Εκλαΐκευση επιστήμης - Γραφίτης

Ήδη από τη δεκαετία του 1930, το ορυχείο γραφίτη Li Mao στο Jixi της επαρχίας Heilongjiang και το ορυχείο γραφίτη Shanshui στην επαρχία Shandong ξεκίνησαν την παραγωγή και την επεξεργασία γραφίτη. Εκείνη την εποχή, η διαδικασία του ευεργετήματος ήταν απλή, οι συνθήκες εργασίας για τους εργάτες ήταν κακές και η παραγωγικότητα ήταν εξαιρετικά χαμηλή, με ετήσια παραγωγή μόνο πολλών χιλιάδων τόνων. Μετά από αρκετές δεκαετίες ανάπτυξης, η παραγωγή προϊόντων γραφίτη και άνθρακα στην Κίνα έχει αυξηθεί ραγδαία. Από το 2004 έως το 2011, ο σύνθετος ετήσιος ρυθμός αύξησης της παραγωγής προϊόντων γραφίτη και άνθρακα ήταν 22,12%. Το 2011, η παραγωγή προϊόντων γραφίτη και άνθρακα στην Κίνα ήταν 2556,17 εκατομμύρια τόνοι, με ετήσια{10}}αύξηση 21,98%.

Τα προϊόντα γραφίτη και άνθρακα έχουν εξαιρετικές ιδιότητες και χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο. Η παραγωγική τους ικανότητα και τα οικονομικά οφέλη παρουσιάζουν ταχεία αναπτυξιακή τάση. Το 2011, η ανάπτυξη της βιομηχανίας προϊόντων γραφίτη και άνθρακα της Κίνας ήταν ταχεία. Οι επιχειρήσεις του κλάδου είχαν υψηλή ικανότητα διαχείρισης και ελέγχου του κόστους και είχαν ισχυρή κερδοφορία. Σύμφωνα με στοιχεία του Εθνικού Γραφείου Στατιστικής, το 2011, η αξία βιομηχανικής παραγωγής της βιομηχανίας γραφίτη και προϊόντων άνθρακα της Κίνας έφτασε τα 167,564 δισεκατομμύρια γιουάν. Τα έσοδα από τις πωλήσεις ήταν 167,765 δισεκατομμύρια γιουάν, αυξημένα κατά 40,58%. το συνολικό κέρδος ήταν 10,959 δισεκατομμύρια γιουάν, σημειώνοντας αύξηση 50,87%. Με τη συνεχή επέκταση των εφαρμογών, ο ανταγωνισμός στη βιομηχανία προϊόντων γραφίτη και άνθρακα της Κίνας έχει γίνει επίσης ολοένα και πιο έντονος.

Υπάρχει μεγάλος αριθμός επιχειρήσεων που ασχολούνται με προϊόντα γραφίτη και άνθρακα εντός της κλίμακας παραγωγής στην Κίνα και το επίπεδο συγκέντρωσης είναι σχετικά χαμηλό. Μέχρι το τέλος του 2011, υπήρχαν 871 επιχειρήσεις κάτω από την κλίμακα παραγωγής στη βιομηχανία γραφίτη και προϊόντων άνθρακα της Κίνας. Τα συνολικά έσοδα από τις πωλήσεις των δέκα κορυφαίων επιχειρήσεων αντιπροσώπευαν μόνο το 13,46% του συνόλου του κλάδου. Από την προοπτική της τάσης ανάπτυξης και του ανταγωνιστικού τοπίου της παγκόσμιας αγοράς γραφίτη και προϊόντων άνθρακα, στο μέλλον, η βιομηχανία γραφίτη και προϊόντων άνθρακα στην Κίνα θα συγκεντρωθεί σταδιακά σε μεγάλες ομάδες και το επίπεδο συγκέντρωσης αυτής της βιομηχανίας θα αυξηθεί περαιτέρω.

Με την ταχεία ανάπτυξη βιομηχανιών όπως η μεταλλουργία, η χημική μηχανική, τα μηχανήματα, οι ιατρικές συσκευές, η πυρηνική ενέργεια, τα αυτοκίνητα, η αεροδιαστημική κ.λπ. στην Κίνα, η ζήτηση για γραφίτη και προϊόντα άνθρακα σε αυτές τις βιομηχανίες θα συνεχίσει να αυξάνεται και η κινεζική βιομηχανία γραφίτη και προϊόντων άνθρακα θα διατηρήσει ταχύ ρυθμό ανάπτυξης. Από το 2006 έως το 2011, ο ετήσιος σύνθετος ρυθμός αύξησης των εσόδων από πωλήσεις στη βιομηχανία γραφίτη και προϊόντων άνθρακα της Κίνας ήταν 36,56%.

Προέρχεται από την ελληνική λέξη "graphein", που σημαίνει "χρησιμοποιείται για τη γραφή". Ονομάστηκε από τον Γερμανό χημικό και ορυκτολόγο AG Werner το 1789.

Ο άνθρακας είναι ένα πολύ κοινό στοιχείο που υπάρχει σε διάφορες μορφές στην ατμόσφαιρα και στον φλοιό της γης. Ο άνθρακας στη στοιχειακή του μορφή έχει αναγνωριστεί και χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο εδώ και πολύ καιρό. Μια σειρά από ενώσεις άνθρακα - οργανικές ουσίες - αποτελούν τη βάση της ζωής. Ο άνθρακας είναι ένα από τα συστατικά του χυτοσιδήρου, του σφυρήλατος σιδήρου και του χάλυβα. Ο άνθρακας μπορεί να συνδυαστεί χημικά με τον εαυτό του για να σχηματίσει έναν μεγάλο αριθμό ενώσεων, οι οποίες είναι σημαντικά μόρια στη βιολογία και το εμπόριο. Τα περισσότερα μόρια σε ζωντανούς οργανισμούς περιέχουν άνθρακα.

