柔软就是坚定& mdash南墅石墨矿和石墨烯的发现与应用
石墨简介
石墨芯不含铅，主要成分是石墨。截至2006年底，我国已探明的非金属矿产有91种，其中有20多种居世界前列，石墨居首位，储量和产量约占世界一半。我国20多个省、自治区、直辖市都发现了石墨矿点，形成了山东南墅、黑龙江柳茅、内蒙古兴和三个(结晶)石墨生产基地，集中了全国90%以上的结晶石墨储量，而隐晶质石墨主要分布在湖南、吉林等省。石墨是国民经济发展所需的重要非金属矿产品，是碳元素的结晶矿物之一。它具有润滑性、化学稳定性、耐高温性、导电性、特殊导热性、可塑性、涂层性等优异性能，应用范围广泛。石墨可在冶金工业中用作耐火材料。在铸造工业中，可用作铸模和防锈漆。在电气工业中，可用于生产碳电极、电极碳棒和电池。制备的石墨乳液可用作电视显像管的涂层，制备的炭素制品可用于发电机、电机、通讯设备等。在机械工业中，可用作飞机、轮船、火车等高速运转机器的润滑剂。在化学工业中，可用来制造各种耐腐蚀的器皿和设备。在核工业中，它可用作中子减速剂和原子反应堆的保护材料。在航天工业中，可用作火箭发动机尾喷管的喉衬，火箭和导弹的隔热耐热材料，人造卫星上的无线电连接信号和导电结构材料。此外，石墨还可用作玻璃和造纸的抛光剂和防锈剂，以及制造铅笔、墨水、黑漆、墨水和人造钻石的原料。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不断扩大，已经成为高科技领域新型复合材料的重要原料。中国石墨矿简史
中国发现和利用石墨的历史悠久，古籍中有记载。古代地理学名著朱写道:“洛水一方有石墨山。岩石全黑，所以书疏，所以以石墨闻名。"从考古发掘的甲骨、玉片、陶片发现，早在3000多年前的商代，就有了用石墨书写的文字；直到东汉末年(220)，石墨作为书墨的历史才被松烟墨取代。
山东南墅石墨山进入20世纪后，用石墨制作电池和铅笔的技术传入中国。在古希腊和古罗马，人们使用铅作为绘图和书写工具，因为它在岩石或墙壁上写字时会留下黑色的痕迹。中国古代是写在绢纸上的，有错就用铅粉涂改，所以确实有“铅笔”二字，但和现代铅笔不同。15世纪，石墨矿被发现。当时的人们不知道石墨的成分，所以称之为黑铅。大约在1492年，英国人开始使用石墨制成的铅笔。这种铅笔是将石墨磨成粉末，与粘土混合，倒入两个半圆形的木管中制成的。直到1779年，科学家才知道石墨是碳的一种形式。石墨应用于近代中国工业后，促进了石墨采矿业的发展。湖南、陕西、黑龙江、山东等省相继发现和开采了石墨矿床。自20世纪20年代以来，一些学者对石墨矿床进行了地质调查，如对福建南坪铅矿的调查，侯德峰、曾士禄、南延宗、廖有仁、陆、、李平衡、王日伦对四川、河南、福建、陕西、甘肃部分矿床的调查。然而，1949年以前开采的矿井都没有进行过正式的地质勘探。1949年后，国家对石墨矿进行了大量的地质勘探工作。早在20世纪50年代初，华东工业部就派出地质队勘探南墅地区的石墨资源。后来建材、地矿系统的地质队在60年代勘探了南墅、星河、芦塘、磐石。1990年，中国石墨产量达到顶峰，年产量67.9万吨，出口量14.1万吨。1995年再次出现新的生产高峰，年产量216.3万吨，其中鳞片石墨产量达到54.9万吨，出口量15.4万吨。目前。中国石墨矿业拥有9个国有骨干矿山，15个地方国有矿山，187个集体和乡镇矿山厂矿，180多个加工厂，形成了以黑龙江柳毛、山东南树、内蒙古兴和为重点的微晶石墨生产基地和以湖南芦塘为中心的隐晶质石墨生产基地。
50年来，地质学家不仅查明了老矿山的矿产储量有所扩大，而且发现了大量新的矿点，探明了大量储量和丰富的工业用后备资源，全面掌握了我国石墨矿产资源的特点和分布规律。中国的石墨矿业经历了近百年的沧桑。新中国成立后，虽历经波折，但总体发展令人瞩目，已成为采矿、选矿、加工、品质提纯、石墨制品等一系列综合性产业。产品有20多个品种、272个品牌，产品质量、粒度分级、粉碎加工方法均达到世界先进水平。同时，由于深加工产品的不断发展，产品结构也有了很大的改善。现已能生产代表当代国际先进水平的彩色显像管用石墨乳、GRT节能减磨添加剂、可膨胀石墨、石墨板材、石墨密封件、石墨耐火材料等六大类近千种深加工产品，使石墨成为我国非金属优势矿种之一。
