石墨的基本知识与应用

石墨的基本知识与应用
来源：石墨棒、润滑石墨棒、导电石墨棒、捷诚石墨制品公司 点击量：33 日期：2011-03-08
 
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，是最耐温的矿物之一。 
   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、塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值最大。 
    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。
    名字来源：源于希腊文“graphein”，意为“用来写”。由德国化学家和矿物学家A. G. Werner 于1789命名；
    化学组成：成分纯净者极少，往往含各种杂质；
    类别：自然元素-非金属元素-碳族；
    晶系和空间群：六方晶系，P63/mmm；
    晶胞参数:a0=0.246nm，c0=0.670nm；
    形态：单晶体常呈片状或板状，但完整的很少见。集合体通常为鳞片状，块状和土状；
    颜色：铁黑色；
    条痕：光亮黑色；
    透明度：不透明；
    光泽：呈半金属光泽；
    硬度：1-2；
    解理和断口：平行解理极完全；
    比重：2.21-2.26g/cm3；
    其他性质：薄片具挠性，有滑感，易污手，具有良好的导电性；
    鉴定特征铁黑色，硬度低，一组极完全解理，有滑感和染手；成因和产状：石墨是在高温下形成。分布最广是石墨的变质矿床，系由富含有机质或碳质的沉积岩经区域变质作用而成；主要用途：石墨在工业上用途很广，用于制作冶炼上的高温坩埚、机械工业的润滑剂、制作电极和铅笔芯。



由于石墨具有许多优良的性能，因而在冶金、机械、电气、化工、纺织、国防等工业部门获得广泛应用。 
1 ．作耐火材料 
石墨的一个主要用途是生产耐火材料，包括耐火砖，坩埚，连续铸造粉，铸模芯，铸模洗涤剂和耐高温材料。近20 年来，耐火材料工业中两个重要的变化是镁碳砖在炼钢炉内衬中被广泛应用，以及铝碳砖在连续铸造中的应用。使石墨耐火材料与炼钢业紧密相连，全世界炼钢业约消耗70 ％的耐火材料。 
( l ）镁碳砖镁碳耐火材料是60 年代中期，由美国研制成功，70 年代，日本炼钢业开始把镁碳砖用于水冷却电弧炉炼钢中。目前在世界范围内镁碳砖已大量用于炼钢，并已成为石墨的一种传统用途。80 年代初，镁碳砖开始用于氧气顶吹转炉的炉衬。目前英国用作氧气顶吹炼钢炉衬的材料大部分是镁碳砖，炉衬寿命为1000 次一1500 次，而日本，炉衬的寿命为2000 次一2500 次。 
( 2 ）铝碳砖铝碳耐火材料主要用于连续铸造、扁钢坯自位输管道的保护罩，水下喷管以及油井爆破筒等。在日本用连续铸造生产的钢占总生产量的90 ％以上，英国为60 ％。 
( 3 ）坩锅及有关制品用石墨制造的成型和耐火的坩锅及其有关制品，例如坩锅、曲颈瓶、塞头和喷嘴等，具有高耐火性，低的热膨胀性，熔炼金属过程中，受到金属浸润和冲刷时亦稳定，高温下良好的热震稳定性和优良的热传导性，所以石墨增祸及其有关制品被广泛用于直接熔融金属的工艺中。 
传统的石墨粘土坩锅用含碳量大于85 ％的鳞片石墨制造，通常石墨鳞片应大于100 目（BSS 筛），而目前国外在柑祸生产技术中的重要改进是，所用石墨的类型、鳞片大小和质量有了更大的灵活性；其次是用碳化硅石墨柑祸替代了传统的粘土石墨坩锅，这是随着炼钢工业中恒压技术的引进而产生的。采用恒压技术还可以使小鳞片石墨得到应用，在粘土石墨增祸中，含碳量达90 ％的大鳞片石墨约占45 % ，而在碳化硅石墨坩锅中，大鳞片成分的含量仅占30 % ，石墨的含碳量降为80 ％。 
2 ．炼钢 
石墨和其他杂质材料用于炼钢工业时可作为增碳剂。渗碳使用的碳质材料的范围, 很广，包括人造石墨、石油焦、冶金焦炭和天然石墨。在世界范围内炼钢增碳剂用石墨仍是土状石墨的主要用途之一。 
3 ．作导电材料 
石墨在电气工业中广泛用来作电极、电刷、碳棒、碳管、水银整流器的正极、石墨垫圈、电话零件、电视机显像管的涂层等等。其中以石墨电极应用最广，在冶炼各种合金钢、铁合金时，使用石墨电极，这时强大的电流通过电极导入电炉的熔炼区，产生电弧，使电能转化为热能，温度升高到2000 ℃ 左右，从而达到熔炼或反应的目的。此外，在电解金属镁、铝、钠时，电解槽的阳极也用石墨电极。生产金刚砂的电阻炉也用石墨电极作炉头导电材料。 
电气工业中所使用的石墨，对粒度和品位要求很高。如碱性蓄电池和一些特殊的电碳制品，要求石墨粒度控制在150 目～325 目（o . lmm 一o . o42mm ）范围内，品位90 % - 99 ％以上，有害杂质（主要是金属铁）要求在10 ％以下。电视机显像管所用的石墨，粒度要求在0 . 5 拜m 以下。 
4 ．作耐磨和润滑材料 
石墨在机械工业中常作润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可以在一200 ℃ 一2000 ℃ 温度并在很高的滑动速度下（loom / S ）不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石墨材料制成活塞环、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。