天然石墨和人造石墨區(qū)别

近年来，天然石墨资源丰富地區(qū)的政府出于发展经济的考量，积极推动天然石墨产业的发展，掀起了以天然石墨為(wèi)原料开发人造石墨制品的热潮。

应该说借鉴人造石墨的制备工艺，开发石墨新(xīn)产品，不失為(wèi)一条拓展天然石墨应用(yòng)领域的重要途径，但由于二者在结构、性能(néng)和用(yòng)途等方面既有(yǒu)联系又(yòu)有(yǒu)區(qū)别，因此有(yǒu)必要进行分(fēn)析和讨论，使管理(lǐ)者与科(kē)研人员能(néng)正确理(lǐ)解和使用(yòng)天然石墨材料，使天然石墨新(xīn)产品的开发更加健康高效。

石墨质软，呈黑灰色；有(yǒu)油腻感，可(kě)污染纸张。硬度為(wèi)1~2、理(lǐ)论密度為(wèi) 2.26g/cm3 。

自然界中没有(yǒu)纯净的石墨，天然石墨矿物(wù)中往往含有(yǒu)SiO2、A12O3、FeO、CaO、P2O5、CuO 等杂质。

这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物(wù)形式出现。 此外，还含有(yǒu)水、碳氢化合物(wù)、CO2、H2、N2等气體(tǐ)。

因此对石墨的分(fēn)析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分(fēn)和灰分(fēn)的含量。

由于其特殊的结构，石墨具有(yǒu)如下优异性质：

（1）耐高温性 ：石墨是最耐温的物(wù)质之一，在常压下无熔点，即使经超高温電(diàn)弧灼烧，重量的损失也很(hěn)小(xiǎo)。

（2）导電(diàn)、导热性：石墨的导電(diàn)性和导热性较高。导热系数随温度升高而降低，在极高的温度下，石墨甚至成為(wèi)绝热體(tǐ)。

（3）润滑性 ：石墨的润滑性能(néng)取决于石墨晶粒大小(xiǎo)和晶體(tǐ)发育程度，石墨晶粒越大，晶體(tǐ)发育越完善，摩擦系数越小(xiǎo)， 润滑性能(néng)也越好。

（4）化學(xué)稳定性 ：石墨在常温下具有(yǒu)良好的化學(xué)稳定性，能(néng)耐酸、耐碱和耐有(yǒu)机溶剂的腐蚀。

（5）可(kě)塑性 ：石墨具有(yǒu)一定的韧性，可(kě)进行简单的机械加工，晶體(tǐ)发育程度较高的石墨甚至可(kě)碾成很(hěn)薄的薄片。

（6）抗热震性 ：石墨热膨胀系数很(hěn)小(xiǎo)，使用(yòng)时能(néng)经受住温度的剧烈变化而不致破坏。

石墨可(kě)分(fēn)為(wèi)天然石墨与人造石墨，二者结构相近，物(wù)理(lǐ)化學(xué)性质相同，但用(yòng)途有(yǒu)较大的差异。

天然石墨是富碳有(yǒu)机物(wù)在高温高压的地质环境長(cháng)期作用(yòng)下转变而成的，是大自然的恩赐。天然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(wù)，具有(yǒu)不同的工业价值和用(yòng)途。

致密结晶状石墨又(yòu)叫块状石墨。此类石墨结晶明显，晶體(tǐ)肉眼可(kě)见。颗粒直径大于0.1毫米。晶體(tǐ)排列杂乱无章，呈致密块状构造。品位很(hěn)高，一般碳含量為(wèi)60%~65%，有(yǒu)时达80%~98%，但其可(kě)塑性和滑腻性不如鳞片石墨。

天然鳞片石墨属于结晶學(xué)中的伟晶，是一种单晶體(tǐ)，因其晶體(tǐ)呈鳞片状而得名，有(yǒu)大鳞片和细鳞片之分(fēn)。这种石墨的润滑性、可(kě)塑性均优于其他(tā)类型石墨，因此它的工业价值最大。

鳞片石墨矿石的品位虽然不高，碳含量一般在3%～25%之间，但却是自然界中可(kě)浮性最好的矿石之一，经过多(duō)磨多(duō)选可(kě)得高品位的石墨精矿。

