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一、 地 质 勘 查
依据全国矿产储量委员会1986年颁发《石墨矿地质勘探规范》，中国石墨矿床划分为4个勘探类型：
(1) 第Ⅰ勘探类型 矿体形态简单，呈层状，似层状或较大透镜体，主矿体连续沿走向长几百米至千米以上，厚一般十几米至几十米或更大，稳定，变化系数小于40%；石墨分布均匀；断裂及岩体(脉)对矿体无破坏或破坏甚微；规模中到大型。如山东平度刘戈庄石墨矿床。
(2) 第Ⅱ勘探类型 矿体形态较简单，呈层状、似层状、透镜状，主要矿体比较连续，沿走向长一般几百米至千米以上，矿体内夹石较少，矿体边部分叉现象较普遍，厚一般几米至几十米，较稳定，变化系数40%～70%；石墨分布均匀；断裂及岩体(脉)对矿体破坏不大；规模以大、中型为主。如黑龙江鸡西柳毛及山东莱西南墅刘家庄石墨矿床。
(3) 第Ⅲ勘探类型 矿体形态复杂，呈不规则的层状、似层状、透镜状，主矿体不连续，沿走向长几百米，夹层或夹石较多，分叉复合现象普遍，厚一般几十厘米至几米，不稳定，变化系数70%～100%；石墨分布均匀；断裂及岩体(脉)对矿体破坏较大；规模以中型为主。如湖北宜昌三岔垭、吉林磐石烟筒山和新疆奇台苏吉泉石墨矿床。
(4) 第Ⅳ勘探类型 矿体形态很复杂，呈小透镜状、扁豆状及不规则状，厚度很不稳定，变化系数大于100%；石墨分布均匀；断裂及岩体(脉)对矿体破坏很大；规模小至中型为主，如四川南江坪河及湖南郴州鲁塘石墨矿床。
上述勘探类型的划分是根据矿床中主矿体(可以是一个或几个)规模(其储量必须占勘探范围内总储量的70%以上)、形态复杂程度、主要有用组分含量的分布均匀程度、被构造和火成岩体(脉)破坏情况等地质因素确定的。中国已勘探的石墨矿床，属于第Ⅰ勘探类型的很少，晶质(鳞片状)石墨矿床多属第Ⅱ、Ⅲ勘探类型，隐晶质(土状)石墨矿床多属第Ⅲ、Ⅳ勘探类型。
中国石墨矿勘查阶段分为普查、详查、勘探三个阶段。当前，普查阶段的工作要求按照国家技术监督局发布的中华人民共和国国家标准《固体矿产普查总则》(GB/T13687-92)进行，对有希望的矿床，可探求D+E级储量。详查阶段的工作要求按照国家技术监督局发布的中华人民共和国国家标准《固体矿产详查总则》(GB/T13688-92)进行，应做出是否具有工业价值和近期能否开发利用的评价，对有工业价值的矿床，可探求C+D级储量，其中C级储量为20%～50%，其详查报告可作为矿山总体规划或总体设计以及矿山项目建议书的依据。勘探阶段的工作要求按照国家技术监督局发布的中华人民共和国国家标准《固体矿产地质勘探规范总则》(GB13908-92)和全国矿产储量委员会1986年颁布的《石墨矿地质勘探规范》进行，对具有工业价值并拟近期开采利用的矿床进行对口勘探，探求各级储量，提交勘探报告，为矿山建设设计确定生产规模、产品方案、开采方式、开拓方案、建议采矿方法、矿石选矿加工和矿山总体布置、矿山远景规划、矿山经济效益等提供必需的地质资料依据。
石墨矿床勘探控制程度的要求，除对矿体形态、产状、空间位置的控制程度，应参照勘探类型和相应的勘探工程间距部署勘探工程，达到各级储量的相应要求外，对适于露天开采的矿床，应用工程控制主矿体的四周边界和露天采场底界标高面上的矿体界线；对适合坑道开采的矿床，应用工程系统控制勘探范围内矿体的边界及延深，对勘探范围以外矿体仍有延深者，需酌情作稀疏的控制，了解其远景。勘探深度应根据矿床的具体特点、开采规模和技术经济条件确定，当前勘探深度以200m为宜，或根据建设需要确定。勘探阶段石墨矿山建设所需储量及各级储量比例见表4.13.6。对具有综合回收利用价值的其他矿产和有用组分，如区域变质型晶质(鳞片状)石墨矿床中可能有金红石、磷灰石、黄铁矿、蓝晶石、钒(含钒白云母)、锶等，接触变质型产于煤系中的隐晶质(土状)石墨矿床中可能有瓷土及分散元素等，应进行综合评价。
