源于希臘文"graphein"，意為"用來寫"。由德國化學(xué)家和礦物學(xué)家A.G.Werner于1789命名。

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(chǎn)加工。當時選礦工藝流程簡單,工人勞動條件差,生產(chǎn)率極低,年產(chǎn)量僅有幾千噸。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國石墨及碳素制品產(chǎn)量快速上升,2004-2011年,石墨及碳素制品產(chǎn)量年復(fù)合增長率達22.12%。2011年,我國石墨及碳素制品產(chǎn)量為2556.17萬噸,同比增長21.98%。

石墨及碳素制品具備優(yōu)良的性能,應(yīng)用日益廣泛,產(chǎn)能及效益呈快速增長趨勢。2011年,中國石墨及碳素制品行業(yè)發(fā)展迅速,行業(yè)內(nèi)企業(yè)對成本費用的管理控制能力較高,盈利能力較強。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示,2011年,我國石墨及碳素制品行業(yè)實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值1675.64億元;實現(xiàn)銷售收入1677.65億元,同比增長40.58%;實現(xiàn)利潤總額109.59億元,同比增長50.87%。隨著應(yīng)用的不斷推廣,看中國石墨及碳素制品行業(yè)的競爭也日趨激烈。

中國規(guī)模以上石墨及碳素制品企業(yè)較多,集中度低。截至2011年末,中國規(guī)模以上石墨及碳素制品企業(yè)達871家,銷售收入排名前十的企業(yè)銷售收入總額僅占全行業(yè)的13.46%。從世界石墨及碳素制品市場的發(fā)展趨勢和競爭格局來看,未來我國石墨及碳素制品行業(yè)將逐步向大集團集中,石墨及碳素制品行業(yè)的集中度將會進一步提高。

隨著中國冶金、化工、機械、醫(yī)療器械、核能、汽車、航空航天等行業(yè)的快速發(fā)展,這些行業(yè)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(yè)將保持快速增長。根據(jù)《中國石墨及碳素制品行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告前瞻》統(tǒng)計數(shù)據(jù),2006-2011年,我國石墨及碳素制品行業(yè)銷售收入年復(fù)合增長率為36.56%。根據(jù)當前國內(nèi)外經(jīng)濟形勢,結(jié)合2006-2011年中國石墨及碳素制品行業(yè)銷售收入數(shù)據(jù)及中國經(jīng)濟增長數(shù)據(jù),粗略估計2012-2015年我國石墨及碳素制品行業(yè)銷售收入年復(fù)合增長率為21%,2015年,我國石墨及碳素制品行業(yè)銷售收入將達到3400億元。

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(zhì)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(xué)上自我結(jié)合而形成大量化合物,在生物上和商業(yè)上是重要的分子。生物體內(nèi)大多數(shù)分子都含有碳元素。

碳化合物一般從化石燃料中獲得,然后再分離并進一步合成出各種生產(chǎn)生活所需的產(chǎn)品,如乙烯、塑料等。

碳的存在形式是多種多樣的,有晶態(tài)單質(zhì)碳如金剛石、石墨;有無定形碳如煤;有復(fù)雜的有機化合物如動植物等;碳酸鹽如大理石等。單質(zhì)碳的物理和化學(xué)性質(zhì)取決于它的晶體結(jié)構(gòu)。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結(jié)構(gòu)不同,各有各的外觀、密度、熔點等。

常溫下單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑;高溫下與氧反應(yīng)燃燒,生成二氧化碳或一氧化碳;在鹵素中只有氟能與單質(zhì)碳直接反應(yīng);在加熱下,單質(zhì)碳較易被酸氧化;在高溫下,碳還能與許多金屬反應(yīng),生成金屬碳化物。碳具有還原性,在高溫下可以冶煉金屬。此外,近年的研究發(fā)現(xiàn),石墨可以被氯磺酸溶解,形成單層石墨烯的氯磺酸"溶液"。

石墨是碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物,它的結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)。每一網(wǎng)層間的距離為340pm,同一網(wǎng)層中碳原子的間距為142pm;。屬六方晶系,具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主,對分子吸引力較弱,故其天然可浮性很好。

石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì),它們互為同素異形體。

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邊形的環(huán),伸展成片層結(jié)構(gòu),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(dǎo)熱和導(dǎo)電,這正是金屬晶體特征。因此也歸類于金屬晶體。

石墨晶體中層與層之間相隔340pm,距離較大,是以范德華力結(jié)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(jié)合很強,極難破壞,所以石墨的熔點也很高,化學(xué)性質(zhì)也穩(wěn)定。

