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石墨

 石墨

graphite
   化學成分為 C、屬六方或三方晶系的自然元素。與和以美籍華裔礦物學家趙景德姓氏命名的趙擊石等成。   石墨晶體結構中,碳原子按六方環狀排列成層(見圖[石墨-2H的晶體結構])。由于層在垂直方向上的堆垛順序不同而有兩種不同的多型,即兩層重復的石墨-2H和三層重復的石黑-3R。自然界產出的石墨大多數屬2H型。   石墨晶體呈六方片狀,集合體多呈鱗片狀或塊狀、土狀,底面解理極完全。摩斯硬度12。有滑感,易污手。比重2.212.26。顏色及條痕均為黑色。晶體呈半金屬光澤,隱晶質塊體光澤暗淡。導電性良好。   石墨最常見于、或中,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。少量石墨是的原生礦物。石墨也常見于中,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。   石墨用于制造鉛筆芯、高溫坩堝、潤滑劑、電極、鑄模面涂料、原子反應堆的中子減速劑,以及作為人工合成金剛石的原料等。石墨-3R比石墨-2H較易轉變為金剛石。由于近代對石墨的需求量大,常用無煙煤或石油焦碳為原料,在電爐內加熱,生產人造石墨。
shimo
 石墨  graphite
   由碳(C)組成的六方或三方晶系的自然元素礦物。因能用來寫字而得名。與金剛石同是碳的同質多象變體。晶體具層狀結構,碳原子按六方環狀排列成層。由于層在垂直方向上的堆垛順序不同,而有2H3R兩種多型變體。集合體常呈鱗片狀或塊狀,具平行底面的極完全解理。顏色與條痕為黑色,半金屬光澤。莫氏硬度1,易污手;具滑膩感。薄片具撓性。比重2.092.23。導電性良好 。主要由煤層或含碳質沉積巖經區域變質作用而形成。常見于大理巖、片巖或片麻巖中。用于制造鉛筆芯、高溫坩堝、潤滑劑、電極、鑄模面涂料、原子反應堆的中子減速劑,以及用作人工合成金剛石的原料等。中國、俄羅斯、朝鮮、墨西哥、馬達加斯加、斯里蘭卡等為主要產地
 
    石墨是碳元素的結晶礦物之一,具有潤滑性、化學穩定性、耐高溫、導電、特殊的導熱性和可塑性、涂敷性等優良性能,其應用領域十分廣泛。石墨在冶金工業中主要用作耐火材料;在鑄造業中用作鑄模和防銹涂料;在電氣工業中用于生產碳素電極、電極碳棒、電池,制成的石墨乳可用作電視機顯像管涂料,制成的碳素制品可用于發電機、電動機、通訊器材等諸多方面;在機械工業中用作飛機、輪船、火車等高速運轉機械的潤滑劑;在化學工業中用于制造各種抗腐蝕器皿和設備;在核工業中用作原子反應堆中的中子減速劑和防護材料等;在航天工業中可做火箭發動機尾噴管喉襯,火箭、導彈的隔熱、耐熱材料以及人造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磨光劑和防銹劑,制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石的原料。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拓寬,已成為高科技領域中新型復合材料的重要原料,在國民經濟中具有重要的作用。
 
