目錄

l 碳元素

l 碳化合物

l 存在形式

l 性質(zhì)

l 產(chǎn)地分布

l 形態(tài)特性

l 天然石墨分類

l 致密結(jié)晶狀石墨

l 鱗片石墨

l 隱晶質(zhì)石墨

l 特種石墨成型方式

l 石墨特殊性質(zhì)

l 石墨與金剛石

l 石墨熔點(diǎn)比金剛石高

l 石墨的用途

l 石墨新用途

l 石墨輕工業(yè)應(yīng)用

簡(jiǎn)介

英文名稱：graphite 　　

分子式：C 　　分子量：12.01 　　CAS 登錄號(hào)：7782-42-5 　　EINECS 

登錄號(hào)：231-955-3 

碳元素

　　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(rèn)識(shí)和利用，碳的一系列化合物——有機(jī)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(jìn)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(wú)定形碳如煤；有復(fù)雜的有機(jī)化合物如動(dòng)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(diǎn)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(jī)溶劑；不同高溫下與氧反應(yīng)，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(duì)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zui廣是石墨的變質(zhì)礦床，系由富含有機(jī)質(zhì)或碳質(zhì)的沉積巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成； 　　中國(guó)：山東省萊西市為我國(guó)石墨重要產(chǎn)地之一,石墨探明儲(chǔ)量687.11萬(wàn)噸，現(xiàn)保有儲(chǔ)量639.93萬(wàn)噸。 　　世界：產(chǎn)地：紐約Ticonderoga，馬達(dá)加斯加和Ceylon，我國(guó)以黑龍江雞西市柳毛為zui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(diǎn)在3000℃以上，是zui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SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、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(duì)石墨的分析，除測(cè)定固定碳含量外，還必須同時(shí)測(cè)定揮發(fā)分和灰分的含量。 

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(jià)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

　　1．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(wú)章，呈致密塊狀構(gòu)造。這種：石墨的特點(diǎn)是品位很高，一般含碳量為60～65％，有時(shí)達(dá)80～98％，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。 

鱗片石墨

　　2．鱗片石墨 

石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強(qiáng)度的壓力下變質(zhì)而成的，有大鱗片和細(xì)鱗片之分。此類石墨礦石的特點(diǎn)是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之間。是自然界中可浮性的礦石之一，經(jīng)過(guò)多磨多選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤(rùn)滑性、可塑性均比其他類型石墨*；因此它的工業(yè)價(jià)值z(mì)ui大。 

隱晶質(zhì)石墨

　　3．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(diǎn)是表面呈土狀，缺乏光澤，潤(rùn)滑性也差。品位較高。一般的60～80％。少數(shù)高達(dá)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(yùn)用極廣，幾乎每個(gè)行業(yè)都會(huì)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(xì)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(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃，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(qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨強(qiáng)度提高一倍。 　　

2） 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(guò)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*的溫度下，石墨成絕熱體。 石墨能夠?qū)щ娛且驗(yàn)槭忻總€(gè)碳原子與其他碳原子只形成3個(gè)共價(jià)鍵,每個(gè)碳原子仍然保留1個(gè)自由電子來(lái)傳輸電荷。 　　

3） 潤(rùn)滑性：石墨的潤(rùn)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(rùn)滑性能越好。 　　

4） 化學(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(jī)溶劑的腐蝕。 　　

5） 可塑性：石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。 　　

6） 抗熱震性：石墨在常溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí)，石墨的體積變化不大，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。 　　 

名字來(lái)源：源于希臘文“graphein”，意為“用來(lái)寫”。由德國(guó)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(gè)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(guò)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)：?jiǎn)尉w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*； 　　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*解理，有滑感和染手；如果將硫酸銅溶液潤(rùn)濕的鋅粒放在石墨上，則可析出金屬銅的斑點(diǎn)，在與石墨相似的輝鉬礦上則無(wú)此反應(yīng)。 

石墨與金剛石

　　提起鉆石，人們就會(huì)聯(lián)想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景，它隨著擁有者的活動(dòng)而光芒四射。但因它的昂貴價(jià)格，大多數(shù)人只能望而卻步。盡管如此，人們對(duì)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(guò)琢磨后才能稱之謂“鉆石”。天然的鉆石是非常的，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(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)的zui大的金剛石重158.786克拉，這就是“常林鉆石”。物以稀為貴，正因?yàn)榭勺?ldquo;鉆石“用的天然金剛石很罕見，人們就想“人造“金剛石來(lái)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zui硬的物質(zhì)，而石墨卻是zui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(lái)獲取金剛石，因?yàn)樽匀唤缰惺?/font>（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(wàn)大氣壓（（5-6）×103MPa）及攝氏1000至2000度高溫下，再用金屬鐵、鈷、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(gè)國(guó)家（包括我國(guó)）均合成出了金剛石。但這種金剛石因?yàn)轭w粒很細(xì)，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(fèi)中，80%的人造金剛石主要是用于工業(yè)，它的產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)天然金剛石的產(chǎn)量。 　　zui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zui小不能小于0.1克拉）?，F(xiàn)在我國(guó)研制的大顆粒金剛石達(dá)3mm以上，美國(guó)、日本等已制成6.1克拉多的金剛石。我們說(shuō)金剛石已從石墨中“飛”出，寶石級(jí)的人造金剛石也會(huì)在不久的將來(lái)供應(yīng)于市場(chǎng)。 

