史上完整版石墨矿技术资料

一、石墨的性质
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，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，是最耐温的矿物之一。     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。 
二、石墨的分类    
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。是自然界中可浮性最好的矿石之一，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；因此它的工业价值最大。
3．隐晶质石墨     
隐晶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。
三、石墨的分布
中国石墨矿石质量优良。晶质石墨矿石品位虽然总体属于中等，但也不乏富矿石，矿石中石墨呈鳞片状，结晶程度较高，杂质含量较少，易于选别；隐晶质石墨矿石品位高、杂质含量少。无论是用晶质石墨矿石生产的鳞片石墨产品，还是用隐晶质石墨矿石生产的微晶石墨产品，工艺性能好，在国际市场中久享盛誉。   
晶质石墨矿石品位相差较悬殊，各矿床矿石中固定碳含量为2.34%～34.55%，平均为7.4%左右。矿床平均品位较富的(矿石固定碳含量平均大于10%)有15处，其中：大型矿5处、中型矿4处、小型矿6处，共计保有储量占晶质石墨总保有矿物储量的46%，主要分布于黑龙江、江西、湖北、四川及海南等地的矿床中。矿床平均品位中等的(矿石固定碳含量为5%～10%)有30处，其中：大型矿10处、中型矿13处、小型矿7处，共计保有储量占晶质石墨总保有矿物储量的37%，主要分布于黑龙江、四川、河南、陕西等地的矿床中。矿床平均品位较低的(矿石固定碳含量平均为2%～5%)有45处，其中：大型矿8处、中型矿23处、小型矿14处，共计保有储量占晶质石墨总保有矿物储量的17%，主要分布于山东、内蒙古、山西、河北等地的矿床中。   
晶质石墨矿床矿石中主要有害杂质铁、硫、磷的含量，各个矿床由于矿床类型和矿石类型的区别而不尽相同，一般含量为：Fe2O3 3%～10%，S 1%～4%，P2O5 0.02%～0.55%，总体来说，有害杂质含量不高，且通过选矿后一般即可基本脱除。   晶质石墨矿石中石墨鳞片片径多在0.05～1.5mm之间，有的可达5～10mm，总体以中等鳞片居多。矿石中含有大鳞片石墨(+100目、0.147mm)比例高的矿床约占晶质石墨矿产地的1/3，保有储量约占晶质石墨保有矿物储量的10%以上，主要分布于山东、内蒙古及湖北等地的矿床中；其余大多数矿床矿石中含大鳞片石墨的比例不高，以中等鳞片(+200目、0.074mm)石墨为主，只有少数矿床矿石中石墨以细小鳞片(0.074～0.01mm)为主。   
隐晶质石墨矿石品位相差也很悬殊，各矿床矿石中固定碳平均含量12.17%～85.39%，平均为70.8%左右。矿床平均品位富的(矿石固定碳含量为71%～86%)有5处，其中：大型矿1处，中型矿2处，小型矿2处，共计保有储量占隐晶质石墨总保有矿石储量的76%，主要分布于湖南以及广东等地的矿床中。矿床平均品位中等的(矿石固定碳含量为60%～70%)3处，其中：中型矿1处，小型矿2处，保有储量占隐晶质石墨总保有矿石储量的13%。矿床平均品位低贫的(矿石固定碳含量为12%～56%)有5处，其中：中型矿2处，小型矿3处，共计保有储量占隐晶质石墨总保有矿石储量11%，分布于广东、陕西、吉林、北京等地的矿床中。隐晶质石墨矿石中主要有害杂质硫的含量一般较低，多为0.26%～1.16%。
四、石墨的主要矿石性质
检测鳞片石墨主要化验指标有：1、碳含量。2、硫含量。3、灰分含量。4、挥发分含量。5、水分含量。6、颗粒度大小。7、其他比表面积。8抗压强度。9密度。10颗粒度等等。
五、晶质石墨的选矿方法
晶质石墨的选矿加工方法：晶质石墨天然可浮性较好，在中国基本上都是采用浮选方法进行选矿。由于石墨鳞片的大小是其最重要的质量指标之一，因此在选别方法上采用多段磨矿、多次选别的工艺以便尽早选出大鳞片石墨。浮选常用捕收剂为煤油、柴油等，起泡剂为二号油、四号油等，调整剂为石灰、碳酸钠，抑制剂为水玻璃。    
六、隐晶质石墨选矿加工方法
隐晶质石墨选矿加工方法：隐晶质石墨晶体极小，故也叫微晶石墨，石墨颗粒常常嵌布在粘土中，分离很困难。由于原矿品位高(一般含碳60%～80%)，因此许多石墨矿山将采出的矿石直接进行粉碎加工，出售石墨粉产品。湖南鲁塘石墨矿曾于50年代建立浮选厂浮选微晶石墨，但因成本太高而停产。目前一些单位仍在进行微晶石墨浮选新工艺(如油团聚浮选等)的研究。
七、石墨精矿的提纯
石墨提纯：化学提纯和物理提纯两种方法。
