石墨
由碳(C)組成的六方或三角晶系的天然元素礦物。因可以用來寫字而得名。像鉆石壹樣，它是碳的同質多晶。該晶體具有層狀結構，碳原子以六邊形環狀分層排列。因為層的堆疊順序在垂直方向上不同，所以有兩種多態變體，2H和3R。聚集體通常呈鱗片狀或塊狀，具有平行於底部的極性完全解理。顏色和條紋是黑色和半金屬光澤。莫氏硬度1，易臟手；有壹種滑膩的感覺。該片材是柔性的。比重為2.09 ~ 2.23。良好的導電性。主要由煤層或碳質沈積巖的區域變質作用形成。常見於大理石、片巖或片麻巖中。用於制造鉛筆芯、高溫坩堝、潤滑劑、電極、模具表面塗層、核反應堆中子慢化劑、人造金剛石原料。中國、俄羅斯、朝鮮、墨西哥、馬達加斯加、斯裏蘭卡是主要產地。
石墨是碳的結晶礦物之壹，具有潤滑性、化學穩定性、耐高溫性、導電性、特殊導熱性、可塑性和塗層等優異性能，應用領域十分廣泛。石墨在冶金工業中主要用作耐火材料；鑄造工業中用作鑄模和防銹塗料；在電氣工業中，它用於生產碳電極、電極碳棒和電池。該石墨乳液可用作電視顯像管的塗料，碳制品可用於發電機、電機、通訊設備等許多方面。機械行業用作飛機、輪船、火車等高速運轉機械的潤滑劑；在化學工業中用於制造各種耐腐蝕的器皿和設備；核工業中用作中子減速劑和原子反應堆的防護材料；在航天工業中，可用作火箭發動機噴管的喉襯，火箭和導彈的隔熱耐熱材料，衛星上的無線電連接信號和導電結構材料。此外，石墨還是輕工業中玻璃和造紙的拋光劑和防銹劑，也是制造鉛筆、墨水、黑漆、墨水和人造鉆石的原料。隨著現代科學技術和工業的發展，石墨的應用領域還在不斷擴大，已經成為高科技領域新型復合材料的重要原料，在國民經濟中發揮著重要作用。
■礦石礦物原料的特性
石墨的化學成分是碳(C)。天然石墨很少是純的，往往含有10% ~ 20%的雜質，包括SiO2、Al2O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO、H、N、CO2、CH4、NH3等。石墨礦物為鐵黑色、鋼灰色，有亮黑色條紋；金屬光澤，隱晶質骨料暗淡不透明；解理{0001}完整，硬度各向異性。垂直解理面為3° ~ 5°，平行解理面為1° ~ 2°。柔軟，密度2.09 ~ 2.23 g/cm3，有油膩感，容易汙染手指。礦物薄片在透射光下壹般不透明，而極性薄片透光，淺綠灰色，單軸，折射率1.93 ~ 2.07，反射光下淺棕灰色，反射多色明顯，Ro灰色帶褐色，re深藍灰色，反射率Ro23(紅色)，Re5.5(紅色)，反射色和雙反射顯著，不。石墨是壹種復雜的六方雙錐晶體，沿{0001}為六方板狀晶體。常見的單形有平行雙面、六角雙錐和六角柱狀，但完整的晶體很少，壹般呈鱗片狀或板狀，集合體呈致密塊狀、土狀或球狀。
石墨晶體具有典型的層狀結構，碳原子排列在六邊形網絡層中，表面網絡節點處的碳原子相對於上下相鄰層網格的中心。重復層數為2的石墨是2H多型體，屬於六方晶系，即通常所說的石墨。如果重復層為3，則為石墨的3R多型體，屬於三元系，但在天然石墨結構中不能單獨分離。在石墨的晶體結構中，層內碳原子的配位數為3，價金屬鍵為* * *，層間距為0.142nm，層間距為0.340nm，這種特殊的晶體結構和化學鍵使石墨具有壹些特殊的工藝性能。
由於碳原子緊密排列在石墨晶格的原子層中，熱振動困難，所以石墨可以耐高溫，具有特殊的熱性能。石墨熔點3850℃，沸點4250℃，吸熱6.9036×107J/kg，高溫電弧燃燒後失重很小。在2500℃時，其強度比室溫高1倍，熱膨脹系數小(1.2× 10-。因為石墨晶體中有容易流動的電子，所以它的導電性和導熱性不亞於金屬。但隨著溫度的升高，熱導率降低，在極高的溫度下趨於非熱。石墨化學穩定性好，不被酸、堿和有機溶劑腐蝕。石墨的潤滑性與二硫化鉬和四氟乙烯相近，在潤滑介質中摩擦系數小於0.1，尤其是鱗片石墨的潤滑性更好。此外，石墨具有包覆性和可塑性。當它塗在固體物體表面時，能形成壹層薄膜並牢固附著保護固體，可制成任何復雜形狀的產品。
