石墨是一种非金属矿物，具有耐高温、导电、导热、润滑等优异性能，广泛应用于冶金、化工、机械、电子、核能、航天等领域。天然石墨（鳞片石墨、微晶石墨）的固定碳含量通常为60%-95%，杂质主要为硅酸盐（SiO₂、Al₂O₃）、铁氧化物（Fe₂O₃）、碳酸盐（CaCO₃、MgCO₃）等。高纯石墨（固定碳≥99.9%）用于高端领域（锂离子电池负极材料、核反应堆慢化剂、半导体用石墨）。生石灰（CaO）在石墨提纯中的“碱熔-酸浸”法是其经典提纯工艺之一，与氢氟酸法（HF毒性大、环境污染严重）、氯化焙烧法（Cl₂腐蚀性强）相比，石灰法投资少、操作相对安全，适合中小规模石墨提纯企业。

“石灰碱熔-酸浸”法提纯石墨的工艺流程包括：将天然石墨粉（-100目或-200目）与生石灰（或石灰石粉）、石英砂（SiO₂）按一定比例混合（石墨:石灰:石英砂=1:0.5-1:0.3-0.5）。混合料装入耐火坩埚（或回转窑、隧道窑），在1200-1500℃下煅烧1-3小时。在高温下，CaO与石墨中的杂质SiO₂反应生成硅酸钙（CaSiO₃）：CaO + SiO₂ → CaSiO₃；CaO与Al₂O₃反应生成铝酸钙（CaO·Al₂O₃或12CaO·7Al₂O₃）；CaO与Fe₂O₃反应生成铁酸钙（2CaO·Fe₂O₃）。同时，CaO与石墨中微量的硫（S）反应生成硫化钙（CaS）。煅烧后的熟料冷却、粉碎，用稀盐酸（或稀硫酸）在80-90℃下酸洗1-2小时，硅酸钙、铝酸钙、铁酸钙、硫化钙等与盐酸反应生成可溶性的CaCl₂、AlCl₃、FeCl₃等，而石墨不与盐酸反应（耐酸），过滤、水洗至中性（pH5-7），干燥，得到高纯石墨（固定碳≥99.5%-99.9%）。酸洗废液（含Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cl⁻）需中和（加石灰）、沉淀（Ca(OH)₂、Al(OH)₃、Fe(OH)₃），沉淀渣脱水后填埋，上清液达标排放或蒸发结晶回收CaCl₂（工业盐）。

“石灰-碳酸钠”混合碱熔法（改进工艺）：在石墨中加入石灰和碳酸钠（Na₂CO₃），碳酸钠在高温下与SiO₂反应生成硅酸钠（Na₂SiO₃），硅酸钠溶于水（可水洗去除），而钙与铝、铁生成的钙盐仍用酸洗去除。该法的优点是碱熔温度较低（1000-1200℃），水洗可去除部分杂质，减少酸用量，但成本较高。石墨提纯用石灰的品质要求：CaO含量≥85%，MgO≤3%，SiO₂≤3%，细度-200目（0.074mm）。石灰中的SiO₂杂质会与CaO反应生成CaSiO₃，降低石灰的有效用量，需适当增加石灰配比。

在碳素材料（石墨电极、炭阳极、炭砖、特种石墨、碳纤维）生产中，生石灰用作粘结剂（与煤沥青、焦炭粉、石墨粉混合）和脱硫剂。碳素材料的制备工艺：将煅烧后的石油焦（或沥青焦、针状焦）粉碎、筛分，与煤沥青（粘结剂）、添加剂（石灰、氧化铁、硬脂酸等）加热混合（混捏），成型（挤压、模压、等静压），焙烧（800-1200℃，煤沥青碳化），浸渍（煤沥青或树脂），石墨化（2500-3000℃，石墨晶体结构形成）。在混捏工序，加入1%-3%的生石灰（或消石灰），石灰的作用包括：吸收煤沥青中的水分（降低气泡、气孔率）；中和煤沥青中的游离酸（环烷酸、酚类），防止酸性气体腐蚀设备；与煤沥青中的硫反应生成CaS，在焙烧和石墨化过程中脱硫（降低制品硫含量，减少“气胀”）。在石墨电极（用于电弧炉炼钢）中，硫含量要求≤0.05%（超高功率≤0.03%），脱硫是关键质量控制点。石灰还可与石墨粉、沥青混合后压制成“碳素糊”（用于铝电解槽的阴极炭块、钢包炉的补炉料）。

在碳素材料的抗氧化涂层中，生石灰（或消石灰）与磷酸（H₃PO₄）反应生成磷酸钙（Ca₃(PO₄)₂）涂层，涂刷于石墨制品表面，干燥后在高温（800-1200℃）下形成致密的磷酸钙玻璃层，隔绝氧气，防止石墨氧化（氧化失重率降低50%-80%）。该涂层用于石墨电极、石墨坩埚、石墨模具的抗氧化保护。

生石灰在石墨提纯和碳素材料生产中的应用，面临环保和能耗的双重压力。石墨提纯的“碱熔-酸浸”法每吨产品产生5-10吨酸性废水（含Cl⁻、SO₄²⁻、Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺），处理成本高；高温煅烧（1200-1500℃）能耗大（每吨产品耗能2-4吨标煤）。近年来，石墨提纯的“高温氯化法”（Cl₂+HCl混合气体，1400-1800℃）和“氢氟酸法”（HF+HCl混合酸）因提纯效率高（固定碳≥99.99%）而成为主流，石灰法仅用于提纯要求不高的工业石墨（99.5%-99.9%）。碳素材料生产中，无粘结剂（沥青）的“等静压石墨”和“CVD（化学气相沉积）涂层石墨”日益普及，石灰的用量也在减少。但对于中国中小石墨企业（黑龙江鸡西、萝北，山东平度，内蒙古兴和），石灰法仍是“够用、可承受”的技术路线。