石墨的化学成分

石墨
graphite
由碳(C)组成的六方或三方晶系的自然元素矿物。因能用来写字而得名。与金刚石同是碳的同质多象变体。晶体具层状结构，碳原子按六方环状排列成层。由于层在垂直方向上的堆垛顺序不同，而有2H和3R两种多型变体。集合体常呈鳞片状或块状，具平行底面的较完全解理。颜色与条痕为黑色，半金属光泽。莫氏硬度1，易污手；具滑腻感。薄片具挠性。比重2.09～2.23。导电性良好 。主要由煤层或含碳质沉积岩经区域变质作用而形成。常见于大理岩、片岩或片麻岩中。用于制造铅笔芯、高温坩埚、润滑剂、电极、铸模面涂料、原子反应堆的中子减速剂，以及用作人工合成金刚石的原料等。中国、俄罗斯、朝鲜、墨西哥、马达加斯加、斯里兰卡等为主要产地

石墨是碳元素的结晶矿物之一，具有润滑性、化学稳定性、耐高温、导电、特殊的导热性和可塑性、涂敷性等优良性能，其应用领域十分广泛。石墨在冶金工业中主要用作耐火材料；在铸造业中用作铸模和防锈涂料；在电气工业中用于生产碳素电极、电极碳棒、电池，制成的石墨乳可用作电视机显像管涂料，制成的碳素制品可用于发电机、电动机、通讯器材等诸多方面；在机械工业中用作飞机、轮船、火车等高速运转机械的润滑剂；在化学工业中用于制造各种抗腐蚀器皿和设备；在核工业中用作原子反应堆中的中子减速剂和防护材料等；在航天工业中可做火箭发动机尾喷管喉衬，火箭、导弹的隔热、耐热材料以及人造卫星上的无线电连接信号和导电结构材料。此外，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石的原料。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用。

