Что такое графит Формула свойства и применение графита

Что такое графит? Химическая формула и свойства графита

Со многими веществами (щелочными металлами, солями) образует соединения включения.

Реагирует при высокой температуре с кислородом, сгорая до углекислого газа. Фторированием в контролируемых условиях можно получить (CF)x.

В неокисляющих кислотах не растворяется.

  • Графит взаимодействует с окислителями и с сильными восстановителями:

        [    C   2S = CS_2 ]

        [     C   2H_2SO_4 = CO_2 uparrow   2SO_2 uparrow   2H_2O ]

        [     2C   Na_2SO_4 = Na_2S   2CO_2 uparrow ]

        [     C   2H_2 = CH_4 ]

  • Получение графита

    В промышленности графит получают с помощью нагревания смеси кокса и пека до 2800^{circ} C.

    Другой способ – это нагревание газообразных углеводородов до 1400-1500^{circ} C в вакууме с получением пироуглерода, который далее нагревают до 2500-3000^{circ} C при давлении 50 МПа с образованием пирографита.

    Применение

    Графит применяется при производстве плавильных тиглей, инертных электродов для электролиза, используется как твёрдый смазочный материал, наполнитель пластмасс, стержень для карандашей, замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.

    Примеры решения задач

Со многими веществами (щелочными металлами, солями) образует соединения включения.

Реагирует при высокой температуре с воздухом, сгорая до углекислого газа. Фторированием в контролируемых условиях можно получить (CF)x.

14.05.2018

Бизнес 15 ноября 2016

Графит является веществом, которое встречается в природе. Это одна из модификаций углерода, которая характеризуется определенной кристаллической решеткой. Это обуславливает свойства, которыми обладает графит. В природе углерод встречается в двух основных видах. Это графит и алмаз. Их химическая формула идентична, но физические свойства радикально отличаются.

Именно строение кристаллической решетки влияет на эти характеристики. В ней есть свободные электроны, которые определяют физические свойства вещества. Графит, плотность, виды и область применения которого интересны для множества производств, стоит рассмотреть подробнее.

Основные свойства

Графит представляет собой серое вещество с металлическим блеском. Оно обладает высокой теплопроводностью (3,55 Вт/град./см). Благодаря этому графит активно применяют в различных сферах промышленности.

Этот показатель выше, чем у кирпича, что объясняется наличием подвижных электронов в кристаллической решетке. Они также содействуют хорошей электропроводимости.

Во всех агрегатных состояниях это вещество характеризуется низким сопротивлением току (от 0,4 до 0,6 Ом).

Низкий коэффициент трения и высокая точка плавления обуславливают хорошие герметизирующие качества. Плотность графита (кг/м3) составляет 2,23. Но при этом материал хорошо изгибается и режется.

Структура

Рассматривая, какая плотность у графита, а также свойства и виды, необходимо уделить внимание его структуре. Это слоистое вещество. Его атомы углерода выстраиваются в кристаллическую решетку, похожую на соты. Шестиугольники в одном слое плотно прилегают друг к другу. Однако связь между каждым уровнем слаба. Именно эта особенность позволяет легко сломать графит.

По шкале Мооса твердость материала равна единице. Для сравнения, у алмаза этот показатель равен 10, а у керамогранита – 5. При температуре 1500°С, согласно исследованиям ученых, кристаллическая решетка графита может преобразовываться в алмаз.

В процессе промышленной обработки структура вещества меняется. Вместе с этим у разных марок графита определяются неодинаковые свойства. Если же добытый материал не был обработан искусственно, это природный тип вещества.

Природный графит

Графит, плотность и свойства которого значительно отличаются в зависимости от марки производителя, в природных условиях встречается в 2 основных вариантах. Первый тип называется гексагональным. Он обладает кристаллической решеткой, в которой половина атомов в каждом слое находится над и под центром шестиугольника.