Έντυπο Ύπαρξης

Ο άνθρακας υπάρχει σε διάφορες μορφές, συμπεριλαμβανομένου του κρυσταλλικού στοιχειακού άνθρακα όπως το διαμάντι και ο γραφίτης. άμορφος άνθρακας όπως ο άνθρακας. σύνθετες οργανικές ενώσεις όπως ζώα και φυτά. και ανθρακικά όπως το μάρμαρο. Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του στοιχειακού άνθρακα εξαρτώνται από την κρυσταλλική δομή του. Το διαμάντι, το οποίο είναι εξαιρετικά σκληρό, και ο γραφίτης, που είναι μαλακός και ολισθηρός, έχουν διαφορετικές κρυσταλλικές δομές και επομένως διακριτές εμφανίσεις, πυκνότητες, σημεία τήξης κ.λπ.

Χαρακτηριστικά Ιδιοκτησίας

Σε θερμοκρασία δωματίου, οι χημικές ιδιότητες του στοιχειακού άνθρακα είναι σχετικά σταθερές και δεν διαλύεται σε νερό, αραιά οξέα, αραιές βάσεις ή οργανικούς διαλύτες. Σε υψηλές θερμοκρασίες, αντιδρά με το οξυγόνο για να καεί, δημιουργώντας διοξείδιο του άνθρακα ή μονοξείδιο του άνθρακα. Μόνο το υδρογόνο μπορεί να αντιδράσει απευθείας με τον στοιχειακό άνθρακα στα αλογόνα. Υπό συνθήκες θέρμανσης, ο στοιχειακός άνθρακας είναι σχετικά εύκολο να οξειδωθεί από οξέα. σε υψηλές θερμοκρασίες, ο άνθρακας μπορεί επίσης να αντιδράσει με πολλά μέταλλα για να σχηματίσει καρβίδια μετάλλων. Ο άνθρακας είναι αναγώγιμος και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τήξη μετάλλων σε υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, ο γραφίτης μπορεί να διαλυθεί από το χλωροσουλφονικό οξύ, σχηματίζοντας ένα «διάλυμα» χλωροσουλφονικού οξέος γραφενίου μονής-στοιβάδας.
Ο γραφίτης είναι ένα κρυσταλλικό ορυκτό ανθρακούχων στοιχείων. Το κρυσταλλικό του πλαίσιο είναι μια εξαγωνική πολυεπίπεδη δομή. Η απόσταση μεταξύ κάθε στιβάδας είναι 340 μ.μ. και η απόσταση μεταξύ των ατόμων άνθρακα στο ίδιο στρώμα είναι 142 μ.μ.. . Ανήκει στο εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα και έχει πλήρη διάσπαση σε στρώματα. Τα επίπεδα διάσπασης αποτελούνται κυρίως από μοριακούς δεσμούς και έχουν σχετικά ασθενή μοριακή έλξη, επομένως η φυσική του επιπλευσιμότητα είναι πολύ καλή.

Λόγω της μοναδικής δομής του, ο γραφίτης έχει τις ακόλουθες ειδικές ιδιότητες:

1) Αντοχή στη θερμότητα: Το σημείο τήξης του γραφίτη είναι 3850 ± 50 μοίρες και το σημείο βρασμού του είναι 4250 μοίρες. Ακόμη και μετά την καύση από ηλεκτρικά τόξα εξαιρετικά-υψηλής θερμοκρασίας, η απώλεια βάρους είναι πολύ μικρή και ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι επίσης πολύ χαμηλός. Η αντοχή του γραφίτη αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Στους 2000 βαθμούς, η αντοχή του γραφίτη διπλασιάζεται.

2) Ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα: Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του γραφίτη είναι πάνω από 100 φορές υψηλότερη από αυτή των κοινών μη-μεταλλικών ορυκτών. Η θερμική του αγωγιμότητα ξεπερνά αυτή των μετάλλων όπως ο χάλυβας, ο σίδηρος και ο μόλυβδος. Η θερμική αγωγιμότητα μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία και ακόμη και σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, ο γραφίτης γίνεται μονωτής. Ο γραφίτης μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό επειδή κάθε άτομο άνθρακα στον γραφίτη σχηματίζει μόνο 3 ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα άτομα άνθρακα και κάθε άτομο άνθρακα εξακολουθεί να διατηρεί ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο για τη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου.

3) Λιπαντικότητα: Η λιπαντική ιδιότητα του γραφίτη εξαρτάται από το μέγεθος των νιφάδων γραφίτη. Όσο μεγαλύτερες είναι οι νιφάδες, τόσο χαμηλότερος είναι ο συντελεστής τριβής και τόσο καλύτερη είναι η απόδοση λίπανσης.

4) Χημική σταθερότητα: Ο γραφίτης παρουσιάζει εξαιρετική χημική σταθερότητα σε θερμοκρασία δωματίου και μπορεί να αντισταθεί στη διάβρωση από οξέα, αλκάλια και οργανικούς διαλύτες.

5) Πλαστικότητα: Ο γραφίτης έχει καλή σκληρότητα και μπορεί να αλεσθεί σε πολύ λεπτά φύλλα.
6) Αντοχή σε θερμικό σοκ: Όταν χρησιμοποιείται σε θερμοκρασία δωματίου, ο γραφίτης μπορεί να αντέξει δραστικές αλλαγές θερμοκρασίας χωρίς να καταστραφεί. Κατά τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, η μεταβολή όγκου του γραφίτη είναι ελάχιστη και δεν θα σχηματιστούν ρωγμές.

Σημείο τήξης του γραφίτη
Το σημείο τήξης του διαμαντιού είναι 3823Κ, ενώ του γραφίτη είναι 3925Κ. Το σημείο τήξης του γραφίτη είναι υψηλότερο από αυτό του διαμαντιού.
Η σύγκριση των σημείων τήξης του γραφίτη και του διαμαντιού δεν μπορεί να εξεταστεί απλώς από την άποψη της ενέργειας του δεσμού. Εάν αγνοηθεί ο αριθμός των σπασμένων δεσμών κατά την τήξη, τα δεδομένα που λαμβάνονται δεν θα είναι αξιόπιστα.

