提起石墨，多數(shù)人第一反應(yīng)只會(huì)聯(lián)想到鉛筆芯里的黑色粉末，覺(jué)得它不過(guò)是平平無(wú)奇的廉價(jià)原料，殊不知這份低調(diào)的碳結(jié)晶礦物，早已是撐起工業(yè)發(fā)展、撬動(dòng)高新科技的核心存在。它頂著“工業(yè)味精”的美譽(yù)，憑借卓越的導(dǎo)熱導(dǎo)電、耐高溫、抗腐蝕等硬核特性，橫跨冶金、機(jī)械、電子、醫(yī)療、軍工、航天航空等多重軍民領(lǐng)域，從傳統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)耗材，進(jìn)階到核工業(yè)、鋰電池、石墨烯等高精尖賽道的關(guān)鍵材料。百年科研迭代，應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓新，這塊看似普通的“黑石頭”，實(shí)則是我國(guó)舉足輕重的關(guān)鍵礦產(chǎn)，那些被大眾忽略的硬核實(shí)力，遠(yuǎn)比想象中更震撼。

      國(guó)外對(duì)碳元素的系統(tǒng)性研究始于18世紀(jì)。1776年，法國(guó)科學(xué)家拉瓦錫通過(guò)金剛石燃燒實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)碳元素的存在，并將其納入元素周期表；1842年，德國(guó)學(xué)者R.H.Bunsen以*與煤粉混合制備了碳質(zhì)電極；1868年，美國(guó)科學(xué)家卡斯特納（Castner）和愛(ài)奇遜（Acheson）分別發(fā)明了無(wú)定形碳轉(zhuǎn)化為人造石墨電極的方法，隨后于1896年成功研制出卡斯特納（Castner）石墨化爐；1982年，摩洛哥科學(xué)家Yazami教授首次將石墨應(yīng)用于固體聚合物鋰二次電池負(fù)極材料，為現(xiàn)代鋰電池技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。2010年，俄國(guó)物理學(xué)家安德烈·蓋姆（AndreGeim）和康斯坦丁·諾沃肖羅夫（KonstantinNovoselov）對(duì)石墨進(jìn)行剝離實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了石墨烯材料。

      國(guó)內(nèi)對(duì)石墨的研究始于20世紀(jì)初，早期主要聚焦于耐火材料等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域；1983年，原冶金部鋼鐵司成功制備石墨電極，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)石墨深加工技術(shù)的發(fā)展；2010年后，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)及高校陸續(xù)開展石墨烯材料研究，加速了石墨在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。目前，石墨及其衍生化合物的應(yīng)用已廣泛覆蓋冶金、電子、能源、航空航天等多個(gè)行業(yè)。

      1、石墨的傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用

      在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，晶質(zhì)石墨主要被應(yīng)用在耐火材料、冶金工業(yè)和密閉環(huán)保材料，隱晶質(zhì)石墨應(yīng)用在燃料領(lǐng)域、橡膠涂層領(lǐng)域和冶金領(lǐng)域應(yīng)用，且兩者都可被制成導(dǎo)電材料。

      晶質(zhì)石墨的主要消費(fèi)市場(chǎng)是在鋼鐵工業(yè)與耐火材料制備，消費(fèi)量約占市場(chǎng)總量的42%。膨脹石墨（酸性石墨）通過(guò)鱗片狀晶質(zhì)石墨酸化或浮選處理制得，其衍生的柔性石墨材料兼具耐高溫高壓、密封性優(yōu)異、耐化學(xué)腐蝕及防火特性，兩者在環(huán)保密封材料領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。膠體石墨（又稱石墨乳）在導(dǎo)電材料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可由晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨制備，具體而言，若晶質(zhì)鱗片石墨采用濕式粉碎法處理，因其顆粒細(xì)膩、表面活性高，常作為外導(dǎo)電材料；而通過(guò)干式粉碎法制備的微晶土狀石墨，因孔隙率優(yōu)良，更適合作為內(nèi)導(dǎo)電材料。

      20世紀(jì)初期，隱晶質(zhì)石墨開發(fā)成本低，主要作為燃料替代煤炭使用，同時(shí)因其質(zhì)地均勻、書寫性能優(yōu)良，便成為制造鉛筆的核心原料，這兩大領(lǐng)域構(gòu)成了早期的主要消費(fèi)場(chǎng)景。隨著我國(guó)石墨行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，產(chǎn)業(yè)逐步從初加工向中高端領(lǐng)域升級(jí)，隱晶質(zhì)石墨的應(yīng)用場(chǎng)景顯著拓展。在橡膠工業(yè)中，以隱晶質(zhì)石墨替代傳統(tǒng)炭黑作為填料，不僅降低生產(chǎn)成本，還可提升材料性能，兼具綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)；冶金領(lǐng)域中，其作為脫模劑可改善鑄件表面光潔度，替代石油焦作為煉鋼增炭劑，能夠有效降低能耗成本。