隐晶质石墨又(yòu)称非晶质石墨或土状石墨，近年来开始称為(wèi)微晶石墨。这种石墨的晶體(tǐ)直径一般小(xiǎo)于1微米，只有(yǒu)在電(diàn)子显微镜下才能(néng)见到晶形，可(kě)看作石墨晶體(tǐ)的集合體(tǐ)。

天然微晶石墨通常是煤在高温高压的地质环境下转化而成的，因此天然微晶石墨通常与煤伴生，在天然微晶石墨矿體(tǐ)中经常可(kě)以看到从无烟煤到天然微晶石墨的过渡區(qū)域。

此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性低于鳞片石墨且可(kě)选性较差。但品位较高，碳含量一般為(wèi)60%~80%，少数高达90%以上。

而狭义上的人造石墨通常是指以杂质含量较低的炭质原料（石油焦、沥青焦等）為(wèi)骨料、煤沥青等為(wèi)粘结剂，经过配料、混捏、成型、炭化（工业上称為(wèi)焙烧）和石墨化等工序制得的块状固體(tǐ)材料，如石墨電(diàn)极、等静压石墨等。

鉴于以天然石墨為(wèi)原料制备出来的通常是狭义的人造石墨，因此本文(wén)仅分(fēn)析和讨论天然石墨与狭义上的人造石墨的區(qū)别与联系。

天然石墨的晶體(tǐ)发育较完善，天然鳞片石墨的石墨化度通常在98%以上， 而天然微晶石墨的石墨化度通常在93%以下。

人造石墨的晶體(tǐ)发育程度取决于原材料及热处理(lǐ)温度，一般来说，热处理(lǐ)温度越高，其石墨化程度也越高。目前工业生产的人造石墨，其石墨化程度通常低于90%。

天然鳞片石墨是一种单晶體(tǐ)，组织结构较简单，仅存在结晶學(xué)上的缺陷（点缺陷、位错、层错等），宏观上表现出各向异性的结构特征。天然微晶石墨的晶粒较小(xiǎo)，晶粒之间杂乱排列且存在杂质脱除后的孔洞，宏观上表现出各向同性的结构特征。

人造石墨可(kě)看作是一种多(duō)相材料，包括石油焦或沥青焦等炭质颗 粒转化的石墨相、包覆在颗粒周围的煤沥青粘结剂转化的石墨相、颗粒堆积或煤沥青粘结剂经热处理(lǐ)后形成的气孔等。

天然石墨通常以粉體(tǐ)形态存在，可(kě)以单独使用(yòng)，但通常与其它材料复合后使用(yòng)。

人造石墨的形态较多(duō)，既有(yǒu)粉状，也有(yǒu)纤维状和块状，而狭义的人造石墨通常為(wèi)块状，使用(yòng)时需加工成一定形状。

天然石墨与人造石墨既有(yǒu)共性，也存在性能(néng)上的差异。如天然石墨与人造石墨都是热和電(diàn)的良导體(tǐ)，但对于相同纯度和粒度的石墨粉體(tǐ)来说，天然鳞片石墨的传热性能(néng)和导電(diàn)性能(néng)最好、天然微晶石墨次之，人造石墨最低。

石墨具有(yǒu)的较好的润滑性和一定的可(kě)塑性，天然鳞片石墨的晶體(tǐ)发育较完善，摩擦系数较小(xiǎo)，润滑性最好，可(kě)塑性最高，而致密结晶状石墨和隐晶质石墨次之，人造石墨较差。

石墨具有(yǒu)许多(duō)优良的性质，因而在冶金、机械、電(diàn)气、化工、纺织、國(guó)防等工业部门获得广泛应用(yòng)。天然石墨与人造石墨的应用(yòng)领域既有(yǒu)相互重叠的部分(fēn)，也有(yǒu)不相同的地方。