Αλλοτροπικές μορφές
Ο γραφίτης, το διαμάντι, ο άνθρακας 60, οι νανοσωλήνες άνθρακα, το γραφένιο κ.λπ. είναι όλες στοιχειώδεις μορφές του στοιχείου άνθρακα. Είναι όλα ισομερή του ίδιου στοιχείου.

Προέλευση και διανομή
Σχηματισμός και Εμφάνιση: Ο γραφίτης σχηματίζεται σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο πιο διαδεδομένος τύπος είναι το μεταμορφωμένο κοίτασμα γραφίτη, το οποίο σχηματίζεται από περιφερειακή μεταμόρφωση ιζηματογενών πετρωμάτων πλούσιων σε οργανική ύλη ή ανθρακούχα υλικά.
Διάσημες περιοχές παραγωγής: Ticonderoga, Νέα Υόρκη, Μαδαγασκάρη και Κεϋλάνη.

Οι τεχνολογικές ιδιότητες του γραφίτη εξαρτώνται κυρίως από την κρυσταλλική του μορφή. Τα ορυκτά γραφίτη με διαφορετικές κρυσταλλικές μορφές έχουν διαφορετικές βιομηχανικές αξίες και εφαρμογές. Στη βιομηχανία, με βάση τις διαφορετικές κρυσταλλικές μορφές, ο γραφίτης ταξινομείται σε τρεις κατηγορίες.

Γραφίτης Δελάνιο

Σε γενικές γραμμές, όλα τα υλικά γραφίτη που λαμβάνονται μέσω οργανικής ενανθράκωσης ακολουθούμενη από επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας για γραφιτοποίηση μπορούν να αναφέρονται ως τεχνητός γραφίτης, όπως ίνες άνθρακα, πυρολυτικό άνθρακα και αφρώδες γραφίτη, κ.λπ. άσφαλτος άνθρακα ως συνδετικό υλικό και μέσω διεργασιών όπως η παρτίδα, η ανάμειξη, η χύτευση, η ενανθράκωση και η γραφιτοποίηση. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ηλεκτρόδια γραφίτη και γραφίτη ισοστατικής συμπίεσης.

Ο τεχνητός γραφίτης μπορεί γενικά να ταξινομηθεί σε τέσσερις τύπους μεθόδων χύτευσης: χύτευση με δόνηση, χύτευση με εξώθηση, χύτευση με συμπίεση και χύτευση με ισοστατική συμπίεση.

Crystalline Flake Graphite

Οι κρύσταλλοι γραφίτη έχουν τη μορφή νιφάδων. σχηματίζονται μέσω της μεταμόρφωσης υπό υψηλή πίεση, και υπάρχουν μεγάλες νιφάδες και μικρές νιφάδες. Τα χαρακτηριστικά αυτού του τύπου μεταλλεύματος γραφίτη είναι ότι η ποιότητά του δεν είναι υψηλή και κυμαίνεται γενικά από 2% έως 3%, ή μεταξύ 10% και 25%. Είναι ένα από τα καλύτερα πλωτά μεταλλεύματα στη φύση και μέσω πολλαπλής λείανσης και επιλογής, μπορεί να ληφθεί συμπύκνωμα γραφίτη υψηλής ποιότητας. Η ικανότητα επίπλευσης, η λιπαντικότητα και η πλαστικότητα αυτού του τύπου γραφίτη είναι ανώτερα από εκείνα άλλων τύπων γραφίτη. Επομένως, η βιομηχανική του αξία είναι η μεγαλύτερη.
Γφανιτικός Γραφίτης

Ο κρυπτοκρυσταλλικός γραφίτης είναι επίσης γνωστός ως μικροκρυσταλλικός γραφίτης ή γήινος γραφίτης. Οι διάμετροι κρυστάλλων αυτού του τύπου γραφίτη είναι γενικά μικρότερες από 1 μικρόμετρο και η ειδική επιφάνεια κυμαίνεται από 1 έως 5 m2/g. Είναι μια συλλογή από μικροκρυσταλλικό γραφίτη και μπορεί να φανεί μόνο με τη μορφή κρυστάλλων κάτω από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Τα χαρακτηριστικά αυτού του τύπου γραφίτη είναι ότι η επιφάνειά του είναι γήινη, στερείται λάμψης και έχει ελαφρώς φτωχότερη λιπαντικότητα από τον νιφάδα γραφίτη. Ο βαθμός είναι σχετικά υψηλός. Γενικά είναι 60-85%. Λίγα μπορούν να φτάσουν πάνω από 90%. Χρησιμοποιείται κυρίως στη βιομηχανία χυτηρίου.

Ο γραφίτης χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και χρησιμοποιείται σχεδόν σε κάθε τομέα. Ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος στη βιομηχανία είναι ο τεχνητός γραφίτης, γνωστός και ως ειδικός γραφίτης. Ανάλογα με τον τρόπο σχηματισμού του, μπορεί να ταξινομηθεί στους παρακάτω τύπους.

1. Γραφίτης ισοστατικής πίεσης. Αυτό είναι που πολλοί άνθρωποι αποκαλούν "τρία-υψηλό γραφίτη", αλλά δεν είναι απαραίτητα ισοστατική πίεση μόνο και μόνο επειδή είναι "τρία-υψηλό".
2. Χυτευμένος γραφίτης
3. Εξωθημένος γραφίτης, που χρησιμοποιείται κυρίως ως υλικά ηλεκτροδίων.
Μεταξύ αυτών, ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων του γραφίτη, μπορεί επίσης να χωριστεί σε: γραφίτη λεπτομερούς δομής, μεσαίο-χονδρό γραφίτη (με γενικό μέγεθος σωματιδίων περίπου 0,8 mm) και γραφίτη ηλεκτροδίου (2-4 mm).