鑒于它的特殊的成鍵方式,不能單一的認為是單晶體或者是多晶體,按現(xiàn)代的表述方式,認為石墨是一種混合晶體。

成因和產(chǎn)狀:石墨是在高溫下形成。分布最廣是石墨的變質(zhì)礦床,系由富含有機質(zhì)或碳質(zhì)的沉積巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成

中國:山東省萊西市為我國石墨重要產(chǎn)地之一,石墨探明儲量687.11萬噸,現(xiàn)保有儲量639.93萬噸。另外吉林省磐石市也是石墨產(chǎn)地之一,石墨儲量500 萬噸。

世界:著名產(chǎn)地:紐約Ticonderoga,馬達加斯加和Ceylon,我國以黑龍江雞西市柳毛為最大的產(chǎn)地。

石墨資源之所以引起高度關(guān)注,主因是多年的無序開采。在黑龍江雞西市,開采與供應(yīng)的矛盾尤為突出。盡管石墨價格一直在下滑,但2013年雞西市的石墨開采量仍然逆勢同比增加34.3%,而2012年的增幅只有0.4%。

早在2007年,雞西政府便想整合石墨礦產(chǎn)資源。在2009~2010年,企業(yè)原有石墨采礦權(quán)到期后,雞西市停止了辦理新的采礦權(quán),試圖將原有企業(yè)捆綁在一起,入駐到規(guī)劃的石墨園區(qū)里發(fā)展深加工產(chǎn)品,同時改變采礦權(quán)分散的狀況。

記者在麻山區(qū)雞西石墨產(chǎn)業(yè)園看到,這個2011年即開始規(guī)劃建設(shè)、總投資6億元、一期規(guī)劃面積2.3公里的產(chǎn)業(yè)園區(qū),只有兩家工廠完成了修建。園區(qū)內(nèi)仍有大片的土地還未動工。

在麻山生活多年的"摩的"師傅指著一處正在修建的廠房告訴記者,"去年冬天這里廠房的框架就立了起來,但是之后就停了,直到現(xiàn)在才又開始動工。"

"一些企業(yè)因為自身利益受損,并不愿意將礦權(quán)整理合并。因此礦權(quán)的問題就一直擱置了下來,產(chǎn)業(yè)園區(qū)也沒能順利推進。"雞西市石墨產(chǎn)業(yè)協(xié)會會長韓玉鳳告訴記者。

礦權(quán)辦理滯后并未能阻止石墨企業(yè)繼續(xù)開采。記者了解到,麻山區(qū)部分企業(yè)沒有石墨采礦權(quán),但這些年卻一直在進行石墨礦的開采與生產(chǎn)。

"這些企業(yè)一直都在'打游擊'",在麻山區(qū)生活多年的李先生告訴記者,"原來這邊也經(jīng)常來人檢查,每次來了企業(yè)就停工,等檢查的人一走馬上又開工。2013年以來查得嚴了,但是有些還是偷偷干。"

記者查閱近幾年雞西市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報獲悉,第二產(chǎn)業(yè)一直是雞西市的支柱產(chǎn)業(yè),2013年之前,雞西市的經(jīng)濟發(fā)展一直處于穩(wěn)步上升態(tài)勢。但2013年煤炭市場突然急劇下滑,導(dǎo)致雞西市2013年規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)增加值同比下降6.4%,地方財政收入下降18.3%。

無礦權(quán)生產(chǎn)的情況并不只存在于雞西。黑龍江省石墨行業(yè)協(xié)會提供給《每日經(jīng)濟新聞》的一份報告顯示,國內(nèi)石墨產(chǎn)品經(jīng)過2010年、2011年的開采熱潮之后,晉冀魯豫等產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)能也是快速、無序增長,低端產(chǎn)品以低價格搶占市場份額,使得石墨產(chǎn)品被廉價出售。

石墨質(zhì)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(zhì)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1-20m^2/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(dǎo)電、導(dǎo)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(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。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(fā)分和灰分的含量。

石墨與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯等都是碳元素的單質(zhì),它們互為同素異形體。

石墨的工藝特性主要決定于它的結(jié)晶形態(tài)。結(jié)晶形態(tài)不同的石墨礦物,具有不同的工業(yè)價值和用途。工業(yè)上,根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同,將天然石墨分為三類。

1、致密結(jié)晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類石墨結(jié)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0.1-1m/g，晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構(gòu)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。

2、鱗片石墨石墨晶體呈鱗片狀;這是在高強度的壓力下變質(zhì)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(jīng)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(yōu)越;因此它的工業(yè)價值最大。

