石墨

石墨是一種古老而神奇的材料，被人類利用于各種創(chuàng)作和記錄活動(dòng)中。它無(wú)聲無(wú)息地見(jiàn)證了人類文明的演進(jìn)，并繼續(xù)為我們帶來(lái)無(wú)盡的創(chuàng)作靈感。石墨也是碳元素的結(jié)晶礦物之一，具有潤(rùn)滑性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫、導(dǎo)電、特殊的導(dǎo)熱性和可塑性、涂敷性等優(yōu)良性能，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

在古代，石墨被廣泛用于繪畫(huà)和書(shū)寫(xiě)。它是一種黑色的礦石，可以輕松地描繪出清晰的線條和陰影。許多古代藝術(shù)家利用石墨繪制出栩栩如生的畫(huà)作，展示了他們對(duì)世界的觀察和理解。石墨也被用于制作寫(xiě)字工具，使得文字的記錄和傳播更加容易和普遍。在古代文明的發(fā)展中，石墨在各個(gè)領(lǐng)域都起到了非常重要的作用。

??石墨也叫炭精是指碳的同素異形體，黑灰色的半結(jié)晶體，鱗片狀含油脂。這些特性將它的用途局限在把它作為一種藝術(shù)家的顏料使用，但是人們的確很樂(lè)意將之用作鉛筆（PENCILS），特殊工業(yè)涂料，或是作潤(rùn)滑劑。1664年石墨首次在英國(guó)的巴羅戴爾（Barrowdale）開(kāi)采，并將一小塊固定在細(xì)棒上來(lái)書(shū)寫(xiě)。然而直到18世紀(jì)，石墨的真實(shí)成分才被確定，并且被命名為石墨（graphite）。在這以前它被稱作炭精或黑鉛（plumbago或black lead）。后面這個(gè)誤稱仍保留在現(xiàn)代石墨鉛筆的名稱中，即石墨鉛筆（LEAD pencil）。石墨現(xiàn)在和黏土的混合物現(xiàn)用來(lái)制作鉛筆，鉛筆是1795年法國(guó)人尼古拉斯·雅克·孔泰（Nicolas Jacques Conté）和奧地利人約瑟夫·哈德馬斯（Joseph Hardmuth）在兩地各自同時(shí)發(fā)明的。石墨還能用電流通過(guò)粒狀的無(wú)煙煤來(lái)人工制造。石墨還可以用來(lái)制作攪拌棒和盛金屬熔液的坩堝，用于熔化的金屬液鑄造雕塑。由于石墨在高溫下極端穩(wěn)定，它不會(huì)污損金屬鑄件或是傳導(dǎo)金屬的熱量。

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?fàn)罹鄯e，構(gòu)成球狀石墨花崗巖，石墨片徑一般為0.1～0.2mm。賦存于板巖和千枚巖中的隱晶質(zhì)石墨礦石，石墨呈隱晶質(zhì)鱗片集合體為主，粒徑一般在0.2mm左右，主要為無(wú)定形花瓣?duì)?、疊層狀，一般含有部分微晶鱗片石墨，片徑大的可達(dá)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、水云母、絹云母、紅柱石、黃鐵礦等。隱晶質(zhì)石墨礦石常殘留原巖的層理構(gòu)造，變質(zhì)不徹底的部分還可含部分未變質(zhì)的無(wú)煙煤，保留煤巖結(jié)構(gòu)。有的隱晶質(zhì)石墨礦床的礦石分為軟質(zhì)石墨與硬質(zhì)石墨兩種，軟質(zhì)石墨礦石變質(zhì)徹底，質(zhì)量好，硬質(zhì)石墨一般為石墨與無(wú)煙煤的過(guò)渡帶，質(zhì)量次。??

