石墨的發(fā)現(xiàn)與用途
化學(xué)先生 / 2019-05-21
人類對金剛石的認(rèn)識(shí)和開發(fā)具有悠久的歷史。早在公元前3世紀(jì)古印度就發(fā)現(xiàn)了金剛石。因?yàn)殂@石是由金剛石錘煉而成，自公元紀(jì)年起至今，鉆石一直是國家與王宮貴族、達(dá)官顯貴的財(cái)富、權(quán)勢、地位的象征。
世界金剛石礦產(chǎn)資源不豐富，1996年世界探明金剛石儲(chǔ)量基礎(chǔ)僅19億克拉，遠(yuǎn)不能滿足室石與工業(yè)消費(fèi)的需要。20世紀(jì)60年代以來，人工合成金石技術(shù)興起，至90年代日完善，人造金剛石幾乎已完全取代工業(yè)用天然金石，其用量占世界工業(yè)用金剛石消費(fèi)量的90％以上(在中國已達(dá)99％以上)。金石主要生產(chǎn)國為演大利亞、俄羅斯、南非、博淡瓦鈉和扎伊爾等世界鉆石的經(jīng)銷主要由迪比爾斯中央銷售組織控。
中國發(fā)現(xiàn)金剛石約在200-300年前，在明清朝之際(約17世紀(jì))，湖南省農(nóng)民在河秒中淘到過金剛石。金剛石的地質(zhì)查工作始于20世紀(jì)50年代迄今，在中國發(fā)現(xiàn)的重量大于90克拉的著名金剛石有6顆，如重約158克拉的“常林鉆石”等。
中國金剛石礦產(chǎn)資源比較貧乏，通過近50年的地質(zhì)工作，僅在遼寧，、山東、湖南和江蘇4省探明了儲(chǔ)量。截至1996年底，中國保有金剛石儲(chǔ)量2089.78萬克拉，在世界上不占重要地位。在質(zhì)量上，中國遼寧省所產(chǎn)金剛石質(zhì)地優(yōu)良，寶石級金剛石產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70％。20世紀(jì)90年代以來，中國年產(chǎn)金剛石10萬-15萬克拉，遠(yuǎn)不能滿足本國消費(fèi)的需要。國家所需工業(yè)用金剛石9％以上依賴國產(chǎn)人造金剛石1997年中國人造金剛石產(chǎn)量達(dá)4.4億克拉，天然工業(yè)用金剛石所占消費(fèi)比重極為有限。
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3.40埃，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為1.42埃。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子健為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。
石墨典型的層狀結(jié)構(gòu)，碳原子成層排列，每個(gè)碳與相鄰的碳石墨之間等距相連，每一層中的碳按六方環(huán)狀排列。上下相鄰的碳六方環(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)。金制石、納米管等都是碳元素的單質(zhì)，。它們互為同素異形體。
山東省薬西市為我國石墨重要產(chǎn)地之一，石墨探明儲(chǔ)量687.11萬噸，現(xiàn)保有儲(chǔ)量639.93萬噸。
石墨質(zhì)軟，黑灰色，有油感，可污染紙張。硬度為1＝2多級，沿垂直方向隨雜質(zhì)的地其硬度可增至3-5數(shù)。比重為1.92.3，比表面積范圍集中在120平方米/克，在隔絕氧氣條件下，其熔點(diǎn)在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。
自然界中純凈的石墨是沒有FeO、CaO、P2O，、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(shí)測定揮發(fā)分和灰分的含量。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。
(1)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0.1～1平方米/克，晶體排列雜亂無章，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片石墨好。
(2)解片石墨。石墨晶體呈片狀，這是在高強(qiáng)度的壓力下變質(zhì)而成的，有大麟片和細(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10％-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(jià)值最大。
(3)隱晶質(zhì)石墨，又稱非晶質(zhì)石墨或土狀石墨。這種石墨的品體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在1-5平方米/克，是微品石墨的集合體，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，潤滑性也差。品位較高般的60％-80％，少數(shù)高達(dá)90％以上，礦石可選性較差。
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