Στους κρυστάλλους γραφίτη, τα άτομα άνθρακα στο ίδιο στρώμα σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς μέσω του υβριδισμού sp2. Κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται με τρία άλλα άτομα μέσω τριών ομοιοπολικών δεσμών. Τα έξι άτομα άνθρακα σχηματίζουν έναν κανονικό εξαγωνικό δακτύλιο στο ίδιο επίπεδο, που εκτείνεται σε μια πολυεπίπεδη δομή. Τα μήκη δεσμών των δεσμών C{4}}C είναι όλα 142 μ.μ., τα οποία ακριβώς εμπίπτουν στην περιοχή μήκους δεσμού των ατομικών κρυστάλλων. Επομένως, για το ίδιο στρώμα, είναι ένας ατομικός κρύσταλλος. Στο ίδιο επίπεδο, κάθε άτομο άνθρακα έχει ακόμα ένα τροχιακό p και επικαλύπτονται μεταξύ τους. Τα ηλεκτρόνια είναι σχετικά ελεύθερα, ισοδύναμα με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια των μετάλλων, επομένως ο γραφίτης μπορεί να μεταφέρει θερμότητα και ηλεκτρισμό, κάτι που είναι χαρακτηριστικό των μεταλλικών κρυστάλλων. Επομένως, ανήκει και στην κατηγορία των μεταλλικών κρυστάλλων.

Τα στρώματα σε έναν κρύσταλλο γραφίτη χωρίζονται κατά 340 μ.μ., που είναι μια σχετικά μεγάλη απόσταση. Συγκρατούνται από τις δυνάμεις van der Waals, που σημαίνει ότι ανήκουν σε έναν μοριακό κρύσταλλο. Ωστόσο, λόγω του ισχυρού δεσμού μεταξύ ατόμων άνθρακα στο ίδιο επίπεδο στρώμα, είναι εξαιρετικά δύσκολο να σπάσουν, επομένως το σημείο τήξης του γραφίτη είναι επίσης πολύ υψηλό και οι χημικές του ιδιότητες είναι σταθερές.
Δεδομένου του μοναδικού τρόπου σύνδεσης του, δεν μπορεί να ταξινομηθεί απλώς ως ατομικός ή μοριακός κρύσταλλος. Με σύγχρονους όρους, θεωρείται μεικτός κρύσταλλος.

Χαρακτηριστικά κρυστάλλου

Κρυσταλλικό σύστημα και ομάδα χώρου: Εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα, P63/mc
Παράμετροι κελιού: a0=0.246 nm, c0=0.670 nm
Τυπική πολυεπίπεδη δομή, τα άτομα άνθρακα είναι διατεταγμένα σε στρώσεις, κάθε άνθρακας συνδέεται με γειτονικό άνθρακα σε ίσες αποστάσεις, οι άνθρακες σε κάθε στρώμα είναι διατεταγμένοι σε ένα εξαγωνικό σχέδιο δακτυλίου, οι εξαγωνικοί δακτύλιοι ανθράκων σε γειτονικά στρώματα μετατοπίζονται στην κατεύθυνση παράλληλου επιπέδου πριν τοποθετηθούν για να σχηματίσουν τη στρωματοποιημένη δομή. Διαφορετικοί τύποι πολυμορφών προκαλούνται από διαφορετικούς προσανατολισμούς και αποστάσεις των μετατοπίσεων. Η απόσταση μεταξύ των ατόμων άνθρακα στο ανώτερο και το κατώτερο στρώμα είναι πολύ μεγαλύτερη από εκείνη μεταξύ των ανθράκων στο ίδιο στρώμα (η απόσταση C{2}}C εντός του στρώματος=0.142 nm, η απόσταση C{4}}C μεταξύ των στρωμάτων=0.340 nm)
Σχήμα: Οι μεμονωμένοι κρύσταλλοι είναι συνήθως σε μορφή-σαν φύλλο ή πλάκα-, αλλά σπάνια εμφανίζονται ολοκληρωμένοι. Τα αδρανή είναι συνήθως σε μορφή κλίμακας-όπως, μπλοκ-όπως και εδάφους-.
Χρώμα: Σιδερένιο μαύρο

Ράβδος: έντονο μαύρο
Διαφάνεια: Μη-διαφανής
Λάμψη: Ημι-μεταλλική λάμψη
Σκληρότητα: 1-2
Διαφάνεια και κάταγμα: Η παράλληλη διάσπαση είναι εξαιρετικά πλήρης
Ειδικό βάρος: 2.21 - 2.26 g/cm³
Ειδική επιφάνεια: 5 - 10 m²/g
Άλλες ιδιότητες: Το λεπτό φύλλο είναι εύκαμπτο, έχει αίσθηση ολισθηρότητας, είναι επιρρεπές σε λεκέδες στα χέρια και έχει καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα
Χαρακτηριστικά αναγνώρισης: Σιδερένιο μαύρο χρώμα, χαμηλή σκληρότητα, ομάδα εξαιρετικά ολοκληρωμένων σχισμών, ολισθηρή αίσθηση και λεκέδες στα χέρια. Εάν σωματίδια ψευδαργύρου που έχουν υγρανθεί με διάλυμα θειικού χαλκού τοποθετηθούν στον γραφίτη, μπορεί να καταβυθιστούν κηλίδες χαλκού, αλλά δεν υπάρχει τέτοια αντίδραση στον γραφίτη-όπως ο μολυβδενίτης.

Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται τα διαμάντια, τα συνδέουν αμέσως με τις εκθαμβωτικές και λαμπερές σκηνές, που λάμπουν έντονα καθώς κινούνται. Ωστόσο, λόγω της υψηλής τιμής τους, οι περισσότεροι άνθρωποι αποτρέπονται από το να τα αποκτήσουν. Τα φυσικά διαμάντια ονομάζονται "διαμάντια" μόνο αφού γυαλιστούν από διαμάντια. Τα φυσικά διαμάντια είναι εξαιρετικά σπάνια. Στον κόσμο, υπάρχουν μόνο δύο διαμάντια που ζυγίζουν περισσότερα από 1000 καράτια (1 γραμμάριο=5 καράτια) και υπάρχουν μόνο λίγα διαμάντια που ζυγίζουν πάνω από 400 καράτια. Το μεγαλύτερο διαμάντι που έχει ανακαλυφθεί στην Κίνα μέχρι στιγμής ζυγίζει 158.786 καράτια και ονομάζεται «Changlin Diamond». Όπως λέει και η παροιμία, «η σπανιότητα κάνει κάτι πολύτιμο». Επειδή τα φυσικά διαμάντια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως «διαμάντια» είναι πολύ σπάνια, οι άνθρωποι θέλουν να τα αντικαταστήσουν με «τεχνητά» διαμάντια. Αυτό οδηγεί φυσικά στην ιδέα του «δίδυμου» του διαμαντιού - γραφίτη.

Η χημική σύσταση τόσο του διαμαντιού όσο και του γραφίτη είναι άνθρακας (C) και αναφέρονται ως «αλλοτροπικές μορφές» του ίδιου στοιχείου. Από αυτόν τον όρο, μπορεί να γίνει κατανοητό ότι έχουν την ίδια «φύση», αλλά η «μορφή» ή οι «ιδιότητές» τους είναι διαφορετικές και αρκετά διακριτές. Το διαμάντι είναι αυτή τη στιγμή η πιο σκληρή ουσία, ενώ ο γραφίτης είναι μια από τις πιο μαλακές ουσίες.

Η διαφορά σκληρότητας μεταξύ γραφίτη και διαμαντιού είναι τόσο σημαντική, ωστόσο οι άνθρωποι εξακολουθούν να ελπίζουν να αποκτήσουν διαμάντι μέσω μεθόδων τεχνητής σύνθεσης, επειδή ο γραφίτης (άνθρακας) είναι άφθονα διαθέσιμος στη φύση. Ωστόσο, η μετατροπή του άνθρακα στον γραφίτη στο σχέδιο διάταξης άνθρακα του διαμαντιού δεν είναι εύκολη υπόθεση. Κάτω από 5-60.000 ατμόσφαιρες πίεσης ((5-6) × 10³ MPa) και θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 1000 έως 2000 βαθμούς Κελσίου, με τη χρήση μεταλλικών καταλυτών όπως ο σίδηρος, το κοβάλτιο και το νικέλιο, ο γραφίτης μπορεί να μετατραπεί σε σκόνη διαμαντιού.

Περισσότερες από δώδεκα χώρες σε όλο τον κόσμο έχουν συνθέσει με επιτυχία διαμάντια. Ωστόσο, αυτός ο τύπος διαμαντιών έχει πολύ λεπτά σωματίδια και η κύρια εφαρμογή του είναι ως υλικό λείανσης, που χρησιμοποιείται για κοπή και στη γεώτρηση γεωλογικών και πετρελαϊκών γεωτρήσεων. Επί του παρόντος, στην παγκόσμια κατανάλωση διαμαντιών, το 80% των τεχνητών διαμαντιών χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανία και η παραγωγή τους υπερβαίνει κατά πολύ την παραγωγή φυσικών διαμαντιών.

Τα αρχικά συντιθέμενα σωματίδια διαμαντιού ήταν μαύρα, μεγέθους 0,5 χιλιοστών και ζύγιζαν περίπου 0,1 καράτια (το ελάχιστο μέγεθος για διαμάντια ποιότητας πολύτιμων λίθων-δεν είναι γενικά λιγότερο από 0,1 καράτια). Χώρες όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία έχουν ήδη παράγει σωματίδια διαμαντιού βάρους έως και 6,1 καρατίων. Μπορούμε να πούμε ότι τα διαμάντια έχουν «πετάξει» από τον γραφίτη. Συνθετικά διαμάντια{8}}πολύτιμων λίθων θα είναι επίσης διαθέσιμα στην αγορά στο εγγύς μέλλον.

Καθαρισμός γραφίτη: Υπάρχουν δύο μέθοδοι: χημικός καθαρισμός και φυσικός καθαρισμός.

1.Ο χημικός καθαρισμός εκμεταλλεύεται τις ιδιότητες του γραφίτη που είναι ανθεκτικός στα οξέα, τα αλκάλια και τη διάβρωση. Περιλαμβάνει την επεξεργασία του συμπυκνώματος γραφίτη με οξέα και αλκάλια για τη διάλυση ακαθαρσιών, οι οποίες στη συνέχεια ξεπλένονται για να αυξηθεί η ποιότητα του συμπυκνώματος. Ο χημικός καθαρισμός μπορεί να αποδώσει γραφίτη υψηλής-άνθρακα με βαθμό 99%. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι χημικού καθαρισμού, μεταξύ των οποίων η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη είναι η μέθοδος σύντηξης σε υψηλή{5} θερμοκρασία με υδροξείδιο του νατρίου.

Η βασική αρχή είναι ότι σε συνθήκες υψηλών-θερμοκρασιών άνω των 500 βαθμών, οι ακαθαρσίες του γραφίτη (κυρίως πυριτικά ορυκτά) αντιδρούν με την καυστική σόδα, δηλαδή το NaOH, για να σχηματίσουν υδατοδιαλυτά προϊόντα αντίδρασης. Με την έκπλυση των προϊόντων της αντίδρασης με νερό, ορισμένες ακαθαρσίες μπορούν να εξαλειφθούν. Για άλλες ακαθαρσίες, όπως οξείδια σιδήρου, μετά την αλκαλική σύντηξη, εξουδετερώνονται με HCl για να σχηματίσουν υδατοδιαλυτό χλωριούχο σίδηρο, το οποίο μπορεί να αφαιρεθεί με πλύσιμο με νερό.