(1)化学提纯是利用石墨耐酸、碱、抗腐蚀的性质，用酸、碱处理石墨精矿，使杂质溶解，然后洗涤掉，提高精矿品位。化学提纯可获品位为99%的高碳石墨。化学提纯有多种方法，国内应用最广的是氢氧化钠高温熔融法。 
石墨产品的提纯加工：现代工业对石墨产品要求向两方面发展，一是要求晶体大鳞片达到高纯，二是要求石墨产品颗粒达到超微细(如小于1μm或0.5μm)。中国已在南墅、北墅、柳毛、兴和等石墨选厂建立了石墨提纯和微细粉加工生产线，提纯方法主要是化学提纯。基本原理是在700℃高温条件下，使石墨中的杂质(以硅酸盐矿物为主)与烧碱，即NaOH起反应，生成水溶性反应物，用水浸取反应物，即可消除掉部分杂质，另一部分杂质，如铁的氧化物，碱熔后用HCl中和，生成可溶子水的氯化铁，用水洗涤即可除去。上述工艺流程中，NaOH浓度为50%左右，与石墨按1：0.8的比例混合，即生产1t高碳石墨消耗NaOH0.4t左右。HCl的加入量约为石墨的30%。燃料用煤约为o.6一o.7t。碱熔法所用设备主要有锚式搅拌机，熔融炉、螺旋浆搅拌机、V型洗涤槽等。回收率85—90%，投资15—20万元。这种，工艺虽较先进，但也存在耗水量大、石墨流失多，生产率较低，耗碱量大，且排放的废液污染环境等不足。    
由上原因，成本较高。为解决或改善上述不足，河南省地矿厅岩矿测试中心研制了提纯高碳石墨新工艺，以离心洗涤取代V型洗涤槽，将废液处理后循环使用。采用这种新工艺，可降低材料成本50%左右，节水50%左右，产率提高10%左右，并减少了废液对环境的污染。石墨固定碳含量大于99%，回收率达92.8%。    
(2)物理提纯即高温提纯，利用石墨耐高温的性质，将其置于电炉中，隔绝空气加热到2500℃，使灰分(即杂质)挥发掉，从而提高精矿品位。高温提纯可获品位为99.9%的高纯石墨。
八、石墨的用途
1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚，在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬。
2．作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。
3．作耐磨润滑材料：石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃温度中在很高的滑动速度下，不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和轴承，它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。 
4．石墨具有良好的化学稳定性。经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低等特点，就大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料。不透性石墨的品种因所含树脂不同，耐蚀性也有差异。如酚醛树脂浸渍者耐酸，但不耐碱；糠醇树脂浸渍者既耐酸，又耐碱。不同品种的耐热性也有差异：碳和石墨在还原性气氛中可耐2000~3000℃，在氧化气氛中分别在350℃和400℃开始氧化；不透性石墨品种随浸渍剂而异，一般由酚醛或糠醇浸渍者耐热在180℃以下。
5．作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：由于石墨的热膨胀系数小，而且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚，区域精炼容器，支架夹具，感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座，高温电阻炉炉管，棒、板、格棚等元件。
6、用于原子能工业和国防工业：石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中，铀一石墨反应堆是应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个PPM 。特别是其中硼含量应少于0.5PPM 。在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。
7．石墨还能防止锅炉结垢，有关单位试验表明，在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用4~5 克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。
8．石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。石墨经过特殊加工以后，可以制作各种特殊材料用于有关工业部门。