炭素材料用原材料：天然石墨
发布日期： 2018-06-15 09:43:25 阅读量（559） 作者：天然石墨是由地层内含碳化合物经过气成作用或深度变质作用而形成的非金属矿物。天然石墨是一种非金属矿物，常与石英、长石等共生，组成含石墨的岩石，或在深度变质的煤层中生成。
气成作用是指地球深处高温高压的气态含碳化合物，沿着地壳缝隙上升，在接近地壳表面压力较低的地方分解为高纯度大晶体石墨矿脉的过程。由气成作用生成的石墨，通常为肉眼可见的磷片状晶体，所以称为显晶石墨，也称磷片石墨。鳞片石墨外观为黑色或钢灰色，有金属光泽，具有良好的导电性和润滑性。我国黑龙江柳毛、山东南野、内蒙古兴和、湖北宜昌等地都有丰富的鳞片石墨资源。气成作用除生成鳞片石墨矿外，还可生成数量极少的颗粒晶体状的致密块状石墨。
深度变质作用是指地层中的煤或大然沥青，在高压和异常高温(如大量岩浆涌入)作用下，发生热解而得到的深度变质产物。深度变质作用生成的石墨晶体很小，平均颗粒只有0.01〜0.1mm,即使在普通光学显微镜下，也难以辨别其晶体形态，所以称为隐晶石墨，也称土状石墨。土状石墨的无机矿物杂质含量较高，颜色深黑，无金属光泽，导电性与润滑性均较鳞片石墨差。土状石墨矿床分两种，即分散型土状石墨矿和致密块体土状石墨矿。前者品位低，一般仅含石墨2%〜3%,因此不具有工业开采价值。
晶质石墨是指石墨晶体直径大于1μm的鳞片状和块状石墨。按其结晶的形状又可以分为两种：形状呈颗粒状的致密结晶石墨，称为块状晶质石墨，形状呈鱼鳞状的称为鳞片状石墨。
鳞片状石墨外观为黑色或银灰色，呈鳞片状或叶片状，主要存于长石、石英或透闪石等岩石间，具有明显的定向晶体结构。石墨鳞片尺寸一般为(1.0〜2.0)mm×(0.5〜1.0)mm、厚0.02〜0.05mm，最大鳞片长可达4〜5mm，最小为(0.5〜1.0)mm×(0.25〜0.5)mm。鳞片状石墨矿床的石墨含量一般都不太高，约3%〜10%,个别富矿可达20%。鳞片状石墨的使用质量高，用途比较广，但因矿石品位较低，工业上需经选矿加工后才能利用，生产成本也比较高。
鳞片状石墨矿床主要存在太古代古老变质岩中。在原岩中沉积有大量的有机碳，随着地层的变化，在高温、高压下经过深度变质作用，在高温下碳质气化逸出，在适宜的地质条件下冷却再结晶成优质的鳞片状石墨晶体，粒度一般在3mm以下。鳞片状石墨矿床厚度可达十余米。
还有一种致密结晶石墨，又名块状晶质石墨，是由气成作用而形成。地球深处的高温高压含碳气体沿着裂缝上升，在接近地表温度和压力的岩缝中冷凝为粗大的结晶的石墨，矿体充填在片麻岩开口裂缝中，厚度由几厘米到几米，石墨含量很高，一般达60%以上，有的高达80%〜90%,其中含有一些石墨单晶，典型的为斯里兰卡石墨。我国出产的晶质石墨主要是鳞片石墨，主要产地是山东莱西、平度，黑龙江的柳毛，内蒙古的兴和等地。
隐晶质石墨的晶粒很小，平均尺寸0.01〜肉眼难以辨认其晶形，故称隐晶石墨，商品名为土状石墨或无定形石墨。这种石墨是由煤田受热力接触变质作用而生成，保留着煤矿外貌和层状结构，矿石为黑色致密块状，有从无烟煤过渡到石墨的特征，石墨含量为60%〜80%,最低只有15%。隐晶石墨可选性差，一般品位较高的矿石经手选、磨粉即为成品，但品位低的矿石则需浮选。我国湖南新化、吉林盘石的石墨矿即属于这一类型。
世界上出产天然石墨的国家主要有斯里兰卡、马达加斯加、韩国、美国等。
从石墨矿采出的天然石墨，一般都含有相当多的无机矿物杂质，有时杂质含量高达50%以上。因此，在使用前必须经过浮选或磁选，使灰分含量降低到20%或10%以下。我国对天然鳞片石墨已提出国家标准(GB3518—83),根据固定碳含量的不同将鳞片石墨分为四大类(表2-9):高纯石墨、高碳石墨、中碳石墨、和低碳石墨。
表1 鳞片石墨的种类及代号
天然石墨是一种黑色或银灰色有光泽的矿物，理想石墨的真密度为2.26g/cm3，煤炭为1.3〜1.9g/cm3,天然石墨为2.1〜2.25g/cm3，金刚石为3.5g/cm3。天然石墨具有良好的导热性，导热性在铜与铁之间，在a平面内的导热率比许多金属还要大，在室温下约为8.4〜20.9J/(cm·s·℃),C轴方向上约为a平面的百分之一。天然石墨具有优良的导电性，退火铜丝的比电阻为0.267/cm,铁为1.55/cm,镍铬合金电阻丝为15.5/cm,天然石墨为11.8~15.7/cm，无定形碳为59.1/cm。天然石墨的化学稳定性好，可以抵抗大多数化学试剂的侵蚀，它耐大多数酸、碱、盐的作用。天然石墨抗氧化性好，着火点高，还具有良好的润滑性。
由于天然石墨具有许多优良性质，因而用途广泛。主要用途为制造金属冶炼坩埚，金属冶炼炉的各种耐火制品，最多时使用量占世界天然石墨产量的四分之三左右，随着人造石墨坩埚的开发与应用，这种石墨黏土型坩埚已有所减少。
鳞片石墨是制造电刷和机械用炭的主要原料，20世纪80年代以来大量用来生产柔性石墨、石墨层间化合物、石墨电极、柔软质铅笔芯等，但应注意的是鳞片石墨表面光滑，对黏结剂的吸附能力较差，使用时应进行表面处理。
而土状石墨主要用来制造铅笔芯(用量约占全世界天然石墨总产量的8%左右)、电池炭棒、电极等。电炭生产用土状石墨含灰分应不大于13%。
可用天然石墨生产润滑剂，如蒸汽机、内燃机、空压机的润滑，轴承、滑道、齿轮等类似场合的润滑，还可用于砂型涂料、油漆、火炉光亮剂、锅炉处理、炸药制造、炮弹射击的光滑剂及其它各种石墨乳膏等。
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