Στην παραπάνω ροή διεργασίας, η συγκέντρωση του NaOH είναι περίπου 50% και αναμιγνύεται με γραφίτη σε αναλογία 1:0,8. Δηλαδή, για κάθε 1 τόνο γραφίτη υψηλής-άνθρακα που παράγεται, καταναλώνεται περίπου 0,4 τόνοι NaOH. Η ποσότητα προσθήκης HCl είναι περίπου το 30% του γραφίτη. Το καύσιμο που χρησιμοποιείται είναι άνθρακας, περίπου 0,6 έως 0,7 τόνοι. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται στη μέθοδο της αλκαλικής σύντηξης περιλαμβάνει κυρίως αναδευτήρες-τύπου αγκύρωσης, φούρνους τήξης, αναδευτήρες σπειροειδούς πτερυγίου, δεξαμενές πλύσης σε σχήμα V, κ.λπ. Το ποσοστό ανάκτησης είναι 85-90% και η επένδυση είναι 15-200.000 γιουάν. Αν και αυτή η διαδικασία είναι σχετικά προχωρημένη, έχει επίσης ορισμένες ελλείψεις, όπως υψηλή κατανάλωση νερού, υπερβολική απώλεια γραφίτη, χαμηλό ρυθμό παραγωγής, υψηλή κατανάλωση αλκαλίων και τα απόβλητα υγρά που απορρίπτονται ρυπαίνουν το περιβάλλον.

2.Ο φυσικός καθαρισμός, γνωστός και ως καθαρισμός σε υψηλή-θερμοκρασία, χρησιμοποιεί την αντίσταση του γραφίτη σε υψηλή-θερμοκρασία. Τοποθετεί τον γραφίτη σε έναν ηλεκτρικό κλίβανο, τον απομονώνει από τον αέρα και τον θερμαίνει στους 2500 βαθμούς για να επιτρέψει στις ακαθαρσίες (δηλ. τα υπολείμματα) να εξατμιστούν, αυξάνοντας έτσι την ποιότητα του εξευγενισμένου μεταλλεύματος. Μέσω καθαρισμού υψηλής-θερμοκρασίας, μπορεί να ληφθεί γραφίτης υψηλής-καθαρότητας με βαθμό 99,9%. 6
Χρήση Παραδοσιακή χρήση

1). Ως πυρίμαχα υλικά: Ο γραφίτης και τα προϊόντα του διαθέτουν τις ιδιότητες αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες και υψηλής αντοχής. Στη μεταλλουργική βιομηχανία, χρησιμοποιούνται κυρίως για την κατασκευή χωνευτηρίων γραφίτη. Στη χαλυβουργία, ο γραφίτης χρησιμοποιείται συνήθως ως προστατευτικός παράγοντας για πλινθώματα χάλυβα και ως εσωτερική επένδυση μεταλλουργικών κλιβάνων.

2). Ως αγώγιμο υλικό: Χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική βιομηχανία για την κατασκευή ηλεκτροδίων, βουρτσών, ράβδων άνθρακα, σωλήνων άνθρακα, θετικών πόλων ανορθωτών υδραργύρου, παρεμβυσμάτων γραφίτη, εξαρτημάτων τηλεφώνου και επικαλύψεων για σωλήνες εικόνας τηλεόρασης κ.λπ.

3) Ως λιπαντικό υλικό-ανθεκτικό στη φθορά: Ο γραφίτης χρησιμοποιείται συνήθως ως λιπαντικό στη μηχανική βιομηχανία. Το λιπαντικό συχνά δεν είναι κατάλληλο για χρήση σε συνθήκες υψηλής-ταχύτητας, υψηλής-θερμοκρασίας και υψηλής-πίεσης, ενώ τα ανθεκτικά στη φθορά του γραφίτη-υλικά μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς λιπαντικό σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 200 έως 2000 βαθμούς και σε πολύ υψηλές ταχύτητες ολίσθησης. Πολλοί εξοπλισμός για τη μεταφορά διαβρωτικών μέσων χρησιμοποιούν ευρέως υλικά γραφίτη για την κατασκευή κυπέλλων εμβόλων, δακτυλίων στεγανοποίησης και ρουλεμάν. Όταν λειτουργούν, δεν χρειάζεται να προστεθεί λιπαντικό. Το γαλάκτωμα γραφίτη είναι επίσης ένα καλό λιπαντικό για πολλές διαδικασίες επεξεργασίας μετάλλων (σύρμα, τράβηγμα σωλήνων).

4) Ο γραφίτης παρουσιάζει εξαιρετική χημική σταθερότητα. Ο γραφίτης που έχει υποστεί ειδική επεξεργασία έχει χαρακτηριστικά όπως αντοχή στη διάβρωση, καλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλή διαπερατότητα. Χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή εναλλάκτη θερμότητας, δεξαμενές αντίδρασης, συμπυκνωτές, πύργους καύσης, πύργους απορρόφησης, ψύκτες, θερμαντήρες, φίλτρα και εξοπλισμό αντλιών. Εφαρμόζεται εκτενώς σε διάφορους βιομηχανικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένων των πετροχημικών, της υδρομεταλλουργίας, της παραγωγής οξέος και αλκαλίων, των συνθετικών ινών, της χαρτοποιίας κ.λπ., εξοικονομώντας έτσι σημαντική ποσότητα μεταλλικών υλικών. Οι ποικιλίες μη-πορώδους γραφίτη διαφέρουν ως προς την αντοχή στη διάβρωση λόγω των διαφορετικών ρητινών που περιέχουν. Για παράδειγμα, τα εμποτισμένα με φαινολική ρητίνη είναι ανθεκτικά στο οξύ αλλά όχι στα αλκάλια. αυτά που είναι εμποτισμένα με ρητίνη φουρφουρυλικής αλκοόλης είναι ανθεκτικά τόσο σε οξύ όσο και σε αλκάλια. Η αντίσταση στη θερμότητα των διαφόρων ποικιλιών ποικίλλει επίσης: ο άνθρακας και ο γραφίτης αντέχουν σε θερμοκρασίες από 2000 έως 3000 βαθμούς Κελσίου σε αναγωγική ατμόσφαιρα και αρχίζουν να οξειδώνονται στους 350 βαθμούς Κελσίου και 400 βαθμούς Κελσίου αντίστοιχα στην οξειδωτική ατμόσφαιρα. η αντίσταση στη θερμότητα των μη{13}ποικιλιών γραφίτη που δεν είναι πορώδης εξαρτάται επίσης από τον παράγοντα εμποτισμού και γενικά, αυτές που είναι εμποτισμένες με φαινολική ή φουρφουρυλική αλκοόλη έχουν αντίσταση στη θερμότητα κάτω από 180 βαθμούς Κελσίου.

