grafit

grafit jest jak diamentJest to forma natywnego węgla krystalicznego z atomami ułożonymi w sześciokątną strukturę, która jest nieprzezroczysta i ciemnoszara do czarnej. Występuje w postaci sześciokątnych kryształów, elastycznych arkuszy, łusek lub dużych mas. Może być ziemisty, ziarnisty lub zwarty. Grafit powstaje w wyniku metamorfizmu osadów węglowych i reakcji związków węgla z roztworami hydrotermalnymi. W tej formie występuje naturalnie i jest najbardziej stabilną formą węgla w standardowych warunkach. Pod wysokim ciśnieniem i temperaturą przekształca się w diament. Wyglądem różni się radykalnie od diamentu i znajduje się na drugim końcu skali twardości. Jego miękkość wynika ze sposobu, w jaki atomy węgla są ze sobą powiązane. Pierścienie sześciu atomów węgla są ułożone w szeroko rozmieszczone poziome arkusze. Atomy są silnie związane w pierścieniach, ale bardzo słabo związane między arkuszami. Stosowany jest w ołówkach i smarach. Jego wysoka przewodność sprawia, że ​​jest przydatny w produktach elektronicznych, takich jak elektrody, baterie i panele słoneczne.

Imię: Z języka greckiego oznaczającego pisanie, w nawiązaniu do jego użycia jako kredki.

Stowarzyszenie: Duża róznorodność minerały stabilny w warunkach metamorficznych, w których tworzy się grafit. W meteorytach, w guzkach z troilitem, krzemianami

Polimorfizm i serie: Polimorficzny z chaoitem, diamenti lonsdaleit.

Właściwości chemiczne

Klasyfikacja chemiczna	Element rodzimy
Formuła	C

Właściwości fizyczne grafitu

Kolor	Stalowoszary do czarnego
Smuga	Czarny
Połysk	Metaliczne, czasem ziemiste
Łupliwość	Idealny w jednym kierunku
Przeźroczystość	Nieprzezroczysty
Twardość Mohsa	1 do 2
System krystaliczny	Sześciokątny
Wytrwałość	Elastyczne
Gęstość	2.09 – 2.23 g/cm3 (zmierzone) 2.26 g/cm3 (obliczone)
Złamanie	Mikowy

Właściwości optyczne grafitu

Anizotropizm	Skrajny
Kolor / Pleochroizm	Silny
Znak optyczny	Jednoosiowy (-)
Dwójłomności	ekstremalna dwójłomność

Występowanie grafitu

Powstaje w wyniku metamorfizmu osadowego materiału węglowego w wyniku redukcji związków węgla; główny składnik w skały magmowe. Występuje w Skały metamorficzne w wyniku redukcji osadowych związków węgla w okresie metamorficznym skały. Występuje także w skałach magmowych i meteorytach. Minerały z nim związane to kwarc, kalcyt, mały i turmalin. Głównymi źródłami eksportu górnictwa są Chiny, Meksyk, Kanada, Brazylia i Madagaskar.

Grafit syntetyczny

Grafit syntetyczny to materiał składający się z węgla grafitowego, który został otrzymany poprzez grafityzację węgla niegrafitowego, metodą CVD z węglowodorów w temperaturach powyżej 2500 K, przez rozkład niestabilnych termicznie węglików lub przez krystalizację ze stopionych metali przesyconych węglem.

Termin sztuczny jest często używany jako synonim grafitu syntetycznego. Preferowane jest jednak określenie grafit syntetyczny, ponieważ uważa się, że jego kryształy składają się z makrocząsteczek węgla. Termin grafit syntetyczny jest używany głównie w odniesieniu do grafityzowanego węgla, chociaż termin CVD obejmuje grafit pirolityczny, a także pozostałości rozkładu węglików. Takie powszechne zastosowania są takie same, jak definicja powyżej. Synonimy tego najważniejszego rodzaju grafitu syntetycznego to grafit Achesona i elektrograf.

