グラファイト：暗い外見の裏に隠れた優しい心

グラファイトの英語名「Graphite」は、1789 年にアブラハム・ゴットロブ・ヴェルナーによって、もともと「書く」という意味のギリシャ語「graph」から命名されました。グラファイトは、非常に古い時代から人々に利用されてきたことがわかります。

私の国では、「墨」というと、書道や水墨画、あるいは詩歌に出てくる悠久の河や山を思い浮かべる人が多いかもしれませんが、これらはすべて人工の墨であり、今日紹介する主役ではありません。今号で皆さんにご紹介したいのは、天然鉱物であるグラファイトです。

鱗片状黒鉛骨材（昆明理工大学地球科学博物館所蔵）

考古学者が記録したデータによると、原始部族時代から人々は占いや簡単な印をつけるといった単純な宗教活動にグラファイトを使用していたと推測されています。グラファイトは、鮮明な筆跡が特徴の便利な筆記具です。加工せずにそのまま書道や絵画に使えます。古代では化粧品としても使われていました。明代の唐献祖が書いた詩『十星舟上』には、「春には黒鉛の眉毛が咲き、悲しみを山河に返す」と書かれている。このような詩を読むと、古代の女性たちが鉛筆を使って丁寧に眉を描き、化粧鏡の中に春のように繊細な美しい顔のシルエットが広がっていた様子が想像できます。これらの刻まれた歴史的痕跡は、グラファイトが人類文明の発展に重要な役割を果たしたことを証明するのに十分です。

グラファイトはダイヤモンドと同様に、天然に存在する単一の炭素元素です。しかし、内部の原子の配置が異なるため、グラファイトとダイヤモンドは外観と内部の物理的および化学的特性の両方が大きく異なります。これら 2 つは、外観が異なる均質な鉱物です。

自然界で生成されるグラファイトは純粋なものはほとんどなく、粘土、アスファルト、Si、Al、Fe の酸化物などの他の成分 (最大 10% ～ 20%) が混ざっていることがよくあります。

グラファイトは典型的な層状構造を持っています。各層は六角形の環状ネットワークに配置された炭素原子で構成されています。上層ネットワークの炭素原子は、下層ネットワークの六角形リングの中心を向いています。層内の原子間には共有結合（金属結合）があり、層間には分子結合があります。この構造により、物理的特性の明らかな異方性が決定されます。

グラファイトの色は鋼灰色から鉄黒色で、黒い縞があります。半金属光沢;隠微結晶質土質集合体の光沢は鈍い。シートは柔軟性があります。柔らかく、滑りやすく、手が汚れやすい。非常に完全な劈開を有し、モース硬度は 1 ～ 2 と非常に低く、爪で簡単に傷が付きます (2.5)。相対密度2.09～2.23、電気伝導性が良好です。

塊状黒鉛集合体（昆明理工大学地球科学博物館所蔵）

自然界のグラファイトは主に高温環境で形成され、激しい地域変成作用や接触変成作用を受けた岩石系で生成されることが多いです。堆積性有機炭素、石炭系などの変成作用によって形成されます。グラファイトはさまざまな組成の火成岩でも生成される可能性があり、炭素源は多くの場合、炭素を含む周囲の岩石から得られます。ペグマタイト鉱脈にも見られます。

グラファイトは産業界で広く使用されています。冶金産業の黒鉛るつぼ、機械産業の潤滑剤、原子力産業の減速材、鉛筆の芯、コーティング、染料などの製造に使用されます。純粋な組成の高炭素黒鉛は、原子炉や放射線耐性シェルの中性子減速材として使用できます。国防や原子力産業の材料として重要な材料です。特に2004年に新素材グラフェンが登場して以来、グラファイトは再び一般大衆に人気を博し、グラファイト資源産業の市場構造は大きな変化を遂げました。

グラファイトは南極大陸を含む世界中に分布しています。私の国は世界の黒鉛鉱床の主な分布地域です。グラファイト資源は主に東部環太平洋構造帯と祁連・秦嶺・淮陽鉱床帯に存在しています。その埋蔵量は世界総量の77.5％を占め、世界第1位となっている。我が国の石炭ベースの黒鉛資源には大きな可能性があります。特定された石炭ベースのグラファイトは、我が国の年間グラファイト生産量の半分以上を支えています。それは主に我が国の東部と中央部に分布しており、基本的なパターンとしては、東部に多く西部に少なく、南部に多く北部に少ないです。

天然黒鉛骨材の詳細

注: この記事で説明されているように、古代の女性が使用した「黒鉛」(ツグミ石や黒インクとも呼ばれる) についてはさまざまな理解があります。主なものは次のとおりです。1 つは、これらの古代の名前がこの記事で説明されている元素鉱物グラファイトに対応していることです。 2つ目は、それが石炭であることです。 3つ目は、古代の人々が黒鉛と石炭を混同していたため、どちらも「つぐみ石」「墨」「黒鉛」の意味を持つようになったことです。

この号に掲載されているグラファイト標本は、世界でも有​​数の岩石・鉱物標本のひとつです。これは、中華民国初期に清華大学が「義和団の賠償金」を利用して製作した2組の地質学教育標本のうちの1つです。世界 5 大陸から集められた 1,700 点以上の岩石および鉱物の標本を収蔵しています。多くの標本は、岩石や鉱物の元々の命名地、古典的な採鉱地域、地層セクションから収集されました。長期間の採掘により一部の鉱床は存在しなくなり、収集された標本の多くは回収できなくなります。この標本群は抗日戦争中に清華大学とともに南下し、国立西南大学を経て昆明理工大学に引き渡された。現在までほぼ完全な状態で保存されており、中国の近代地質学と地球科学教育の形成と発展の証人であり、重要な科学研究価値、歴史文化遺跡価値を有しています。

脚本：朱軍、ガオ・ダンシア、シェン・セン、ワン・レイ

科学顧問: 張世涛

撮影：ヤン・ユーチェン

支援機関：昆明理工大学土地資源工学学院