表4.13.6石墨矿山建设所需储量及各级储量比例
石墨矿床勘查手段一般以槽探和钻探为主，槽探主要用于揭露地表地质情况，追索和圈定矿体。钻探用于追索和圈定深部石墨矿体，根据矿区和矿体的实际情况，也可使用其他探矿手段。由于石墨属良导电矿物，根据矿化体与围岩的电性差异特征，物探电法测量在石墨矿的找矿和勘探中得到广泛应用。实践证明，激发极化法测量的异常，基本可反映石墨矿带或矿体的位置。甚至形态与产状。当矿体被后期较大的断裂或岩体(脉)破坏错动时，在异常形态上亦有显示，还可综合使用自然电场法、电测深法、联合剖面法及电测井等方法，根据物探资料结合地质特点分析，可以指导勘探工程的部署，提高找矿效果和勘探效益。
石墨矿床勘查工程部署一般采用勘探线法，各勘探类型矿床勘查网度即勘探工程间距见表4.13.7。表中所列工程间距，系指不管使用任何勘探工程所控制矿体的距离，而且均系指控制主要矿体，对局部矿体形态、产状及厚度等变化较大和构造复杂地段，可根据需要酌情加密工程，可以是同一矿体的不同地段或同一矿床的不同矿体采用不同的勘探工程间距。由于石墨矿床在矿体厚度及品位的变化上，大多是沿倾向的变化大于沿走向的变化，因此其工程间距一般是沿走向间距大于沿倾向间距，但并非绝对如此，当出现倾向比走向变化小时，应据实际情况予以变更，沿倾向的控制距离可以大于沿走向的控制距离。对已确认为属于特别复杂的煤变质矿床(第Ⅳ勘探类型)，考虑其矿体沿走向尚反映有一定的连续性，而在倾向上形态变化则极其复杂，因此，可在走向上大致以250m、倾向上以60 m的工程间距进行控制了解后供生产单位边采边探。
表4.13.7石墨矿床勘探工程间距
石墨矿石的工业要求，考虑到虽然对晶质(鳞片状)石墨矿石来说，这种矿石由于固定碳含量低，工业上不能直接利用，必须经过选矿才能获得合乎要求的石墨产品，矿石中所含各种杂质，经选矿后一般可以基本脱除，但脱除程度差则会影响石墨质量；隐晶质(土状)石墨矿石固定碳含量一般较高，由于石墨粒度太小，选矿效果不好，目前工业上只经手选后磨成粉末即行使用，鉴于这种矿石系石墨的直接产品，因此矿石中含硫、铁等量高时会降低耐火度与化学稳定性、影响产品质量。但是，由于石墨的用途广泛，各种产品对石墨的质量要求不一，各种杂质对各种用途的产品质量的影响也不相同，因此，在矿床勘查的工业指标中对矿石中的杂质一般不作限制。
全国矿产储量委员会《石墨矿地质勘探规范》所提出的石墨矿床评价一般工业指标见表4.13.8。这是根据现有的勘探矿区和生产矿山的实例(对晶质石墨矿床均为露天开采和对隐晶质石墨矿床均为坑道开采)总结提出来的，对需要用坑道开采的晶质石墨矿床和需要用露天开采的隐晶质石墨矿床，可根据矿区的实际情况制定相应的工业指标。由于晶质(鳞片状)石墨的片径不同，其工业用途及经济价值都相差甚大，在制订作为提供矿山建设设计依据的地质勘探报告所用工业指标时，应据正目(＋100目)石墨含量要求，一般可掌握在40%～60%左右，所谓正目石墨含量，是指矿石经选矿所得精矿筛析后，+100目石墨在精矿中所占的百分比。晶质石墨风化矿石更易于采选，其品位要求可低于原生矿石。
表4.13.8中国石墨矿床评价一般工业指标
二、 矿 山 开 采
