歷史上的山西，有著許多動人的傳說，如大禹治水、愚公移山、精衛(wèi)填海等；也有著許多流傳至今的典故，如堯舜禪讓、伯樂相馬、唇亡齒寒等。在諸多的典故中，“桐葉封弟”便是其中之一。據《史記》卷三十九《晉世家》記載：西周初期，周成王有一天與弟弟叔虞玩耍，玩到興致濃時，成王隨手從一棵桐樹上摘下一枚葉片，遞給叔虞并對他說：我將這封賜給你。叔虞聽后，心中十分高興，雙手接過桐葉，并把這事告訴了攝政王周公旦，周公旦聞聽后，提醒周成王，身為君王，應言出必行，于是周成王把唐作為封地賜給了叔虞。歷史上的這塊唐地，主要地區(qū)便是現在的山西。而山西的地形，也確實與一片桐葉有幾分相似。

桐葉封弟圖（來源網絡）

從空中俯瞰，國土面積15萬平方公里的山西，備受大自然的青睞，在這片大地上，分布著山川、河流、丘陵、平原、臺地，以及茂密的森林、廣袤的植被。

而同樣是在這片大地之下，也到處蘊含著豐富的礦產資源。在這些礦產資源中，有人們熟悉的金、銀、銅、鐵等金屬，還有一類資源，屬于非金屬。

業(yè)內對非金屬的定義是，沒有金屬光澤，也沒有延展性，且不易導電和傳熱的一類單質。這些單質在常溫下，有的是氣態(tài)，比如氧氣、氮氣；有的是固態(tài)，比如硫、磷；也有的呈液態(tài)，比如溴。但業(yè)內也同時承認，金屬與非金屬之間，并沒有一個絕對的界線。

我國目前探測到的地下寶藏資源中，屬于非金屬一類的礦物有很多，比如金剛石、水晶、云母、黃玉、冰洲石、硼、電氣石、剛玉、石墨、石膏、石棉，都屬于非金屬。還有燃料礦物，比如煤，也屬于非金屬礦物。

長期以來，上述非金屬礦物作為人類賴以生存和文明發(fā)展的重要物質基礎，一直與人類相伴共存。

地殼劇烈運動時，不僅讓太行、呂梁兩座大山從海底高高隆起，讓黃河之水從遠處的天邊滾滾而來，還在這片土地之下，留下了一些有待人類發(fā)現的“寶礦”。據考古專家對山西芮城西侯度遺址考證，180萬年前，我們的祖先便在此處開始用火。那么，火源從哪里來的？180萬年前的古人是不是已經懂得用一種今人所說的非金屬礦物——石頭，作為火石，經過摩擦、敲擊，取得火源？答案是肯定的。

這也充分證明一點，若干萬年前，我們的祖先就已經知道，在這大地之上和大地之下，都有人類生存需要的非金屬“寶礦”。

多年以來，經過一代代山西地質人的努力，在我國已發(fā)現的工業(yè)礦物和工業(yè)巖石非金屬礦產95種135個亞類中，山西勘探到80種非金屬礦產。其中，耐火黏土保有資源儲量居全國之首；冶金白云巖、蛭石居第二位；珍珠巖、鐵礬土居第三位；含鉀砂頁巖、鎂鹽、沸石居第四位；石榴子石居第五位；云母居第六位；建筑用玄武巖、長石、磚瓦用黏土居第八位；水泥配料用黏土、冶金用脈石英居第九位；磷礦、石棉、熔劑用灰?guī)r、玻璃用砂巖、電石用灰?guī)r居第十位。

除此之外，在山西這片形似“桐葉”的大地之下，還蘊藏著一種神秘的礦物，雖然不像煤炭那樣讓人熟知，但也時常出現在人類生活中，這就是煤炭的“近親”——石墨。

石墨礦石

說石墨與煤炭是“近親”，主要原因是它們同樣深埋地下幾萬年，甚至上億年，都是經過不斷的地殼變化形成的，且它們顏色也基本一樣，主要化學成分都是碳，開挖出來后，也都可以燃燒。但作為“近親”，它們又有許多完全不同的地方。眾所周知，煤炭是億萬年前地質年代中大量樹木、植物，由于地殼變化深埋在地下與氧氣隔絕的環(huán)境中形成。而石墨，則是在高溫、低壓條件下形成，主要以煤層或含碳沉積巖經過變質作用產生的，有時也會在巖漿巖與石灰?guī)r中形成。另外，石墨也會出現在隕石之中，這種情形，其他許多非金屬礦物不會出現。

石墨是一種碳質元素結晶礦物，在顯微鏡下，它的結晶格架為正六邊形層狀結構，如同我們平時看到的蜂巢一樣，模樣十分可愛。

我國關于石墨的記載，最早出現在北魏晚期酈道元所著的《水經注》一書中。在這部我國早期的地理名著中，酈道元生動地描述道：“洛水側有石墨山。山石盡黑，可以書疏，故以石墨名山矣?！?/p>

