石墨礦

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、塗敷性等優良性能，其套用領域十分廣泛。

基本介紹

• 中文名：石墨
• 類別：碳元素結晶礦物
• 顏色：黑灰色
• 礦物密度：1.45
• 套用：耐火材料、塗料等
• 性能：潤滑性、耐高溫、導電、可塑性

作用

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鏽塗料；在電氣工業中用於生產碳素電極、電極碳棒、電池，製成的石墨乳可用作電視機顯像管塗料，製成的碳素製品可用於發電機、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；在化學工業中用於製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、飛彈的隔熱、耐熱材料以及人造衛星上的無線電連線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鏽劑，製造鉛筆、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，石墨的套用領域還在不斷拓寬，已成為高科技領域中新型複合材料的重要原料，在國民經濟中具有重要的作用。

前景

隨著新能源、新材料產業的崛起，石墨產品尤其是下游深加工製品越來越引起關注，正逐漸成為國防、航天、新材料等領域不可替代的重要材料。

為此，美國、歐盟等早已把石墨列為重要的戰略資源，並加以控制開採。

而我國工業和信息化部發布的《石墨行業準入條件》也對當前的石墨市場乃至整個石墨行業的未來發展形成種種利好。

特徵

成分結構

石墨的化學成分為碳(C)。天然產出的石墨很少是純淨的，常含有10%～20%的雜質，包括SiO2、Al2O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO以及H、N、CO2、CH4、NH3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3～5，平行解理面為1～2；質軟，密度為2.09～2.23g/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1.93～2.07，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(紅)，Re5.5(紅)，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，集合體呈緻密塊狀、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於上下鄰層格線的中心。重複層狀為2的是石墨2H多型，屬六方晶系，即通常所指的石墨；若重複層狀為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。

理化性質

由於碳原子在石墨結晶格子的原子層中排列緊密，熱振動困難，因而石墨能耐高溫並具特殊的熱性能。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，熱膨脹係數小(1.2×10-6)，溫度驟變時其體積變化不大。由於石墨晶體中存在容易流動的電子，因此其導電、導熱性能不亞於金屬。但隨溫度升高，導熱係數反而減少，在極高溫度下趨於不導熱狀態。石墨的化學穩定性好，不受酸、鹼及有機溶劑的侵蝕。石墨的潤滑性能類似於二硫化鉬和四氟化烯，摩擦係數在潤滑介質中小於0.1，尤以鱗片狀石墨的潤滑性更好。此外，石墨還具塗敷性和可塑性，將其塗敷在固體物體表面，可形成薄膜牢固粘附而起保護固體作用，並可製成任何複雜形狀的製品。

分類

中國石墨產品分為鱗片石墨和微晶石墨兩大類：鱗片石墨指天然晶質石墨，其形似魚鱗狀，系由晶質(鱗片狀)石墨礦石經加工、選礦、有的經提純而得的產品；微晶石墨曾稱土狀石墨或無定形石墨，指由微小的天然石墨晶體構成的緻密狀集合體，系由隱晶質(土狀)石墨礦石經加工、有的經選礦、提純而得的產品。

鱗片石墨

根據其固定碳含量分為高純石墨、高碳石墨、中碳石墨及低碳石墨4類，依照產品粒徑、固定碳含量共分為212種牌號，各種牌號石墨產品的技術要求見表4.13.2。高純石墨(固定碳含量大於或等於99.9%)主要用於柔性石墨密封材料，代替白金坩堝用於化學試劑熔融及潤滑劑基料等；高碳石墨(固定碳含量94.0%～99.9%)主要用於耐火材料、潤滑劑基料、電刷原料、電碳製品、電池原料、鉛筆原料、填充料及塗料等；中碳石墨(固定碳含量80%～94%)主要用於坩堝、耐火材料、鑄造材料、鑄造塗料、鉛筆原料、電池原料及染料等。低碳石墨(固定碳含量大於或等於50.0%～80.0%)主要用於鑄造塗料。微晶石墨分為有鐵要求者和無鐵要求者2類，依照產品固定碳含量、最大粒徑分為60個牌號，各種牌號石墨產品其外觀要求產品中不得有肉眼可見的木屑、鐵屑、石粒等雜物，產品不被其他雜質污染，其技術要求見表4.13.3。微晶石墨中酸溶鐵含量不大於1%者，主要用於鉛筆、電池、焊條、石墨乳劑、石墨軸承的配料及電池碳棒的原料等；無鐵要求的微晶石墨主要用於鑄造材料、耐火材料、染料及電極糊等原料。

