石墨的性质及用途

        石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为3.40λ，同一网层中碳原子的间距为1.42A。属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。

　　石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。硬度为1～2，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5。比重为1．9～2．3。在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是zui耐温的矿物之一。 

　　自然界中纯净的石墨是没有的，其中往往含有Si0₂、A1₂0₃、Fe0、CaO、P₂O₅、Cu0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。 

　　石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物，具有不同的工业价值和用途。工业上，根据结晶形态不同，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体肉眼可见。颗粒直径大于0．1毫米。晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这种：石墨的特点是品位很高，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

　　石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特点是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之间。是自然界中可浮性的矿石之一，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；因此它的工业价值zui大。 

3．隐晶质石墨

　　隐品质石墨又称非晶质石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，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，润滑性也差。品位较高。一般的60～80％。少数高达90％以上。矿石可选性较差。 石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质：

　　1）耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，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：石墨的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。

　　3）润滑性：石墨的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。

　　5）可塑性：石墨的韧性好，可年成很薄的薄片。

　　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。

　　天然石墨以块状石墨和鳞片石墨，用途最广。我国还没有发现大规模的块状石墨矿床，鳞片石墨和隐晶质石墨均有较大矿床，并形成了大规模开采的基地。

　　天然石墨具有许多优良的性质，因而广泛应用于国民经济各部门，尤其在冶金、机械、电器、化工工业中得到广泛的应用。

　　石墨具有突出的耐高温和耐低温的性质，膨胀系数很小，体积稳定，因此能抗急冷急热的变化，石墨的耐高温性质和一般金属不同当温度升高时，它不是趋于软化，而其强度反而增高。

　　石墨是热和电的良导体，其传热性能和导电性能和大多数金属差不多，但又有其特点，一般的金属当温度升高时，导热系数也随之升高，而石墨的导热系数相反，温度升高时，其导热系数反而下降。在极高的温度下，石墨趋于绝缘状态，因此在超高温条件下，石墨的隔热性能是很可靠的。

　　石墨的可塑性和润滑性早已在工业上获得应用，鳞片越大，摩擦系数越小，因此鳞片石墨最滑，润滑性，致密结晶状石墨次之，土状石墨润滑性较差。

　　石墨是化学工业的超级材料，它的化学稳定性非常突出，它耐酸、耐碱、耐腐蚀，在化工工业中具有特殊地位。 

　　石墨还是原子反应堆优良的减速剂，使石墨的用途进入了一个新的历史阶段，为了制造优良的减速剂，石墨的提纯工艺得到了进一步发展，因此石墨已成为原子能工业的重要材料。