中國(guó)發(fā)現(xiàn)和利用石墨的歷史悠久。古籍中已經(jīng)有很多關(guān)于石墨的記載。比如《水經(jīng)注》“洛水側(cè)有石墨山。山石皆黑，故書(shū)可疏，故石墨為名山?？脊虐l(fā)掘出的甲骨、玉片、陶片發(fā)現(xiàn)，早在3000年前，商朝就用石墨寫(xiě)字，一直延續(xù)到東漢末年(公元220年)松煙油墨取代石墨作為書(shū)籍油墨。清朝道光年間(從1821年到1850年)湖南郴州農(nóng)民開(kāi)采石墨作燃料，稱為“油碳”

20世紀(jì)初，用石墨制作電池和鉛筆的技術(shù)傳入中國(guó)，當(dāng)時(shí)被稱為“電煤”和“筆鉛”石墨開(kāi)始用于現(xiàn)代工業(yè)，促進(jìn)了我國(guó)石墨礦業(yè)的發(fā)展。興和、南江、磐石石墨礦先后于1916年至1928年開(kāi)采，1929年在湖南耒陽(yáng)開(kāi)采、郴州、宜章等地設(shè)置了7個(gè)石墨礦1932年，湖南貴陽(yáng)發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)石墨，十余家鉛公司參與開(kāi)采或采購(gòu)礦石。陜西省眉縣于1936年成立了Pen鉛礦公司，年產(chǎn)石墨礦約3000噸。

1931年9月以后，巖石、柳毛、1937年7月后的星河礦和南墅、丁 安等礦被侵華日軍掠奪開(kāi)采，估計(jì)被搶走石墨5萬(wàn)多噸。當(dāng)時(shí)抗戰(zhàn)后的四川南江平和地區(qū)有9個(gè)礦山和2個(gè)公司開(kāi)采石墨和研磨粉，年產(chǎn)量200噸，1947年停產(chǎn)?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)勝利后，人民 1948年，解放區(qū)人民政府接管了柳毛、磐石、南墅礦恢復(fù)生產(chǎn)；國(guó)民黨統(tǒng)治區(qū)曾經(jīng)有20多家筆芯公司，1949年只剩下郴州、梅縣兩個(gè)企業(yè)，合計(jì)年產(chǎn)石墨5915t。

隨著石墨礦的開(kāi)發(fā)，自20世紀(jì)20年代以來(lái)，一些學(xué)者開(kāi)展了中國(guó)石墨礦床的地質(zhì)工作例如，金亮 福建南平鉛礦調(diào)查與侯德峰南、曾世錄、南延宗、廖友仁、盧衍豪、高俊西、李均衡、王岳倫等人到了四川、河南、福建、陜西、甘肅等地部分礦山調(diào)查。然而，在1949年之前，礦山?jīng)]有進(jìn)行正式的地質(zhì)勘探工作。

人民政府成立后中華人民共和國(guó)中國(guó)在1949年，國(guó)家投入了大量的地質(zhì)勘探工作在石墨礦山。早在20世紀(jì)50年代初，華東工業(yè)部就派出地質(zhì)隊(duì)勘探南墅的石墨資源。后來(lái)建材和地礦的地質(zhì)隊(duì)在60年代勘探南墅、興和、魯塘、磐石和其他礦山在20世紀(jì)70年代對(duì)南江進(jìn)行了勘探、北墅、什報(bào)氣、上世紀(jì)80年代，三岔崖和其他礦山勘探了柳毛、金溪和其他礦山在1990年代勘探了穆棱、赤城等礦。40年來(lái)，我們不僅查明和擴(kuò)大了老礦山的儲(chǔ)量，而且發(fā)現(xiàn)了大量的新礦點(diǎn)，查明了大量的工業(yè)儲(chǔ)量和豐富的后備資源，全面掌握了我國(guó)石墨礦產(chǎn)資源的特點(diǎn)和分布規(guī)律豐富的地質(zhì)成果為中國(guó)石墨礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了可靠的依據(jù)。