自然類型

通常按其賦礦岩石的岩性劃分，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，主要有片麻岩類、片岩類以及大理(透輝)岩類、變粒岩類、混合岩類等礦石自然類型；在岩漿熱液礦床中主要發育花崗岩類及閃長岩類、長英岩類等礦石自然類型。隱晶質(土狀)石墨礦石在接觸變質礦床中主要發育板岩類和千枚岩類礦石自然類型。

片麻岩類

包括石墨花崗片麻岩、石墨黑雲斜長片麻岩、石墨夕線透輝片麻岩、石墨輝石片麻岩等。石墨呈鱗片狀或聚片狀，與黑雲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，較均勻地分布於長石、石英等脈石礦物顆粒之間。石墨片徑0.04～4mm，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0.1～0.5mm較多。片岩類石墨礦石包括石墨片岩、石墨石英片岩、雲母石墨片岩、石英石墨片岩等。石墨呈鱗片集合體與雲母、絹雲母等片狀礦物緊密共生，順片理定向排列於石英、斜長石等粒狀礦物之間。石墨片徑0.01～1.5mm，以0.1～0.2mm的較多。石墨大理岩、石墨透輝岩、石墨變粒岩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，雜亂浸染於脈石礦物顆粒間或解理內，構成填隙結構。石墨片徑在變粒岩型礦石中一般為0.1～0.3mm，在大理岩型礦石中一般為0.1～0.5mm，在透輝岩型礦石中一般為0.5～1mm，大的可達5～10mm。石墨混合岩一般是作為混合岩化產物疊加於片麻岩、片岩或變粒岩類礦石之上，常呈條帶狀或脈狀。由於大量石英物質的加入，混合岩化重熔再結晶，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0.2～0.5mm。花崗岩類礦石是由岩漿熱液不同階段結晶礦物和石墨組成的各種含石墨花崗岩，與石墨共生的礦物比較複雜，常含多種金屬和稀有金屬礦物。石墨呈浸染狀分布於花崗岩中，在一些富氣液的岩漿礦床中，石墨可呈球狀、豆狀聚積，構成球狀石墨花崗岩，石墨片徑一般為0.1～0.2mm。賦存於板岩和千枚岩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1～2μm，與石墨共生的有伊利石或高嶺石等粘土礦物，以及石英、水雲母、絹雲母、紅柱石、黃鐵礦等。隱晶質石墨礦石常殘留原岩的層理構造，變質不徹底的部分還可含部分未變質的無煙煤，保留煤岩結構。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。

發展

中國發現和利用石墨的歷史悠久。古籍中曾有不少關於石墨的記載。如《水經注》載“洛水側有石墨山。山石盡黑，可以書疏，故以石墨名山矣。”從考古挖掘出來的甲骨、玉片、陶片發現，早在3000多年前商代就有用石墨書寫的文字，一直延續至東漢末年(公元220年)，石墨作為書墨才被松煙制墨所取代。清朝道光年間(公元1821～1850年)，湖南郴州農民開採石墨做燃料，稱之為“油碳”。

20世紀初期，用石墨製造電池和鉛筆的技術傳入中國，當時稱為“電煤”和“筆鉛”的石墨，開始用於近代工業，推動了中國石墨採掘業的發展。興和、南江、磐石石墨礦於1916～1928年相繼開採，1929年湖南耒陽、郴州、宜章等地辦起7個石墨礦山，1932年湖南桂陽發現優質石墨，十餘家筆鉛公司參與開採或收購礦砂。陝西眉縣1936年成立筆鉛礦業公司，年產石墨礦砂約3000t。

1931年9月後磐石、柳毛、興和礦和1937年7月後南墅、定安等礦，曾遭受日本侵略者掠奪開採，估計掠走石墨5萬t以上。當時抗戰後方四川南江坪河地區有9家礦山和2家公司採掘石墨和碾粉，年產量200t，1947年停產。抗日戰爭勝利後，解放區人民政府於1948年接管柳毛、磐石、南墅礦並恢復生產；國民黨統治區曾有20餘家筆鉛公司，至1949年只剩郴州、眉縣兩家，總計年產石墨5915t。

