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石墨也被称为“铅笔芯”或“黑铅”，其主要成分是碳(C)。自然界产生的石墨是在高温下还原形成的。沉积变质石墨分布广泛，是富含有机质或碳的沉积岩经区域变质作用形成的。比如煤层或碳质沉积岩可以通过变质作用生成石墨；岩浆岩与石灰岩接触，石灰岩分解出的CO2可还原成石墨。石墨很少是纯的，而且往往含有大量的机械夹杂物，如应时、云母、盐、氧化铁、氧化镁、氧化钙、五氧化二磷等。有时还有二氧化碳、一氧化碳、H2、甲烷、N2、水和沥青等气体。石墨晶体是一种层状晶格，由许多碳原子六角环连接在一起形成一个巨大的平面网络，相互平行重叠。常见的石墨晶体属于六方晶系。完整的晶体很少见，通常呈板状和鳞片状。无定形石墨通常是块状和粉末状的。天然石墨的晶体直径小于1μm的地方，在普通显微镜下很难看到其晶型的致密石墨集合体，称为微晶石墨(也称无定形石墨或土状石墨)。