■矿石矿物原料特点

石墨的化学成分为碳(C)。**产出的石墨很少是纯净的，常含有10%～20%的杂质，包括SiO2、Al2O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO以及H、N、CO2、CH4、NH3等。石墨矿物呈铁黑、钢灰色，条痕光亮黑色；金属光泽，隐晶集合体光泽暗淡，不透明；解理｛0001｝完全，硬度具异向性，垂直解理面为3～5，平行解理面为1～2；质软，密度为2.09～2.23g/cm3，有滑腻感，易污染手指。矿物薄片在透射光下一般不透明，较薄片能透光，呈淡绿灰色，一轴晶，折射率1.93～2.07，在反射光下呈浅棕灰色，反射多色性明显，Ro灰色带棕，Re深蓝灰色，反射率Ro23(红)，Re5.5(红)，反射色、双反射均显著，非均质性强，偏光色为稻草黄色。石墨属复六方双锥晶类，沿｛0001｝呈六方板状晶体，常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱，但完好晶形少见，一般呈鳞片状或板状，集合体呈致密块状、土状或球状。
石墨晶体具典型的层状结构，碳原子排列成六方网状层，面网结点上的碳原子相对于上下邻层网格的中心。重复层状为2的是石墨2H多型，属六方晶系，即通常所指的石墨；若重复层状为3的则为石墨3R多型，属三方晶系，但在**石墨结构中不能单独分离出来。在石墨晶体结构中，层内碳原子的配位数为3，具共价金属键，间距0.142nm，层与层间以分子键相连，间距为0.340nm，此种特殊的晶体结构和化学键性使石墨具有一些特殊的工艺性能。
由于碳原子在石墨结晶格子的原子层中排列紧密，热振动困难，因而石墨能耐高温并具特殊的热性能。石墨的熔点为3850℃，沸点为4250℃，吸热量6.9036×107J/kg，经高温电弧灼烧重量损失较小，在2500℃时其强度比常温时提高1倍，热膨胀系数小(1.2×10-6)，温度骤变时其体积变化不大。由于石墨晶体中存在容易流动的电子，因此其导电、导热性能不亚于金属。但随温度升高，导热系数反而减少，在较高温度下趋于不导热状态。石墨的化学稳定性好，不受酸、碱及**溶剂的侵蚀。石墨的润滑性能类似于二硫化钼和四氟化烯，摩擦系数在润滑介质中小于0.1，尤以鳞片状石墨的润滑性更好。此外，石墨还具涂敷性和可塑性，将其涂敷在固体物体表面，可形成薄膜牢固粘附而起保护固体作用，并可制成任何复杂形状的制品。
由于石墨的工艺性能及用途主要决定于其结晶程度，据此，中国工业上将石墨矿石主要分为晶质(鳞片状)石墨矿石和隐晶质(土状)石墨矿石两种工业类型。晶质(鳞片状)石墨矿石中，石墨晶体直径大于1μm，呈鳞片状；矿石品位较低，但可选性好；与石墨伴生的矿物常有云母、长石、石英、透闪石、透辉石、石榴子石和少量黄铁矿、方解石等，有的还伴生有金红石及钒等有用组分；矿石呈鳞片状、花岗鳞片或粒状变晶结构，片状、片麻状或块状构造。隐晶质(土状)石墨矿石中，石墨晶体直径小于1μm，呈微晶的集合体，在电子显微镜下才能见到晶形；矿石品位高，但可选性差；与石墨伴生的矿物常有石英、方解石等；矿石呈微细鳞片-隐晶质结构，块状或土状构造。中国石墨矿石绝大多数为晶质(鳞片状)矿石，约占总保有石墨矿石储量的98%，分布于区域变质型及岩浆热液型石墨矿床中；隐晶质(土状)石墨矿石则主要分布于接触变质型矿床中。实际上石墨矿石中的石墨片径是参差不齐的，所谓晶质石墨矿石中，也可能含隐晶质石墨，含量较多时通常称为混合型石墨矿石，隐晶质石墨矿石中也可能含少量片径略大于1μm的鳞片石墨。
石墨矿石的自然类型通常按其赋矿岩石的岩性划分，各类矿床有其专属的石墨矿石自然类型。晶质(鳞片状)石墨矿石在区域变质矿床中，主要有片麻岩类、片岩类以及大理(透辉)岩类、变粒岩类、混合岩类等矿石自然类型；在岩浆热液矿床中主要发育花岗岩类及闪长岩类、长英岩类等矿石自然类型。隐晶质(土状)石墨矿石在接触变质矿床中主要发育板岩类和千枚岩类矿石自然类型。
片麻岩类石墨矿石包括石墨花岗片麻岩、石墨黑云斜长片麻岩、石墨夕线透辉片麻岩、石墨辉石片麻岩等。石墨呈鳞片状或聚片状，与黑云母等片状矿物或透闪石、夕线石等纤维状矿物紧密共生，一般顺片麻理作定向排列，较均匀地分布于长石、石英等脉石矿物颗粒之间。石墨片径0.04～4mm，往往随脉石颗粒的大小而变化，脉石颗粒粗的其周围石墨片径大，一般以0.1～0.5mm较多。片岩类石墨矿石包括石墨片岩、石墨石英片岩、云母石墨片岩、石英石墨片岩等。石墨呈鳞片集合体与云母、绢云母等片状矿物紧密共生，顺片理定向排列于石英、斜长石等粒状矿物之间。石墨片径0.01～1.5mm，以0.1～0.2mm的较多。石墨大理岩、石墨透辉岩、石墨变粒岩都具有粒状变晶结构和块状构造。矿石中石墨往往呈鳞片状或不规则片状，杂乱浸染于脉石矿物颗粒间或解理内，构成填隙结构。石墨片径在变粒岩型矿石中一般为0.1～0.3mm，在大理岩型矿石中一般为0.1～0.5mm，在透辉岩型矿石中一般为0.5～1mm，大的可达5～10mm。石墨混合岩一般是作为混合岩化产物叠加于片麻岩、片岩或变粒岩类矿石之上，常呈条带状或脉状。由于大量石英物质的加入，混合岩化重熔再结晶，组分迁移以及再分配的结果，矿石的矿物成分与结构构造很不均匀，出现条带状构造、眼球状构造及阴影构造，化学成分变化大。矿石固定碳含量一般为2.5%～4.5%，石墨鳞片分布不均匀，有时局部富集，片径增大，一般为0.2～0.5mm。花岗岩类矿石是由岩浆热液不同阶段结晶矿物和石墨组成的各种含石墨花岗岩，与石墨共生的矿物比较复杂，常含多种金属和稀有金属矿物。石墨呈浸染状分布于花岗岩中，在一些富气液的岩浆矿床中，石墨可呈球状、豆状聚积，构成球状石墨花岗岩，石墨片径一般为0.1～0.2mm。赋存于板岩和千枚岩中的隐晶质石墨矿石，石墨呈隐晶质鳞片集合体为主，粒径一般在0.2mm左右，主要为无定形花瓣状、叠层状，一般含有部分微晶鳞片石墨，片径大的可达1～2μm，与石墨共生的有伊利石或高岭石等粘土矿物，以及石英、水云母、绢云母、红柱石、黄铁矿等。隐晶质石墨矿石常残留原岩的层理构造，变质不彻底的部分还可含部分未变质的无烟煤，保留煤岩结构。有的隐晶质石墨矿床的矿石分为软质石墨与硬质石墨两种，软质石墨矿石变质彻底，质量好，硬质石墨一般为石墨与无烟煤的过渡带，质量次

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