Używa obszaru

• Grafit naturalny jest najczęściej stosowany w materiałach ogniotrwałych, bateriach, hutnictwie stali, graficie ekspandowanym, okładzinach hamulcowych, okładzinach odlewniczych i smarach.
• W tyglach zaczęto używać bardzo dużego grafitu płatkowego, a cegły węglowo-magnezytowej wymagającej niezbyt dużego grafitu płatkowego; w przypadku tych i innych zastosowań istnieje obecnie znacznie większa elastyczność w zakresie wymaganego rozmiaru płatków, a grafit amorficzny nie jest już ograniczony do materiałów ogniotrwałych niskiej jakości.
• W ciągu ostatnich 30 lat wzrosło wykorzystanie grafitu w akumulatorach. Do budowy elektrod w głównych technologiach akumulatorów wykorzystuje się naturalne i syntetyczne.
• Zapotrzebowanie na akumulatory Przykładowo akumulator litowo-jonowy w w pełni elektrycznym Nissanie Leaf zawiera blisko 40 kg grafitu.
• Naturalny grafit stosowany w hutnictwie głównie zwiększa zawartość węgla w roztopionej stali, może być również stosowany do smarowania matryc używanych do wytłaczania gorącej stali.
• Naturalny grafit amorficzny i drobnopłatkowy jest stosowany w okładzinach hamulcowych lub szczękach hamulcowych w cięższych pojazdach (innych niż samochodowe) i zyskał na znaczeniu w związku z koniecznością zastąpienia azbestu.
• Płyn do licowania form odlewniczych to farba na bazie wody w postaci amorficznej lub drobnopłatkowej. Pomalowanie nim wnętrza formy i pozostawienie do wyschnięcia pozostawia cienką warstwę grafitu, która ułatwi oddzielenie przedmiotu odlanego po ostygnięciu surówki.

Zastosowanie grafitu syntetycznego

• Wysokoogniskowy grafit pirolityczny (HOPG) to najwyższej jakości syntetyczna forma grafitu. W badaniach naukowych jest używany jako wzorzec długości do kalibracji skanera, zwłaszcza w mikroskopie z sondą skanującą.
• Elektrody przenoszą prąd, który topi złom żelazo i stali w elektrycznych piecach łukowych, większości pieców stalowych, a czasami topi bezpośrednio zredukowane żelazo (DRI). Są wykonane z ropa naftowa koks po zmieszaniu węgiel smoła smoła.
• Elektrolityczny aluminium do wytapiania wykorzystuje się również grafitowe elektrody węglowe. Na znacznie mniejszą skalę syntetyczne elektrody wyładowcze wykorzystuje się do wykonywania form wtryskowych do tworzyw sztucznych w procesie wyładowań elektrycznych (EDM).
• Specjalne gatunki syntetycznego grafitu, takie jak gilsowęgiel, znajdują zastosowanie jako matryca i moderator neutronów w reaktorach jądrowych. Przekrój poprzeczny niskich neutronów również zaleca stosowanie w zalecanych reaktorach termojądrowych.
• Włókna (węglowe) i nanorurki węglowe są również stosowane w tworzywach sztucznych wzmacnianych włóknami węglowymi i kompozytach żaroodpornych, takich jak wzmocniony węgiel-węgiel (RCC). Konstrukcje komercyjne wykonane z kompozytów grafitowych z włókna węglowego obejmują wędki, trzonki kijów golfowych, ramy rowerów, panele karoserii samochodów sportowych, nadwozie Boeinga 787 Dreamliner i korpus słupków basenowych.
• Nowoczesny proszek bezdymny pokryty jest grafitem, co zapobiega gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych.
• Zastosowano go w co najmniej trzech materiałach pochłaniających radary. Sumpf i Schornsteinfeger stosowane w fajkach do łodzi podwodnych w celu zmniejszenia przekrojów radarowych zostały zmieszane z gumą. F-117 Nighthawk użyto także na dachach bojowników tajnego strajku.
• Kompozyty grafitowe stosowane są jako absorbery cząstek o wysokiej energii (np. w zrzucie wiązki LHC).