5) . Ως χύτευση, χύτευση με άμμο, συμπίεση καλουπιών και μεταλλουργικά υλικά υψηλής{{2} θερμοκρασίας: Λόγω του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής του γραφίτη και της ικανότητάς του να αντέχει σε γρήγορες αλλαγές ψύξης και θέρμανσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καλούπι για γυάλινα σκεύη. Μετά τη χρήση γραφίτη, τα μαύρα μέταλλα μπορούν να παράγουν εξαρτήματα με ακριβείς διαστάσεις, λείες επιφάνειες, υψηλή απόδοση και μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα ή με ελαφρά επεξεργασία, εξοικονομώντας έτσι μεγάλη ποσότητα μετάλλου. Στην παραγωγή διεργασιών μεταλλουργίας σκόνης, όπως σκληρά κράματα, υλικά γραφίτη χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατασκευή καλουπιών και σκαφών πορσελάνης για πυροσυσσωμάτωση. Τα χωνευτήρια ανάπτυξης κρυστάλλων μονοκρυσταλλικού πυριτίου, τα δοχεία καθαρισμού ζωνών, τα εξαρτήματα στήριξης, οι επαγωγικοί θερμαντήρες κ.λπ. είναι όλα κατασκευασμένα από γραφίτη υψηλής-καθαρότητας. Επιπλέον, ο γραφίτης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως μονωτικές πλάκες γραφίτη και βάσεις για τήξη υπό κενό, σωλήνες κλιβάνων υψηλής{{9}αντοχής σε θερμοκρασία, ράβδοι, πλάκες, πλέγματα και άλλα εξαρτήματα σε υψηλές θερμοκρασίες.

6) Για τη βιομηχανία ατομικής ενέργειας και την αμυντική βιομηχανία: Ο γραφίτης έχει εξαιρετικές ιδιότητες συντονισμού νετρονίων και χρησιμοποιείται ως συντονιστής νετρονίων σε ατομικούς αντιδραστήρες. Ο αντιδραστήρας ουρανίου-γραφίτη είναι ένας από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους τύπους ατομικών αντιδραστήρων. Το υλικό συντονισμού για ατομικούς αντιδραστήρες ισχύος πρέπει να έχει υψηλό σημείο τήξης, σταθερότητα και αντοχή στη διάβρωση. Ο γραφίτης μπορεί να καλύψει πλήρως αυτές τις απαιτήσεις. Η καθαρότητα του γραφίτη που χρησιμοποιείται στους ατομικούς αντιδραστήρες είναι πολύ υψηλή, με περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες που δεν υπερβαίνει τις πολλές δεκάδες PPM. Συγκεκριμένα, η περιεκτικότητα σε βόριο πρέπει να είναι μικρότερη από 0,5 PPM. Στην αμυντική βιομηχανία, ο γραφίτης χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή των ακροφυσίων πυραύλων στερεών-καυσίμων, των μύτης των πυραύλων, των μερών του εξοπλισμού διαστημικής πλοήγησης, των υλικών θερμομόνωσης και των υλικών προστασίας από την ακτινοβολία.

7) Ο γραφίτης μπορεί επίσης να αποτρέψει την απολέπιση του λέβητα. Δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν από τις αρμόδιες μονάδες έδειξαν ότι η προσθήκη μιας ορισμένης ποσότητας σκόνης γραφίτη (περίπου 4-5 γραμμάρια ανά τόνο νερού) στο νερό μπορεί να αποτρέψει την απολέπιση στην επιφάνεια του λέβητα. Επιπλέον, ο γραφίτης μπορεί να εφαρμοστεί σε μεταλλικές καμινάδες, στέγες, γέφυρες και αγωγούς για την πρόληψη της διάβρωσης και της σκουριάς.
8) Ο γραφίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μόλυβδος μολυβιού, χρωστική ουσία και γυαλιστικό. Αφού υποβληθεί σε ειδική επεξεργασία, ο γραφίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή διαφόρων ειδικών υλικών για διάφορους βιομηχανικούς τομείς.

Στη δεκαετία του 1960, ο χαλκός χρησιμοποιήθηκε ευρέως ως υλικό ηλεκτροδίων, με ποσοστό εφαρμογής περίπου 90%, ενώ ο γραφίτης αντιπροσώπευε μόνο περίπου το 10%. Τον 21ο αιώνα, όλο και περισσότεροι χρήστες άρχισαν να επιλέγουν τον γραφίτη ως υλικό ηλεκτροδίου. Στην Ευρώπη, πάνω από το 90% των υλικών των ηλεκτροδίων είναι γραφίτης. Αυτό το άλλοτε κυρίαρχο υλικό ηλεκτροδίων, ο χαλκός, έχει σχεδόν χάσει όλα τα πλεονεκτήματά του σε σύγκριση με τα ηλεκτρόδια γραφίτη. Τι προκάλεσε αυτή τη δραματική αλλαγή; Φυσικά, ήταν τα πολυάριθμα πλεονεκτήματα των ηλεκτροδίων γραφίτη.