礦石礦物原料特點
 
    石墨的化學成分為碳(C)。天然產出的石墨很少是純凈的,常含有10%20%的雜質,包括SiO2Al2O3MgOCaOP2O5CuOV2O5H2OSFeO以及HNCO2CH4NH3等。石墨礦物呈鐵黑、鋼灰色,條痕光亮黑色;金屬光澤,隱晶集合體光澤暗淡,不透明;解理{0001}完全,硬度具異向性,垂直解理面為35,平行解理面為12;質軟,密度為2.092.23g/cm3,有滑膩感,易污染手指。礦物薄片在透射光下一般不透明,極薄片能透光,呈淡綠灰色,一軸晶,折射率1.932.07,在反射光下呈淺棕灰色,反射多色性明顯,Ro灰色帶棕,Re深藍灰色,反射率Ro23()Re5.5(),反射色、雙反射均顯著,非均質性強,偏光色為稻草黃色。石墨屬復六方雙錐晶類,沿{0001}呈六方板狀晶體,常見單形有平行雙面、六方雙錐、六方柱,但完好晶形少見,一般呈鱗片狀或板狀,集合體呈致密塊狀、土狀或球狀。
    石墨晶體具典型的層狀結構,碳原子排列成六方網狀層,面網結點上的碳原子相對于上下鄰層網格的中心。重復層狀為2的是石墨2H多型,屬六方晶系,即通常所指的石墨;若重復層狀為3的則為石墨3R多型,屬三方晶系,但在天然石墨結構中不能單獨分離出來。在石墨晶體結構中,層內碳原子的配位數為3,具共價金屬鍵,間距0.142nm,層與層間以分子鍵相連,間距為0.340nm,此種特殊的晶體結構和化學鍵性使石墨具有一些特殊的工藝性能。
    由于碳原子在石墨結晶格子的原子層中排列緊密,熱振動困難,因而石墨能耐高溫并具特殊的熱性能。石墨的熔點為3850,沸點為4250,吸熱量6.9036×107J/kg,經高溫電弧灼燒重量損失極小,在2500時其強度比常溫時提高1倍,熱膨脹系數小(1.2×10-6),溫度驟變時其體積變化不大。由于石墨晶體中存在容易流動的電子,因此其導電、導熱性能不亞于金屬。但隨溫度升高,導熱系數反而減少,在極高溫度下趨于不導熱狀態。石墨的化學穩定性好,不受酸、堿及有機溶劑的侵蝕。石墨的潤滑性能類似于二硫化鉬和四氟化烯,摩擦系數在潤滑介質中小于0.1,尤以鱗片狀石墨的潤滑性更好。此外,石墨還具涂敷性和可塑性,將其涂敷在固體物體表面,可形成薄膜牢固粘附而起保護固體作用,并可制成任何復雜形狀的制品。
    由于石墨的工藝性能及用途主要決定于其結晶程度,據此,中國工業上將石墨礦石主要分為晶質(鱗片狀)石墨礦石和隱晶質(土狀)石墨礦石兩種工業類型。晶質(鱗片狀)石墨礦石中,石墨晶體直徑大于1μm,呈鱗片狀;礦石品位較低,但可選性好;與石墨伴生的礦物常有云母、長石、石英、透閃石、透輝石、石榴子石和少量黃鐵礦、方解石等,有的還伴生有金紅石及釩等有用組分;礦石呈鱗片狀、花崗鱗片或粒狀變晶結構,片狀、片麻狀或塊狀構造。隱晶質(土狀)石墨礦石中,石墨晶體直徑小于1μm,呈微晶的集合體,在電子顯微鏡下才能見到晶形;礦石品位高,但可選性差;與石墨伴生的礦物常有石英、方解石等;礦石呈微細鱗片-隱晶質結構,塊狀或土狀構造。中國石墨礦石絕大多數為晶質(鱗片狀)礦石,約占總保有石墨礦石儲量的98%,分布于區域變質型及巖漿熱液型石墨礦床中;隱晶質(土狀)石墨礦石則主要分布于接觸變質型礦床中。實際上石墨礦石中的石墨片徑是參差不齊的,所謂晶質石墨礦石中,也可能含隱晶質石墨,含量較多時通常稱為混合型石墨礦石,隱晶質石墨礦石中也可能含少量片徑略大于1μm的鱗片石墨。
    石墨礦石的自然類型通常按其賦礦巖石的巖性劃分,各類礦床有其專屬的石墨礦石自然類型。晶質(鱗片狀)石墨礦石在區域變質礦床中,主要有片麻巖類、片巖類以及大理(透輝)巖類、變粒巖類、混合巖類等礦石自然類型;在巖漿熱液礦床中主要發育花崗巖類及閃長巖類、長英巖類等礦石自然類型。隱晶質(土狀)石墨礦石在接觸變質礦床中主要發育板巖類和千枚巖類礦石自然類型。
    片麻巖類石墨礦石包括石墨花崗片麻巖、石墨黑云斜長片麻巖、石墨夕線透輝片麻巖、石墨輝石片麻巖等。石墨呈鱗片狀或聚片狀,與黑云母等片狀礦物或透閃石、夕線石等纖維狀礦物緊密共生,一般順片麻理作定向排列,較均勻地分布于長石、石英等脈石礦物顆粒之間。石墨片徑0.044mm,往往隨脈石顆粒的大小而變化,脈石顆粒粗的其周圍石墨片徑大,一般以0.10.5mm較多。片巖類石墨礦石包括石墨片巖、石墨石英片巖、云母石墨片巖、石英石墨片巖等。石墨呈鱗片集合體與云母、絹云母等片狀礦物緊密共生,順片理定向排列于石英、斜長石等粒狀礦物之間。石墨片徑0.011.5mm,以0.10.2mm的較多。石墨大理巖、石墨透輝巖、石墨變粒巖都具有粒狀變晶結構和塊狀構造。礦石中石墨往往呈鱗片狀或不規則片狀,雜亂浸染于脈石礦物顆粒間或解理內,構成填隙結構。石墨片徑在變粒巖型礦石中一般為0.10.3mm,在大理巖型礦石中一般為0.10.5mm,在透輝巖型礦石中一般為0.51mm,大的可達510mm。石墨混合巖一般是作為混合巖化產物疊加于片麻巖、片巖或變粒巖類礦石之上,常呈條帶狀或脈狀。由于大量石英物質的加入,混合巖化重熔再結晶,組分遷移以及再分配的結果,礦石的礦物成分與結構構造很不均勻,出現條帶狀構造、眼球狀構造及陰影構造,化學成分變化大。礦石固定碳含量一般為2.5%4.5%,石墨鱗片分布不均勻,有時局部富集,片徑增大,一般為0.20.5mm。花崗巖類礦石是由巖漿熱液不同階段結晶礦物和石墨組成的各種含石墨花崗巖,與石墨共生的礦物比較復雜,常含多種金屬和稀有金屬礦物。石墨呈浸染狀分布于花崗巖中,在一些富氣液的巖漿礦床中,石墨可呈球狀、豆狀聚積,構成球狀石墨花崗巖,石墨片徑一般為0.10.2mm。賦存于板巖和千枚巖中的隱晶質石墨礦石,石墨呈隱晶質鱗片集合體為主,粒徑一般在0.2mm左右,主要為無定形花瓣狀、疊層狀,一般含有部分微晶鱗片石墨,片徑大的可達12μm,與石墨共生的有伊利石或高嶺石等粘土礦物,以及石英、水云母、絹云母、紅柱石、黃鐵礦等。隱晶質石墨礦石常殘留原巖的層理構造,變質不徹底的部分還可含部分未變質的無煙煤,保留煤巖結構。有的隱晶質石墨礦床的礦石分為軟質石墨與硬質石墨兩種,軟質石墨礦石變質徹底,質量好,硬質石墨一般為石墨與無煙煤的過渡帶,質量次。以上所述各種類型石墨礦石的化學成分含量見表4.13.1
 
4.13.1中國石墨礦石化學成分含量(%)

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