山东莱西南墅石墨矿的发现
河漫树石墨矿，石墨复合板，位于莱西市南墅镇西北约3km，蓝烟铁路莱西站东南24.5km。矿区通过窄轨铁路线与莱西站相连，道路纵横交错，交通便利。矿区南北长7.5公里，东西宽6公里。是中国结晶石墨的重要产地之一。矿区位于胶北站隆起区西南部的南舒断块刘家庄背斜核部，矿床属下元古界中段& mdash& mdash结晶石墨矿床产于变质岩系中，含矿岩系为下元古界粉子山群大理岩夹石榴斜长片麻岩、斜长角闪岩和渗透岩。南墅石墨矿分为月石和刘家庄两个矿区。矿体具有固定的层位，呈层状或透镜状。南墅石墨矿勘探开发较早。早在1926年，河北人张景山到南墅考察石墨矿，计划在刘家庄开矿，但因与山东人丁世生发生矿权纠纷而中止。1936年，张惠若在《矿冶》上发表了《山东矿产资源的分布与储量》一文，文中介绍了南墅石墨矿。1943年，日本人在南墅建立采场和工厂收集石墨，1945年日本投降时停止生产。
中华人民共和国成立后，为了发展国民经济，1949年12月，技术员沙、王承启、谢等。应山东省政府有关部门的邀请，华东地区工业矿产普查局局长来矿区勘查石墨矿床。勘探历时半个月，北起东关、石庙，南至白石山，西至夏甸、银山，东至袁尚、徐家庄，面积约45平方公里。1950年3月，编写并提交了《山东省莱阳县南墅石墨矿简要报告》，对该地区石墨矿进行了初步评价。报道称，该地区石墨矿分布广，质量好，是中国罕见的石墨产地。划分了9个矿块，预计深度65m，预计储量3291万吨，纯石墨10%-20%。固定碳储量635万吨。
50年代后期，矿山生产逐渐正常，急需详细查明石墨矿产资源，作为生产建设的地质依据。1957年2月，冶金部地质局华北分局501队对正在开采的岳石矿区进行了系统全面的地质勘探工作，并在2平方公里范围内制作了1:2000地形地质图。在矿体露头的25米、50米和100米的间隔内有36条探槽，工作量为2936立方米，深度为50 x 50、100 x 100和200x。1958年5月，白等人编报的《山东省莱西县南墅石墨矿岳石矿区详查总结报告》称，石墨矿工业储量1905万吨，远景储量461万吨，平均固定碳含量5.41%。1959年12月，勘探报告通过山东省储委审批，为后续矿井生产建设提供了设计依据。
1962年3月，山东省储委重新审查岳石矿区勘探报告时，认为该矿床勘探程度和地质研究程度不够，将高品位储量全部降为原Cl储量。该报告被指定为阶段性勘探报告，要求重新勘探。同年，根据省储委的审查意见，建材工业部非金属地质公司103队在岳石矿区进行了补充勘探，投入石榴勘探和剥土工程41 5799立方米，钻孔29个，总长3567米。1964年12月，范颂华等人编写并提交了《山东莱西县南墅石墨矿岳石矿区补充勘探报告》。累计探明石墨矿产储量301.5万吨，其中工业储量225万吨。1965年5月，勘探报告经山东省储量委员会审查批准。
1958年，岳石矿区勘探结束后，501队立即转入刘家庄矿区进行普查。在东西长2500米、南北宽500米的矿区内，沿矿体走向在地表100米距离布设36条3853立方米的探槽，在400×100米深度实施钻探控制，总钻探工作量844米(5孔)。1959年1月，提交了《山东省莱西县南墅石墨矿刘家庄矿区普查勘探报告》。石墨矿远景储量1583万吨，平均含碳量4.24%。自地勘部门提交第一份地质报告以来的30年间，南墅石墨矿自身做了大量的勘探工作，如在露天平台上25m的距离铺设探槽工程，查明开发范围内矿体形态、产状、厚度、质量的变化，提升储量等。到1991年底，南墅石墨矿岳石矿区和刘家庄矿区石墨矿工业储量累计271.9万吨，远景蟹储量121.5万吨。
南墅石墨矿是一个优质鳞片石墨矿床。南墅石墨矿生产的鳞片状结晶石墨具有耐高温、导电、导热、润滑性好、化学性质非常稳定以及反射原子射线的特性。可广泛应用于军工、冶金、机械、化工、轻工、原子能等行业。
石墨烯的发现、性质和用途
石墨的孪生兄弟& mdash& mdash钻石