建國(guó)后中華人民共和國(guó)中國(guó)，冶金、機(jī)械、隨著電氣等行業(yè)的發(fā)展，石墨生產(chǎn)蓬勃發(fā)展。1950年至1952年，國(guó)家投資興建南墅、柳毛、興和、魯塘、南江等礦1952年生產(chǎn)石墨1.22萬(wàn)t。從1953年到1957年，通過(guò)技術(shù)改造和工藝設(shè)備的充實(shí)，初步改變了石墨礦的落后面貌1957年，中國(guó)有8個(gè)礦山生產(chǎn)石墨4.33萬(wàn)t，產(chǎn)品已出口。1958年新辦小礦21個(gè)，全國(guó)產(chǎn)量15萬(wàn)t，但開(kāi)采不平衡，產(chǎn)品質(zhì)量下降。1962年調(diào)整后，產(chǎn)品質(zhì)量有所提高，但產(chǎn)量下降，到1966年產(chǎn)量為8.9 t，1970年才開(kāi)始改進(jìn)，已經(jīng)拉平、冷水江、穆棱、麻山、靈寶等礦相繼建成，1977年全國(guó)產(chǎn)量達(dá)到20座.6萬(wàn)t。從1978年開(kāi)始，石墨行業(yè)徘徊了四年，全國(guó)年產(chǎn)量一直保持在18萬(wàn)t左右。

中國(guó)實(shí)行改革、開(kāi)放政策后，石墨工業(yè)有了新的活力。萊西在20世紀(jì)80年代得到了恢復(fù)和發(fā)展、武川、伍園、西峽等礦，廣東佛岡煤礦雞西磷礦都有石墨生產(chǎn)礦。到了1985年，縣級(jí)以上的縣就多了、現(xiàn)有中型石墨企業(yè)25家，小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)200多家，年產(chǎn)量27.9萬(wàn)噸，出口量由1.37萬(wàn)噸增加到8.1萬(wàn)t，成為非金屬礦產(chǎn)中的大宗出口產(chǎn)品。1990年，中國(guó) 美國(guó)石墨產(chǎn)量達(dá)到頂峰，年產(chǎn)量為67.9萬(wàn)噸，出口量14.1萬(wàn)噸，1992年減少到50噸.8萬(wàn)噸，出口量15.5萬(wàn)t。1995年出現(xiàn)一個(gè)新的高峰，年產(chǎn)量為216.3萬(wàn)噸，其中鱗片石墨產(chǎn)量為54.9萬(wàn)噸，出口量15.4萬(wàn)t。目前有9個(gè)國(guó)有骨干礦，15個(gè)地方國(guó)有礦，187個(gè)集體和鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦山廠礦，180多個(gè)各種加工廠，形成了一個(gè)黑龍江的柳毛、山東南墅、內(nèi)蒙古興和的結(jié)晶石墨生產(chǎn)基地，湖南蘆塘的隱晶質(zhì)石墨，國(guó)有重點(diǎn)礦山產(chǎn)量占全國(guó)產(chǎn)量的38%，集體和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的產(chǎn)量分別占62%

經(jīng)過(guò)70多年的風(fēng)雨滄桑，中國(guó)石墨礦業(yè)總體上有了長(zhǎng)足的發(fā)展，雖然建國(guó)以來(lái)幾經(jīng)波折中華人民共和國(guó)中國(guó)到1995年，年產(chǎn)量不僅是1949年的365倍，而且形成了礦業(yè)、選礦、加工、品質(zhì)提純等一系列石墨產(chǎn)品的配套綜合產(chǎn)業(yè)。年產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的一半，位居第一。20多種產(chǎn)品，272種產(chǎn)品品牌，產(chǎn)品質(zhì)量、粒度分級(jí)和粉碎加工方法達(dá)到世界先進(jìn)水平。同時(shí)，由于深加工產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也有了很大改善，已能生產(chǎn)代表當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平的彩電顯像管用石墨乳和GRT節(jié)能減磨添加劑、可膨脹石墨、石墨板材、石墨密封件石墨耐火材料等六大類近千種深加工產(chǎn)品。長(zhǎng)期以來(lái)，石墨一直是中國(guó)占主導(dǎo)地位的非金屬礦產(chǎn)之一，并將繼續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。

