石墨矿情况介绍

1石墨矿情况介绍一、石墨简介（一）石墨概念石墨（graphite）是有机成因的碳质物变质而成，最常见于大理岩、片岩或片麻岩中。煤层可经热变质作用部分形成石墨，而少量石墨则是火成岩的原生矿物。石墨由于其特殊结构，具有耐高温性、抗热震性、导电性、润滑性、化学稳定性以及可塑性等众多特性，一直是军工与现代工业及高、新、尖技术发展中不可或缺的重要战略资源，石墨应用范围广泛，国际曾有专家预言“20世纪是硅的世纪，21世纪将是碳的世纪”。石墨鉴定特征：1、铁黑色，硬度低，一组极完全解理，有滑感和染手。2、石墨是在高温下形成。3、石墨最常见于大理岩、片岩或片麻岩中，是有机成因的碳质物变质而成。煤层可经热变质作用部分形成石墨。少量石墨是火成岩的原生矿物。石墨也常见于陨石中，一般为团块状，以一定方位关系组成立方体外形的多晶集合体称方晶石墨。（二）石墨的分类1、天然石墨按石墨结晶形态和工艺特性，将天然石墨分为三类：（1）致密结晶状石墨致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显，晶2体肉眼可见。颗粒直径大于0．1毫米，比表面积范围集中在0.1-1m2/g，晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这类石墨矿品位很高，一般含碳量为60～65%，有时达80～98%，但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。（2）鳞片石墨鳞片石墨晶体呈鳞片状；这是在高温高压下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿品位不高，一般在2～3%，或10～25%之间。它是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越，因此其工业价值最大。（3）隐晶质石墨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1微米，比表面积范围集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类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。一般应用于铸造行业比较多。主要蕴藏在湖南郴州鲁塘。随着石墨提纯技术的提高，土状石墨的应用将越来越广泛。2、人造石墨人造石墨（特种石墨），按成型方式可分为：（1）等静压石墨（三高石墨），但并非三高就是等静3压；（2）模压石墨；（3）挤压石墨，多为电极材料。按石墨颗粒度分为：（1）细结构石墨；（2）中粗石墨（一般的颗粒度在0.8mm左右）；（3）电极石墨（2-4mm）。（二）石墨工艺性质与用途1、石墨的特殊性质（1）耐高温性：石墨熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。（2）导电、导热性：石墨导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。（3）润滑性：石墨润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。（4）化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。4（5）可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。（6）抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。（7）高传导透明性：碳原子构成的单层片状结构二维晶体--石墨烯，导电导热透明，无与伦比。2、石墨的用途（1）耐火材料：石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，冶金工业上主要用来制造石墨坩埚，炼钢上常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬。（2）导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。（3）耐磨润滑材料：润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可在200-2000℃温度及很高滑动速度下，代替润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和轴承，它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。（4）良好的化学稳定性：经特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低等特点，大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤5器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料。（5）铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：因石墨的热膨胀系数小，且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚，区域精炼容器，支架夹具，感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座，高温电阻炉炉管，棒、板、格棚等元件。（6）原子能工业和国防工业：石墨具良好的中子减速剂用于原子反应堆中，铀一石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个PPM。特别是其中硼含量应少于0.5PPM。国防工业中还用石墨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。（7）防锅炉结垢：在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用4-5克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。