石墨熔點(diǎn)比金剛石高

　　金剛石的熔點(diǎn)是3550℃,石墨的熔點(diǎn)是3652℃～3697℃（升華）。石墨熔點(diǎn)高于金剛石。 　　從片層內(nèi)部來(lái)看,石墨是原子晶體；從片層之間來(lái)看,石墨是分子晶體（總體說(shuō)來(lái),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(diǎn)反而高于金剛石,似乎不可思議,但石墨晶體片層內(nèi)共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)是1.42×10－10m,金剛石晶體內(nèi)共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)是1.55×10－10m。同為共價(jià)鍵,鍵長(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)高） 

石墨的用途

1、作耐火材料： 石墨及其制品具有耐高溫、高強(qiáng)度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來(lái)制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護(hù)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、零件，電視機(jī)顯像管的涂層等。 　　

3、作耐磨潤(rùn)滑材料：石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)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200~2000 ℃溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤(rùn)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管）時(shí)的良好的潤(rùn)滑劑。 　　

4、石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)，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(guò)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，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(zhǎng)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(guó)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(dòng)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(diǎn)，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨*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(guò)幾十個(gè) PPM 。特別是其中硼含量應(yīng)少于 0.5PPM 。在國(guó)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(yàn)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(guò)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(jì)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(jì)，越來(lái)越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過(guò)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(shì)幾乎消失殆盡。是什么導(dǎo)致了這個(gè)戲劇性的變化？當(dāng)然是石墨電極的諸多優(yōu)勢(shì)。 　　 

（1）加工速度更快：通常情況下，石墨的機(jī)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(shì)明顯；銅的軟化點(diǎn)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。 　　

（2）重量更輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進(jìn)行放電加工時(shí)，能有效降低機(jī)床（EDM）的負(fù)擔(dān)；更適合于在大型模具上的應(yīng)用。 　　

（3）放電消耗更??；由于火花油中也含有C原子，在放電加工時(shí)，高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來(lái)，轉(zhuǎn)而在石墨電極的表面形成保護(hù)膜，補(bǔ)償了石墨電極的損耗。 　　（4）沒有毛刺；銅電極在加工完成后，還需手工進(jìn)行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒有毛刺，節(jié)約了大量成本，同時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)； 　　

（4）石墨更容易研磨和拋光；由于石墨的切削阻力只有銅的1/5，更容易進(jìn)行手工的研磨和拋光； 　　

（5）材料成本更低，價(jià)格更穩(wěn)定；由于近幾年銅價(jià)上漲，如今各向同性石墨的價(jià)格比銅更低，相同體積下，東洋炭素的普遍性石墨產(chǎn)品的價(jià)格比銅的價(jià)格低30％～60％，并且價(jià)格更穩(wěn)定，短期價(jià)格波動(dòng)非常小。 　　正是這種*的優(yōu)勢(shì)，石墨逐漸取代銅成為EDM電極的材料. 

石墨新用途

　　石墨新用途： 　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開發(fā)了許多新用途。 　　柔性石墨制品。柔性石墨又稱膨脹石墨，是年代開發(fā)的一種新的石墨制品。 　　年美國(guó)研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄漏問題，隨后德、日、法也開始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性。 　　因此，是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。市場(chǎng)需求量逐年增長(zhǎng)。 

石墨輕工業(yè)應(yīng)用

　　此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石*的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國(guó)已用它做為汽車電池。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)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。

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3H-2000型系列比表面積測(cè)試儀儀器的zui早型號(hào)為HPDAI-88型動(dòng)態(tài)吸附儀，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 10722-2003（原GB/T 10722-1999），該型號(hào)在1988年8月5日通過(guò)化工部*鑒定，技術(shù)鑒定證書編號(hào)為：【88】化科鑒定第48號(hào)。經(jīng)過(guò)改進(jìn)升級(jí)后3H-2000型系列比表面積測(cè)試儀儀器在2002年12月16日通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心的計(jì)量檢測(cè)，證書編號(hào)為：計(jì)測(cè)字第 2002-（17）-017。2004年推出BET多點(diǎn)法教學(xué)用3H-2000II型比表面積測(cè)試儀;2005年推出3H-2000III型比表面積測(cè)試儀;2008年推出的全自動(dòng)智能運(yùn)行的3H-2000A型比表面積測(cè)試儀,以及BET原理的BET單點(diǎn)法的3H-2000BET-S型比表面積測(cè)試儀,BET多點(diǎn)法的3H-2000BET-A型比表面積測(cè)試儀;

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