中国晶质石墨矿都采用露天开采，如柳毛石墨矿、南墅石墨矿、平度刘戈庄石墨矿、兴和石墨矿和湖北三岔垭石墨矿等，目前尚无地下开采的实例；隐晶质石墨矿多为地下开采，如鲁塘石墨矿、吉林磐石石墨矿等。
矿山规模的划分，采用两种方法：一是按矿石量计；二是按精矿量计。见表4.13.9。
表4.13.9石墨矿开采规模划分(万t/a)
露天开采的开拓运输方法：多用公路开拓，如柳毛石墨矿，矿石年产量24.4万t，年采剥总量达81万t，运输用TATRA815型自卸汽车，载重为15t；南墅岳石采区，矿石年产量24.3万t，年剥离总量达82.8万t，运输用ZG150和BJ374型自卸汽车，载重分别为15t和20t。内蒙古兴和石墨矿，矿石年产量仅12万t，年采剥总量为37万t，运输用8t自卸汽车。井下开采的开拓运输方法：一是平硐开拓，如鲁塘石墨矿；二是斜井开拓，如磐石石墨矿。由于开采规模小，如磐石石墨矿矿石年产量仅2万t，斜井提升用1.2m的提升机，巷道运输用人工推车，矿车为0.55m3的翻斗车。
中国晶质石墨矿矿床多产于区域变质中-深变质岩系中。矿体呈层状、似层状或透镜状，矿石硬度中等，紧固性系数f=5～8或f=8～10。露天开采工艺与一般露天矿相同，柳毛石墨矿、南墅石墨矿的岳石矿区都是用公路开拓的大型露天矿，工作面布置有平行走向和垂直走向两种，穿孔用KQ-150型潜孔凿岩机，采装工作用1m3、2m3电动挖掘机，工作面运输用汽车，汽车型号选型同开拓运输的汽车。
隐晶质石墨矿多产于接触变质煤系变质页岩中，矿体呈层状、似层状、带状及透镜状，矿石呈土状，松软、易碎、滑腻。地下开采的采矿方法，鲁塘石墨矿和磐石石墨矿由于矿石及围岩的稳固性差，因此均采用崩落采矿法。鲁塘石墨矿结合矿石和围岩的特性，经过多年的实践，创造性地采用无底柱倾斜分段崩落法，在采准及回采工艺方面利用了矿石的滑腻性、摩擦角小的特点，将所有巷道都做成倾斜的，见图4.13.6，放矿溜井的倾角为42°，每隔7m掘进的分段联络道倾角为18°～20°，分段斜巷倾角为18°～20°，回采进路倾角为10°～11°。分段联络道、分段斜巷及回采进路的底板铺设搪瓷溜槽，矿石顺着溜槽自溜滑行至放矿溜井中，整个回采工艺不再设其他装运设备，这种方法与一般的无底柱分段崩落法相比，设备简单，装运费省，容易掌握。矿块生产能力为36t/d，工作面工效为3.35 t/(工·班)。
图4.13.6鲁塘石墨矿无底柱倾斜分段崩落法
1.阶段运输巷道；2.运输横巷；3.放矿溜井；4.分段联络道；5.分段斜巷；6.回采进路；7.阶段通风巷道
三、 选矿与加工
(一) 选矿加工方法
1.晶质石墨的选矿加工方法
晶质石墨天然可浮性较好，在中国基本上都是采用浮选方法进行选矿。由于石墨鳞片的大小是其最重要的质量指标之一，因此在选别方法上采用多段磨矿、多次选别的工艺以便尽早选出大鳞片石墨。浮选常用捕收剂为煤油、柴油等，起泡剂为二号油、四号油等，调整剂为石灰、碳酸钠，抑制剂为水玻璃。
2.隐晶质石墨选矿加工方法
隐晶质石墨晶体极小，故也叫微晶石墨，石墨颗粒常常嵌布在粘土中，分离很困难。由于原矿品位高(一般含碳60%～80%)，因此许多石墨矿山将采出的矿石直接进行粉碎加工，出售石墨粉产品。湖南鲁塘石墨矿曾于50年代建立浮选厂浮选微晶石墨，但因成本太高而停产。目前一些单位仍在进行微晶石墨浮选新工艺(如油团聚浮选等)的研究。
3.石墨产品的提纯加工
现代工业对石墨产品要求向两方面发展：一是要求晶体大鳞片达到高纯，二是要求石墨产品颗粒达到超微细(如小于1μm或0.5μm)。中国已在南墅、北墅、柳毛、兴和等石墨选厂建立了石墨提纯和微细粉加工生产线，提纯方法主要是化学提纯。石墨化学提纯最成熟的工艺是利用苛性碱与石墨在700℃下熔融后，经洗涤到中性，再加盐酸处理、洗涤，使石墨含碳量达到98%～99%。也有厂家采用氢氟酸处理生产高纯石墨。