2020年6月25日，大同發(fā)現(xiàn)超大型石墨礦床，資源量約1億噸據(jù)了解，大同市新榮區(qū)石墨礦帶位于新榮區(qū)東南130，白山村與紅茨堡之間，距離約8000米。石墨礦帶呈南西—它分布在東北部，長(zhǎng)約23000米，寬50至800米。 

成分結(jié)構(gòu)

石墨的化學(xué)成分是碳(C)天然石墨很少是純的，通常含有10%～20%雜質(zhì)，包括二氧化硅、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，帶亮黑色條紋；金屬光澤，隱晶質(zhì)骨料暗淡不透明；解理{0001}完整，硬度各向異性，垂直解理面3 ~ 5，平行解理面1 ~ 2；質(zhì)軟，密度為2.09～2.23g/Cm3，有滑膩感，容易污染手指。礦物薄片在透射光下通常是不透明的，極薄的薄片是淺綠灰色，單軸的，折射率為1.93～2.07，反射光下為淺棕灰色，反射多色明顯，Ro灰色帶棕色，Re深藍(lán)灰色，反射率Ro23(紅)，Re5.5(紅)，反射色、雙反射明顯，非均質(zhì)性強(qiáng)，偏振色為稻草黃色。石墨是一種復(fù)合的六方雙錐晶體，沿{0001}它是六角板晶體，常見(jiàn)的單形有平行雙面、六方雙錐、六角柱狀，但完整的晶形很少，一般呈鱗片狀或板狀，聚集體致密塊狀、土狀或球狀。

石墨晶體具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，碳原子呈六邊形網(wǎng)絡(luò)層排列，表面網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的碳原子相對(duì)于上下相鄰層網(wǎng)格的中心。重復(fù)層為2的石墨是2H多型體，屬于六方晶系，通常稱為石墨；如果重復(fù)層為3，則為石墨的3R多型，屬于三元系，但在天然石墨結(jié)構(gòu)中不能單獨(dú)分離。在石墨的晶體結(jié)構(gòu)中，層中碳原子的配位數(shù)為3，具有共價(jià)金屬鍵，間距為0.142nm，各層通過(guò)分子鍵連接，間距為0.340nm，這種特殊的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵使石墨具有一些特殊的工藝性能。

理化性質(zhì)

由于碳原子緊密排列在石墨晶格的原子層中，熱振動(dòng)困難，所以石墨可以耐高溫，具有特殊的熱性能。石墨的熔點(diǎn)為3850℃，沸點(diǎn)為4250℃，吸熱為6.9036×107J/Kg，高溫電弧燃燒后的失重很小，2500℃時(shí)強(qiáng)度比室溫下提高一倍，熱膨脹系數(shù)小(1.2×10-6)當(dāng)溫度突然變化時(shí)，它的體積變化很小。因?yàn)槭w中有容易流動(dòng)的電子，所以是導(dǎo)電的、導(dǎo)熱性不亞于金屬。但隨著溫度的升高，熱導(dǎo)率降低，在極高的溫度下趨于非熱狀態(tài)。石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不受酸的影響、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。石墨的潤(rùn)滑性能與二硫化鉬和四氟乙烯相似，在潤(rùn)滑介質(zhì)中摩擦系數(shù)小于0.1，尤其是鱗片石墨具有更好的潤(rùn)滑性。此外，石墨具有包覆性和可塑性當(dāng)它涂在固體物體表面時(shí)，能形成一層薄膜并牢固附著保護(hù)固體，可制成任何復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。

