專業(yè)石墨詳情介紹

錦生炭素濟源市錦生炭素有限公司2012-8-21［在此處鍵入文檔的摘要。摘要通常是對文檔內(nèi)容的簡短總結(jié)。在此處鍵入文檔的摘要。摘要通常是對文檔內(nèi)容的簡短總結(jié)。］石墨科技名詞定義中文名稱：石墨英文名稱：graphite定義：碳的一種同素異構(gòu)體——六方晶系的晶體。它是鑄鐵內(nèi)常出現(xiàn)的以及石墨化鋼內(nèi)含有的一種組織組分。所屬學(xué)科：機械工程（一級學(xué)科）；機械工程（2）_熱處理（二級學(xué)科）；機械工程（2）—般熱處理名詞（三級學(xué)科）石墨是元素碳的一種同素異形體，每個碳原子的周邊連結(jié)著另外三個碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個六邊形）以共價鍵結(jié)合，構(gòu)成共價分子。由于每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬于導(dǎo)電體。石墨是其中一種最軟的礦物。它的用途包括制造鉛筆芯和潤滑劑。碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁語為Carbonium，意為“煤，木炭"。漢字“碳"字由木炭的“炭”字加石字旁構(gòu)成，從“炭”字音。英文名稱：graphite分子式：C分子量：12.01CAS登錄號：7782-42-5EINECS登錄號：231-955-3碳是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。碳單質(zhì)很早就被人認識和利用,碳的一系列化合物——有機物更是生命的根本。碳是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。碳能在化學(xué)上自我結(jié)合而形成大量化合物，在生物上和商業(yè)上是重要的分子。生物體內(nèi)大多數(shù)分子都含有碳元素。碳化合物碳化合物一般從化石燃料中獲得，然后再分離并進一步合成出各種生產(chǎn)生活所需的產(chǎn)品，如乙烯、塑料等。存在形式碳的存在形式是多種多樣的，有晶態(tài)單質(zhì)碳如金剛石、石墨；有無定形碳如煤；有復(fù)雜的有機化合物如動植物等：碳酸鹽如大理石等。單質(zhì)碳的物理和化學(xué)性質(zhì)取決于它的晶體結(jié)構(gòu)。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結(jié)構(gòu)不同，各有各的外觀、密度、熔點等。性質(zhì)常溫下單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑；不同高溫下與氧反應(yīng)燃燒，生成二氧化碳或一氧化碳；在鹵素中只有氟能與單質(zhì)碳直接反應(yīng)；在加熱下，單質(zhì)碳較易被酸氧化；在高溫下，碳還能與許多金屬反應(yīng)，生成金屬碳化物。碳具有還原性，在高溫下可以冶煉金屬。石墨是碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物，它的結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)。每一網(wǎng)層間的距離為3.40Å，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為1.42Å。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體產(chǎn)地分布成因和產(chǎn)狀：石墨是在高溫下形成。分布最廣是石墨的變質(zhì)礦床，系由富含有機質(zhì)或碳質(zhì)的沉積巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成；中國：山東省萊西市為我國石墨重要產(chǎn)地之一,石墨探明儲量687.11萬噸，現(xiàn)保有儲量639.93萬噸。世界：著名產(chǎn)地：紐約Ticonderoga，馬達加斯加和Ceylon，我國以黑龍江雞西市柳毛為最大的產(chǎn)地。形態(tài)特性石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬度為1?2,沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3?5。比重為1.9?2.3。比表面積范圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點在3000°C以上，是最耐溫的礦物之一。它能導(dǎo)電、導(dǎo)熱。自然界中純凈的石墨是沒有的，其中往往含有Si02、Al203、FeO、CaO、P205、CuO等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發(fā)分和灰分的含量。石墨同素異形體石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì),它們互為同素異形體。天然石墨分類石墨的工藝特性主要決定于它的結(jié)晶形態(tài)。結(jié)晶形態(tài)不同的石墨礦物，具有不同的工業(yè)價值和用途。工業(yè)上，根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同，將天然石墨分為三類。致密結(jié)晶狀石墨致密結(jié)晶狀石墨致密結(jié)晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類石墨結(jié)晶明顯晶體肉眼可見。