不過，石墨的使用，卻比《水經注》問世要早得多。考古學家對甲骨文的研究，毫無懸念地將石墨的使用推到了3000多年前的商代，也就是說，在公元前1600年至前1046年間，商朝的王室、諸侯或者占卜師及專門負責記事的臣子，在長壽的龜殼上書寫時，除了用青銅刀、青銅錐在甲骨上鐫刻外，還同時懂得用石墨的汁來書寫。這，便是石墨在我國最早的應用——書墨。直到公元220年的東漢末年，這種以石墨為主的書墨才逐漸被松煙制墨所取代。

甲骨上的石墨書寫痕跡

由此可見，石墨最早的應用，與我國最古老文字的出現應屬于同一時期。這一點，從石墨名字的來源——希臘文“graphein”（意思是“用來寫”）也可推出結論：最早的石墨，確實與文字有關。

但石墨在人類后來的開發(fā)中，并不只局限或停留在“用來寫”這一用途上。20世紀初期，用石墨制造電池和鉛筆的技術傳入我國后，它在近代工業(yè)中的應用，直接推動了我國石墨采掘業(yè)的發(fā)展。

利用石墨制造的坩堝

在不斷的開發(fā)和應用中，作為傳統(tǒng)工業(yè)糧食的石墨，個性十足的特點也漸漸被人們發(fā)現：它不但具有耐高溫、導熱、導電等性能，還兼具潤滑、可塑和防腐蝕等其他礦物所無法替代的特性，因此被制作成耐火材料、導電材料、耐磨潤滑材料、高溫冶金材料、鍋爐結垢清除劑、金屬防腐防銹劑、電極、鉛筆芯、拋光劑、顏料、燃料等等，在冶金、石化、電氣、機械等領域得到廣泛應用。

石墨的神秘面紗，被一層層揭開后，在醫(yī)療領域也得到研發(fā)。由于它吸附性強，對患者的傷口止血、消炎、抗感染有較好的作用，被醫(yī)療機構用來制作敷料。甚至，在原子能工業(yè)和國防工業(yè)中，也開始出現石墨的影子。作為建造核反應堆的重要結構材料之一，它被用作屏蔽材料和反射材料，以及原子能反應堆中的中子減速劑。而在國防工業(yè)中，石墨也顯示出它與眾不同的一面，不僅可做固體燃料，還用于火箭的噴嘴、導彈的鼻錐、宇航設備零件，乃至隔熱材料、防射線材料等。在軍事方面，利用石墨制造的石墨炸彈對電力系統(tǒng)的威脅更是非常大，有著“電力殺手”之稱。1991年和1999年，美軍在海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭中就多次使用石墨炸彈，導致被襲擊的地區(qū)電力系統(tǒng)大面積癱瘓。2009年，石墨炸彈也開始進入我國空軍服役。

另外，人們所熟知的人造金剛石、鉆石，原料也離不開石墨。

說到鉆石，人們首先想到的是在珠寶店中看到的那些光彩奪目、璀璨耀眼的昂貴之物。那些以克拉為重量單位來確定售價的珍寶，似乎離普通人很遙遠，這都是由于可用來做“鉆石”的天然金剛石十分稀少、罕見，物以稀為貴。于是近年來，為了滿足鉆石市場的需求，人們想出用人造金剛石來代替，而人造金剛石，就需要依賴于石墨。

經過多年的研發(fā)，世界上已有包括我國在內的十幾個國家均合成出人造金剛石。最初合成的金剛石顆粒呈黑色，大小約0.5mm，重量約0.1克拉（用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉）。美國、日本等已制成6.1克拉多的金剛石，我國人造金剛石在這一領域的研究也取得突破，實驗室生成的大顆粒金剛石達8mm。這意味著，金剛石已經從普通的石墨中“脫穎而出”，寶石級的人造金剛石也會在不遠的將來出現在我們的視野中。

利用石墨制造的模具

石墨的神奇作用和廣泛應用，讓它擁有了“百變奇材”的稱號，不僅在我國受到重視，全世界都越來越關注它的開發(fā)、生產和研究。

2004年，英國曼徹斯特大學物理學家Andre Geim（安德烈·蓋姆）和Konstantin Novoselov（康斯坦丁·諾沃肖洛夫），成功地從石墨中分離出石墨烯，兩人因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。然后不斷重復這樣的操作，使薄片越來越薄，最后，得到僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。

石墨烯具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是未來一種革命性的材料。不僅在航空航天、太陽能利用、納米、電子學、生物醫(yī)療、復合型材料等領域有廣泛應用，而且在人們服飾、日用品等領域顯示出它獨有的商業(yè)應用潛能。比如石墨烯電池20秒鐘就能充滿電且使用半個月，石墨烯電池的電動汽車充電10分鐘能續(xù)航1000公里。因此，石墨烯被稱為“黑金”“新材料之王”，也被譽為改變21世紀的“神奇材料”。

