由碳（C）組成的六方晶系或三方晶系的天然元素礦物。 因可用于書寫而得名。 與金剛石一樣，它是碳的均質(zhì)多晶型物。 該晶體具有層狀結(jié)構(gòu)，碳原子呈層狀排列成六方環(huán)。 由于層在垂直方向上的堆疊順序不同，因此存在兩種多型變體：2H和3R。 聚集體通常是鱗片狀或塊狀，在平行堿基上具有極其完全的解理。 顏色和條痕均為黑色，半金屬光澤。 莫氏硬度1，易沾手； 有滑滑的感覺。 床單是有彈性的。 比重為2.09~2.23。 良好的導(dǎo)電性。 主要由煤層或碳質(zhì)沉積巖區(qū)域變質(zhì)作用形成。 常見于大理石、片巖或片麻巖中。 用于制造鉛筆芯、高溫坩堝、潤滑劑、電極、模具表面涂層、原子反應(yīng)堆的中子慢化劑，以及作為人造金剛石的原料。中國、俄羅斯、朝鮮、墨西哥、馬達(dá)加斯加、斯里蘭卡等是主要產(chǎn)區(qū)
石墨是碳元素的結(jié)晶礦物之一。 具有潤滑性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性、導(dǎo)電性、特殊導(dǎo)熱性、可塑性、涂層性等優(yōu)良性能。 它有廣泛的應(yīng)用。 石墨在冶金工業(yè)中主要用作耐火材料； 鑄造行業(yè)用作模具、防銹涂料； 在電氣工業(yè)中用于生產(chǎn)碳電極、電極碳棒、電池等。 石墨乳可用于電視機(jī)，顯像管涂料制成的碳制品可用于發(fā)電機(jī)、電機(jī)、通訊設(shè)備等許多方面； 機(jī)械工業(yè)用作飛機(jī)、船舶、火車等高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的潤滑油； 化學(xué)工業(yè)用于制造各種防腐器具和設(shè)備； 在核工業(yè)中用作原子反應(yīng)堆中的中子慢化劑和防護(hù)材料； 在航空航天工業(yè)中，用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管喉襯、火箭和導(dǎo)彈的隔熱耐熱材料以及衛(wèi)星上的無線電鏈路信號(hào)和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)材料。 此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃、紙張的拋光劑和防銹劑，以及制造鉛筆、墨水、黑漆、墨汁和人造金剛石的原料。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷擴(kuò)大，已成為高新技術(shù)領(lǐng)域新型復(fù)合材料的重要原材料，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。
■礦石礦物原料特性
石墨的化學(xué)成分是碳（C）。 天然產(chǎn)生的石墨很少是純凈的，常含有10%～20%的雜質(zhì)，包括SiO2、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO和H、N、CO2、CH4、NH3等。 石墨礦物呈鐵黑色、鋼灰色，有亮黑色條紋； 金屬光澤，隱晶集合體光澤暗淡，不透明； 解理{0001}完全，硬度各向異性，垂直解理面為3～5個(gè)，平行解理面織構(gòu)為1～2個(gè)； 質(zhì)地柔軟，密度2.09～2.23g/cm3，有油膩感，易沾污手指。 礦物片在透射光下一般不透明，極薄的片可透光，呈淺綠灰色、單軸晶體，折射率為1.93～2.07。 反射光下呈淺棕灰色，具有明顯的反射多色性，Ro灰色帶棕色，Re為深藍(lán)灰色，反射率Ro23（紅色），Re5.5（紅色），顯著的反光色和雙反射，非均質(zhì)性強(qiáng)，偏光顏色為稻草黃色。 石墨屬于復(fù)合六方雙錐晶型，呈沿{0001}方向的六方板狀晶體。 常見的單一形狀包括平行雙面、六角雙錐體和六角棱柱。 然而，完整的晶體形式很少見。 一般呈鱗片狀或板狀，集合體呈致密塊狀、土狀或球狀。
