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圖片來源：視覺中國
地球上的碳元素分布非常廣泛，既有分布在地殼表層的，也有存在于地殼深部甚至是地球內(nèi)部更深處的地幔中。截至目前，自然界中已發(fā)現(xiàn)的由碳單質(zhì)構(gòu)成的物質(zhì)有三種：第一種是價值斐然的鉆石，第二種是與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的石墨，第三種是尚存爭議且人們知之甚少的卡賓碳。
石墨最早由德國礦物學(xué)家A.G.Werner于1789年命名。自然界中產(chǎn)出的石墨外觀呈鋼灰色或黑色，形狀主要有鱗片狀和土狀，部分以塊狀形式產(chǎn)出。天然產(chǎn)出的石墨常包含二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鐵，以及黏土、瀝青等雜質(zhì)。
美國地質(zhì)調(diào)查局最新發(fā)布的《世界礦產(chǎn)品概要2019》顯示，全球范圍內(nèi)的石墨儲量主要分布在土耳其、中國、巴西、莫桑比克、坦桑尼亞、印度、越南等國。其中，晶質(zhì)石墨主要分布于中國、巴西、莫桑比克、烏克蘭、馬達加斯加等地，隱晶質(zhì)石墨主要分布在土耳其、印度、墨西哥等地。
石墨屬于不可再生資源，是我國的優(yōu)勢礦種。我國在2016年將晶質(zhì)石墨列入國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄。《中國礦產(chǎn)資源報告2019》顯示，我國晶質(zhì)石墨查明資源儲量為4.37億噸，主要分布在黑龍江、山東、內(nèi)蒙古、吉林和湖南5個?。▍^(qū)）。我國已發(fā)現(xiàn)的石墨礦床總體上可分為三種類型：區(qū)域變質(zhì)型，如黑龍江省雞西市柳毛石墨礦、山東省青島市萊西南墅石墨礦、內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市興和石墨礦等；接觸變質(zhì)型，如湖南省郴州市魯塘石墨礦、吉林省吉林市磐石煙筒山石墨礦等；巖漿熱液型，如新疆維吾爾自治區(qū)昌吉蘇吉泉石墨礦、巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣托克布拉克石墨礦等。
石墨用途廣泛。由于具備良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、潤滑、耐磨，以及耐高溫、抗腐蝕、防輻射等諸多優(yōu)良性能，石墨可用于制造多種產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，可謂材料界的“百變星君”。在傳統(tǒng)行業(yè)中，石墨可作為耐火磚、坩堝、增碳劑等，應(yīng)用于耐火材料和鋼鐵工業(yè)。目前，由于潔凈鋼及超低碳鋼的發(fā)展，以及節(jié)能降耗的要求，開發(fā)低碳耐火材料已成為必然趨勢，石墨在煉鋼領(lǐng)域的用量正逐步降低。
在新能源領(lǐng)域，石墨可作為鋰離子電池的負(fù)極材料。負(fù)極材料對石墨性能要求較高，通常需要將石墨球形化以后，提純到99.9%以上。在核能領(lǐng)域，天然石墨也發(fā)揮著重要作用。在球床式高溫氣冷堆的球形燃料元件中，天然石墨占據(jù)64%的比例。
石墨烯是近年來的熱點新型碳材料。英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫于2004年首次發(fā)現(xiàn)了石墨烯，并因此榮獲了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎。我國目前已經(jīng)實現(xiàn)以天然石墨為原料，通過氧化石墨還原法制備石墨烯粉體的工業(yè)化量產(chǎn)過程，并在防腐涂料、導(dǎo)熱膜等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用效果。未來，石墨烯在新能源汽車、海洋工程、能源發(fā)展、高端裝備、環(huán)境治理等領(lǐng)域的應(yīng)用將進一步深入，有望成為各領(lǐng)域不可或缺的應(yīng)用材料。（作者單位：中國地質(zhì)調(diào)查局鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所）
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