子晶體，按現代的表述方式，認為石墨是一種混合晶體。石墨是什么鑒定特征鐵黑色，硬度低，一組極完全解理，有滑感和染手。石墨是在高溫下形成。石墨最常見于大理巖、片巖或片麻巖中，是有機成因的碳質物變質而成。煤層可經熱變質作用部分形成石墨。少量石墨是火成巖的原生礦物。石墨也常見于隕石中，一般為團塊狀，以一定方位關系組成立方體外形的多晶集合體稱方晶石墨。02發展歷程早在二十世紀三十年代，中國黑龍江雞西柳毛、山東南墅石墨礦就開始了石墨的生產加工。當時選礦工藝流程簡單，工人勞動條件差，生產率極低，年產量僅有幾千噸。經過幾十年的發展，我國石墨及碳素制品產量快速上升，2004-2011年，石墨及碳素制品產量年復合增長率達22.12%。2011年，我國石墨及碳素制品產量為2556.17萬噸，同比增長21.98%。石墨及碳素制品具備優良的性能，應用日益廣泛，產能及效益呈快速增長趨勢。2011年，中國石墨及碳素制品行業發展迅速，行業內企業對成本費用的管理控制能力較高，盈利能力較強。國家統計局數據顯示，2011年，我國石墨及碳素制品行業實現工業總產值1675.64億元;實現銷售收入1677.65億元，同比增長40.58%;實現利潤總額109.59億元，同比增長50.87%。隨著應用的不斷推廣，看中國石墨及碳素制品行業的競爭也日趨激烈。中國規模以上石墨及碳素制品企業較多，集中度低。截至2011年末，中國規模以上石墨及碳素制品企業達871家，銷售收入排名前十的企業銷售收入總額僅占全行業的13.46%。從世界石墨及碳素制品市場的發展趨勢和競爭格局來看，未來我國石墨及碳素制品行業將逐步向大集團集中，石墨及碳素制品行業的集中度將會進一步提高。隨著中國冶金、化工、機械、醫療器械、核能、汽車、航空航天等行業的快速發展，這些行業對石墨及碳素制品的需求將會不斷增長，我國石墨及碳素制品行業將保持快速增長。2006-2011年，我國石墨及碳素制品行業銷售收入年復合增長率為36.56%。根據當前國內外經濟形勢，結合2006-2011年中國石墨及碳素制品行業銷售收入數據及中國經濟增長數據，粗略估計2012-2015年我國石墨及碳素制品行業銷售收入年復合增長率為21%，2015年，我國石墨及碳素制品行業銷售收入將達到3400億元。03石墨的特殊性質石墨的熔點為3850±50℃，沸點為4250℃，即使經超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000℃時，石墨強度提高一倍。特殊性質耐高溫性01石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠導電是因為石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵,每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷。特殊性質導電、導熱性02石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數越小，潤滑性能越好。特殊性質潤滑性03石墨在常溫下有良好的化學穩定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。特殊性質化學穩定性04石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。特殊性質可塑性05石墨在常溫下使用時能經受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時，石墨的體積變化不大，不會產生裂紋。特殊性質抗熱震性0604石墨的分類LOREMIPSUMDOLORSITAMET,CONSECTETURADIPISICINGELIT,SEDDOEIUSMODTEMPORINCIDIDUNTUTLABOREETDOLOREMAGNAALIQUA.UTENIMADMINIMVENIAM石墨天然石墨人造石墨（特種石墨）晶質石墨隱晶質石墨擠壓石墨致密結晶狀石墨鱗片石墨模壓石墨等靜壓石墨石墨分類天然石墨1天然石墨致密結晶狀石墨致密結晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類石墨結晶明顯晶體肉眼可見。顆粒直徑大于0．1毫米，比表面積范圍集中在0.1-1m2/g，晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構造。這種：石墨的特點是品位很高，一般含碳量為60～65%，有時達80～98%，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。天然石墨鱗片石墨鱗片石墨石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強度的壓力下變質而成的，有大鱗片和細鱗片之分。此類石墨礦石的特點是品位不高，一般在2～3%，或10～25%之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經過多磨多選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤滑性、可塑性均比其他類型石墨優越；因此它的工業價值最大。天然石墨隱晶質石墨隱晶質石墨又稱微晶石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性比鱗片石墨稍差。品位較高。一般的60～85%。少數高達90%以上。一般應用于鑄造行業比較多。主要蘊藏在湖南郴州魯塘。隨著石墨提純技術的提高。土狀石墨應用越來越廣泛。人造石墨2等靜壓石墨就是很多人叫的三高石墨，但是并不是三高就是等靜壓。模壓石墨具有良好的導電性能、耐高溫、耐腐蝕、高純度、自潤滑、抗熱震、各向同性、易于精密機加工等優良特點。擠壓石墨多為電極材料。人造石墨石墨在工業上運用極廣，幾乎每個行業都會用到。工業上多用的是人造石墨，也就是特種石墨。按其成型的方式可分為以下幾種。按石墨的顆粒度分，也可分為：細節構石墨、中粗石墨（一般的顆粒度在0.8mm左右）、還有就是電極石墨（2-4mm）。人造石墨05提純方法化學提純提純方法化學提純是利用石墨耐酸、堿、抗腐蝕的性質，用酸、堿處理石墨精礦，使雜質溶解，然后洗滌掉，提高精礦品位。化學提純可獲品位為99%的高碳石墨。化學提純有多種方法，國內應用最廣的是氫氧化鈉高溫熔融法。基本原理是在500℃以上高溫條件下，使石墨中的雜質(以硅酸鹽礦物為主)與燒堿，即NaOH起反應，生成水溶性反應物，用水浸取反應物，即可消除掉部分雜質，另一部分雜質，如鐵的氧化物，堿熔后用HCl中和，生成可溶子水的氯化鐵，用水洗滌即可除去。