石墨的基本知識與應用
來源：石墨棒、潤滑石墨棒、導電石墨棒、捷誠石墨制品公司 點擊量：33 日期：2011-03-08
 
墨質軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質的增加其硬度可增至3～5。比重為1．9～2．3。在隔絕氧氣條件下，其熔點在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。 
   自然界中純凈的石墨是沒有的，其中往往含有Si02、A1203、Fe0、CaO、P2O5、Cu0等雜質。這些雜質常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發(fā)分和灰分的含量。 
    石墨的工藝特性主要決定于它的結晶形態(tài)。結晶形態(tài)不同的石墨礦物，具有不同的工業(yè)價值和用途。工業(yè)上，根據結晶形態(tài)不同，將天然石墨分為三類。 
    1．致密結晶狀石墨 
    致密結晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類石墨結晶明顯晶體肉眼可見。顆粒直徑大于0．1毫米。晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構造。這 種：石墨的特點是品位很高，一般含碳量為60～ 65％，有時達80～98％，但其可塑性和滑膩性不 如鱗片石墨好。 
    2．鱗片石墨 
    石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強度的壓力下變質 而成的，有大鱗片和細鱗片之分。此類石墨礦石的特 點是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經過多磨多 選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤滑性、塑性均比其他類型石墨優(yōu)越；因此它的工業(yè)價值最大。 
    3．隱晶質石墨 
    隱品質石墨又稱非晶質石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性也差。品位較高。一般的60～80％。少數高達90％以上。礦石可選性較差。 
    石墨由于其特殊結構，而具有如下特殊性質： 
    1） 耐高溫型：石墨的熔點為3850±50℃，沸點為4250℃，即使經超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000℃時，石墨強度提高一倍。 
    2） 導電、導熱性：石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。 
    3） 潤滑性：石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數越小，潤滑性能越好。 
    4） 化學穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。 
    5） 可塑性：石墨的韌性好，可年成很薄的薄片。 
    6） 抗熱震性：石墨在常溫下使用時能經受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時，石墨的體積變化不大，不會產生裂紋。
    名字來源：源于希臘文“graphein”，意為“用來寫”。由德國化學家和礦物學家A. G. Werner 于1789命名；
    化學組成：成分純凈者極少，往往含各種雜質；
    類別：自然元素-非金屬元素-碳族；
    晶系和空間群：六方晶系，P63/mmm；
    晶胞參數:a0=0.246nm，c0=0.670nm；
    形態(tài)：單晶體常呈片狀或板狀，但完整的很少見。集合體通常為鱗片狀，塊狀和土狀；
    顏色：鐵黑色；
    條痕：光亮黑色；
    透明度：不透明；
    光澤：呈半金屬光澤；
    硬度：1-2；
    解理和斷口：平行解理極完全；
    比重：2.21-2.26g/cm3；
    其他性質：薄片具撓性，有滑感，易污手，具有良好的導電性；
