石墨产业相关概述

第一节 石墨概况

一、物化性质

石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质：

1、耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，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：石墨的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。

3、润滑性：石墨的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。

二、应用领域

石墨是碳元素的结晶矿物之一，具有润滑性、化学稳定性、耐高温、导电、特殊的导热性和可塑性、涂敷性等优良性能，其应用领域十分广泛。石墨在冶金工业中主要用作耐火材料;在铸造业中用作铸模和防锈涂料;在电气工业中用于生产碳素电极、电极碳棒、电池，制成的石墨乳可用作电视机显像管涂料，制成的碳素制品可用于发电机、电动机、通讯器材等诸多方面;在机械工业中用作飞机、轮船、火车等高速运转机械的润滑剂;在化学工业中用于制造各种抗腐蚀器皿和设备;在核工业中用作原子反应堆中的中子减速剂和防护材料等;在航天工业中可做火箭发动机尾喷管喉衬，火箭、导弹的隔热、耐热材料以及人造卫星上的无线电连接信号和导电结构材料。此外，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石的原料。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用。

三、石墨特征分析

碳的一种同素异构体——六方晶系的晶体。它是铸铁内常出现的以及石墨化钢内含有的一种组织组分。石墨是元素碳的一种同素异形体，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。碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。

常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应燃烧，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为3.40Å，同一网层中碳原子的间距为1．42Å。属六方晶系，具完整的层状解理。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。石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。

第二节 石墨的用途

由于石墨所具有的特殊性能，所以在冶金、机械、石油、化工、核工业、国防等领域得到广泛的应用，其主要用途为：

1、耐火材料：在冶炼工业中，用石墨制造石墨坩埚、作钢锭的保护剂、作冶炼炉内衬的镁碳砖。

2、导电材料：在电器工业中，广泛采用石墨作电极、电刷、电棒、碳管以及电视机显像管的涂料等。

3、耐磨材料和润滑剂：在许多机械设备中，用石墨作耐磨和润滑材料，可以在-200～2000℃度范围内以100m/s的速度滑动，不用或少用润滑油。

4、密封材料：用柔性石墨作离心泵、水轮机、汽轮机和输送腐蚀介质的设备的活塞环垫圈、密封圈等。

5、耐腐蚀材料：用石墨制作器皿、管道和设备，可耐各种腐蚀性气体和液体的腐蚀，广泛用于石油、化工、湿法冶金等部门。

6、隔热、耐高、防辐射材料：石墨可作为核反应堆中中子减速剂以及火箭的喷嘴、导弹的鼻锥、宇航设备零件、隔热材料、防射线材料等。

第三节 石墨分类

一、致密结晶状石墨

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。晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这种石墨的特点是品位很高，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。

二、鳞片石墨

石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特点是品位不高，一般含碳量在2～3％，或100～25％之间。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；因此它的工业价值最大。

鳞片石墨按含碳量的高低分类：如含碳量在99.99-99.9%之间为高纯石墨；含碳量在99-94%之间为高碳石墨；含碳量在93-80%为中碳石墨；含碳量在75-50%之间为低碳石墨。

三、隐晶质石墨

隐晶质石墨又称非晶质石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，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，润滑性也差。品位较高。一般的含碳量60～80％。少数高达90％以上。矿石可选性较差。

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