3、隱晶質(zhì)石墨隱晶質(zhì)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1-5m/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(shù)高達90%以上。一般應(yīng)用于鑄造行業(yè)比較多。主要蘊藏在湖南郴州魯塘。隨這石墨提純技術(shù)的提高。土狀石墨應(yīng)用越來越廣泛。

石墨在工業(yè)上運用極廣,幾乎每個行業(yè)都會用到。工業(yè)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。

1、等靜壓石墨。也就是很多人叫的三高石墨,但是并不是三高就是等靜壓。

2、模壓石墨

3、擠壓石墨,多為電極材料。

其中按石墨的顆粒度分,也可分為:細節(jié)構(gòu)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)。

石墨由于其特殊結(jié)構(gòu),而具有如下特殊性質(zhì):

1、耐高溫性:石墨的熔點為3850±50℃,沸點為4250℃,即使經(jīng)超高溫電弧灼燒,重量的損失很小,熱膨脹系數(shù)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。

2、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性:石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)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?qū)щ娛且驗槭�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。

3、潤滑性: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(shù)越小,潤滑性能越好。

4、化學(xué)穩(wěn)定性:石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。

5、可塑性:石墨的韌性好,可碾成很薄的薄片。

6、抗熱震性:石墨在常溫下使用時能經(jīng)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(chǎn)生裂紋。

名字來源:源于希臘文"graphein",意為"用來寫"。由德國化學(xué)家和礦物學(xué)家A. G. Werner 于1789命名

化學(xué)組成:成分純凈者極少,往往含各種雜質(zhì)

類別:自然元素-非金屬元素-碳族

晶系和空間群:六方晶系,P63/mmm

晶胞參數(shù):a0=0.246nm,c0=0.670nm

典型的層狀結(jié)構(gòu),碳原子成層排列,每個碳與相鄰的碳之間等距相連,每一層中的碳按六方環(huán)狀排列,上下相鄰層的碳六方環(huán)通過平行網(wǎng)面方向相互位移后再疊置形成層狀結(jié)構(gòu),位移的方位和距離不同就導(dǎo)致不同的多型結(jié)構(gòu)。上下兩層的碳原子之間距離比同一層內(nèi)的碳之間的距離大得多(層內(nèi)C-C間距=0.142nm,層間C-C間距=0.340nm)

形態(tài):單晶體常呈片狀或板狀,但完整的很少見。集合體通常為鱗片狀,塊狀和土狀

顏色:鐵黑色

條痕:光亮黑色

透明度:不透明

光澤:呈半金屬光澤

硬度:1-2

解理和斷口:平行解理極完全

比重:2.21-2.26g/cm3

比表面積:5-10m/g

其他性質(zhì):薄片具撓性,有滑感,易污手,具有良好的導(dǎo)電性

鑒定特征鐵黑色,硬度低,一組極完全解理,有滑感和染手;如果將硫酸銅溶液潤濕的鋅粒放在石墨上,則可析出金屬銅的斑點,在與石墨相似的輝鉬礦上則無此反應(yīng)。

提起鉆石,人們就會聯(lián)想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景,它隨著擁有者的活動而光芒四射。但因它的昂貴價格,大多數(shù)人只能望而卻步。盡管如此,人們對鉆石還是很向往的。你知道鉆石是什么嗎?它的化學(xué)成分是碳(C),天然的鉆石是由金剛石經(jīng)過琢磨后才能稱之謂"鉆石"。天然的鉆石是非常稀少的,世界上重量大于1000克拉(1克=5克拉)的鉆石只有2粒,400克拉以上的鉆石只有多粒,我國迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的金剛石重158.786克拉,這就是"常林鉆石"。物以稀為貴,正因為可做"鉆石"用的天然金剛石很罕見,人們就想"人造"金剛石來代替它,這就自然地想到了金剛石的"孿生"兄弟——石墨了。

金剛石和石墨的化學(xué)成分都是碳(C),稱"同素異形體"。從這種稱呼可以知道它們具有相同的"質(zhì)",但"形"或"性"卻不同,且有天壤之別,金剛石是目前最硬的物質(zhì),而石墨卻是最軟的物質(zhì)之一。

石墨和金剛石的硬度差別如此之大,但人們還是希望能用人工合成方法來獲取金剛石,因為自然界中石墨(碳)藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳,不是那么容易的。石墨在5-6萬大氣壓((5-6)×103MPa)及攝氏1000至2000度高溫下,再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑,可使石墨轉(zhuǎn)變成金剛石粉末。