Recykling grafitu

Najczęstszym sposobem recyklingu grafitu jest produkcja elektrod z grafitu syntetycznego i pocięcie ich na kawałki lub wyrzucenie na tokarkach, lub gdy elektroda (lub inna) jest zużyta aż do uchwytu elektrody. Nowa elektroda zastępuje starą, ale większość starej pozostaje. Jest on kruszony i sortowany, a powstały proszek grafitowy jest najczęściej używany do zwiększenia zawartości węgla w roztopionej stali. Materiały ogniotrwałe zawierające go są czasami poddawane recyklingowi, ale często nie z powodu grafitu: największe materiały sypkie, takie jak cegły węglowo-magnezytowe zawierające tylko 15–25% grafitu, często zawierają bardzo mało grafitu. Jednakże niektóre pochodzące z recyklingu cegły węglowo-magnezytowe są wykorzystywane jako podstawa materiałów do naprawy pieców, natomiast łamane cegły węglowo-magnezytowe są stosowane w klimatyzatorach żużlowych. Tygle charakteryzują się dużą zawartością grafitu, natomiast tygle użyte i poddane recyklingowi mają niewielką objętość.

Wysokiej jakości produkt z grafitu płatkowego, bardzo podobny do naturalnego grafitu liściastego, można wytwarzać w procesie hutniczym. Kish to duża ilość stopionych odpadów filtrowanych z wsadu roztopionego żelaza do zasadowego pieca tlenowego i składa się z mieszaniny grafitu (wytrąconego z przesyconego żelaza), żużla bogatego w wapno i pewnej ilości żelaza. Żelazo jest poddawane recyklingowi na miejscu i pozostaje mieszanina grafitu i żużla. Najlepszy proces odzyskiwania wykorzystuje sortowanie hydrauliczne (przy użyciu przepływu wody w celu oddzielenia minerałów według ciężaru właściwego: grafit jest lekki i prawie się wytrąca) w celu uzyskania 70% koncentratu grafitu. Ługowanie tego koncentratu kwasem solnym daje 95% produkt grafitowy o wielkości płatków do 10 sit.

Dystrybucja

Liczne stanowiska, ale tylko nieliczne dostarczają dobrze skrystalizowanych przykładów.

• W USA, w Monroe i Ticonderoga, Essex Co., Nowy Jork; w Franklin i Sterling Hill, Ogdensburg, Sussex Co., New Jersey.
• W Kanadzie zdarzenia o znaczeniu handlowym w Quebecu, Buckingham i Grenville oraz w przyległych częściach Ontario.
• W Rosji, w Niżnym Tunguskim, na wschód od Turukhanska, w pobliżu rzeki Jenisej, na Syberii; w Shunga w Karelii.
• Wokół Ratnapury, Matary i Kurunegale na Sri Lance, duże depozyty czystego materiału.
• W Passau, Bawaria, Niemcy.
• Z Pargas w Finlandii.
• W Anglii, w Barrowdale, niedaleko Keswick w Cumbrii.
• W Meksyku, w Santa Maria, Sonora, utworzona przez metamorfizm pokładów węgla.

Referencje

• Bonewitz, R. (2012). Skały i minerały. wydanie 2. Londyn: Wydawnictwo DK.
• Handbookofmineralogy.org. (2019). Podręcznik Mineralogia. [online] Dostępne pod adresem: http://www.handbookofmineralogy.org [dostęp: 4 marca 2019 r.].
• Mindat.org. (2019). Grafit: Informacje o minerałach, dane i lokalizacje. [online] Dostępne pod adresem: https://www.mindat.org/ [Dostęp. 2019].
• Smith.edu. (2019). Nauki o Ziemi | Kolegium Smitha. [online] Dostępne pod adresem: https://www.smith.edu/academics/geosciences [dostęp: 15 marca 2019 r.].