顆粒直徑大于0.1毫米，比表面積范圍集中在0.1-1m2/g，晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構(gòu)造。這種：石墨的特點是品位很高，一般含碳量為60?65％，有時達80?98％，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。鱗片石墨鱗片石墨石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強度的壓力下變質(zhì)而成的，有大鱗片和細鱗片之分。此類石墨礦石的特點是品位不高，一般在2?3％，或100?25％之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經(jīng)過多磨多選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤滑性、可塑性均比其他類型石墨優(yōu)越；因此它的工業(yè)價值最大。隱晶質(zhì)石墨隱品質(zhì)石墨又稱非晶質(zhì)石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性也差。品位較高。一般的60?80％。少數(shù)高達90％以上。礦石可選性較差。特種石墨成型方式石墨在工業(yè)上運用極廣，幾乎每個行業(yè)都會用到。工業(yè)上多用的是人造石墨，也就是特種石墨。按其成型的方式可分為以下幾種。1、 等靜壓石墨。也就是很多人叫的三高石墨，但是并不是三高就是等靜壓。2、 模壓石墨3、 擠壓石墨，多為電極材料。其中按石墨的顆粒度分，也可分為：細節(jié)構(gòu)石墨、中粗石墨（一般的顆粒度在0.8mm左右）、還有就是電極石墨（2-4mm）。石墨特殊性質(zhì)石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，而具有如下特殊性質(zhì)：1）耐高溫型：石墨的熔點為3850±50C，沸點為4250C，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000C時，石墨強度提高一倍。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠?qū)щ娛且驗槭忻總€碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵,每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷。潤滑性：石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤滑性能越好?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕?？伤苄裕菏捻g性好，可碾成很薄的薄片。抗熱震性：石墨在常溫下使用時能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時，石墨的體積變化不大，不會產(chǎn)生裂紋。石墨名字來源：源于希臘文“graphein"，意為“用來寫"。由德國化學(xué)家和礦物學(xué)家A.G.Werner于1789命名；化學(xué)組成：成分純凈者極少，往往含各種雜質(zhì)；類別：自然元素-非金屬元素-碳族晶體特征晶系和空間群：六方晶系，P63/mmm；晶胞參數(shù)：a0=0.246nm，c0=0.670nm；典型的層狀結(jié)構(gòu)，碳原子成層排列，每個碳與相鄰的碳之間等距相連，每一層中的碳按六方環(huán)狀排列，上下相鄰層的碳六方環(huán)通過平行網(wǎng)面方向相互位移后再疊置形成層狀結(jié)構(gòu)，位移的方位和距離不同就導(dǎo)致不同的多型結(jié)構(gòu)。上下兩層的碳原子之間距離比同一層內(nèi)的碳之間的距離大得多(層內(nèi)C-C間距=0.142nm，層間C-C間距=0.340nm)形態(tài)：單晶體常呈片狀或板狀，但完整的很少見。集合體通常為鱗片狀，塊狀和土狀；顏色：鐵黑色條痕：光亮黑色透明度：不透明光澤：呈半金屬光澤硬度：1-2解理和斷口：平行解理極完全；比重：2.21-2.26g/cm3比表面積：5-10m2/g其他性質(zhì)：薄片具撓性，有滑感，易污手，具有良好的導(dǎo)電性；鑒定特征鐵黑色，硬度低，一組極完全解理，有滑感和染手；如果將硫酸銅溶液潤濕的鋅粒放在石墨上，則可析出金屬銅的斑點，在與石墨相似的輝鉬礦上則無此反應(yīng)。石墨與金剛石提起鉆石，人們就會聯(lián)想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景，它隨著擁有者的活動而光芒四射。但因它的昂貴價格，大多數(shù)人只能望而卻步。盡管如此，人們對鉆石還是很向往的。你知道鉆石是什么嗎？它的化學(xué)成分是碳(C),天然的鉆石是由金剛石經(jīng)過琢磨后才能稱之謂“鉆石”。天然的鉆石是非常稀少的，世界上重量大于1000克拉(1克=5克拉)的鉆石只有2粒，400克拉以上的鉆石只有多粒，我國迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的金剛石重158.786克拉，這就是“常林鉆石”。物以稀為貴，正因為可做“鉆石“用的天然金剛石很罕見，人們就想“人造“金剛石來代替它，這就自然地想到了金剛石的“孿生“兄弟--石墨了。金剛石和石墨的化學(xué)成分都是碳(C),稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質(zhì)”，但“形”或“性”卻不同，且有天壤之別，金剛石是目前最硬的物質(zhì)，而石墨卻是最軟的物質(zhì)之一。