隨著石墨礦山的開發，中國石墨礦床地質工作自本世紀20年代起，一些學者就曾進行過石墨礦地質調查，如梁津對福建南屏筆鉛礦的調查，侯德封、曾世錄、南延宗、廖友仁、盧衍豪、高俊西、李均衡、王曰倫等人對四川、河南、福建、陝西、甘肅等地的一些礦點的調查。但是，1949年以前開採礦山都未做過正規的地質勘查工作。

1949年中華人民共和國成立後國家對石墨礦投入了大量地質勘查工作。早在50年代初，華東工業部就派地質隊開始勘查南墅石墨資源。其後，建材和地礦等系統的地質隊，在60年代勘探南墅、興和、魯塘、磐石等礦，70年代勘探南江、北墅、什報氣、三岔埡等礦，80年代勘探柳毛、金溪等礦，90年代勘探穆稜、赤城等礦。40多年來，不僅查明擴大老礦山儲量，而且還新發現大批礦產地，探明了大量可供工業利用的儲量和豐富的後備資源，全面掌握了中國石墨礦產資源特徵和分布規律，豐碩的地質成果為中國石墨礦業持續發展提供了可靠的依據。

中華人民共和國成立後，隨著冶金、機械、電氣等工業發展的需要，石墨生產得到蓬勃發展。1950～1952年國家投資建設南墅、柳毛、興和、魯塘、南江等礦，1952年生產石墨1.22萬t。1953～1957年經過技術改造和工藝設備填平補齊，初步改變石墨礦山落後的面貌，1957年全國8個礦山生產石墨4.33萬t，開始有產品出口。1958年新辦21個小礦，全國產量15萬t，但出現採掘失衡，產品質量下降的情況。經過1962年的調整，產品質量好轉，但產量有所下降，至1966年年產量為8.9 t，1970年起才有提高，並有漳平、冷水江、穆稜、麻山、靈寶等礦相繼建設，1977年全國產量達到20.6萬t。1978年以後，石墨工業出現4年徘徊，全國年產量保持18萬t左右。

中國實行改革、開放方針後，石墨工業出現新的生機。80年代恢復發展了萊西、武川、伍園、西峽等礦，廣東佛岡煤礦和雞西磷礦兼有石墨生產礦場。至1985年全國縣屬以上的大、中型石墨企業有25家，鄉鎮小型企業200多家，全國年產量27.9萬t，出口量從1978年的1.37萬t增長至8.1萬t，成為非金屬礦中的大宗出口產品。1990年中國石墨生產出現高峰，年產量67.9萬t，出口量14.1萬t，1992年降為50.8萬t，出口量15.5萬t。1995年又出現新的高峰，年產量達216.3萬t，其中鱗片石墨產量54.9萬t，出口量15.4萬t。目前共有國有骨幹礦山9座，地方國有礦山15座，集體及鄉鎮採選廠礦187家，各種加工廠180餘家，形成以黑龍江柳毛、山東南墅、內蒙古興和為重點的晶質石墨生產基地和以湖南魯塘為中心的隱晶質石墨生產基地，國有骨幹礦山的產量占全國產量的38%，集體及鄉鎮企業產量占62%。

中國石墨礦業歷經70多年滄桑，自中華人民共和國成立後，雖然也有幾次曲折，但總體發展顯著，至1995年不僅年產量為1949年產量的365倍，而且已形成為採礦、選礦、加工、質量提純和石墨製品一系列配套的綜合性產業。年產量約占世界產量的一半，居於首位。產品品種20多種，產品牌號272種，產品質量、粒度分級及粉碎加工方法達世界先進水平。同時，由於不斷開拓深加工產品，產品結構也發生較大的改善，已能生產代表當代國際先進水平的彩電管石墨乳，GRT節能減磨添加劑、可膨脹石墨、石墨板材、石墨密封件和石墨耐火材料等6大類近1000種深加工產品。長期以來，石墨一直是中國非金屬優勢礦產之一，今後仍將繼續穩步發展。