1. Ταχύτερη ταχύτητα επεξεργασίας: Σε γενικές γραμμές, η ταχύτητα μηχανικής επεξεργασίας του γραφίτη είναι 2 έως 5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του χαλκού. ενώ η ταχύτητα επεξεργασίας της κατεργασίας ηλεκτρικής εκκένωσης είναι 2 έως 3 φορές μεγαλύτερη από τον χαλκό. Το υλικό είναι λιγότερο πιθανό να παραμορφωθεί: Το πλεονέκτημα είναι ιδιαίτερα εμφανές στην επεξεργασία λεπτού ηλεκτροδίου. το σημείο μαλακώματος του χαλκού είναι περίπου 1000 μοίρες και είναι επιρρεπές σε παραμόρφωση λόγω θερμότητας. η θερμοκρασία εξάχνωσης του γραφίτη είναι 3650 μοίρες. και ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι μόνο το 1/30 αυτού του χαλκού.

2. Ελαφρύτερο βάρος: Η πυκνότητα του γραφίτη είναι μόνο το 1/5 αυτής του χαλκού. Όταν μεγάλα ηλεκτρόδια υποβάλλονται σε επεξεργασία εκφόρτισης, μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το φορτίο στην εργαλειομηχανή (EDM). είναι πιο κατάλληλο για εφαρμογές σε μεγάλα καλούπια.

3. Χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Δεδομένου ότι το σπινθηροέλαιο περιέχει επίσης άτομα άνθρακα, κατά τη διαδικασία της κατεργασίας εκκένωσης, η υψηλή θερμοκρασία προκαλεί την αποσύνθεση των ατόμων άνθρακα στο σπινθηροέλαιο και στη συνέχεια σχηματίζουν ένα προστατευτικό φιλμ στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου γραφίτη, αντισταθμίζοντας την απώλεια του ηλεκτροδίου γραφίτη.

4. Χωρίς γρέζια. Μετά την επεξεργασία των χάλκινων ηλεκτροδίων, πρέπει να κοπούν χειροκίνητα για να αφαιρεθούν τα γρέζια. Ωστόσο, τα ηλεκτρόδια γραφίτη δεν έχουν γρέζια, γεγονός που εξοικονομεί σημαντικό κόστος και διευκολύνει την επίτευξη αυτοματοποιημένης παραγωγής.

5. Ο γραφίτης αλέθεται και γυαλίζεται ευκολότερα. Επειδή η αντίσταση κοπής του γραφίτη είναι μόνο το 1/5 αυτής του χαλκού, είναι πιο κατάλληλο για χειροκίνητη λείανση και στίλβωση.

6. Το κόστος υλικού είναι χαμηλότερο και η τιμή είναι πιο σταθερή. Λόγω της αύξησης των τιμών του χαλκού τα τελευταία χρόνια, η τιμή του ισοτροπικού γραφίτη είναι πλέον χαμηλότερη από αυτή του χαλκού. Κάτω από τον ίδιο όγκο, η τιμή των καθολικών προϊόντων γραφίτη της Dongyang Carbonite είναι 30% έως 60% χαμηλότερη από εκείνη του χαλκού και η τιμή είναι πιο σταθερή με πολύ μικρές βραχυπρόθεσμες-διακυμάνσεις τιμών.

Είναι ακριβώς αυτό το απαράμιλλο πλεονέκτημα που οδήγησε στη σταδιακή αντικατάσταση του χαλκού από τον γραφίτη ως το προτιμώμενο υλικό για τα ηλεκτρόδια EDM.

Με τη συνεχή ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, οι άνθρωποι έχουν ανακαλύψει πολλές νέες εφαρμογές για τον γραφίτη.

Εύκαμπτα προϊόντα γραφίτη.

Ο εύκαμπτος γραφίτης, γνωστός και ως διογκωμένος γραφίτης, είναι ένας νέος τύπος προϊόντος γραφίτη που αναπτύχθηκε τα τελευταία χρόνια. Το 1971, οι Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν με επιτυχία εύκαμπτα υλικά στεγανοποίησης γραφίτη, τα οποία έλυσαν το πρόβλημα διαρροής των βαλβίδων ατομικής ενέργειας. Στη συνέχεια, η Γερμανία, η Ιαπωνία και η Γαλλία άρχισαν επίσης να το ερευνούν και να το παράγουν. Αυτό το προϊόν δεν διαθέτει μόνο τα χαρακτηριστικά του φυσικού γραφίτη αλλά έχει επίσης ιδιαίτερη ευελιξία και ελαστικότητα. Ως εκ τούτου, είναι ένα ιδανικό υλικό στεγανοποίησης. Χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικούς τομείς όπως τα πετροχημικά και η ατομική ενέργεια. Η ζήτηση της διεθνούς αγοράς γι' αυτό αυξάνεται χρόνο με το χρόνο.

Εφαρμογή ελαφριάς βιομηχανίας

Επιπλέον, ο γραφίτης χρησιμοποιείται επίσης ως γυαλιστικό και αντισκωριακό στην ελαφριά βιομηχανία για την παραγωγή γυαλιού και χαρτιού. Είναι μια απαραίτητη πρώτη ύλη για την κατασκευή μολυβιών, μελανιών, μαύρων χρωμάτων, μελανιών και τεχνητών διαμαντιών και διαμαντιών. Είναι ένα πολύ καλό υλικό εξοικονόμησης ενέργειας-και φιλικό προς το περιβάλλον και έχει χρησιμοποιηθεί ως μπαταρία αυτοκινήτου. Με την ανάπτυξη της σύγχρονης επιστήμης και τεχνολογίας και βιομηχανίας, τα πεδία εφαρμογής του γραφίτη επεκτείνονται συνεχώς και έχει γίνει σημαντική πρώτη ύλη για νέα σύνθετα υλικά στον τομέα της υψηλής- τεχνολογίας, διαδραματίζοντας σημαντικό ρόλο στην εθνική οικονομία.