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石墨的化学成分

时间:2023-10-29 09:04:05 点击:723次

石墨

由碳(C)组成的六方晶系或三方晶系的天然元素矿物。 因可用于书写而得名。 与金刚石一样,它是碳的均质多晶型物。 该晶体具有层状结构,碳原子呈层状排列成六方环。 由于层在垂直方向上的堆叠顺序不同,因此存在两种多型变体:2H和3R。 聚集体通常是鳞片状或块状,在平行碱基上具有极其完全的解理。 颜色和条痕均为黑色,半金属光泽。 莫氏硬度1,易沾手; 有滑滑的感觉。 床单是有弹性的。 比重为2.09~2.23。 良好的导电性。 主要由煤层或碳质沉积岩区域变质作用形成。 常见于大理石、片岩或片麻岩中。 用于制造铅笔芯、高温坩埚、润滑剂、电极、模具表面涂层、原子反应堆的中子慢化剂,以及作为人造金刚石的原料。中国、俄罗斯、朝鲜、墨西哥、马达加斯加、斯里兰卡等是主要产区

石墨是碳元素的结晶矿物之一。 具有润滑性、化学稳定性、耐高温性、导电性、特殊导热性、可塑性、涂层性等优良性能。 它有广泛的应用。 石墨在冶金工业中主要用作耐火材料; 铸造行业用作模具、防锈涂料; 在电气工业中用于生产碳电极、电极碳棒、电池等。 石墨乳可用于电视机,显像管涂料制成的碳制品可用于发电机、电机、通讯设备等许多方面; 机械工业用作飞机、船舶、火车等高速运转机械的润滑油; 化学工业用于制造各种防腐器具和设备; 在核工业中用作原子反应堆中的中子慢化剂和防护材料; 在航空航天工业中,用作火箭发动机尾喷管喉衬、火箭和导弹的隔热耐热材料以及卫星上的无线电链路信号和导电结构材料。 此外,石墨还是轻工业中玻璃、纸张的抛光剂和防锈剂,以及制造铅笔、墨水、黑漆、墨汁和人造金刚石的原料。 随着现代科学技术和工业的发展,石墨的应用领域仍在不断扩大,已成为高新技术领域新型复合材料的重要原材料,在国民经济中发挥着重要作用。

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■矿石矿物原料特性

石墨的化学成分是碳(C)。 天然产生的石墨很少是纯净的,常含有10%~20%的杂质,包括SiO2、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO和H、N、CO2、CH4、NH3等。 石墨矿物呈铁黑色、钢灰色,有亮黑色条纹; 金属光泽,隐晶集合体光泽暗淡,不透明; 解理{0001}完全,硬度各向异性,垂直解理面为3~5个,平行解理面织构为1~2个; 质地柔软,密度2.09~2.23g/cm3,有油腻感,易沾污手指。 矿物片在透射光下一般不透明,极薄的片可透光,呈浅绿灰色、单轴晶体,折射率为1.93~2.07。 反射光下呈浅棕灰色,具有明显的反射多色性,Ro灰色带棕色,Re为深蓝灰色,反射率Ro23(红色),Re5.5(红色),显着的反光色和双反射,非均质性强,偏光颜色为稻草黄色。 石墨属于复合六方双锥晶型,呈沿{0001}方向的六方板状晶体。 常见的单一形状包括平行双面、六角双锥体和六角棱柱。 然而,完整的晶体形式很少见。 一般呈鳞片状或板状,集合体呈致密块状、土状或球状。

石墨晶体具有典型的层状结构,碳原子呈六边形网络层排列,表面网络节点上的碳原子相对于上下相邻层网格的中心。 若重复层数为2,则为石墨2H多型体,属于六方晶系,通常简称为石墨; 如果重复层数为3,则为石墨3R多型体,属于三方晶系,但在天然石墨结构中找不到。 将其分开。 在石墨晶体结构中,层内碳原子的配位数为3,有共价金属键,间距为0。各层之间通过间距为0的分子键连接。这种特殊的晶体结构和化学键合赋予石墨的一些特殊的工艺性能。

由于碳原子紧密排列在石墨晶格的原子层中,热振动困难,因此石墨能承受高温,具有特殊的热性能。 石墨的熔点为3850℃,沸点为4250℃,吸热量为6.9036×107J/kg。 高温电弧燃烧后,重量损失极小。 在2500℃时,其强度比常温提高一倍,且热膨胀系数小(1.2×10-6),温度突变时体积变化不大。 由于石墨晶体中存在容易流动的电子,其导电性和导热性不亚于金属。 但随着温度升高,导热系数降低,在极高温度下趋于不导热。 石墨具有良好的化学稳定性,不被酸、碱和有机溶剂腐蚀。 石墨的润滑性能与二硫化钼、四氟化烯相似,在润滑介质中摩擦系数小于0.1。 特别是鳞片石墨具有更好的润滑性。 此外,石墨还具有涂层性能和可塑性。 当它涂覆在固体物体表面时,能形成牢固粘附的薄膜,保护固体,并可制成任何复杂形状的产品。