在冶金工业中，天然鳞片石墨因抗氧化性较好可(kě)用(yòng)于生产镁碳砖和铝碳砖等耐火材料。

人造石墨可(kě)以作炼钢電(diàn)极，而天然石墨制成的電(diàn)极就难以用(yòng)于使用(yòng)条件较苛刻的炼钢電(diàn)炉。

在机械工业中，石墨材料通常用(yòng)作耐磨和润滑材料。天然鳞片石墨的润滑性较好，常用(yòng)作润滑油的添加剂。

输送腐蚀介质的设备，广泛采用(yòng)人造石墨制成的活塞环、密封圈和轴承，工作时无需加入润滑油。

天然石墨与高分(fēn)子树脂复合材料也可(kě)用(yòng)于上述领域，但耐磨性不如人造石墨。

人造石墨具有(yǒu)耐腐蚀、导热性好、渗透率低等特点，在化學(xué)工业中广泛用(yòng)于制作热交换器、反应槽、吸收塔、过滤器等设备。

天然石墨与高分(fēn)子树脂复 合材料也可(kě)用(yòng)于上述领域，但导热性、耐腐蚀性不如人造石墨。

实际上，借鉴人造石墨的制备工艺开发石墨新(xīn)产品，在人造石墨行业早已不是新(xīn)鲜话题。以天然石墨作主要原材料或辅助原料按人造石墨生产工艺制备的炭石墨制品已很(hěn)多(duō)，有(yǒu)的甚至已形成较大的产业。

锌锰電(diàn)池炭棒：以天然微晶石墨和煤沥青為(wèi)主要原料，经混捏、挤压成型、焙烧、机加工、浸蜡等工序生产的锌锰電(diàn)池（俗称干電(diàn)池）炭棒。

主要利用(yòng)天然微晶石墨的高导電(diàn)性和价格低廉的特点，对灰分(fēn)含量要求不高，但对铁、硫等杂质含量的要求较严格。

天然石墨電(diàn)刷 ：以天然鳞片石墨和煤沥青為(wèi)主要原料，经混捏、轧片、磨粉、模压成型、焙烧（必要时还需石墨化处 理(lǐ)）、机加工等工序生产的電(diàn)机電(diàn)刷。

主要利用(yòng)天然鳞片石墨的高导電(diàn)性和高取向性的特点，要求铁、硫等杂质含量较 低且灰分(fēn)含量不高于2%，机加工时要注意鳞片石墨的取向。

机械用(yòng)炭石墨材料 ：以天然石墨和煤沥青為(wèi)主要原料，经混捏、轧片、磨粉、模压成型、焙烧等工序生产的块状材料， 需根据使用(yòng)要求进行精密机加工。

主要利用(yòng)天然石墨的润滑性和耐高温、耐腐蚀的特性，对灰分(fēn)和杂质含量有(yǒu)较高要求。

从上述几个例子可(kě)以看出，与狭义的人造石墨相比，以天然石墨作主要原材料或辅助原料，按人造石墨生产工艺制备的炭石墨制品在生产工艺和产品性能(néng)等方面存在以下差别 ：

（1）前者通常需要经过2500℃以上的石墨化处理(lǐ)，以获得所需的理(lǐ)化性能(néng)，而后者既可(kě)以经过石墨化处理(lǐ)，也可(kě)以不经过石墨化处理(lǐ)。

為(wèi)降低生产成本通常不进行石墨化处理(lǐ)，因此其组织结构中存在由粘结剂沥青转化而成的“炭”相。

这种位于石墨颗粒 周围并使石墨颗粒结合在一起的炭，硬度较大、导電(diàn)性遠(yuǎn)低于天然石墨，因此对产品的使用(yòng)性能(néng)有(yǒu)较大影响。

（2）由于天然石墨通常以粉體(tǐ)形态存在且与煤沥青的结合力较差，以天然石墨為(wèi)原材料制备的炭石墨制品通常存在气孔率较大、机械强度偏低、抗氧化性和抗热震性较差等缺点，因此产品规格不能(néng)太大，应用(yòng)领域也受到较大的限制。

根据上述分(fēn)析和讨论，筆(bǐ)者认為(wèi)以天然石墨為(wèi)原料开发人造石墨时，在技术方面需要注意以下几个问题 ：

天然石墨的表面改性。与石油焦、沥青焦等炭质原料相比，天然石墨的表面含氧官能(néng)团较少，活性较低，与煤沥青的结合力较差，