Вторая модификация – ромбоэдрическая. Каждый четвертый по счету слой повторяет первый. Эта модификация в природе встречается только в виде примесей. Если это вещество нагревать при температуре 2500-3300 К, то его кристаллическая решетка превратится в гексагональную. В естественных условиях материал чаще встречается именно в этом виде.

Состав

В природе графит никогда не встречается в чистом виде. Он содержит довольно большое количество золы (иногда до 20%). Она состоит из множества разных соединений (FeO, MgO, CuO, CaO и т. д.). До 2% массы в природном графите могут занимать газы. Может также присутствовать битум и вода.

Плотность порошка графита меняется в зависимости от дисперсионности, наличия пор. Указанное выше значение может снижаться до 2,09 кг/м3. На ощупь графит жирный. Если его взять руками, на пальцах останется характерный след. Поэтому из такого материала создают стержни для простого карандаша. Он оставляет четкий след на бумаге.

Для производства очень важно учитывать, какова плотность графита. Физика дает понять, что чем больше плотность этого вещества, тем больше его теплопроводность. Искусственный графит характеризуется высокой чистотой (до 99%). Это также значительно увеличивает плотность материала.

Производство очищенного графита осуществляется путем термохимических и термомеханических воздействий. Для каждой отрасли производства изготавливается вещество с определенным набором качеств. Это позволяет удовлетворить потребности промышленности в графите с заданными физическими характеристиками.

Маркировка веществ, созданных искусственно, включает в себя разбивку типов материала по сфере назначения. Различают литейный, электроугольный, аккумуляторный, элементный, смазочный и карандашный графит. Существуют также специальные марки, применяемые в ядерных реакторах.

Сфера применения

При производстве задаются определенные свойства графита. Применение этого вещества полностью зависит от них. Графит используют в металлургии при изготовлении тугоплавких форм или ковшей, емкостей.

При литейном процессе порошок из представленного вещества используется в виде смазки. Одной из составляющих огнеупорного кирпича является также графит. Его добавляют в смесь при изготовлении пластмассы.

Для изготовления контактов электроприборов также применяется этот материал. Этому способствуют электропроводные свойства вещества.

Из представленного природного минерала получают искусственные алмазы. Их применяют при изготовлении сверхпрочных режущих инструментов. В машиностроении графитовый порошок выступает материалом для подшипников, а также поршневых и уплотнительных колец. В виде смазочного материала он подходит для обработки велосипедных цепей, автомобильных рессор, дверных петель.

Даже в составе многих лекарственных препаратов можно встретить графит.

Представленное вещество также широко применяется в пищевой промышленности. Для этого при производстве оно подвергается определенной обработке. Плотность железа, этилового спирта, графита и сахара, по понятным причинам, различна. Но представленный материал может как содержать в себе, так и входить в состав некоторых веществ. Он находится в парафинах, эфирах, спирте и даже в сахаре.

В этом можно убедиться, если провести несложный опыт. Сначала нужно взять кусочек сахара. Его кладут на твердую крышку и накрывают колпачком (можно наперстком). Затем металл, которым накрыт сахар, сильно нагревают. Из-под наперстка со временем станет выделяться едкий дым. Если к нему поднести спичку, газ станет гореть.

Когда дым перестанет выделяться, можно снять наперсток. На крышке остается черная масса. Это уголь. Он представляет собой углерод, из которого и состоит графит.

Графит, плотность которого зависит от его чистоты, находится в природе в довольно больших количествах. Ежегодно во всем мире добывается около 600 тыс. т этого вещества. Наибольшие запасы его сосредоточены в Мексике, Чехии, Китае, Украине, Бразилии, России, Канаде и Южной Корее.

С давних времен месторождения графита вызывали интерес человечества. Сегодня эти природные ресурсы разрабатывают с целью обеспечения промышленности материалами с требуемыми качествами. Графит находят в гранитах, известковых породах, слюде или гнейсах в виде волокнистых или кристаллических вкраплений. Добыча выполняется открытым и подземным способами.