    鑒定特征鐵黑色，硬度低，一組極完全解理，有滑感和染手；成因和產狀：石墨是在高溫下形成。分布最廣是石墨的變質礦床，系由富含有機質或碳質的沉積巖經區(qū)域變質作用而成；主要用途：石墨在工業(yè)上用途很廣，用于制作冶煉上的高溫坩堝、機械工業(yè)的潤滑劑、制作電極和鉛筆芯。



由于石墨具有許多優(yōu)良的性能，因而在冶金、機械、電氣、化工、紡織、國防等工業(yè)部門獲得廣泛應用。 
1 ．作耐火材料 
石墨的一個主要用途是生產耐火材料，包括耐火磚，坩堝，連續(xù)鑄造粉，鑄模芯，鑄模洗滌劑和耐高溫材料。近20 年來，耐火材料工業(yè)中兩個重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內襯中被廣泛應用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應用。使石墨耐火材料與煉鋼業(yè)緊密相連，全世界煉鋼業(yè)約消耗70 ％的耐火材料。 
( l ）鎂碳磚鎂碳耐火材料是60 年代中期，由美國研制成功，70 年代，日本煉鋼業(yè)開始把鎂碳磚用于水冷卻電弧爐煉鋼中。目前在世界范圍內鎂碳磚已大量用于煉鋼，并已成為石墨的一種傳統(tǒng)用途。80 年代初，鎂碳磚開始用于氧氣頂吹轉爐的爐襯。目前英國用作氧氣頂吹煉鋼爐襯的材料大部分是鎂碳磚，爐襯壽命為1000 次一1500 次，而日本，爐襯的壽命為2000 次一2500 次。 
( 2 ）鋁碳磚鋁碳耐火材料主要用于連續(xù)鑄造、扁鋼坯自位輸管道的保護罩，水下噴管以及油井爆破筒等。在日本用連續(xù)鑄造生產的鋼占總生產量的90 ％以上，英國為60 ％。 
( 3 ）坩鍋及有關制品用石墨制造的成型和耐火的坩鍋及其有關制品，例如坩鍋、曲頸瓶、塞頭和噴嘴等，具有高耐火性，低的熱膨脹性，熔煉金屬過程中，受到金屬浸潤和沖刷時亦穩(wěn)定，高溫下良好的熱震穩(wěn)定性和優(yōu)良的熱傳導性，所以石墨增禍及其有關制品被廣泛用于直接熔融金屬的工藝中。 
傳統(tǒng)的石墨粘土坩鍋用含碳量大于85 ％的鱗片石墨制造，通常石墨鱗片應大于100 目（BSS 篩），而目前國外在柑禍生產技術中的重要改進是，所用石墨的類型、鱗片大小和質量有了更大的靈活性；其次是用碳化硅石墨柑禍替代了傳統(tǒng)的粘土石墨坩鍋，這是隨著煉鋼工業(yè)中恒壓技術的引進而產生的。采用恒壓技術還可以使小鱗片石墨得到應用，在粘土石墨增禍中，含碳量達90 ％的大鱗片石墨約占45 % ，而在碳化硅石墨坩鍋中，大鱗片成分的含量僅占30 % ，石墨的含碳量降為80 ％。 
2 ．煉鋼 
石墨和其他雜質材料用于煉鋼工業(yè)時可作為增碳劑。滲碳使用的碳質材料的范圍, 很廣，包括人造石墨、石油焦、冶金焦炭和天然石墨。在世界范圍內煉鋼增碳劑用石墨仍是土狀石墨的主要用途之一。 
3 ．作導電材料 
石墨在電氣工業(yè)中廣泛用來作電極、電刷、碳棒、碳管、水銀整流器的正極、石墨墊圈、電話零件、電視機顯像管的涂層等等。其中以石墨電極應用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時，使用石墨電極，這時強大的電流通過電極導入電爐的熔煉區(qū)，產生電弧，使電能轉化為熱能，溫度升高到2000 ℃ 左右，從而達到熔煉或反應的目的。此外，在電解金屬鎂、鋁、鈉時，電解槽的陽極也用石墨電極。生產金剛砂的電阻爐也用石墨電極作爐頭導電材料。 
電氣工業(yè)中所使用的石墨，對粒度和品位要求很高。如堿性蓄電池和一些特殊的電碳制品，要求石墨粒度控制在150 目～325 目（o . lmm 一o . o42mm ）范圍內，品位90 % - 99 ％以上，有害雜質（主要是金屬鐵）要求在10 ％以下。電視機顯像管所用的石墨，粒度要求在0 . 5 拜m 以下。 
4 ．作耐磨和潤滑材料 
石墨在機械工業(yè)中常作潤滑劑。潤滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在一200 ℃ 一2000 ℃ 溫度并在很高的滑動速度下（loom / S ）不用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質的設備，廣泛采用石墨材料制成活塞環(huán)、密封圈和軸承，它們運轉時，勿需加入潤滑油，石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管）時的良好的潤滑劑。