石墨和金剛石的硬度差別如此之大，但人們還是希望能用人工合成方法來獲取金剛石，因為自然界中石墨（碳）藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳，不是那么容易的。石墨在5-6萬大氣壓（（5-6）X103MPa）及攝氏1000至2000度高溫下，再用金屬鐵、鉆、鎳等做催化劑，可使石墨轉(zhuǎn)變成金剛石粉末。目前世界上已有十幾個國家（包括我國）均合成出了金剛石。但這種金剛石因為顆粒很細，主要用途是做磨料，用于切削和地質(zhì)、石油的鉆井用的鉆頭。當(dāng)前，世界金剛石的消費中，80%的人造金剛石主要是用于工業(yè)，它的產(chǎn)量也遠遠超過天然金剛石的產(chǎn)量。最初合成的金剛石顆粒呈黑色，0.5mm大小，重約0.1克拉（用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉）?，F(xiàn)在我國研制的大顆粒金剛石達3mm以上，美國、日本等已制成6.1克拉多的金剛石。我們說金剛石已從石墨中“飛”出，寶石級的人造金剛石也會在不久的將來供應(yīng)于市場。石墨熔點比金剛石高金剛石的熔點是3550°C,石墨的熔點是3652°C?3697°C（升華）。石墨熔點高于金剛石。從片層內(nèi)部來看,石墨是原子晶體；從片層之間來看,石墨是分子晶體（總體說來,石墨應(yīng)該是混合型晶體）；而金剛石是原子晶體。石墨晶體的熔點反而高于金剛石,似乎不可思議,但石墨晶體片層內(nèi)共價鍵的鍵長是1.42X10-10m,金剛石晶體內(nèi)共價鍵的鍵長是1.55X10—10m。同為共價鍵，鍵長越小，鍵越牢固，破壞它也就越難,也就需要提供更多的能量,故而熔點應(yīng)該更高。（主要就是石墨的分子晶體屬性導(dǎo)致它的熔點高）石墨的用途石墨1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高溫、高強度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護劑，冶金爐的內(nèi)襯。2、 作導(dǎo)電材料：在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機顯像管的涂層等。3、 作耐磨潤滑材料：石墨在機械工業(yè)中常作為潤滑劑。潤滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000C溫度中在很高的滑動速度下，不用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運轉(zhuǎn)時勿需加入潤滑油。石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管）時的良好的潤滑劑。4、 石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點，就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。5、 作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料：由于石墨的熱膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝,通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。6、 用于原子能工業(yè)和國防工業(yè)：石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾一石墨反應(yīng)堆是目前應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過幾十個PPM。特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5PPM。在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。7、 石墨還能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗表明，在水中加入一定量的石墨粉（每噸水大約用4~5克）能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。8、石墨可作鉛筆芯、顏料、拋光劑。石墨經(jīng)過特殊加工以后，可以制作各種特殊材料用于有關(guān)工業(yè)部門。9、電極：石墨何以能取代銅做為電極？20世紀60年代，銅做為電極材料被廣泛應(yīng)用，使用率約占90％，石墨僅有10％左右；21世紀，越來越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過90％以上的電極材料是石墨。銅，這種曾經(jīng)占統(tǒng)治地位的電極材料，和石墨電極相比它的優(yōu)勢幾乎消失殆盡。是什么導(dǎo)致了這個戲劇性的變化？當(dāng)然是石墨電極的諸多優(yōu)勢。加工速度更快：通常情況下，石墨的機械加工速度能比銅快2~5倍；而放電加工速度比銅快2~3倍；材料更不容易變形：在薄筋電極的加工上優(yōu)勢明顯；銅的軟化點在1000度左右，容易因受熱而產(chǎn)生變形；石墨的升華溫度為3650度；熱膨脹系數(shù)僅有銅的1/30。重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進行放電加工時，能有效降低機床(EDM)的負擔(dān)；更適合于在大型模具上的應(yīng)用。放電消耗更小；由于火花油中也含有C原子，在放電