Стоимость графита

Графит, плотность и чистота которого влияют на его стоимость, сегодня реализуется по достаточно приемлемым ценам. На это влияет размер его кристаллов, а также содержание углерода. Чем оно выше, тем дороже стоит графит. При достаточно большом содержании углерода повышаются физические свойства материала. Это ценно для промышленности самых разных отраслей.

Сегодня средняя стоимость графита составляет около 45 руб./кг. Если же его обрабатывали искусственно, стоимость значительно увеличивается. Также цена на природный минерал зависит от расположения месторождения.

Ознакомившись с основными свойствами и характеристиками графита, можно сделать вывод, что от его плотности зависит как стоимость, так и технические качества материала. Поэтому добытый в природе минерал подлежит последующей обработке. Это повышает его качества.

Графит представляет собой природный элемент, неметалл; мягкий, легко раскалываемый минерал, относится к классу самородных элементов; является одной из аллотропных модификаций углерода.

Это значит, что он принадлежит к группе веществ, имеющих единый химический состав, одну формулу (в случае с графитом это — углерод), но имеющих существенные различия в строении и свойствах.

Предлагаем ознакомиться:  Кардиолог - это кто такой и что лечит

Кристаллическая решётка состоит из параллельных слоёв, состоящих из шестиугольников правильной формы.

Известно несколько политипов графита, что обусловливается особенностями структуры: слои кристаллической решётки могут быть расположены относительно друг друга по-разному, в результате возможно существование нескольких структур с разной последовательностью укладки слоёв кристаллической решётки.

Существует и аморфная разновидность этого элемента — шунгит. В пределах одного слоя атомы связаны друг с другом плотно, а связь между их слоями намного слабее; поэтому графит довольно легко сломать, даже при небольшом усилии.

История

Графит известен с древних времён, однако точных сведений об истории его использования получить не удаётся из-за сходства красящих свойств с другими минералами, например, молибденитом. Одним из наиболее ранних свидетельств применения графита является глиняная посуда культуры Боян-Марица (4000 лет до н. э.

Впервые в России графит был открыт в 1826 году в Златоустовском округе на Урале.

Структура

α-графит

β-графит

Каждый атом углерода ковалентносвязан с тремя другими окружающими его атомами углерода.

Различают две модификации графита: α-графит (гексагональный P63/mmc) и β-графит (ромбоэдрический R(-3)m). Различаются упаковкой слоёв. У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника (укладка …АВАВАВА…), а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый. Ромбоэдрический графит удобно представлять в гексагональных осях, чтобы показать его слоистую структуру.

β-графит в чистом виде не наблюдается, так как является метастабильной фазой. Однако, в природных графитах содержание ромбоэдрической фазы может достигать 30 %. При температуре 2500-3300 К ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный.

α-графит

α-графит

β-графит

β-графит

Каждый атом углерода ковалентносвязан с тремя другими окружающими его атомами углерода.

Различают две модификации графита: α-графит (гексагональный P63/mmc) и β-графит (ромбоэдрический R(-3)m).
Различаются упаковкой слоёв. У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника (укладка …АВАВАВА…), а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый. Ромбоэдрический графит удобно представлять в гексагональных осях, чтобы показать его слоистую структуру.

β-графит в чистом виде не наблюдается, так как является метастабильной фазой. Однако, в природных графитах содержание ромбоэдрической фазы может достигать 30 %. При температуре 2500-3300 К ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный.

Структура имеет свои определенные особенности. Атомы углерода ковалентно связаны между собой.

Модификаций природного минерала существует две:

  • α-графит (гексагональный). В данной модификации половина атомов каждого из слоев располагается под и над центром шестиугольника.
  • β-графит (ромбоэдрический). В этой модификации графита каждый четвертый слой атомов повторяет первый. В природе он в чистом виде не наблюдается. При температуре от 2500 до 3300К ромбоэдрический графит переходит полностью в гексагональный. Природный материал удобно представляется в гексагональных узлах.