(二) 工 艺 流 程
1.晶质石墨选矿流程
由于石墨矿石的硬度一般为中硬或中硬偏软，品位一般在2%～10%之间，破碎流程比较简单，常采用三段开路、两段开路或一段破碎流程。以加工风化矿为主的中小矿山，则不经破碎而直接送入球磨。浮选工艺流程一般为多段磨矿、多段选别、中矿顺序(或集中)返回的闭路流程。多段流程有三种形式，即精矿再磨、中矿再磨和尾矿再磨。晶质石墨多采用精矿再磨流程，正常情况下选矿作业回收率可达80%左右。有些矿山也曾尝试中矿再磨流程，但效果不明显。个别小厂也有采用开路或半开路浮选流程，因丢弃尾矿点过多。选矿回收率很低，一般只有40%～50%。
2.隐晶质石墨选矿加工流程
虽然隐晶质石墨矿石品位较高，但难以分选。在中国，通常都是将开采出来的石墨矿石经过简单的手选后，直接粉碎成产品出售。一般流程为：原矿→粗碎→中碎→烘干→磨矿→分级→包装。
(三) 常用技术设备
晶质、非晶质石墨矿石粗碎多采用颚式破碎机，中、细碎多采用圆锥破碎机或锤式破碎机，磨矿采用球磨机、研磨机或振动磨。浮选常采用A型或JJF型、CHF型、XJK型浮选机。产品脱水常采用各种离心脱水机或折带式过滤机。
产品分级多采用高方筛，少数采用平面摇动筛、旋回筛，其中高方筛本是粮食工业定型设备，在矿物加工中是石墨产品分级所特有的筛分设备。
石墨超细粉碎采用雷蒙磨、高速冲击式粉碎机和气流粉碎机。
(四) 选 矿 实 践
1.山东南墅石墨矿
该矿生产鳞片石墨。原矿露天开采，用汽车送入选矿厂。选矿工艺流程见图4.13.7。
主要设备有：颚式破碎机(600mm×900mm)用于粗碎，锤式破碎机(φ800mm×800mm 2台)用于中细碎，格子型球磨机(φ1500mm×3000mm 3台)用于原矿粗磨并与耙式分级机(6000mm×1200mm)组成闭路，溢流型球磨机(φ1200mm×3000mm 2台，φ900mm×300mm 1台)和卧式离心碾磨机(φ1500mm×3000mm 1台)用于粗精矿再磨，CHF-14浮选机(4台)用于粗选，XJK-2.8浮选机(34台)用于精选和扫选，刮刀卸料离心脱水机(WG-1200-2型8台)用于精矿脱水，刮板烘干机和沸腾干燥机用于干燥，高方筛(FSP-4型2台)用于产品筛分分级。
图4.13.7南墅石墨矿选矿工艺流程
选矿厂原矿处理量约34～35万t/a，原矿粒度为450mm，入磨粒度为15mm，入选粒度小于0.15mm占60%～65%。原矿品位4.39%～4.45%，精矿品位88%～89%，回收率约80%，尾矿品位0.6%～0.8%。
该矿还采用化学法(酸碱处理法)提纯石墨，工艺流程如图4.13.8。主要设备有熔融炉(φ500mm×600mm)、洗涤槽(9800mm×1350mm×3900mm)、脱水机(WG-800型)和烘干机(φ800mm×700mm)等。经化学提纯后，石墨品位达到98%～99%，回收率达88%。
图4.13.8南墅石墨提纯工艺流程图
经过选矿和化学提纯的高碳或高纯石墨，再经过雷蒙磨、高速磨和气流磨进行微细粉碎，生产出含碳99%，粒度小于10μm的石墨润滑剂。再经进一步加工，生产出彩色显像管石墨乳。所用湿式粉碎分级设备包括双筒振动磨(CB-300)、粗粒分级机(P-3000C、微粉分级机(PH-1500)、离心捕集机(AS-16V)等；干式粉碎分级设备包括双室超微粉碎机(M202NC)、分级机(MS-3)、袋式捕集机(SP-49-8)等。彩色显像管石墨乳产品包括黑底石墨乳、销钉石墨乳、管颈石墨乳、外涂石墨乳等5个品种。
