一、石墨的性质
石墨是元素碳(C)结晶的矿物之一,六方晶体的片状晶体,结晶格架呈六方层状,平行于(0001)解理极完全。铅灰色,不透明,金属光泽,硬度具异向性,垂直解理面方向为3—5,平行解理面方向为1—2,比重为2.2—2.37,容重1.5—1.8。
石墨是一种特殊的非金属材料,兼有金属的优良性能,石墨可供利用的性能有:涂敷性、润滑性、耐高温、耐腐蚀、可塑性、导热、导电性、化学稳定性及在高温情况下所具有的特殊的抗热性质。
石墨的熔点为3850±50℃。经超高温电弧的灼烧,在若干种耐高温的材料中,按灼烧后的重量损失计,以石墨为最小。它的热膨胀系数很小,不但耐高温,而且耐低温,在高温时,它不是趋于软化,反而是强度增高。
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。
三、石墨的分布
中国的石墨矿主要分布在哪些地区黑龙江、山东、内蒙和湖北等地。
中国石墨矿床常产出于大地构造隆起区或断裂岩浆带上,较集中的分布于中国的东部环太平洋构造带、康滇—龙门大巴—黄陵、祁连—秦岭—淮阳、天山—阴山以及金沙江—哀牢山5个成矿地带。
区域变质型石墨矿床分布于中朝准地台和扬子准地台以及吉黑、秦岭、祁连、华南、三江等褶皱系的隆起区,例如:在佳木斯隆起、胶辽断隆、内蒙古地轴、豫西断隆、山西断隆及康滇地轴等隆起区,分布较多的晶质石墨矿床,规模多为大、中型矿。
在黄陵背斜、龙门—大巴台缘褶带、秦岭地轴、淮阳地轴及武夷隆起区,也分布有较多的以中、小型矿为主的晶质石墨矿床。接触变质型隐晶质石墨矿床大多分布于中国东部环太平洋构造带,尤其是郯庐断裂系(包括依兰—依通断裂在内)以东地区,西部某些断裂带也有分布。
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、石墨的选矿方法
石墨矿可分为晶质石墨、鳞片石墨和伴有多种脉石的石墨矿。石墨矿选矿工艺主要针对各种结晶形态不同的石墨矿、黄铁矿或云母等伴生的石墨矿,采用多段磨矿多段浮选和重选浮选联合两种选矿工艺。
1、多段磨矿多段浮选法
由于晶质石墨具有天然可浮性,鳞片石墨有较好的可浮性,因此对于这两种石墨矿,鑫海通常采用多段磨矿多段浮选的方法来进行选矿。之所以要选用多磨多浮的方法,是因为要保护石墨鳞片,确保鳞片不受损,确保精矿质量满足要求。在多段浮选的流程中,浮选药剂的应用:捕收剂应选用柴油、重油、煤油、硫酸脂、酚类等;起泡剂则应选用二号油、四号油、丁醚油和醚醇等。
多段磨矿多段浮选法用到的选矿设备有:破碎多采用颚式破碎机进行粗碎,锤式破碎机和圆锥破碎机进行中细碎;磨矿阶段通常采用湿式球磨机和格子型球磨机;浮选阶段常用到的浮选设备包括JJF型浮选机、XCF型浮选机和XJB棒型浮选机等;而脱水阶段我们会用到水力旋流器和带式过滤机等。
2、重选浮选联合法
对于伴有多种脉石的石墨矿,通常会采用重选和浮选联合的工艺来进行石墨矿选矿。首先用重选法将轻重矿物进行分离,分离之后采用浮选法对尾矿即轻矿物进行浮选。
重选浮选联合法除了要用到以上提到的选矿设备,还要用到重选设备跳汰机、选矿摇床和螺旋溜槽等,根据石墨矿的性质进行选择一种或多种重选设备。
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。
《中国矿山工程》第一批学术期刊
国家级 双月刊 知网收录 复合影响因子:0.597
5000字符/篇
收稿范围:收金属矿,煤矿,矿山测绘,矿产业沾边文章
(备注:省级或以上基金,副教授,高级工程师文章优先)
《能源技术与管理》第一批学术期刊
国家级 双月刊 知网收录 复合影响因子:0.326
5400字符/篇
收稿范围:矿业技术、电力技术、油气田技术、安全生产与监测评价、洁净煤与环保、建筑与基础工程
《煤矿现代化》
省级 双月刊 知网收录 复合影响因子:0.381
5000字符/篇
收稿范围:矿业专刊
《江西煤炭科技》第一批学求期刊
省级 季刊 知网收录 复合影响因子:0.282
5800字符/篇
收稿范围:收煤炭、矿业相关文章
《矿业装备》
国家级 双月刊 知网收录
4800字符/篇
收稿范围:煤炭矿业方向的工艺、管理、装备
《内蒙古煤炭经济》
省级 半月刊 知网收录 复合影响因子:0.101
5400字符3版起发
收稿范围:工作研究与理论探讨、技术与经济、经营与管理、安全与生产、地质与勘探、政治与经济、高校论坛