Химический состав графита не отличается чистотой. В большом количестве (до 10-20%) присутствует зола, состоящая из разных составляющих (FeO, SiO2, Аl2O3, MgO, Р2О5, CuO, СаО и др.), газы (до 2%) и битумы, иногда вода.

Цвет преобладает железно-черный, доходя до стально-серого. Имеет сильный металловидный блеск; скрытокристаллические агрегаты не блестят, матовые. Показатель преломления графита Nm==l,93-2,07. На ощупь жирный, оставляет след на бумаге и пальцах. Удельный вес графита 2,09-2,23 (меняется исходя от степени дисперсности и присутствия тончайших пор), у шунгита 1,84-1,98. Обладает высокой электропроводностью, что связано с очень плотным расположением атомов в листах.

Графит не плавится, если накаливать в струе кислорода, то сгорает тяжелее в сравнении с алмазом. Улетучивается лишь в пламени вольтовой дуги, не плавясь. В кислотах не растворяется. В смеси с KNO3 порошок при нагревании дает вспышку.

Графит в природе

В природе содержится в гранитах, пирите. Он образуется в магматических и вулканических горных породах, скарнах и пегматитах при высоких температурах, встречается в кварцевых жилах с различными материалами, широко распространен в мраморе, кристаллических сланцах, гнейсах. В результате пиролиза под воздействием на каменноугольные отложения траппов образуются крупные залежи природного минерала.

Показатели:

  • Содержание минералов 2.0%
  • Содержание углерода > 98.0%
  • Содержание серы 550 ppm
  • Температурный диапазон -200…3000°C
  • Выщелачиваемый хлорид 50 ppm
  • Сжимаемость 40%
  • Регенерация 15%
  • pH диапазон 0-14
  • Проседание под нагрузкой <5%

Физические свойства графита

  • цвет — в диапазоне от стального серого до чёрного;
  • металлический блеск;
  • «пишет» на поверхностях;
  • Как можно использовать графитэлектрический ток проводит хорошо;
  • отличается повышенной теплопроводимостью;
  • по шкале Мооса графит имеет низкую плотность — 1 (относительно мягкий) — в отличие от другой аллотропной модификации углерода — алмаза, который имеет максимальный индекс прочности по той же шкале;
  • устойчив к нагреванию при условии отсутствия воздуха, не плавится;
  • в случае воздействия трением расслаивается на отдельные частицы (данное свойство, например, используется при производстве карандашей).

Хорошо проводит электрический ток. Обладает низкой твёрдостью (1 по шкале Мооса). Относительно мягкий. После воздействия высоких температур становится немного более твёрдым и очень хрупким. Плотность 2,08—2,23 г/см³. Цвет тёмно-серый, блеск металлический. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха.

Теплопроводность графита от 100 до 354,1 Вт/(м*К), зависит от марки графита, от направления относительно базисных плоскостей и от температуры[3].

Электрическая проводимость монокристаллов графита анизотропна, в направлении, параллельном базисной плоскости, близка к металлической, в перпендикулярном — в сотни раз меньше. Минимальное значение проводимости наблюдается в интервале 300—1300 К, причём положение минимума смещается в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит.

Коэффициент теплового расширения графита до 700 К отрицателен в направлении базисных плоскостей (графит сжимается при нагревании), его абсолютное значение с повышением температуры уменьшается. Выше 700 К коэффициент теплового расширения становится положительным. В направлении, перпендикулярном базисным плоскостям, коэффициент теплового расширения положителен, практически не зависит от температуры и более чем в 20 раз выше среднего абсолютного значения для базисных плоскостей.

