石墨

石墨 就像 钻石,它是一种天然碳晶体,其原子排列成六角形结构,不透明,深灰色至黑色。 它以六方晶体、柔性片状、鳞片状或大块状存在。 它可能是土状、颗粒状或致密状。 石墨是由碳质沉积物的变质作用以及碳化合物与热液的反应形成的。 它以这种形式自然存在,是标准条件下最稳定的碳形式。 在高压和高温下它会转化为 钻石。 它看起来与钻石有很大不同,并且处于硬度标度的另一端。 它的柔软性归因于碳原子相互结合的方式,六个碳原子的环排列在宽间距的水平片中。 原子在环内结合牢固,但在片材之间结合非常弱。 它用于铅笔和润滑剂。 其高导电性使其可用于电极、电池​​和太阳能电池板等电子产品。

名称:源自希腊语,指其用作蜡笔的用途。

社区: 种类繁多 矿物质 在石墨形成的变质条件下稳定。 在陨石中,在含陨石、硅酸盐的结核中

多态性与系列: 与钙钛矿多晶型, 钻石和朗斯代尔石。

化学性质

化学分类 本机元素
公式 C

石墨物理性质

颜色 钢灰色至黑色
条纹 黑色
光泽 金属色,有时是泥土色
分裂 向一个方向完美
透明度 不透明
莫氏硬度 1到2
水晶系统 六角
韧性 灵活
密度 2.09 – 2.23 g/cm3(测量值) 2.26 g/cm3(计算值)
骨折 云母类

石墨光学特性

各向异性 极端
颜色/多向色性 强大
光学标志 单轴 (-)
双折射 极端双折射

石墨赋存

由沉积碳质物质经碳化合物还原变质而形成; 主要成分在 火成岩。 它发生在 变质岩 由于变质过程中沉积碳化合物的减少 岩石。 它也存在于岩浆岩和陨石中。 与它相关的矿物有 石英, 方解石, 电气石。 中国、墨西哥、加拿大、巴西和马达加斯加是矿产的主要出口来源地。

合成石墨

合成石墨是由石墨碳组成的材料,其通过非石墨碳的石墨化、通过在2500K以上的温度下从碳氢化合物中进行CVD、通过热不稳定碳化物的分解或通过从碳过饱和的金属熔体中结晶而获得。

人造石墨一词通常与合成石墨同义使用。 然而,术语“人造石墨”是优选的,因为它们的晶体被认为是由碳大分子组成。 术语“合成石墨”主要用于石墨化碳,尽管术语“CVD”包括热解石墨以及碳化物分解残留物。 此类常见用途与上面的定义相同。 这种最重要的人造石墨类型的同义词是艾奇逊石墨和电记录仪。

使用面积

  • 天然石墨主要用于耐火材料、电池、炼钢、膨胀石墨、刹车片、铸造面层和润滑剂。
  • 坩埚开始使用非常大的片状石墨,而碳镁砖则不需要那么大的片状石墨; 对于这些和其他材料,现在所需的薄片尺寸更加灵活,并且非晶石墨不再局限于低端耐火材料。
  • 过去 30 年来,石墨在电池中的使用有所增加。 主要电池技术中使用天然和合成材料来构建电极。
  • 对电池的需求,例如,日产聆风纯电动汽车中的锂离子电池含有近 40 公斤石墨。
  • 炼钢中的天然石墨主要用于提高钢水中的碳含量,也可用于润滑挤压热钢的模具。
  • 天然无定形和细片状石墨用于重型(非汽车)车辆的制动衬片或制动蹄,并且随着石棉替代品的需要而变得重要。
  • 铸造厂饰面模具清洗剂是一种无定形或细片状的水性涂料。 用它在模具内部涂漆并让其干燥,留下一层细小的石墨涂层,可以在热金属冷却后轻松分离铸造物体。