世界上已有十幾個國家(包括我國)均合成出了金剛石。但這種金剛石因為顆粒很細,主要用途是做磨料,用于切削和地質(zhì)、石油的鉆井用的鉆頭。當前,世界金剛石的消費中,80%的人造金剛石主要是用于工業(yè),它的產(chǎn)量也遠遠超過天然金剛石的產(chǎn)量。

最初合成的金剛石顆粒呈黑色,0.5mm大小,重約0.1克拉(用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉)。美國、日本等已制成6.1克拉多的金剛石,我國人造金剛石企業(yè)黃河旋風公司實驗室生成的大顆粒金剛石達8mm,表明了我國在該領(lǐng)域研究居前沿地位。我們說金剛石已從石墨中"飛"出,寶石級的人造金剛石也會在不久的將來供應(yīng)于市場。

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(zhì)物變質(zhì)而成。煤層可經(jīng)熱變質(zhì)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(guān)系組成立方體外形的多晶集合體稱方晶石墨。

金剛石的熔點是3823K,石墨的熔點是3773K。石墨熔點低于金剛石。

比較石墨和金剛石的熔點不能單純地從鍵能的方面予以考慮,如果忽視掉熔化時斷裂鍵的個數(shù),那么得到的數(shù)據(jù)也不可取。

石墨提純:占化學(xué)提純和物理提純兩種方法。

1、化學(xué)提純是利用石墨耐酸、堿、抗腐蝕的性質(zhì),用酸、堿處理石墨精礦,使雜質(zhì)溶解,然后洗滌掉,提高精礦品位。化學(xué)提純可獲品位為99%的高碳石墨。化學(xué)提純有多種方法,國內(nèi)應(yīng)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(zhì)(以硅酸鹽礦物為主)與燒堿,即NaOH起反應(yīng),生成水溶性反應(yīng)物,用水浸取反應(yīng)物,即可消除掉部分雜質(zhì),另一部分雜質(zhì),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。

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(chǎn)1 t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(shè)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(chǎn)率較低,耗堿量大,且排放的廢液污染環(huán)境等不足。

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(huán)使用。采用這種新工藝,可降低材料成本50%左右,節(jié)水50%左右,產(chǎn)率提高10%左右,并減少了廢液對環(huán)境的污染。石墨固定碳含量大于99%,回收率達 92.8%。

2、物理提純即高溫提純,利用石墨耐高溫的性質(zhì),將其置于電爐中,隔絕空氣加熱到2500℃,使灰分(即雜質(zhì))揮發(fā)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。

傳統(tǒng)用途

1、作耐火材料:石墨及其制品具有耐高溫、高強度的性質(zhì),在冶金工業(yè)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(nèi)襯。

2、作導(dǎo)電材料:在電氣工業(yè)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。

3、作耐磨潤滑材料:石墨在機械工業(yè)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(zhì)的設(shè)備,廣泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和軸承,它們運轉(zhuǎn)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。

4、石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過特殊加工的石墨,具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好,滲透率低等特點,就大量用于制作熱交換器,反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門,可節(jié)省大量的金屬材料。

不透性石墨的品種因所含樹脂不同,耐蝕性也有差異。如酚醛樹脂浸漬者耐酸,但不耐堿;糠醇樹脂浸漬者既耐酸,又耐堿。不同品種的耐熱性也有差異:碳和石墨在還原性氣氛中可耐2000~3000℃,在氧化氣氛中分別在350℃和400℃開始氧化;不透性石墨品種隨浸漬劑而異,一般由酚醛或糠醇浸漬者耐熱在180℃以下。

5、作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料:由于石墨的熱膨脹系數(shù)小,而且能耐急冷急熱的變化,可作為玻璃器的鑄模,使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確,表面光潔成品率高,不經(jīng)加工或稍作加工就可使用,因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝,通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長坩堝,區(qū)域精煉容器,支架夾具,感應(yīng)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。

6、用于原子能工業(yè)和國防工業(yè):石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中,鈾一石墨反應(yīng)堆是應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當具有高熔點,穩(wěn)定,耐腐蝕的性能,石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高,雜質(zhì)含量不應(yīng)超過幾十個PPM 。特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5PPM 。在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴,導(dǎo)彈的鼻錐,宇宙航行設(shè)備的零件,隔熱材料和防射線材料。

7、石墨還能防止鍋爐結(jié)垢,有關(guān)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(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。

8、石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。石墨經(jīng)過特殊加工以后,可以制作各種特殊材料用于有關(guān)工業(yè)部門。