Теплоёмкость графита в диапазоне температур 300÷3000К хорошо согласуется с дебаевской моделью[4]. В высокотемпературной области после Т>3500K наблюдается аномальное поведение теплоёмкости графита аналогично алмазу: экспериментальные данные по теплоёмкости резко отклоняются вверх от нормальной (дебаевской) кривой и аппроксимируются экспоненциальной функцией[5][6][7], что обуславливается больцмановской компонентой поглощения тепла кристаллической решеткой[8].

Пределы температуры плавления –> 3845-3890 С, кипение начинается при 4200 С. Во время сжигания элемента выделяется 7832 ккал тепла.

Монокристаллы графита диамагнитны, магнитная восприимчивость незначительна в базисной плоскости и велика в ортогональных базисным плоскостях. Коэффициента Холла меняется с положительного на отрицательный при 2400 К.

Условия нахождения в природе

Сопутствующие минералы: пирит, гранаты, шпинель. Образуется при высокой температуре в вулканических и магматическихгорных породах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и др. минералами в среднетемпературных гидротермальных полиметаллических месторождениях. Широко распространён в метаморфических породах — кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах.

Крупные залежи образуются в результате пиролизакаменного угля под воздействием траппов на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн). Акцессорный минерал метеоритов. С помощью ионной масс-спектрометрии российским учёным удалось обнаружить в составе графита золото, серебро и платиноиды (платина, палладий, иридий, осмий и проч.) в форме металлоорганических нанокластеров.

Сопутствующие минералы: пирит, гранаты, шпинель.
Образуется при высокой температуре в вулканических и магматическихгорных породах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и др. минералами в среднетемпературных гидротермальных
полиметаллических месторождениях. Широко распространён в метаморфических породах — кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах.

Крупные залежи образуются в результате пиролизакаменного угля под воздействием траппов на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн, Курейское месторождение скрытокристаллического (аморфного) графита, Ногинское месторождение (в настоящее время не разрабатывается). Акцессорный минералметеоритов.

Искусственный синтез

Искусственно производится конструкционный, мелкозернистый, антифрикционный и литейный графит. Область применения материала достаточно широкая. Графит используется для изготовления огнеупорных материалов, электрических машин и установок, в химической, горнодобывающей промышленности, а также на производстве.

Искусственный графит получают разными способами:

  • Ачесоновский графит: нагреванием смеси кокса и пека до 2800 °C;.
  • Рекристаллизованный графит: термомеханической обработкой смеси, содержащей кокс, пек, природный графит и карбидообразующие элементы.
  • Пирографит: пиролизом из газообразных углеводородов при температуре 1400—1500 °C в вакууме с последующим нагреванием образовавшегося пироуглерода до температуры 2500—3000 °C при давлении 50 МПа (образовавшийся продукт — пирографит; в электротехнической промышленности применяется наименование «электрографит»).
  • Доменный графит: выделяется при медленном охлаждении больших масс чугуна.
  • Карбидный графит: образуется при термическом разложении карбидов.
Предлагаем ознакомиться:  Полуфабрикат это что такое Полуфабрикат: определение — Экономика.НЭС

Искусственный графит получают разными способами:

  • Ачесоновский графит: нагреванием смеси кокса и пека до 2800 °C;.
  • Рекристаллизованный графит: термомеханической обработкой смеси, содержащей кокс, пек, природный графит и карбидообразующие элементы.
  • Пиролитический графит: пиролизом из газообразных углеводородов при температуре 1400—1500 °C в вакууме с последующим нагреванием образовавшегося пироуглерода до температуры 2500—3000 °C при давлении 50 МПа (образовавшийся продукт — пирографит; в электротехнической промышленности применяется наименование «электрографит»).
  • Доменный графит: выделяется при медленном охлаждении больших масс чугуна.
  • Карбидный графит: образуется при термическом разложении карбидов.

Переработка

Переработкой графита получают различные марки графита и изделия из них.

Товарные сорта графита получают обогащением графитовых руд. В зависимости от степени очистки графитовые концентраты классифицируют на промышленные марки по областям применения, каждая из которых выдвигает специфические требования к физико-химическим и технологическим свойствам графитов.