人造石墨的用途

  • 高焦热解石墨 (HOPG) 是最高品质的石墨合成形式。 在科学研究中,它被用作扫描仪校准的长度标准,特别是在扫描探针显微镜上。
  • 它的电极携带电力来熔化废料 和在电弧炉中炼钢,大多数炼钢炉,有时还熔化直接还原铁(DRI)。 它们是由 石油 与可乐混合后 焦油焦油。
  • 电解 冶炼也使用石墨碳电极。 在较小的规模上,合成放电电极用于在放电加工 (EDM) 中制造塑料注塑模具。
  • 特殊等级的合成石墨,例如吉尔索碳,可用作核反应堆中的基体和中子慢化剂。 低中子截面也建议在推荐的聚变反应堆中使用。
  • 它(碳)纤维和碳纳米管还用于碳纤维增强塑料和增强碳-碳(RCC)等耐热复合材料。 由碳纤维石墨复合材料制成的商业结构包括钓鱼竿、高尔夫球杆杆、自行车车架、跑车车身面板、波音 787 梦想飞机的车身和泳池标记杆的车身。
  • 现代无烟火药涂有石墨,以防止静电荷积聚。
  • 它被用于至少三种雷达吸波材料。 Sumpf 和 Schornsteinfeger 用于 U 型潜艇通气管以减少雷达截面,与橡胶混合。 F-117夜鹰也被用在秘密攻击战斗机的瓷砖上。
  • 石墨复合材料用作高能粒子的吸收器(例如,在大型强子对撞机束流收集器中)。

石墨回收

最常见的石墨回收方式发生在合成石墨电极被生产并切成碎片或报废车床时,或者当电极(或其他电极)用完电极支架时。 新电极取代了旧电极,但旧电极的大部分仍然存在。 将其粉碎并分级,所得石墨粉末主要用于增加钢水的碳含量。 含IT的耐火材料有时会被回收,但通常不是因为石墨:最大的散装材料,例如仅含有15-25%石墨的碳镁砖,通常含有很少的石墨。 但有些回收碳镁砖被用作修炉材料的基础,而破碎碳镁砖则用于矿渣空调。 坩埚的石墨含量较高,而使用后回收的坩埚体积较小。

炼钢可制成与天然叶石墨非常相似的高质量鳞片石墨产品。 基什是从进入氧气转炉的铁水中过滤出来的大量熔融废物,由石墨(从过饱和铁中沉淀出来)、富含石灰的炉渣和一些铁的混合物组成。 铁就地回收,留下石墨和炉渣的混合物。 最好的回收工艺采用水力分级(利用水流按比重分离矿物:石墨较轻,几乎沉淀)以获得70%石墨精矿。 用盐酸浸出该精矿可得到 95% 的石墨产品,其薄片尺寸小至 10 筛。

配电系统

许多地方,但只有少数提供了明确的例子。

  • 美国位于纽约州埃塞克斯县的门罗和提康德罗加;位于新泽西州苏塞克斯县的奥格登斯堡的富兰克林和斯特林山。
  • 在加拿大,魁北克省、白金汉和格伦维尔以及安大略省邻近地区的商业活动具有重大意义。
  • 在俄罗斯,从下通古斯基,图鲁汉斯克以东,西伯利亚叶尼塞河附近; 在卡累利阿的顺加。
  • 斯里兰卡拉特纳普勒、马塔拉和库鲁内盖勒周围,大型 存款 纯材料的。
  • 位于德国巴伐利亚州帕绍。
  • 来自芬兰帕尔加斯。
  • 在英格兰,坎布里亚郡凯瑟克附近的巴罗代尔。
  • 在墨西哥索诺拉州的圣玛丽亚,由煤层变质作用形成。

参考资料

  • 博内维茨,R.(2012)。 岩石和矿物。 第二版。 伦敦:DK 出版社。
  • Handbookofmineralogy.org。 (2019)。 手册 矿物学。 [在线] 网址:http://www.handbookofmineralogy.org [访问日期:4 年 2019 月 XNUMX 日]。
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  • 史密斯.edu。 (2019)。 地球科学| 史密斯学院。 [在线] 网址:https://www.smith.edu/academics/geosciences [访问日期:15 年 2019 月 XNUMX 日]。