從鉛筆芯到核反應堆：石墨的真正實力不止于此

會議通知

會議名稱：第十九屆非金屬礦科技與市場交流大會暨第十九屆非金屬礦產品及裝備展覽會

會議時間：2026年5月15-17日

會議地點：安徽 滁州

The Lantern Festival

提起石墨，多數人第一反應只會聯想到鉛筆芯里的黑色粉末，覺得它不過是平平無奇的廉價原料，殊不知這份低調的碳結晶礦物，早已是撐起工業發展、撬動高新科技的核心存在。它頂著“工業味精”的美譽，憑借卓越的導熱導電、耐高溫、抗腐蝕等硬核特性，橫跨冶金、機械、電子、醫療、軍工、航天航空等多重軍民領域，從傳統工業的基礎耗材，進階到核工業、鋰電池、石墨烯等高精尖賽道的關鍵材料。百年科研迭代，應用場景不斷拓新，這塊看似普通的“黑石頭”，實則是我國舉足輕重的關鍵礦產，那些被大眾忽略的硬核實力，遠比想象中更震撼。

國外對碳元素的系統性研究始于18世紀。1776年，法國科學家拉瓦錫通過金剛石燃燒實驗首次證實碳元素的存在，并將其納入元素周期表；1842年，德國學者R.H.Bunsen以碳粉與煤粉混合制備了碳質電極；1868年，美國科學家卡斯特納（Castner）和愛奇遜（Acheson）分別發明了無定形碳轉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，摩洛哥科學家Yazami教授首次將石墨應用于固體聚合物鋰二次電池負極材料，為現代鋰電池技術奠定了基礎。2010年，俄國物理學家安德烈·蓋姆（AndreGeim）和康斯坦丁·諾沃肖羅夫（KonstantinNovoselov）對石墨進行剝離實驗發現了石墨烯材料。

國內對石墨的研究始于20世紀初，早期主要聚焦于耐火材料等傳統應用領域；1983年，原冶金部鋼鐵司成功制備石墨電極，推動了國內石墨深加工技術的發展；2010年后，國內科研機構及高校陸續開展石墨烯材料研究，加速了石墨在高新技術領域的應用拓展。目前，石墨及其衍生化合物的應用已廣泛覆蓋冶金、電子、能源、航空航天等多個行業。

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石墨的傳統工業應用

在傳統應用領域，晶質石墨主要被應用在耐火材料、冶金工業和密閉環保材料，隱晶質石墨應用在燃料領域、橡膠涂層領域和冶金領域應用，且兩者都可被制成導電材料。

晶質石墨的主要消費市場是在鋼鐵工業與耐火材料制備，消費量約占市場總量的42%。膨脹石墨（酸性石墨）通過鱗片狀晶質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、密封性優異、耐化學腐蝕及防火特性，兩者在環保密封材料領域具有重要應用價值。膠體石墨（又稱石墨乳）在導電材料領域應用廣泛，可由晶質石墨和隱晶質石墨制備，具體而言，若晶質鱗片石墨采用濕式粉碎法處理，因其顆粒細膩、表面活性高，常作為外導電材料；而通過干式粉碎法制備的微晶土狀石墨，因孔隙率優良，更適合作為內導電材料。

20世紀初期，隱晶質石墨開發成本低，主要作為燃料替代煤炭使用，同時因其質地均勻、書寫性能優良，便成為制造鉛筆的核心原料，這兩大領域構成了早期的主要消費場景。隨著我國石墨行業結構調整，產業逐步從初加工向中高端領域升級，隱晶質石墨的應用場景顯著拓展。在橡膠工業中，以隱晶質石墨替代傳統炭黑作為填料，不僅降低生產成本，還可提升材料性能，兼具綠色環保優勢；冶金領域中，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。

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石墨的現代新興工業應用

不同方法制備成的石墨復合材料在新興領域應用十分廣泛。高純石墨（固定碳含量大于99.95%）主要由鱗片狀晶質石墨制備而成，具有高導熱性、耐高溫、抗腐蝕等特性，廣泛應用于冶金工業、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優質耐火材料，更因優異的導熱導電性、低膨脹系數等特性，被應用于核工業反應堆及電池電極領域。高純石墨其副產物錐形石墨利用其層間距大的特性，使得可以突破石墨對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別達到高純，即可以再次制造電池，解決鋰電池對天然石墨的依賴和降低碳排放。

球形石墨在新興領域表現突出，根據鱗片大小可在不同行業發揮作用。在高導熱行業中，主要選采100-500μm的大鱗片晶質石墨，憑借其優異的導熱率（大于300Wm-1k-1）和低密度（小于2.25g cm-3），可替代傳統球形鋁填料，滿足低密度高導熱場景需求，1-4μm的超細鱗片石墨適用于快充電池領域，12μm-25μm的鱗片石墨在鋰電池領域應用廣泛；而球形石墨粉（由固定碳≥90%、粒度5-40μm的鱗片石墨制備）因超導電性，成為高能電池材料的關鍵組分。

氟化石墨在新能源鋰電池領域至關重要，其原料為10-100μm的鱗片晶質石墨。通過將提純后的25-38μm鱗片石墨置于反應管內，通入氟氣與氮氣（1:9）制得的氟化石墨（FG），可作為鋰一次電池（Li/CFx）正極材料，應用于醫療電子及精密設備。此外，膨脹石墨經冷凍干燥氟化反應制備的氟化石墨烯納米片，可作為電池負極材料。

高新技術領域，隱晶質石墨與聚乙烯醇（PVA）復合制備的高導熱材料，可作為導熱填料應用于電子設備散熱系統；與低密度聚乙烯（LDPE）復合形成的隱晶質石墨/LDPE復合材料，因具備良好吸波性能，成為軍工航天領域隱身材料的重要組分。各向同性石墨以提純后的隱晶質石墨（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，在化工耐腐蝕構件、半導體晶圓制造等精密領域展現出獨特優勢。

在核能領域，天然石墨加工后制成的核級石墨可被用作中子慢化劑，其優點為最小吸收截面可用性以及較小的成本等。在國外，天然石墨經過濕法冶金（酸化處理）和火法冶金（電弧等離子體系統處理）精煉后形成核級石墨，國內則是通過熱處理或鹵化處理制成核級石墨。制成的基體石墨（MG）可應用在核反應堆燃料顆粒，可由MTT等方法制備基體石墨。

通過剝離技術而制成的石墨烯憑借其高強度、高導電性、高導熱性及耐腐蝕、抗氧化等特性，在新能源、醫療、電子等領域展現出革命性應用潛力。其制備工藝因原料類型而異：晶質鱗片石墨通常采用機械剝離法、氧化還原法等工藝，而隱晶質石墨則通過浮選法、閃蒸焦耳熱技術等實現高效轉化。例如將制成的納米級石墨烯嵌入超材料諧振器中而制成的有源太赫茲調制器在6G通信、實時成像和波光模擬計算領域發揮重大作用。

來源：張齊騰等，《中國石墨資源特征、礦床類型、開發應用及找礦遠景》。