石墨的外观是一种乌黑发亮的矿物,这种矿物由德国化学家和矿物学家Werner A G于1789命名,名称源于希腊语“Graphein”,就是“用来书写”的意思。石墨被发现和利用的历史十分悠久,古籍中便有不少关于石墨的记载,从考古挖掘出来的甲骨、玉片、陶片中发现,早在3 000多年前的商代就有用石墨书写的文字,一直延续至东汉末年(公元220年),显然,石墨一直是人们书写采用的主要材料,也可以说它是传播知识文化的重要工具。随着科学技术的发展,石墨的用途也会更加丰富多彩。
1)石墨的特征和种类
■石墨
石墨与金刚石一样,也是一种由碳元素组成的单质,它的结晶格架为六边形层状结构,属于六方晶系,具有完整的层状解理特征,解理面以分子键为主,对分子吸引力较弱。由于特殊的结构,石墨具有耐高温、易导电、导热及良好的可塑性等特殊性质。此外,石墨在常温下具有良好的化学稳定性,不溶于水,酸、碱和有机溶剂也不能将它腐蚀。
按照结晶形态和工艺特性,天然石墨可分为致密结晶状石墨、鳞片石墨和隐晶质石墨三大类。
致密结晶状石墨又叫块状石墨,这种石墨结晶明显,肉眼可观察到明显的晶体颗粒,颗粒直径大于0.1mm,呈现出杂乱无章排列形态,整体为致密块状构造。致密结晶状石墨的品位很高,一般含碳量为60%~65%,有时达80%~98%,但可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。
鳞片石墨晶体呈鳞片状,这是由于在高温高压下变质而成的,有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿品位一般不是很高,为2%~25%。鳞片石墨是自然界中可浮性最好的矿石之一,经过多磨多选可获得高品位石墨精矿,可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型的石墨优越,因此它的工业价值最大。
隐晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨,这种石墨的晶体直径一般小于1μm,是微晶石墨的集合体,只有在电子显微镜下才能见到晶形。这种石墨的特点是表面呈土状,缺乏光泽,润滑性比鳞片石墨稍差,品位较高,一般固定碳含量60%~85%,少数高达90%以上。(www.daowen.com)
2)石墨的价值和用途
石墨是一种具有多种用途的非金属矿物,日常使用的铅笔笔芯和电池电极就是用石墨制成的。在传统工业中,石墨是一种重要的耐火材料、铸造材料及耐磨润滑材料,良好的化学稳定性使其广泛应用于石油化工、酸碱生产、合成纤维及造纸等产业;在国防工业中,石墨是良好的中子减速剂,应用于原子反应堆中,还可以制造固体燃料火箭的喷嘴、导弹的鼻锥、宇宙航行设备的零件、隔热材料和防射线材料。
随着现代科学技术和工业的不断发展,石墨的应用领域还在不断拓宽,在新能源、核工业、电子信息、航空航天和国防等高新产业中的应用潜力逐渐被挖掘,它因成为新兴产业发展所必需的战略资源而逐渐受到重视。1971年美国成功研究出柔性石墨材料,这种产品除了具有天然石墨所具有的特性外,还具有特殊的柔性和弹性,是一种理想的密封材料,很好地解决了原子能阀门泄漏问题,广泛应用于原子能等工业领域,此外石墨还被用于制造新能源汽车的电池。
3 )石墨的分布
我国是石墨资源大国,资源储量达5 500×104t,石墨生产除满足国内巨大的工业需求外,还大量出口到日本和欧洲各国,成为世界上最大的天然石墨资源供应国。截至2014年,我国共查明石墨矿产地149处,其中晶质石墨矿床有118处,隐晶质石墨矿有31处,大型晶质石墨矿床主要分布在黑龙江、内蒙古、山东、河南、陕西、四川等地,其中黑龙江和山东石墨矿资源最集中,大型隐晶质石墨矿床则主要分布在湖南。
■湖北的石墨(宜昌兴山县水月寺)
湖北已探明石墨资源矿物储量156×104t,主要分布在宜昌市夷陵区,有三岔垭、谭家河、二郎庙、后山寺、东冲河等矿床,宜昌石墨是中南六省(鳞片)晶质石墨矿的主要产区,拥有全省查明资源储量的98%,石墨矿体主要分布于黄陵背斜核部北端兴山县圈椅埫岩体东南缘新太古界—古元古界水月寺群变质岩区,矿体固定碳含量为9%~13%,石墨鳞片大于2.5mm 者占80%以上。此外,广水市芦花湾和兴山县东冲河也有小型石墨矿床分布。
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