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地球上的碳元素分布非常廣泛，既有分布在地殼表層的，也有存在于地殼深部甚至是地球內部更深處的地幔中。截至目前，自然界中已發現的由碳單質構成的物質有三種：第一種是價值斐然的鉆石，第二種是與人們日常生活密切相關的石墨，第三種是尚存爭議且人們知之甚少的卡賓碳。

石墨最早由德國礦物學家A.G.Werner于1789年命名。自然界中產出的石墨外觀呈鋼灰色或黑色，形狀主要有鱗片狀和土狀，部分以塊狀形式產出。天然產出的石墨常包含二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鐵，以及黏土、瀝青等雜質。

美國地質調查局最新發布的《世界礦產品概要2019》顯示，全球范圍內的石墨儲量主要分布在土耳其、中國、巴西、莫桑比克、坦桑尼亞、印度、越南等國。其中，晶質石墨主要分布于中國、巴西、莫桑比克、烏克蘭、馬達加斯加等地，隱晶質石墨主要分布在土耳其、印度、墨西哥等地。

石墨屬于不可再生資源，是我國的優勢礦種。我國在2016年將晶質石墨列入國家戰略性礦產目錄。《中國礦產資源報告2019》顯示，我國晶質石墨查明資源儲量為4.37億噸，主要分布在黑龍江、山東、內蒙古、吉林和湖南5個省（區）。我國已發現的石墨礦床總體上可分為三種類型：區域變質型，如黑龍江省雞西市柳毛石墨礦、山東省青島市萊西南墅石墨礦、內蒙古自治區烏蘭察布市興和石墨礦等；接觸變質型，如湖南省郴州市魯塘石墨礦、吉林省吉林市磐石煙筒山石墨礦等；巖漿熱液型，如新疆維吾爾自治區昌吉蘇吉泉石墨礦、巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣托克布拉克石墨礦等。

石墨用途廣泛。由于具備良好的導電、導熱、潤滑、耐磨，以及耐高溫、抗腐蝕、防輻射等諸多優良性能，石墨可用于制造多種產品，被廣泛應用于國民經濟的各個行業，可謂材料界的“百變星君”。在傳統行業中，石墨可作為耐火磚、坩堝、增碳劑等，應用于耐火材料和鋼鐵工業。目前，由于潔凈鋼及超低碳鋼的發展，以及節能降耗的要求，開發低碳耐火材料已成為必然趨勢，石墨在煉鋼領域的用量正逐步降低。

在新能源領域，石墨可作為鋰離子電池的負極材料。負極材料對石墨性能要求較高，通常需要將石墨球形化以后，提純到99.9%以上。在核能領域，天然石墨也發揮著重要作用。在球床式高溫氣冷堆的球形燃料元件中，天然石墨占據64%的比例。

石墨烯是近年來的熱點新型碳材料。英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫于2004年首次發現了石墨烯，并因此榮獲了2010年的諾貝爾物理學獎。我國目前已經實現以天然石墨為原料，通過氧化石墨還原法制備石墨烯粉體的工業化量產過程，并在防腐涂料、導熱膜等領域有較好的應用效果。未來，石墨烯在新能源汽車、海洋工程、能源發展、高端裝備、環境治理等領域的應用將進一步深入，有望成為各領域不可或缺的應用材料。