В свете последних открытий российских учёных появилась перспектива получения из графитовых руд золота и платиноидов.

На первом этапе исходный кристаллический графит окисляют. Окисление сводится к внедрению молекул и ионов серной или азотной кислоты в присутствии окислителя (перекись водорода, перманганат калия и др.) между слоями кристаллической решетки графита. Окисленный графит отмывают и сушат. Затем окисленный графит подвергают термообработке до Т=1000 °C со скоростью 400-600 °C/с.

Благодаря чрезвычайно высокой скорости нагрева происходит резкое выделение газообразных продуктов разложения внедренной серной кислоты из кристаллической решетки графита. В результате межслойное расстояние увеличивается примерно в 300 раз, а число маленьких частиц графита и объём пробы увеличивается в 60-400 раз.

Для производства искусственного графита используют в основном нефтяной кокс как наполнитель и каменноугольный пек как связующее. Для конструкционных марок графита в качестве добавок к наполнителю применяют природный графит и сажу. Взамен каменноугольного пека как связующего или пропитывающего вещества используют некоторые синтетические смолы, например, фурановые или фенольные.

Производство искусственного графита складывается из следующих основных технологических этапов:

  • подготовки кокса к производству (предварительного дробления, прокаливания, размола и рассева кокса по фракциям);
  • подготовки связующего;
  • приготовления углеродной массы (дозировки и смешивания кокса со связующим);
  • формования так называемых «зелёных» (необожжённых) заготовок в глухую матрицу или через мундштук прошивного пресса;
  • обжига заготовок;
  • графитации заготовок;
  • механической обработки заготовок до размеров изделий.

Кокс дробят до величин кусков 30-40 мм, затем прокаливают в специальных прокалочных печах при 1300 °C. При прокаливании достигается термическая стабильность кокса, уменьшается содержание в нем летучих веществ, увеличиваются его плотность, электро — и теплопроводность. После прокаливания кокс размалывают до необходимой крупности. Порошки кокса дозируют и смешивают с пеком в смесильных машинах при 90-130 °C.

В смесильную машину вначале загружают сухие компоненты, а затем добавляют жидкий пек. После смешивания массу равномерно охлаждают до температуры прессования (80-100 °C). Заготовки прессуют или методом выдавливания массы через мундштук, или в пресс-форме. При прессовании холодных порошков изменяют технологию подготовки помола и смешения.

Для карбонизации связующего и скрепления отдельных зёрен в монолитный материал заготовки обжигают в многокамерных газовых печах при температуре 800—1200 °C. Продолжительность цикла обжига (нагрев и охлаждение) составляет 3-5 недель в зависимости от размера и плотности заготовок. Графитация — окончательная термическая обработка — превращает углеродный материал в графит.

Графитацию проводят в печах сопротивления Ачесона или в печах прямого нагрева Кастнера при температурах 2400-3000 °C. При графитировании углеродистых нефтяных заготовок идет процесс укрупнения кристаллов углерода. Из мелкокристаллического «амфорного» углерода получается крупнокристаллический графит, атомная решетка которого ничем не отличается от атомной решетки природного графита.

Некоторые изменения технологического процесса получения искусственного графита зависят от требуемых свойств конечного материала. Так, для получения более плотного материала углеродные заготовки пропитывают (после обжига) в автоклавах один или несколько раз пеком с последующим обжигом после каждой пропитки и графитацией в конце всего технологического процесса. Для получения особо чистых материалов графитацию проводят одновременно с газовой очисткой в атмосфере хлора.

Антифрикционные углеродные материалы изготавливают следующих марок: обожженный антифрикционный материал марки АО, графитированный антифрикционный материал марки АГ, антифрикционные материалы, пропитанные баббитом, оловом и свинцом марок АО-1500Б83, АО 1500СО5, АГ-1500Б83, АГ-1500СО5, Нигран, Химанит и графитопластовые материалы марок АФГМ, АФГ- 80ВС, 7В-2А, КВ, КМ, АМС.