化學提純提純方法上述工藝流程中，NaOH濃度為50%左右，與石墨按1：0.8的比例混合，即生產1t高碳石墨消耗NaOH0.4t左右。HCl的加入量約為石墨的30%。燃料用煤約為o.6一o.7t。堿熔法所用設備主要有錨式攪拌機，熔融爐、螺旋漿攪拌機、V型洗滌槽等。回收率85—90%，投資15—20萬元。這種，工藝雖較先進，但也存在耗水量大、石墨流失多，生產率較低，耗堿量大，且排放的廢液污染環境等不足。化學提純提純方法由上原因，成本較高。為解決或改善上述不足，河南省地礦廳巖礦測試中心研制了提純高碳石墨新工藝，以離心洗滌取代V型洗滌槽，將廢液處理后循環使用。采用這種新工藝，可降低材料成本50%左右，節水50%左右，產率提高10%左右，并減少了廢液對環境的污染。石墨固定碳含量大于99%，回收率達92.8%。物理提純提純方法物理提純即高溫提純，利用石墨耐高溫的性質，將其置于電爐中，隔絕空氣加熱到2500℃，使灰分(即雜質)揮發掉，從而提高精礦品位。高溫提純可獲品位為99.9%的高純石墨。06產地分布國內初步統計，全國25個省、市、自治區有近100個礦點。產地分布北京市、河北省、山西省、內蒙古、吉林省、黑龍江省、山東省、江西省、福建省、湖北省、湖南省、廣東省、海南省、四川省、云南省、西藏自治區、陜西省、河南省、遼寧省、江蘇省、新疆、浙江省、青海省、甘肅省、安徽省。我國以黑龍江雞西市恒山區柳毛為最大的產地。山東省萊西市為我國石墨重要產地之一，石墨探明儲量687.11萬噸，現保有儲量639.93萬噸。另外吉林省磐石市也是石墨產地之一，石墨儲量500萬噸。2016年9月23日《中國礦業報》報道：內蒙古烏拉特中旗高勒圖礦區發現全國最大晶質石墨單體礦，晶質石墨礦石資源量31595.72萬噸，礦物量（固定碳）1580.88萬噸，平均品位(固定碳)5%，均為新增礦產資源量。礦體長2100米，控制最大延深703米，礦石為晶質石墨二云母片巖。目前內蒙古金彩礦業有限公司擁有其探礦權。2016年11月陜西省煤田地質局一九四隊在陜西漢中洋縣發現3條石墨礦帶，預計礦石資源量200萬噸。2017年1月6日中國地質環境信息網報道：內蒙古地勘二院和巴彥淖爾市地質礦產調查院共同承擔的《巴彥淖爾市石墨礦資源調查》項目全面結束，經過大量的地質調查工作，發現并圈出石墨找礦遠景區7處。國內產地分布世界著名產地：紐約Ticonderoga（泰孔德羅加），馬達加斯加和斯里蘭卡。產地分布07主要用途石墨及其制品具有耐高溫、高強度的性質，在冶金工業中主要用來制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護劑，冶金爐的內襯。一作耐火材料在電氣工業上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機顯像管的涂層等。二作導電材料石墨在機械工業中常作為潤滑劑。潤滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000℃溫度中在很高的滑動速度下，不用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質的設備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運轉時勿需加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時的良好的潤滑劑。三作耐磨潤滑材料主要用途生產硬質合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結用的瓷舟。單晶硅的晶體生長坩堝，區域精煉容器，支架夾具，感應加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。四作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應堆中，鈾一石墨反應堆是應用較多的一種原子反應堆。作為動力用的原子能反應堆中的減速材料應當具有高熔點，穩定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。另外在國防工業中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導彈的鼻錐，宇宙航行設備的零件，隔熱材料和防射線材料。五用于原子能工業和國防工業石墨經過特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關工業部門。六作鉛筆芯、顏料、拋光劑主要用途石墨具有良好的化學穩定性。經過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導熱性好，滲透率低等特點，就大量用于制作熱交換器，反應槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設備。廣泛應用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產、合成纖維、造紙等工業部門，可節省大量的金屬材料。七石墨還能防止鍋爐結垢，有關單位試驗表明，在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4~5克)能防止鍋爐表面結垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。八主要用途9．電極：石墨何以能取代銅做為電極？20世紀60年代，銅做為電極材料被廣泛應用，使用率約占90%，石墨僅有10%左右；21世紀，越來越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過90%以上的電極材料是石墨。銅，這種曾經占統治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優勢幾乎消失殆盡。是什么導致了這個戲劇性的變化？當然是石墨電極的諸多優勢。（1）加工速度更快：通常情況下，石墨的機械加工速度能比銅快2~5倍；而放電加工速度比銅快2~3倍材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優勢明顯；銅的軟化點在1000度左右，容易因受熱而產生變形；石墨的升華溫度為3650度；熱膨脹系數僅有銅的1/30。（2）重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進行放電加工時，能有效降低機床（EDM）的負擔；更適合于在大型模具上的應用。