由于石墨的工艺性能和用途主要取决于其结晶程度,我国工业界将石墨矿石分为晶质(片状)石墨矿石和隐晶质(土状)石墨矿石两种工业类型。 结晶(片状)石墨矿石中,石墨晶体直径大于1μm,呈鳞片状; 矿石品位低,但选择性好; 与石墨相关的矿物通常包括云母、长石、石英、透闪石和萤石。 辉石、石榴石及少量黄铁矿、方解石等,有的还伴有金红石、钒等有用成分; 矿石形态为鳞片状、花岗岩鳞片状或粒状变形晶体结构、片状、片麻岩或块状结构。 在隐晶质(类土)石墨矿石中,石墨晶体直径小于1μm,是微晶的集合体。 晶型只能在电子显微镜下观察到; 矿石品位高,但选择性差; 与石墨相关的矿物通常是石英。 、方解石等; 矿石具有细粒状隐晶结构、块状或土状结构。 我国石墨矿石绝大多数为晶质(片状)矿石,约占石墨矿石总储量的98%,分布于区域变质和岩浆热液石墨矿床中; 隐晶质(类土)石墨矿主要分布于接触变质矿床中。 事实上,石墨矿石中石墨片的直径是不均匀的。 所谓的结晶石墨矿石也可能含有隐晶质石墨。 当含量较大时,通常称为混合石墨矿。 隐晶质石墨矿石也可能含有隐晶质石墨。 少量片状石墨,片径略大于1μm。

石墨矿石的自然类型通常根据含矿岩石的岩性来划分,各种矿床都有其专属的石墨矿石自然类型。 区域变质矿床中的晶(鳞)石墨矿石主要有片麻岩、片岩、大理岩(透辉石)岩、变质岩、混合岩等天然类型矿石; 岩浆热液矿床中矿石主要有花岗岩、闪长岩、霏细岩等天然类型。 隐晶质(土状)石墨矿石主要发育于接触变质矿床中的天然类型板岩和千枚岩矿石。

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片麻岩型石墨矿石有石墨花岗片麻岩、石墨黑云斜长片麻岩、石墨透辉石片麻岩、石墨辉石片麻岩等。石墨呈鳞片状或片状,与黑云母等片状矿物或黑云母等纤维状矿物紧密共生。透闪石和硅线石。 一般沿片状结构排列,均匀分布在长石、石英等脉中。 石材矿物颗粒之间。 片状石墨的直径为0.04~4mm,常随脉石颗粒的大小而变化。 脉石颗粒越粗,周围石墨片的直径也越大,一般为0.1~0.5mm。 片岩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。石墨是与云母、绢云母等片状矿物紧密共生的片状集合体,沿片状矿物如云母、绢云母等片状矿物之间的片理排列。石英和斜长石。 石墨片的直径为0.01~1.5mm,以0.1~0.2mm居多。 石墨大理岩、石墨透辉石、石墨麻粒岩均具有粒状变质构造和块状构造。 矿石中的石墨常呈鳞片状或不规则片状,随机分散在脉石矿物颗粒之间或解理内,形成充隙结构。 石墨片直径一般在麻粒岩矿石中为0.1~0.3mm,在大理石矿石中为0.1~0.5mm,在透辉石矿石中为0.5~1mm,较大的可达5~10mm。 。 石墨混合岩一般叠置在片麻岩、片岩或麻粒岩矿石上,作为混合产物,常呈条状或脉状。 由于大量石英物质的加入、混合作用、重熔、再结晶、成分迁移和重新分布等,使矿石的矿物成分和结构非常不均匀,出现条纹状构造、眼球状构造和阴影状构造。 化学成分发生巨大变化。

矿石的固定碳含量一般为2.5%~4.5%。 石墨片分布不均匀,有时局部富集,片径增大,一般为0.2~0.5mm。 花岗岩矿石是由岩浆和热液不同阶段的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,往往含有多种金属和稀有金属矿物。 石墨以浸染状分布在花岗岩中。 在一些富含气液的岩浆矿床中,石墨可堆积成球状或豆状,形成球状石墨花岗岩。 鳞片石墨的直径一般为0.1~0.2毫米。 存在于板岩和千枚岩中的隐晶质石墨矿石。 石墨主要是隐晶质鳞片的集合体。 粒径一般在0.2mm左右。 主要呈不定形花瓣状、片状,一般含有一些部分。 微晶鳞片石墨具有1~2μm的大片径。 与石墨共生的粘土矿物有伊利石或高岭石,还有石英、水云母、绢云母、红柱石、黄铁矿等。隐晶质石墨矿石常保留原岩的层理结构,不完全变质部分还可能含有一些未变质的矿物。无烟煤,保留煤岩结构。 一些隐晶质石墨矿床的矿石分为软石墨和硬石墨两种类型。 软质石墨矿已完全变质,品质良好。 硬质石墨一般是石墨和无烟煤之间的过渡带,质量较差。 上述各类石墨矿石的化学成分含量见表4.13.1。

■表4.13.1 中国石墨矿石化学成分含量(%)