中國(guó)石墨產(chǎn)品分為鱗片石墨和微晶石墨兩大類：鱗片石墨指的是天然的結(jié)晶石墨，看起來(lái)像魚(yú)鱗，由晶體構(gòu)成(鱗片狀)石墨礦石經(jīng)加工、選礦、一些產(chǎn)品被提純；微晶石墨，曾被稱為土壤石墨或無(wú)定形石墨，是指由微小的天然石墨晶體組成的致密集合體，由隱晶質(zhì)物質(zhì)組成(土狀)石墨礦石經(jīng)加工、有的經(jīng)選礦、提純而得的產(chǎn)品。

鱗片石墨

按其固定碳含量分為高純石墨、高碳石墨、中碳石墨和低碳石墨，根據(jù)產(chǎn)品粒度而定、固定碳含量分為212個(gè)品牌，各品牌石墨產(chǎn)品的技術(shù)要求見(jiàn)表4.13.2。高純石墨(固定碳含量大于或等于99.9%主要用作柔性石墨密封材料，代替鉑坩堝用于化學(xué)試劑熔煉和潤(rùn)滑劑基料；高碳石墨(固定碳含量94.～99.9%主要用于耐火材料、潤(rùn)滑劑基料、電刷原料、電碳制品、電池原料、鉛筆原料、填充料及涂料等；中碳石墨(固定碳含量80%～94%主要用于坩堝、耐火材料、鑄造材料、鑄造涂料、鉛筆原料、電池材料和染料等。低碳石墨(固定碳含量大于或等于50.～80.主要用于鑄造涂料。微晶石墨可分為有鐵要求的和無(wú)鐵要求的兩類，含碳量根據(jù)產(chǎn)品而定、最大粒徑分為60個(gè)等級(jí)，各等級(jí)石墨制品的外觀要求制品中不能有肉眼可見(jiàn)的鋸末、鐵屑、石顆粒等雜質(zhì)，產(chǎn)品不受其他雜質(zhì)污染，其技術(shù)要求見(jiàn)表4.13.3。微晶石墨中酸溶性鐵含量不超過(guò)1%，主要用于鉛筆、電池、焊條、石墨乳劑、石墨軸承的配料，電池碳棒的原料等；不含鐵的微晶石墨主要用于鑄造材料、耐火材料、染料電極糊等原材料。

自然類型

通常，根據(jù)含礦巖石的巖性，各種礦床都有其天然類型的石墨礦。晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦主要是區(qū)域變質(zhì)礦床中的片麻巖、片巖類以及大理(透輝)巖類、變粒巖類、天然類型的礦石，如混合巖；花崗巖和閃長(zhǎng)巖主要發(fā)育在巖漿熱液礦床中、礦石的自然類型，如長(zhǎng)英質(zhì)巖石。隱晶質(zhì)(土狀)石墨礦主要發(fā)育接觸變質(zhì)礦床中的天然板巖和千枚巖。

片麻巖類

包括石墨花崗巖片麻巖、石墨黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、石墨平線閃長(zhǎng)巖片麻巖、石墨輝石片麻巖等。石墨呈片狀或片狀，混有黑云母或透閃石等片狀礦物、錫石等纖維狀礦物緊密共生，一般沿平行片麻巖定向排列，在長(zhǎng)石中均勻分布、在應(yīng)時(shí)煤矸石的礦物顆粒之間。石墨片徑0.04 ~ 4 mm，常隨脈石顆粒的大小而異粗脈石顆粒周圍的石墨薄片直徑較大，一般為0.1～0.5mm較多。片巖石墨礦包括石墨片巖、石墨石英片巖、云母石墨片巖、石英石墨片巖等。石墨是鱗片狀集合體，云母、絹云母和其他片狀礦物在應(yīng)時(shí)沿片理方向緊密共生排列、在顆粒礦物之間，比如斜長(zhǎng)石。石墨片徑0.01～1.5mm，以0.1～0.2mm的較多。