6（8）铅笔芯、颜料、抛光剂：石墨经过特殊加工以后，可制作各种特殊材料用于有关工业部门。（9）电极：石墨电极较之铜电极优点多多：1）加工速度更快，比铜的加工速度快2-5倍，放电加工速度比铜快2-3倍；2）材料更不容易变形，在薄筋电极的加工上优势明显，铜的软化点在1000度左右，易受热变形，而石墨升华温度为3650度，热膨胀系数仅为铜的1/30；3）重量更轻，石墨密度只有铜的1/5；4）放电消耗更小，因火花油中含有C原子，在放电加工时，高温导致火花油中的C原子被分解出来，转而在石墨电极的表面形成保护膜，补偿了石墨电极的损耗；4）没有毛刺，铜电极加工完成后，需手工修整以去除毛刺，而石墨加工后没有毛刺，节约了大量成本，同时更容易实现自动化生产；5）石墨更易研磨和抛光；由于石墨的切削阻力只有铜的1/5，更容易进行手工的研磨和抛光；6）材料成本更低，价格更稳定，相同体积下，东洋炭素的普遍性石墨产品的价格比铜的价格低30%～60%，且价格更稳定，短期价格波动非常小。石墨逐渐取代铜成为EDM电极的首选材料。（10）最薄最坚硬的纳米材料-石墨烯：有望在新材料与现代电子科技领域引发一轮革命。随着科学技术的不断发展，人们对石墨也开发了许多新用途。（1）柔性石墨制品。柔性石墨又称膨胀石墨，是一7种新的石墨制品。1971年美国研究成功柔性石墨密封材料，解决了原子能阀门泄漏问题，随后德、日、法也开始研制生产。这种产品除具有天然石墨所具有的特性外，还具有特殊的柔性和弹性。因此，是一种理想的密封材料。广泛用于石油化工、原子能等工业领域。国际市场需求量逐年增长。（2）轻工业应用。石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料。它是一种很好的节能环保材料，美国已用它做为汽车电池。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。8二、石墨矿床地质（一）石墨矿石特征与分类1、石墨矿石特征自然界中没有纯净的石墨，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外，还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此对石墨的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。在自然界中，石墨是在高温下形成的变质矿床，是富含有机质或碳质沉积岩经变质作用形成的，常见于大理岩、片岩、变粒岩和片麻岩中。煤层经热变质，也可形成石墨。中国山东省莱西市（石墨探明储量687.11万吨，现保有储量639.93万吨）、吉林省磐石市（石墨储量500万吨）、黑龙江鸡西市柳毛、湖南郴州宜章鲁塘等产石墨矿。世界著名产地有纽约Ticonderoga和马达加斯加和Ceylon等。2、石墨矿石分类按结晶形态，将石墨矿石分为晶质(鳞片状)石墨矿石和隐晶质(土状)石墨矿石两大类。（1）晶质石墨矿石又可分为鳞片状和致密状两种。致密状晶质石墨只见于新疆托克布拉等个别矿床中，工业价值不大。鳞片状石墨矿石结晶较好，形似鱼鳞状，晶体粒径大于91μm，一般为0.05～1.5mm，大的可达5～10mm，多呈集合体。矿石品位较低，一般为3-13.5%。伴生的矿物有云母、长石、石英、透闪石、透辉石、石榴石和少量硫铁矿、方解石等，有时还伴有金红石，钒云母等有用组分。矿体呈层状、似层状或透镜状，矿石硬度中等或中硬偏软。鳞片状石墨矿石按其所赋存岩石的岩性不同，分片麻岩型、片岩型、透辉岩型、变粒岩型、混合岩型、大理岩型及花岗岩型等七种，前六种矿石类型产于区域变质成因矿床中，后一种矿石类型则产于岩浆热液成因矿床中。根据固定碳含量，可将鳞片状石墨分为高纯石墨、高碳石墨、中碳石墨及低碳石墨4类。高纯石墨(固定碳含量大于或等于99.9%)主要用于柔性石墨密封材料，代替白金坩埚用于化学试剂熔融及润滑剂基料等；高碳石墨(固定碳含量94.0%～99.9%)主要用于耐火材料、润滑剂基料、电刷原料、电碳制品、电池原料、铅笔原料、填充料及涂料等；中碳石墨(固定碳含量80%～94%)主要用于坩埚、耐火材料、铸造材料、铸造涂料、铅笔原料、电池原料及染料等；低碳石墨(固定碳含量大于或等于50.0%～80.0%)主要用于铸造涂料。（2）隐晶质石墨矿石（曾称土状石墨或无定形石墨、微晶石墨），系微小的天然石墨晶体构成的致密状集合体（微晶集合体），晶体粒径小于1μm，只有在电子显微镜下才能观察到其晶形。矿石呈灰黑色、钢灰色，一般光泽暗淡，具10有致密块状、土状及层状、页片状构造。隐晶质石墨矿多产于接触变质煤系变质页岩中，矿体呈层状、似层状、带状及透镜状，矿石呈土状，松软、易碎、滑腻。隐晶石墨的工艺性能不如鳞片状石墨，工业应用范围也较小，矿石品位一般都较高，但矿石可选性差。矿物成分以石墨为主，伴生有红柱石、水云母、绢云母及少量黄铁矿、电气石、褐铁矿、方解石等。品位一般为60～80%、灰分为15～22%、挥发分为1～2%、水分为2～7%。根据含铁量，可将隐晶质（微晶)石墨分为有铁和无铁两类。依照产品固定碳含量、最大粒径分为60个牌号，各种牌号石墨产品其外观要求产品中不得有肉眼可见的木屑、铁屑、石粒等杂物，产品不被其他杂质污染。微晶石墨中酸溶铁含量不大于1%者，主要用于铅笔、电池、焊条、石墨乳剂、石墨轴承的配料及电池碳棒的原料等；无铁要求的微晶石墨主要用于铸造材料、耐火材料、染料及电极糊等原料。根据硬度不同，可将隐晶质石墨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。（二）石墨矿床工业指标11目前，标矿晶质石墨大约4000元/吨；隐晶质石墨大约2000元/吨。（三）勘探类型的确定石墨矿床划分为4个勘探类型：1、第Ⅰ勘探类型矿体形态简单，呈层状，似层状或较大透镜体，主矿体连续沿走向长几百米至千米以上，厚一般十几米至几十米或更大，稳定，变化系数小于40%；石墨分布均匀；断裂及岩体(脉)对矿体无破坏或破坏甚微；规模中到大型。如山东平度刘戈庄石墨矿床。2、第Ⅱ勘探类型矿体形态较简单，呈层状、似层状、透镜状，主要矿体比较连续，沿走向长一般几百米至千米以上，矿体内夹石较少，矿体边部分叉现象较普遍，厚一般几米至几十米，较稳定，变化系数40%～70%；石墨分布均匀；断裂及岩体(脉)对矿