由於石墨的工藝性能和用途主要取決於其結晶度，因此在中國工業中，石墨礦石主要分為結晶(片狀)石墨礦石和隱晶質(土狀)石墨礦石。在晶狀(鱗片狀)石墨礦石中，石墨晶體直徑大於1μm，為鱗片狀；礦石品位低，但可選性好；與石墨伴生的礦物有雲母、長石、應時、透閃石、透輝石、石榴石及少量黃鐵礦和方解石，有的還伴有金紅石、釩等有用成分。礦石呈鱗片狀、花崗巖鱗片狀或粒狀變質構造，片狀、片麻狀或塊狀構造。隱晶質(土狀)石墨礦石中，石墨晶體直徑小於1μm，為微晶集合體，只有在電子顯微鏡下才能看到晶型。礦石品位高，但可選性差；與石墨有關的礦物通常是應時和方解石。礦石呈細鱗片狀隱晶質結構，塊狀或土狀結構。我國石墨礦絕大多數為結晶(鱗片)礦，約占石墨礦總保有儲量的98%，分布於區域變質和巖漿熱液型石墨礦床中；隱密(土狀)石墨礦主要分布在接觸變質礦床中。事實上，石墨礦石中的石墨片直徑是不均勻的。所謂結晶石墨礦，也可能含有隱晶質石墨，含量高時通常稱為混合石墨礦。隱晶質石墨礦石中還可能含有少量鱗片石墨，鱗片直徑略大於65438±0 μm
石墨礦的自然類型通常是根據含礦巖石的巖性來劃分的，各種礦床都有自己的石墨礦自然類型。在區域變質礦床中，晶(鱗)狀石墨礦主要有片麻巖、片巖、大理(閃長巖)巖、變質巖、混合巖等自然類型的礦石。花崗巖、閃長巖、長英質等自然類型的礦石主要發育在巖漿熱液礦床中。隱密(土狀)石墨礦主要發育接觸變質礦床中的板巖和千枚巖礦物。
片麻巖狀石墨礦包括石墨花崗片麻巖、石墨黑雲母斜長片麻巖、石墨正長閃長巖片麻巖、石墨輝石片麻巖等。石墨呈鱗片狀或片狀，與片狀礦物如黑雲母或纖維狀礦物如透閃石和錫石密切相關。壹般沿顆粒定向排列，均勻分布在長石、應時等脈石礦物之間。石墨鱗片直徑為0.04 ~ 4 mm，常隨脈石顆粒大小而變化。粗脈石顆粒周圍的石墨鱗片直徑較大，壹般為0.1 ~ 0.5 mm，片巖石墨礦有石墨片巖、石墨石英片巖、雲母石墨片巖和應時石墨片巖。石墨是與片狀礦物(如雲母和絹雲母)密切相關的鱗片狀集合體，沿片理排列在粒狀礦物(如應時和斜長石)之間。石墨鱗片直徑為0.01 ~ 1.5毫米，以0.1 ~ 0.2毫米最多。石墨大理巖、石墨輝綠巖和石墨麻粒巖均具有粒狀變質結構和塊狀結構。礦石中的石墨常呈鱗片狀或不規則片狀，隨機嵌布在脈石礦物顆粒中或解理中，形成間隙結構。麻粒巖型礦石的石墨薄片直徑壹般為0.1 ~ 0.3毫米，大理巖型礦石為0.1 ~ 0.5毫米，輝石型礦石為0.5 ~ 1毫米，最大為5 ~ 10毫米..石墨混合巖通常疊加在片麻巖、片巖或麻粒巖礦物上，是混合巖化的產物，通常呈帶狀或脈狀。由於大量應時物質的加入、混合巖化作用的重熔重結晶、組分遷移和再分布，礦石的礦物組成和結構很不均勻，出現條帶狀結構、眼球狀結構和陰影狀結構，化學成分變化較大。礦石的固定碳含量壹般為2.5% ~ 4.5%，石墨鱗片分布不均，有時局部富集，鱗片直徑增大，壹般為0.2 ~ 0.5毫米，花崗巖礦物是由巖漿熱液不同階段的結晶礦物和石墨組成的各類含石墨花崗巖，與含石墨礦物較為復雜，常含有多種金屬和稀有金屬礦物。石墨散布在花崗巖中。在壹些富含氣體和液體的巖漿礦床中，石墨能以球狀和豆狀堆積形成球狀石墨花崗巖，石墨薄片直徑壹般為0.1 ~ 0.2 mm..隱晶質石墨礦石產於板巖和千枚巖中，主要由隱晶質鱗片集合體組成，粒度約0.2毫米，主要以無定形花瓣狀和層狀存在，壹般含有部分微晶鱗片石墨，鱗片直徑可達1～2微米，粘土礦物如伊利石或高嶺石，以及與石墨共生的應時、水雲母、絹雲母和紅柱石。隱晶質石墨礦往往保留了原巖的層理結構，未完全變質的部分還可含有壹些未變質的無煙煤，保留了煤巖結構。壹些隱晶質石墨礦床分為兩種類型:軟石墨和硬石墨。軟石墨變質徹底，質量較好，而硬石墨壹般是石墨和無煙煤的過渡區，質量較差。上述各類石墨礦石的化學成分含量見表4.13.1。
■表4.13.1中國石墨礦化學成分含量(%)
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