9、電極:石墨具有良好的導(dǎo)電性,電阻較低。可生產(chǎn)石墨電極用于鋼廠、硅廠等工廠熔煉爐、電弧爐。

20世紀60年代,銅做為電極材料被廣泛應(yīng)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(jīng)占統(tǒng)治地位的電極材料,和石墨電極相比它的優(yōu)勢幾乎消失殆盡。是什么導(dǎo)致了這個戲劇性的變化?當然是石墨電極的諸多優(yōu)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(yōu)勢明顯;銅的軟化點在1000度左右,容易因受熱而產(chǎn)生變形;石墨的升華溫度為3650度;熱膨脹系數(shù)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(yīng)用。

(3)放電消耗更小;由于火花油中也含有C原子,在放電加工時,高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來,轉(zhuǎn)而在石墨電極的表面形成保護膜,補償了石墨電極的損耗。

(4)沒有毛刺;銅電極在加工完成后,還需手工進行修整以去除毛刺,而石墨加工后沒有毛刺,節(jié)約了大量成本,同時更容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

(5)石墨更容易研磨和拋光;由于石墨的切削阻力只有銅的1/5,更容易進行手工的研磨和拋光。

(6)材料成本更低,價格更穩(wěn)定;由于近幾年銅價上漲,如今各向同性石墨的價格比銅更低,相同體積下,東洋炭素的普遍性石墨產(chǎn)品的價格比銅的價格低30%~60%,并且價格更穩(wěn)定,短期價格波動非常小。

正是這種無可比擬的優(yōu)勢,石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料。

新用途

石墨新用途:

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對石墨也開發(fā)了許多新用途。

柔性石墨制品。柔性石墨又稱膨脹石墨,是年代開發(fā)的一種新的石墨制品。

年美國研究成功柔性石墨密封材料,解決了原子能閥門泄漏問題,隨后德、日、法也開始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外,還具有特殊的柔性和彈性。

因此,是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。國際市場需求量逐年增長。

輕工業(yè)應(yīng)用

此外,石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑,是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料,美國已用它做為汽車電池。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展,石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬,已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料,在國民經(jīng)濟中具有重要的作用。

工業(yè)上將石墨礦石分為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦石和穩(wěn)晶質(zhì)(土狀)石墨礦石兩大類。晶質(zhì)石墨礦石又可分為鱗片狀和致密狀兩種。中國石墨礦石以鱗片狀晶質(zhì)類型為主,其次為穩(wěn)晶質(zhì)類型,致密狀晶質(zhì)石墨只見于新疆托克布拉等個別礦床中,工業(yè)價值不大。

鱗片狀石墨礦石結(jié)晶較好,晶體粒徑大于1μm,一般為0.05~1.5mm,大的可達5~10mm,多呈集合體。礦石品位較低,一般為3~13.5%。伴生的礦物有云母、長石、石英、透閃石、透輝石、石榴石和少量硫鐵礦、方解石等,有時還伴有金紅石,釩云母等有用組分。鱗片石墨礦石按其所賦存巖石的巖性不同,分片麻巖型、片巖型、透輝巖型、變粒巖型、混合巖型、大理巖型及花崗巖型等七種,前六種礦石類型產(chǎn)于區(qū)域變質(zhì)成因礦床中,后一種礦石類型則產(chǎn)于巖漿熱液成因礦床中。

隱晶質(zhì)石墨礦石一般呈微晶集合體,晶體粒徑小于1μm,只有在電子顯微鏡下才能觀察到其晶形。礦石呈灰黑色、鋼灰色,一般光澤暗淡,具有致密塊狀、土狀及層狀、頁片狀構(gòu)造。隱晶石墨的工藝性能不如鱗片狀石墨,工業(yè)應(yīng)用范圍也較小,礦石品位一般都較高,但礦石可選性差。礦物成分以石墨為主,伴生有紅柱石、水云母、絹云母及少量黃鐵礦、電氣石、褐鐵礦、方解石等。品位一般為60~80%、灰分為15~22%、揮發(fā)分為1~2%、水分為2~7%。

主要出口的鱗片石墨精粉,價格最低還不到3000元/噸;進口的一些負極材料,可以達到10萬~20萬元/噸;而一些氟化石墨產(chǎn)品,能達到30萬~50萬元/噸。"奧宇石墨集團總經(jīng)理王慶海介紹道。

值得注意的是,石墨初級產(chǎn)品加工成高端產(chǎn)品后,不可避免會形成原材料的損失。以國外天然石墨粉做成的負極材料為例,國內(nèi)石墨專家、哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授袁國輝介紹,這類產(chǎn)品的損失比例在80%左右,即1公斤天然石墨可以做成0.8公斤負極材料。不過,即便考慮20%的原材料損失率,出口產(chǎn)品和進口產(chǎn)品的價差空間仍十分驚人。