      2、石墨的現(xiàn)代新興工業(yè)應(yīng)用

      不同方法制備成的石墨復(fù)合材料在新興領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。高純石墨（固定碳含量大于99.95%）主要由鱗片狀晶質(zhì)石墨制備而成，具有高導(dǎo)熱性、耐高溫、抗腐蝕等特性，廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)、耐火材料及火工材料安定劑。由高純石墨壓制形成的等靜壓石墨不僅是*耐火材料，更因優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、低膨脹系數(shù)等特性，被應(yīng)用于核工業(yè)反應(yīng)堆及電池電極領(lǐng)域。高純石墨其副產(chǎn)物錐形石墨利用其層間距大的特性，使得可以突破石墨對(duì)Na+不活躍的瓶頸，提供鈉離子電池的功率。此外，在鋰電池回收工藝中，應(yīng)用HF的濕法冶金工藝可以使得廢棄鋰電池中的石墨純度級(jí)別達(dá)到高純，即可以再次制造電池，解決鋰電池對(duì)天然石墨的依賴和降低碳排放。

      球形石墨在新興領(lǐng)域表現(xiàn)突出，根據(jù)鱗片大小可在不同行業(yè)發(fā)揮作用。在高導(dǎo)熱行業(yè)中，主要選采100-500μm的大鱗片晶質(zhì)石墨，憑借其優(yōu)異的導(dǎo)熱率（大于300Wm-1k-1）和低密度（小于2.25g cm-3），可替代傳統(tǒng)球形鋁填料，滿足低密度高導(dǎo)熱場(chǎng)景需求，1-4μm的超細(xì)鱗片石墨適用于快充電池領(lǐng)域，12μm-25μm的鱗片石墨在鋰電池領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；而球形石墨粉（由固定碳≥90%、粒度5-40μm的鱗片石墨制備）因超導(dǎo)電性，成為高能電池材料的關(guān)鍵組分。

      氟化石墨在新能源鋰電池領(lǐng)域至關(guān)重要，其原料為10-100μm的鱗片晶質(zhì)石墨。通過(guò)將提純后的25-38μm鱗片石墨置于反應(yīng)管內(nèi)，通入氟氣與氮?dú)猓?:9）制得的氟化石墨（FG），可作為鋰一次電池（Li/CFx）正極材料，應(yīng)用于醫(yī)療電子及精密設(shè)備。此外，膨脹石墨經(jīng)冷凍干燥氟化反應(yīng)制備的氟化石墨烯納米片，可作為電池負(fù)極材料。

      高新技術(shù)領(lǐng)域，隱晶質(zhì)石墨與聚乙烯醇（PVA）復(fù)合制備的高導(dǎo)熱材料，可作為導(dǎo)熱填料應(yīng)用于電子設(shè)備散熱系統(tǒng)；與低密度聚乙烯（LDPE）復(fù)合形成的隱晶質(zhì)石墨/LDPE復(fù)合材料，因具備良好吸波性能，成為軍工航天領(lǐng)域隱身材料的重要組分。各向同性石墨以提純后的隱晶質(zhì)石墨（微晶石墨）為原料，摻合石油焦等輔料制備而成，憑借其均勻的物理性能，在化工耐腐蝕構(gòu)件、半導(dǎo)體晶圓制造等精密領(lǐng)域展現(xiàn)出*優(yōu)勢(shì)。

      在核能領(lǐng)域，天然石墨加工后制成的核級(jí)石墨可被用作中子慢化劑，其優(yōu)點(diǎn)為*小吸收截面可用性以及較小的成本等。在國(guó)外，天然石墨經(jīng)過(guò)濕法冶金（酸化處理）和火法冶金（電弧等離子體系統(tǒng)處理）精煉后形成核級(jí)石墨，國(guó)內(nèi)則是通過(guò)熱處理或鹵化處理制成核級(jí)石墨。制成的基體石墨（MG）可應(yīng)用在核反應(yīng)堆燃料顆粒，可由MTT等方法制備基體石墨。

      通過(guò)剝離技術(shù)而制成的石墨烯憑借其高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性及耐腐蝕、抗氧化等特性，在新能源、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域展現(xiàn)出革命性應(yīng)用潛力。其制備工藝因原料類型而異：晶質(zhì)鱗片石墨通常采用機(jī)械剝離法、氧化還原法等工藝，而隱晶質(zhì)石墨則通過(guò)浮選法、閃蒸焦耳熱技術(shù)等實(shí)現(xiàn)*轉(zhuǎn)化。例如將制成的納米級(jí)石墨烯嵌入超材料諧振器中而制成的有源太赫茲調(diào)制器在6G通信、實(shí)時(shí)成像和波光模擬計(jì)算領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

      來(lái)源：張齊騰等，《中國(guó)石墨資源特征、礦床類型、開發(fā)應(yīng)用及找礦遠(yuǎn)景》。

      （來(lái)源鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5MDA0ODM2Mw==&mid=2649819073&idx=1&sn=adf465c9d3501b2bba75f2656e47e2be&chksm=89c19ba0fe6a6d9c39d0c3adbc7bc273a76ba43682c70a4acbed1f72a7fb077a1f5513428405&scene=27）