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史上完整版石墨矿技术资料

浏览数量:0     作者:本站编辑     发布时间: 2021-05-11      来源:本站

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。


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