淺談石墨的成因及用途

宋世杰 葛鈞 李新鳳 馬俊鵬 張?jiān)讫垼ㄉ綎|省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院）

一、石墨概述

石墨是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源。其名字源于希臘文“graphein”，意為“用來(lái)寫”，由德國(guó)化學(xué)家和礦物學(xué)家A. G. Werner 于1789命名。

石墨是元素碳的一種同素異形體，每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子，以共價(jià)鍵結(jié)合，構(gòu)成共價(jià)分子。由于每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電子，那些電子能夠自由移動(dòng)，因此石墨屬于導(dǎo)電體。石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3～5，比重為1.9～2.3，在隔絕氧氣條件下，其熔點(diǎn)在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。

二、礦石特征

石墨為鐵黑色、鋼灰色，強(qiáng)金屬光澤，透射光下不透明，反射光下呈淺棕灰色。呈鱗片狀、自形晶，分散于脈石礦物(主要是石英、黑云母)之間，多數(shù)呈定向排列，少部分定向地分布在脈石礦物的節(jié)理裂隙中。脈石礦物顆粒粗大，其周圍的石墨鱗片片徑也大，一般靠近偉晶巖脈附近石墨鱗片片徑較大些。在花崗偉晶巖形成時(shí)，石墨鱗片有可能再次結(jié)晶。含量一般1%～5%。

三、石墨的成因和產(chǎn)狀

石墨是在高溫下形成的，石墨的變質(zhì)礦床，系由富含有機(jī)質(zhì)或碳質(zhì)的沉積巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成。以山東省魯西變質(zhì)巖及變質(zhì)作用為例，隨著國(guó)內(nèi)外同位素元素測(cè)試技術(shù)的改進(jìn)，魯西山區(qū)早前寒武紀(jì)各種地質(zhì)體在地質(zhì)年代獲得大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示，泰山巖群形成于2850Ma之前，在大于2850Ma期間，魯西地塊處于拉張狀態(tài)，發(fā)生類似如裂谷作用的斷裂，形成面積廣泛的海盆地，在2800Ma期間，沿裂谷內(nèi)某些斷裂，先是噴溢來(lái)自地幔的超鎂鐵質(zhì)熔巖——科馬提巖，繼而噴發(fā)、噴溢基性低鉀拉斑玄武巖及基性火山凝灰?guī)r。2700Ma前后，上述火山沉積巖開(kāi)始進(jìn)入閉合階段，經(jīng)受阜平運(yùn)動(dòng)的變質(zhì)、變形強(qiáng)烈改造。2600Ma前后，地殼發(fā)生第一次固化。2600Ma以后，進(jìn)入五臺(tái)旋回，魯西地區(qū)地幔熱流溫度下降，綠簾角閃巖相變質(zhì)代替了角閃巖相變質(zhì)，EW向擠壓持續(xù)進(jìn)行，循此NW向虛弱帶，中天門期輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖侵位，進(jìn)一步吞噬了泰山巖群。上述各種地質(zhì)事件一直持續(xù)到2500Ma。后來(lái)完成第二次固結(jié)，經(jīng)歷了呂梁運(yùn)動(dòng)的早期和晚期。約在1900Ma，又出現(xiàn)低綠片巖相變質(zhì)。至此結(jié)束了魯西地區(qū)早前寒武紀(jì)地質(zhì)演化史。[1]

本區(qū)變質(zhì)巖位于魯西泰山一帶，巖石均達(dá)到角閃巖相，推測(cè)變質(zhì)主要形成于2850Ma期間，后經(jīng)多次疊加而成。

四、石墨的特性及用途

石墨是一種特殊的非金屬材料，兼有金屬的優(yōu)良性能，石墨可供利用的性能有：涂敷性、潤(rùn)滑性、耐高溫、耐腐蝕、可塑性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性及在高溫情況下所具有特殊的抗熱性。石墨礦的開(kāi)發(fā)利用對(duì)工業(yè)發(fā)展具有重要意義。

石墨廣泛用于冶金工業(yè)的高級(jí)耐火材料與涂料、軍事工業(yè)火工材料安定劑、輕工業(yè)的鉛筆芯、電氣工業(yè)的碳刷、電池工業(yè)的電極、化肥工業(yè)催化劑等。鱗片石墨經(jīng)過(guò)深加工，又可生產(chǎn)出石墨乳、石墨密封材料與復(fù)合材料、石墨制品、石墨減磨添加劑等高新技術(shù)產(chǎn)品，成為各個(gè)工業(yè)部門的重要非金屬礦物原料。

結(jié)論

我國(guó)石墨資源十分豐富，資源儲(chǔ)量居世界第一。山東是我國(guó)晶質(zhì)石墨礦床主要產(chǎn)地之一。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，石墨的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1]曹國(guó)權(quán).魯西早前寒武紀(jì)地質(zhì)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1996.