石墨选矿和石墨的深加工_卢先春.doc

石墨选矿和石墨的深加工
卢先春(学号:10612075;课程名称:矿物工程;授课老师:传秀云)
(北京大学地球与空间科学学院)
摘要石墨具有一系列的优良性能,广泛应用于石油、化工、冶金、造纸、原子能和国防等工业部门,具有很大的开发利用价值。中国石墨矿资源丰富,石墨储量居世界首位。但由于天然产出的石墨纯度不高,开发应用受到限制。本文简要介绍了石墨的性质和其矿产资源分布,重点介绍了浮选法在石墨选矿中的应用,以及石墨的粉碎、提纯和改性等深加工技术。通过深加工,可以进一步改善石墨的特性,形成各种高附加值的产品,使其能满足相关领域应用及现代高技术和新材料产业的要求。最后,本文对石墨材料在高速、耐磨、防腐、节能、超小型等高科技应用领域的发展前景进行了展望。结果表明,石墨正在众多领域逐步取代某些金属材料和有机材料,其发展前景十分广阔。
关键词矿物加工石墨选矿浮选粉碎提纯深加工
石墨(Graphite)是由碳元素组成,是碳的同素异构体之一。石墨晶体具典型的层状结构,碳原子排列成六方网状层,面网结点上的碳原子相对于上下邻层间格的中心。重复层状为2的是石墨2H多型,属六方晶系,即通常所指的石墨;若重复层状为3的属三方晶系,但在天然石墨结构中不能单独分离出来。在石墨晶体结构中,层内碳原子的配位数为3,具共价金属键,,层与层间以分子键相连, nm,石墨矿物呈铁黑、钢灰色,条痕光亮黑色;金属光泽,隐晶集合体光泽暗淡,不透明;解理(0001)完全,硬度具异向性,垂直角理面为3~5,平行解理面为1~2,质软,~,有滑腻感,易污染手指。石墨集合体通常为鳞片状,块状和土状;单晶体常呈片状或板状,但完整的很少见。根据其结晶程度分为晶质石墨和隐晶质石墨(土状石墨)。石墨具有一系列的优良特性,主要有如下几点:
(1) 耐高温:由于碳原子在石墨结晶格子的原于层中排列紧密,热振动困难,因而石墨能耐高温并具特殊的热性能。石墨熔点为3850℃,沸点为4250℃, 经高温电弧灼烧重量损失极小,在2500℃时其强度比常温时提高1倍,热膨胀系数小,温度骤变时其体积变化不大,能抗骤冷骤热的变化,当温度突然发生变化时,不会产生裂纹。
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) 导电性和导热性:由于石墨晶体中存在容易流动的电子,因此其导电、导热性能不亚于金属。如比不锈钢高4倍,比碳素钢高2倍。石墨的热导率和一般的金属不同,随着温度的升高,导热系数降低,在极高的湿度下,石墨趋于绝缘状态。因此,在超高温条件下,石墨的绝缘性能是很可靠的。在电气工业中石墨广泛用来作电圾、电刷、碳棒、碳管、垫圈及显像管涂层等。
(3) 润滑性:石墨的润滑性能类似于二硫化铜和四氰化烯,,尤以鳞片状石墨的润滑性更好,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。石墨在机械工业中常作润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压下工作,而石墨耐磨材料可以在-200~2000℃温度和高速滑动(100m/s)下应用。许多输送蚀腐介质的设备广泛采用石墨材料制成活塞环、密封圈和轴承,它们运转时勿需加润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。
(4) 化学稳定性:在常温下,石墨具有良好的化学稳定性,耐酸碱和有机溶剂的腐蚀。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。
除上述性质和用途外,石墨还可用于原子能工业和国防工业石墨具有优良的中子减速性,最早在原子反应堆中作减速剂。在国防工业中,石墨复合材料可用来作固体燃料火箭的喷嘴、导弹的鼻锥、宇航设备零件、隔热材料和防辐射材料。此外,石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂,制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石的原料。石墨还具徐敷性和可塑性,将其涂敷在固体物体表面,可形成薄膜牢固粘附而起保护固体作用,并可制成任何复杂形状的制品。
1 石墨矿资源
石墨矿原料的特点
天然产出的石墨很少是纯净的,常含有10~20%的杂质,包括SiO2、A12O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO以及H、N、CO2、CH4、NH3等。石墨矿石的自然类型通常按其赋矿岩石的岩性划分,中国工业上将石墨矿石主要分为晶质(鳞片状)石墨矿石和隐晶质(土状)石墨矿石两种工业类型。晶质(鳞片状)石墨矿石在区域变质矿床中,主要有片麻岩类、片岩类以及大理(透辉)岩类、变粒岩类、混合岩类等矿石自然类型;在岩浆热液矿床中主要发育