石墨烯的出現，再一次顛覆了人們對石墨的認知，也讓人們更加意識到它的重要性。2016年，我國將晶質石墨列入國家戰(zhàn)略性礦產目錄。同一批被列入該目錄的，還有黃金。

隨著技術的發(fā)展，石墨烯的生產制造工藝日趨成熟、多樣，石墨烯的應用前景備受社會各界關注。2018年3月，我國首條全自動量產石墨烯有機太陽能光電子器件生產線在山東菏澤啟動，該項目主要生產可在弱光下發(fā)電的石墨烯有機太陽能電池。同年8月，我國首條物理催化法石墨烯生產線在大同墨西科技有限責任公司投產運營。

而石墨烯無論怎樣的“神奇”，都離不開最基礎的材料——石墨。

石墨屬于不可再生資源，據不完全統(tǒng)計，世界天然石墨儲量約為20億噸，其中晶質石墨約8億噸。我國的天然石墨儲量居世界第一位，晶質石墨礦總保有儲量礦物4.73億噸，主要分布在黑龍江、山東、內蒙古等地。這些石墨礦床分布廣泛，類型齊全，有的沉積時代為中太古代一直延續(xù)到寒武紀，有的沉積時代為石炭紀、二疊紀。

截至2019年底，山西省地質勘查局在崇山峻嶺和丘陵盆地之中，經過辛勤勘查，終于發(fā)現了沉睡在地下的十多處石墨礦產蘊藏地，包括超大型礦床1處，大型礦床3處，中型礦床4處，小型礦床2處。中型以上的礦床集中分布在大同市新榮區(qū)白山村-弘賜堡一帶，共7處，此外還有婁煩縣寬坪-青楊溝-婁兒上一帶為中型礦床；天鎮(zhèn)縣白羊口、興縣店上各有1處小型礦床；其余還有5處為礦點，分布在霍州市、忻州市忻府區(qū)、繁峙縣、陽高縣等地。累計查明晶質石墨礦物資源量2098.4萬噸。這些石墨礦床均為變質型晶質石墨礦床，是我國石墨主要礦類型。

大同：石墨走向高科技

位于大同市新榮區(qū)七里村-碓臼溝的石墨礦床，為特大型石墨礦床，是山西礦床中最大的一處，也最具有代表性。礦物資源量為1987.87萬噸，占總資源量的94.73%。

正是基于這個原因，早在中華人民共和國成立前，日本侵略者就曾對這一帶的石墨資源進行掠奪式開采，大量石墨被運往日本進行深加工。后來，隨著日本侵略者野心膨脹，加之將石墨運回日本路途遠、成本高，日本侵略者在大同當地建起小型加工選礦場，逼著中國礦工開采石墨，進行更加快速的掠奪。1945年抗日戰(zhàn)爭勝利后，日本投降，但卻沒有留下任何關于大同新榮區(qū)石墨的資料。20世紀60年代初期，山西省地質局217地質隊在大同市新榮區(qū)弘賜堡、六畝地，忻定縣（今為忻州市忻府區(qū)和定襄縣）大山溝、曹操溝，陽高縣新平公社新平堡至瓦窯口一帶，興縣店子上等地石墨礦區(qū)（點）進行了不同程度的地質勘查工作。2005年以來，山西省國土資源廳投入大量資金，對大同市新榮區(qū)開展了七里村、白山村、碓臼溝和靳圪塔梁等礦業(yè)相關權價款地質勘查，取得顯著進展。

2019年5月，位于大同市經濟開發(fā)區(qū)的山西大同石墨烯+新材料儲能產業(yè)園項目啟動建設，園區(qū)總規(guī)劃占地3000余畝。2019年8月18日，年產10噸國內首條物理催化法工藝制造石墨烯生產線投產運營，并開始應用于農村取暖、城市公共衛(wèi)生間供熱等領域。預計項目全部建成后，山西自產石墨烯將在電動汽車、風電光伏、高耗能電力系統(tǒng)儲能與調峰填谷、5G智能化移動產品供電、高端防腐涂料等方面發(fā)揮主要作用。

截至2019年底，山西省有3家個體企業(yè)從事石墨礦開采，設計生產能力9.84萬噸/年，實際生產能力10.54萬噸/年。主要產品為石墨棒、建筑用防火保溫材料石墨聚苯、核能級柔性石墨、高倍可膨脹石墨、超薄石墨，乃至石墨導電導熱材料、石墨烯納微片、石墨烯金屬復合材料等。

21世紀被人們稱為“黑金時代”，石墨制品的用途遠遠高于人類預想，相信隨著新能源汽車及石墨烯高科技新材料的出現，石墨資源會越來越受到社會的專注，石墨礦產品的開發(fā)亦將進入新階段。山西的石墨礦，也會在“黑金時代”為我國的工業(yè)、國防等領域，提供更加優(yōu)質的產品。PICS