Антифрикционные углеродные материалы изготавливают из непрокаленного нефтяного кокса, каменноугольного пека с добавкой природного графита. Для получения плотного непроницаемого антифрикционного материала применяют пропитку его металлами. Таким методом получают антифрикционные материалы марок АГ-1500 83, АГ-1500СО5 АМГ-600Б83, АМГ-600СО5 и им подобные.

Допустимая рабочая температура на воздухе и в газовых средах, содержащих кислород для АО — 250—300 °C, для АГ — 300 °C (в восстановительных и нейтральных средах 1500 и 2500 °C соответственно). Углеродные антифрикционные материалы химически стойки во многих агрессивных газовых и жидких средах. Они стойки почти во всех кислотах (до температуры кипения кислоты), в растворах солей, во всех органических растворителях и ограниченно стойки в концентрированных растворах едких щелочей.

Содержание найденного с помощью ионной масс-спектрометрии золота до десятков раз превышает содержание, выявляемое ранее при помощи химического анализа. В изученных российскими учёными пробах графита содержание золота было до 17,8 г/т – это уровень богатых золотых приисков. О перспективности добычи золота из графитовых руд говорит то, что графитовые месторождения данного типа (позднедокембрийского-раннепалеозойского возраста, если уж совсем точно) широко распространены и в России, и в мире.

Они есть в Европе, США, Австралии, Африке – в сущности, легче перечислить где их нет. При этом практически все они когда-то разрабатывались, а сегодня находятся в хорошо обжитых местах. С развитой инфраструктурой, в том числе промышленной. Что это значит? Что для запуска добычи в них золота и других благородных металлов не нужно затевать стройку на пустом месте, не нужно бороться с суровыми условиями заполярной тундры или экваториальной пустыни. Это уже облегчает, ускоряет, а главное, удешевляет производство. [1]

Переработкой графита получают различные марки графита и изделия из них.

Товарные сорта графита получают обогащением графитовых руд. В зависимости от степени очистки графитовые концентраты классифицируют на промышленные марки по областям применения, каждая из которых выдвигает специфические требования к физико-химическим и технологическим свойствам графитов.

В свете последних открытий российских учёных появилась перспектива получения из графитовых руд золота и платиноидов.

Сферы применения

Графит применяется при производстве плавильных тиглей, инертных электродов для электролиза, используется как твёрдый смазочный материал, наполнитель пластмасс, стержень для карандашей, замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.

Сувенирный графитовый блок.

Сувенирный графитовый блок.

Использование графита основано на ряде его уникальных свойств.

  • для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит — применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов.
  • электродов, нагревательных элементов — благодаря высокой электропроводности и химической стойкости к практически любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов).
  • Для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита:
  1. Хорошая электропроводность, и как следствие — его пригодность для изготовления электрода
  2. Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде — это углекислый газ. Газообразность продукта означает, что он выходит из электролизёра сам, и не требует специальных мер по его удалению из зоны реакции. Это свойство существенно упрощает технологию производства алюминия.

Cувенирный графитовый блок.

Использование графита основано на ряде его уникальных свойств.

  • для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит — применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов
  • электродов, нагревательных элементов — благодаря высокой электропроводности и химической стойкости к практически любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов).
  • Для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита:
  1. Хорошая электропроводность, и как следствие — его пригодность для изготовления электрода
  2. Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде — это углекислый газ. Газообразность продукта означает, что он выходит из электролизёра сам, и не требует специальных мер по его удалению из зоны реакции. Это свойство существенно упрощает технологию производства алюминия.
  • твёрдых смазочных материалов, в комбинированных жидких и пастообразных смазках
  • компонент состава для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей (в смеси с каолином)
  • для получения синтетических алмазов
  • как токопроводящий компонент высокоомных токопроводящих клеёв

Трудно сказать, когда именно человечеству стало известно об этом минерале. Многие ученые считают, что осложнение в этом вопросе связано с тем, что графит похож на другие минералы, которые обладают красящими свойствами. Но археологи нашли глиняную посуду, которая использовалась около 4000 лет назад, и раскрашена была графитом.

