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石墨的性质及用途

编辑:北京友谊丹诺科技有限公司时间:2020-05-18

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3.40人,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zui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zui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。