一提到钻石，人们就会想到它耀眼夺目、光芒四射的形象。钻石是钻石经过琢磨后的名字。天然钻石是稀有资源，所以价格昂贵，一般人只能望而却步。尽管如此，人们还是非常羡慕钻石。因为可以做“钻石”使用天然钻石是非常罕见的，所以人们只想到用人造钻石来代替它，从而自然想到了钻石的孪生兄弟& mdash石墨。
金刚石和石墨的化学成分是碳(C)，这种化学成分称为“类质同象& rsquo。他们有着相同的“质”，但“形”或“性”却有着天壤之别& mdash钻石是目前世界上最硬的物质，而石墨是最软的物质之一。虽然石墨和金刚石的硬度相差如此之大，但人们还是希望可以通过人工合成来获得金刚石，因为自然界中存在着大量的石墨(碳)。然而，要把石墨中的碳变成像钻石一样排列的碳并不容易。石墨在50，000-60，000个大气压((5-6) x 103 MPa)和1000-2000摄氏度的高温下，以金属铁、金刚石和镍为催化剂，可以转化为金刚石。目前世界上有十几个国家(包括中国)可以合成人造钻石。然而，这种金刚石由于颗粒细小，主要用作磨料，用于切割材料，以及用于制造地质钻探和石油钻探设备的钻头。目前，在世界钻石消费构成中，80%的人造钻石用于工业生产，其产量已经远远超过天然钻石。最初合成的钻石颗粒为黑色，大小为0.5毫米，重约0.1克拉(一般用于宝石的最小钻石不应小于0.1克拉)。目前中国研发的大颗粒钻石是3mm以上，美国和日本都做了6.1克拉多钻石。钻石之所以被从石墨中“飞”出来，是因为宝石级的人造钻石将在不久的将来上市。
石墨烯的出现
石墨烯于2004年出现在实验室，由两位英国科学家Andre & middot吉姆和凯斯特& middot诺瑟洛夫(2010年诺贝尔物理学奖获得者)发现，他们可以通过一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们将石墨片从石墨上剥离，然后将片的两面粘在特制的胶带上，撕开胶带将石墨片一分为二。一直这样下去，床单越来越薄。最后得到一个只由一层碳原子组成的薄片，这就是石墨烯。实际上，石墨烯是碳的二维结构，是从石墨上剥离下来的单层碳原子平面材料。人们常见的石墨是由平面碳原子按蜂窝状排列的层堆积而成。石墨层间的相互作用较弱，容易相互剥离形成薄的石墨片。当石墨片被剥离成单层时，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。研究人员发现，石墨烯样品颗粒每100纳米距离可以承受的最大压力实际上在它们开始分裂之前达到了约2.9微牛顿。根据科学家的计算，这一结果相当于施加55牛顿的压力，使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家能够制造出厚度约为100纳米的石墨烯，相当于普通食品塑料包装袋的厚度，那么需要大约2万牛顿的压力才能将其打破。也就是说，如果包装袋是石墨烯做的，就能承受两吨左右的货物。到目前为止，石墨烯是世界上发现的最薄最硬的物质。
石墨烯的出现在科学界引起了轩然大波。人们发现，石墨烯具有非凡的导电性，强度比钢高几倍，透光性也很好。它的出现有望引发现代电子技术领域的一场革命。在石墨烯中，电子可以极其高效地迁移，而传统的半导体和导体，如铜和硅，表现不如石墨烯。由于电子和原子之间的碰撞，传统的半导体和导体以热的形式释放出一些能量。目前一般的电脑芯片都是这样浪费70-80%的电能；石墨烯不一样，它的电子能量不会流失。
石墨烯是一种可能颠覆人类生活的产品，应用非常广泛。普林斯顿大学的研究人员指出，如果使用石墨烯电极，锂电池的充电时间可以从2小时缩短到仅10分钟。现在，科学家制备石墨烯的新方法层出不穷，石墨烯广泛应用于工业生产的那一天指日可待。但生产这种产品并不容易，所以它的市场价格极高:一克石墨烯可以卖到5000元，是黄金价格的十几倍。厦门凯纳石墨科技有限公司，国内最早从事石墨烯生产的公司，年产量只有20-30g。& mdash& mdash(1)张占《中国非金属矿产行业概况及发展前景》，中国非金属矿产信息网，2009年2月。
(2)中国矿床发现史& middot山东卷，地质出版社，1996年10月。
中国矿藏的大发现鲁韩振源/文