2.内蒙古兴和县兴和石墨矿
该矿生产鳞片石墨。建有两座选矿厂，选矿工艺流程，见图4.13.9。一选厂粗磨用φ1200mm×2400mm球磨机，一次再磨用φ750mm×1800mm球磨机，二、三、四再磨用φ600mm×1800mm球磨机，粗选和扫选2m3 JJF浮选机，一、二、三次精选用XJK-0.52浮选机，四、五、六、七次浮选用XJK-0.23浮选机。磨矿分级用FLG-1000型螺旋分级机，脱水用WG-800型离心脱水。
两座选厂年处理原矿约30万t，石墨产量约7000t。原矿粒度为350mm，入磨粒度为10mm，入选粒度小于0.15mm占38%。原矿品位为3.82%～4.07%，精矿品位约88%，尾矿品位1.34%～1.68%，选矿回收率约68%。浮选精矿经化学提纯品位可达94%～99.5%。
图4.13.9兴和石墨矿选矿工艺流程
3.黑龙江鸡西市柳毛石墨矿
该矿生产鳞片石墨。建有三座石墨浮选厂，总生产能力3万t精矿/a。原矿经600mm×900mm颚式破碎机破碎后，采用φ1650单缸液压中型和φ1650单缸液压短头型圆锥式破碎机进行中、细碎。粗磨采用φ2100mm×3000mm格子型球磨机并与FLG1200分级机形成闭路。经浮选后的石墨粗精矿再经5次再磨、6次精选，中矿集中返回粗磨回路，精矿经折带式真空过滤机过滤、φ2.2m×23m间热式圆筒烘干机烘干、高方筛分级后得到最终产品。再磨分别采用φ1000mm×3500mm、φ900mm×2200mm、φ900mm×3000mm球磨机，浮选采用JJF型和XJK型浮选机。原矿最大粒度550mm，入磨粒度20mm，入选粒度100目占70%，原矿品位14%～16%，精矿品位93%～95%，尾矿品位3%～4%，选矿回收率约75%。
4.湖南郴州市鲁塘石墨矿
该矿生产隐晶质石墨。隐晶质石墨矿石主要矿物为石墨，含少量粘土等其他矿物。原矿品位65%～68%，粒度为6～250mm，呈细粒嵌布。加工流程较简单，主要由手选、粗碎、筛分、中碎、烘干、磨矿、分级等工序组成。粗碎用带齿辊的对辊破碎机(φ600mm×700mm)，中碎采用锤式破碎机(φ800mm×600mm)，烘干采用回转式干燥机(φ1500mm×12000mm)，粉磨采用雷蒙磨(R3216)。该矿选厂原矿处理能力约6万t/d，入磨粒度小于40mm。手选精矿品位70%～88%，手选尾矿品位小于60%，选矿比1.1，选矿回收率为90%。
(五) 主要深加工产(制)品品种、用途
石墨的深加工产(制)品品种及用途如下：
(1)高纯石墨 用于核反应堆屏蔽及反射材料、固体燃料、火箭喷嘴、宇航设备零件等。
(2)石墨乳(胶体石墨) 分为显像管石墨乳、锻造石墨乳、拉丝石墨乳、节能减磨添加剂等，分别用于彩色显像管各部位的导电涂料、金属锻造和热挤压模具的润滑剂、金属冷铸涂型剂、玻璃制瓶脱模剂、金属拉丝润滑剂、润滑油减磨剂等。
(3)可膨胀石墨 用于生产柔性石墨(膨胀石墨)、钢锭浇铸发热剂等。
(4)柔性石墨制品 用于生产密封填料和密封垫片等，如柔性石墨纸、石墨板、石墨填料环、石墨盘根高强复合板材等。
(5)炭素石墨制品 主要用于耐热耐火材料、绝热材料、导电和电阻材料、润滑和减磨材料、耐腐蚀材料、核反应堆用减速材料和反射材料、精练高纯材料用的加热器、坩埚、器皿及模具等。如石墨电极、石墨模具、电弧碳棒、光谱分析电极棒、石墨阳极板、电炭刷、石墨管、石墨轴承等。
(6)石墨坩埚 用于各种金属的熔炼。 | 