石墨晶體具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，碳原子呈六邊形網(wǎng)絡(luò)層排列，表面網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的碳原子相對(duì)于上下相鄰層網(wǎng)格的中心。 若重復(fù)層數(shù)為2，則為石墨2H多型體，屬于六方晶系，通常簡稱為石墨； 如果重復(fù)層數(shù)為3，則為石墨3R多型體，屬于三方晶系，但在天然石墨結(jié)構(gòu)中找不到。 將其分開。 在石墨晶體結(jié)構(gòu)中，層內(nèi)碳原子的配位數(shù)為3，有共價(jià)金屬鍵，間距為0。各層之間通過間距為0的分子鍵連接。這種特殊的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合賦予石墨的一些特殊的工藝性能。
由于碳原子緊密排列在石墨晶格的原子層中，熱振動(dòng)困難，因此石墨能承受高溫，具有特殊的熱性能。 石墨的熔點(diǎn)為3850℃，沸點(diǎn)為4250℃，吸熱量為6.9036×107J/kg。 高溫電弧燃燒后，重量損失極小。 在2500℃時(shí)，其強(qiáng)度比常溫提高一倍，且熱膨脹系數(shù)小（1.2×10-6），溫度突變時(shí)體積變化不大。 由于石墨晶體中存在容易流動(dòng)的電子，其導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性不亞于金屬。 但隨著溫度升高，導(dǎo)熱系數(shù)降低，在極高溫度下趨于不導(dǎo)熱。 石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不被酸、堿和有機(jī)溶劑腐蝕。 石墨的潤滑性能與二硫化鉬、四氟化烯相似，在潤滑介質(zhì)中摩擦系數(shù)小于0.1。 特別是鱗片石墨具有更好的潤滑性。 此外，石墨還具有涂層性能和可塑性。 當(dāng)它涂覆在固體物體表面時(shí)，能形成牢固粘附的薄膜，保護(hù)固體，并可制成任何復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。
由于石墨的工藝性能和用途主要取決于其結(jié)晶程度，我國工業(yè)界將石墨礦石分為晶質(zhì)（片狀）石墨礦石和隱晶質(zhì)（土狀）石墨礦石兩種工業(yè)類型。 結(jié)晶（片狀）石墨礦石中，石墨晶體直徑大于1μm，呈鱗片狀； 礦石品位低，但選擇性好； 與石墨相關(guān)的礦物通常包括云母、長石、石英、透閃石和螢石。 輝石、石榴石及少量黃鐵礦、方解石等，有的還伴有金紅石、釩等有用成分； 礦石形態(tài)為鱗片狀、花崗巖鱗片狀或粒狀變形晶體結(jié)構(gòu)、片狀、片麻巖或塊狀結(jié)構(gòu)。 在隱晶質(zhì)（類土）石墨礦石中，石墨晶體直徑小于1μm，是微晶的集合體。 晶型只能在電子顯微鏡下觀察到； 礦石品位高，但選擇性差； 與石墨相關(guān)的礦物通常是石英。 、方解石等； 礦石具有細(xì)粒狀隱晶結(jié)構(gòu)、塊狀或土狀結(jié)構(gòu)。 我國石墨礦石絕大多數(shù)為晶質(zhì)（片狀）礦石，約占石墨礦石總儲(chǔ)量的98%，分布于區(qū)域變質(zhì)和巖漿熱液石墨礦床中； 隱晶質(zhì)（類土）石墨礦主要分布于接觸變質(zhì)礦床中。 事實(shí)上，石墨礦石中石墨片的直徑是不均勻的。 所謂的結(jié)晶石墨礦石也可能含有隱晶質(zhì)石墨。 當(dāng)含量較大時(shí)，通常稱為混合石墨礦。 隱晶質(zhì)石墨礦石也可能含有隱晶質(zhì)石墨。 少量片狀石墨，片徑略大于1μm。
