耐火材料原材料——石墨的結構、性質及分類

2020-12-03 找耐火材料網

石墨是碳質耐火材料以及碳複合耐火材料重要的原材料之一,石墨在我國礦業中是一個比較小的行業,全國現有石墨生產及加工企業約300家,從業人員5萬多人,年產量140萬噸(其中晶質石墨35萬噸)、產值1215億元。我國的石墨工業發源於20世紀40年代,從簡單的手工操作到80年代初,形成了比較完整的生產、加工體系,全國形成了山東南墅、黑龍江柳毛、內蒙古興和三大石墨生產基地,到80年代末達到鼎盛,國內貿易活躍,出口大幅攀升,價格一路上揚,石墨也因此被稱為「黑色的金子」。作為產銷量均居世界首位的石墨大國,我國石墨行業在新世紀裡應該會有一個比較好的發展。

石墨礦

石墨的結構及性質

石墨晶體是大量碳原子組成的六角環形網狀結構的多層疊合體,石墨結構如圖1所示。在六角網狀平面中,碳原子

圖1石墨結構

間距是1.42,層間距是3.354,所以層與層問的結合力小得多。層與層之間的鍵很脆弱,屬於範德華型,使得它有很強的方向性。

石墨

石墨具有比無定形碳更高的高溫性質,不熔化,在3704℃揮發。也不溶於酸鹼鹽溶液,具有抗金屬液和熔渣侵蝕的性能。熱膨脹係數很低,25~1600℃區間,平均只有3.34x10-6/℃。導熱係數很高,1000℃為63.8W/m.℃,是熱和電的良導體。易氧化,但氧化開始溫度較高(開始於600℃)。由於其硬度低,晶體呈層狀結構,層間結合力很弱,不宜單獨用作耐火材料常和與其膨脹性相近的材料相混,作成製品。

分類

石墨是一種非金屬礦物,在自然界中純粹的天然石墨極少以單體存在,一般都以石墨片巖、石墨片麻巖、含石墨片巖及變質頁巖等礦石出現。依其地質成因和性質,分為晶質石墨和土狀石墨。

鱗片石墨

工業上把石墨晶體直徑大於1um的鱗片狀和塊狀石墨稱為晶質石墨。晶質石墨礦石中的石墨,按其結晶的形狀還可以分為兩種:形狀如魚鱗狀的叫鱗片狀石墨,形狀呈顆粒狀的叫緻密塊狀石墨。我國生產的晶質石墨主要是鱗片石墨。

土狀石墨又稱隱晶質或非晶質石墨,其晶體直徑小於1um。

隱晶質石墨主要用於鋼鐵行業及鑄造行業製作碳晶棒。晶質石墨則因其具有的耐高溫、抗腐蝕、抗熱震、抗輻射、強度大、韌性好、自潤滑以及導電、導熱等特有的物理、化學性能,廣泛應用於冶金、機械、電子、軍工、國防、航天等領域,小到日用的鉛筆芯,大到原子彈爆炸、人造衛星上天,都離不開石墨。我國第一顆原子彈爆炸成功就使用了南墅石墨礦生產的石墨,美國轟炸南聯盟使用的石墨炸彈更是石墨在軍工領域用途延伸的明證。隨著科技的發展,石墨的用途越來越廣泛。

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