石墨大理巖、石墨透輝巖、石墨變質(zhì)巖都具有粒狀變質(zhì)結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)。礦石中的石墨常呈鱗片狀或不規(guī)則片狀，隨機(jī)嵌布在脈石礦物顆粒中或解理中，形成間隙結(jié)構(gòu)。變質(zhì)巖型礦石中的石墨薄片直徑一般為0.1～0.3mm，在大理巖型礦石中一般為0.1～0.5mm，在輝綠巖礦石中一般為0.5 ~ 1毫米，大的可達(dá)5 ~ 10毫米。石墨混合巖通常疊加在片麻巖上，是混合巖化的產(chǎn)物、在片巖或麻粒巖礦石中，它通常呈帶狀或脈狀。由于大量應(yīng)時(shí)物質(zhì)的加入，混合巖化作用的重熔重結(jié)晶，組分遷移和再分布，礦石的礦物組成和結(jié)構(gòu)很不均勻，出現(xiàn)條帶狀結(jié)構(gòu)、眼球結(jié)構(gòu)和陰影結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分變化很大。礦石的固定碳含量一般為2.5%～4.5%石墨鱗片分布不均勻，有時(shí)局部富集，鱗片直徑增大，一般為0.2～0.5mm?；◢弾r礦物是各種含石墨花崗巖，由巖漿熱液不同階段的結(jié)晶礦物和石墨組成與石墨伴生的礦物很復(fù)雜，往往含有多種金屬和稀有金屬礦物。

隨著科技的進(jìn)步，如今的石墨在藝術(shù)和文學(xué)創(chuàng)作中扮演著不可或缺的角色。在繪畫(huà)領(lǐng)域，許多藝術(shù)家仍然鐘愛(ài)使用石墨進(jìn)行素描。石墨的柔軟和可塑性使得藝術(shù)家能夠以各種方式表現(xiàn)出他們的創(chuàng)造力，創(chuàng)作出獨(dú)一無(wú)二的藝術(shù)品。石墨的特殊質(zhì)地和純黑色也給作品帶來(lái)一種古樸和神秘感。

而在文學(xué)創(chuàng)作方面，石墨也發(fā)揮著重要的作用。很多作家和詩(shī)人喜歡使用石墨來(lái)記錄他們的靈感和想法。在寫(xiě)作的過(guò)程中，石墨的自由流動(dòng)和柔軟性給他們提供了更多的自由度和表達(dá)方式。通過(guò)使用石墨，他們能夠?qū)?nèi)心的世界完整而深刻地展現(xiàn)在紙上，讓讀者感受到更加真實(shí)和生動(dòng)的情感。

除了在傳統(tǒng)藝術(shù)和文學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，石墨也被廣泛用于現(xiàn)代科技和工業(yè)創(chuàng)新中。石墨在電子設(shè)備的制造中具有重要地位，它能夠成為導(dǎo)電材料，使得電子設(shè)備的工作更加穩(wěn)定和高效。石墨的熱導(dǎo)性能也使得它成為熱管理領(lǐng)域的理想材料，能夠幫助設(shè)備散熱，保持溫度穩(wěn)定。

作用

石墨在冶金工業(yè)中主要用作耐火材料；鑄造工業(yè)中用作鑄模和防銹涂料；在電氣工業(yè)中用于生產(chǎn)碳電極、電極碳棒、電池，石墨乳液可用作電視顯像管的涂料，碳素制品可用于發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、通訊設(shè)備等諸多方面。在機(jī)械工業(yè)中用作飛機(jī)、輪船、火車等高速運(yùn)行機(jī)械的潤(rùn)滑劑；在化學(xué)工業(yè)中用于制造各種耐腐蝕的器皿和設(shè)備；在核工業(yè)中用作中子減速劑和原子反應(yīng)堆的保護(hù)材料；在航天工業(yè)中，它可用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管火箭的喉襯、導(dǎo)彈的隔熱、人造衛(wèi)星上的耐熱材料和無(wú)線電連接信號(hào)和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)材料。此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的拋光劑和防銹劑，制造鉛筆、墨汁、黑漆、墨水和人造金剛石的原料。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)域還在不斷擴(kuò)大，已經(jīng)成為高科技領(lǐng)域新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。