石墨礦石的自然類型通常根據(jù)含礦巖石的巖性來劃分，各種礦床都有其專屬的石墨礦石自然類型。 區(qū)域變質(zhì)礦床中的晶（鱗）石墨礦石主要有片麻巖、片巖、大理巖（透輝石）巖、變質(zhì)巖、混合巖等天然類型礦石； 巖漿熱液礦床中礦石主要有花崗巖、閃長巖、霏細(xì)巖等天然類型。 隱晶質(zhì)（土狀）石墨礦石主要發(fā)育于接觸變質(zhì)礦床中的天然類型板巖和千枚巖礦石。
片麻巖型石墨礦石有石墨花崗片麻巖、石墨黑云斜長片麻巖、石墨透輝石片麻巖、石墨輝石片麻巖等。石墨呈鱗片狀或片狀，與黑云母等片狀礦物或黑云母等纖維狀礦物緊密共生。透閃石和硅線石。 一般沿片狀結(jié)構(gòu)排列，均勻分布在長石、石英等脈中。 石材礦物顆粒之間。 片狀石墨的直徑為0.04~4mm，常隨脈石顆粒的大小而變化。 脈石顆粒越粗，周圍石墨片的直徑也越大，一般為0.1~0.5mm。 片巖石墨礦石包括石墨片巖、石墨石英片巖、云母石墨片巖、石英石墨片巖等。石墨是與云母、絹云母等片狀礦物緊密共生的片狀集合體，沿片狀礦物如云母、絹云母等片狀礦物之間的片理排列。石英和斜長石。 石墨片的直徑為0.01~1.5mm，以0.1~0.2mm居多。 石墨大理巖、石墨透輝石、石墨麻粒巖均具有粒狀變質(zhì)構(gòu)造和塊狀構(gòu)造。 礦石中的石墨常呈鱗片狀或不規(guī)則片狀，隨機(jī)分散在脈石礦物顆粒之間或解理內(nèi)，形成充隙結(jié)構(gòu)。 石墨片直徑一般在麻粒巖礦石中為0.1~0.3mm，在大理石礦石中為0.1~0.5mm，在透輝石礦石中為0.5~1mm，較大的可達(dá)5~10mm。 。 石墨混合巖一般疊置在片麻巖、片巖或麻粒巖礦石上，作為混合產(chǎn)物，常呈條狀或脈狀。 由于大量石英物質(zhì)的加入、混合作用、重熔、再結(jié)晶、成分遷移和重新分布等，使礦石的礦物成分和結(jié)構(gòu)非常不均勻，出現(xiàn)條紋狀構(gòu)造、眼球狀構(gòu)造和陰影狀構(gòu)造。 化學(xué)成分發(fā)生巨大變化。
礦石的固定碳含量一般為2.5%～4.5%。 石墨片分布不均勻，有時(shí)局部富集，片徑增大，一般為0.2～0.5mm。 花崗巖礦石是由巖漿和熱液不同階段的結(jié)晶礦物和石墨組成的各種含石墨花崗巖。 與石墨共生的礦物比較復(fù)雜，往往含有多種金屬和稀有金屬礦物。 石墨以浸染狀分布在花崗巖中。 在一些富含氣液的巖漿礦床中，石墨可堆積成球狀或豆?fàn)睿纬汕驙钍◢弾r。 鱗片石墨的直徑一般為0.1～0.2毫米。 存在于板巖和千枚巖中的隱晶質(zhì)石墨礦石。 石墨主要是隱晶質(zhì)鱗片的集合體。 粒徑一般在0.2mm左右。 主要呈不定形花瓣?duì)睢⑵瑺睿话愫幸恍┎糠帧?微晶鱗片石墨具有1～2μm的大片徑。 與石墨共生的粘土礦物有伊利石或高嶺石，還有石英、水云母、絹云母、紅柱石、黃鐵礦等。隱晶質(zhì)石墨礦石常保留原巖的層理結(jié)構(gòu)，不完全變質(zhì)部分還可能含有一些未變質(zhì)的礦物。無煙煤，保留煤巖結(jié)構(gòu)。 一些隱晶質(zhì)石墨礦床的礦石分為軟石墨和硬石墨兩種類型。 軟質(zhì)石墨礦已完全變質(zhì)，品質(zhì)良好。 硬質(zhì)石墨一般是石墨和無煙煤之間的過渡帶，質(zhì)量較差。 上述各類石墨礦石的化學(xué)成分含量見表4.13.1。
■表4.13.1 中國石墨礦石化學(xué)成分含量（%）