Предлагаем ознакомиться:  Как научиться разбираться в вине

Графит — это минерал, который принадлежит классу самородных элементов, относится к одной из модификаций углерода. Структура минерала слоистая, слои сами по себе слабовыраженные, почти плоские и состоят из шестиугольных слоев атомов углерода. Сам по себе графит — мягкий материал, который легко поддается механическому воздействию, а графитовая формула довольна проста С — углерод.

В природе минерал встречается наравне с сопутствующими: пирит, гранат, шпинель. Крупные залежи графита расположены в Тунгусском бассейне, а также таких породах как: кристаллические сланцы, гнейсы и мрамор.

Образование графита зависит от высокой температуры вулканических и магматических пород и от пиролиза каменного угля. Графит также являются частью состава метеоритов.

И занятный факт: в графите в очень незначительных долях присутствуют золото, серебро и металлы платиновой группы.

Графит очень востребован в промышленной сфере. Около 600 млн тонн считаются запасами всего мира, а ежегодно его добывают 600 тысяч. Самыми крупными странами, которые занимаются добычей этого минерала являются: Мексика, Россия, Китай, Чехия, Южная Корея, Канада и др.

Помимо стран, указанных выше, существуют и другие крупные месторождения графита. Например, остров Шри-Ланка, с 1834 года — это крупный производитель и поставщик данного минерала.

Точки полезных ископаемых находятся по всему острову, а залежи графита сконцентрированы в центральной и юго-восточной частях.

Чешуйчатые залежи графита в огромной доле находятся на Украине, в Завальевском месторождении. Эта доля связана с архейскими образованиями Тетерево-Бугской серии. Серия представлена силлиманитовыми и гранатовыми гнейсами, кварцами, кристаллическим известняком и т.д. Добываемые минералы имеют промышленное значение и так же пользуются спросом.

Свойства графита

Физические свойства:

  • Электропроводность.
  • Обладает низкой твердостью, разница с алмазом колоссальная, хотя оба элемента — углеродные подвиды. При закале высокой температурой уровень твердости увеличивается, однако, графит становится более хрупким материалом;
  • Теплопроводность графита варьируется от 100 до 357,7 Вт;
  • Теплоемкость.

Химические свойства:

  • Не растворяется в неокисляющих кислотах;
  • При высокой температуре реагирует с кислородом, сгорая до углекислого газа;
  • Образует соединение включения с щелочными металлами, солями.

Как физические, так и химические свойства в процессе обработки могут видоизменяться, поэтому графит имеет специальные марки, которые обозначают различия.

Виды графит

В природе графит встречается двух видов:

  • Гексагональный, отличительная его черта заключается в кристаллической решетке, в которой половина атомов находится строго над и под центром шестиугольника;
  • Ромбоэдрический, его особенность в том, что каждый четвертый слой повторяет первый, а при нагревании 1000° графит принимает гексагональный вид.

Для ведения промышленных работ обязательно учитывать плотность графита, но высокий уровень этого показателя достигается путем создания искусственных видов минерала:

  1. Ачесонофский графит: получение через нагревание смеси из кокса и пека до 2800°;
  2. Рекристаллизованный графит: термомеханическая обработка смеси кокса, пека и природного графита;
  3. Пирографит: пиролиз из газообразных углеродов;
  4. Доменный графит: охлаждение большого объема чугуна;
  5. Карбидный графит: термическое разложение карбидов.

В основном графит применяется в промышленной сфере:

  1. При изготовлении плавильных тиглей из-за стойкости графита к повышенным температурам;
  2. В нагревательных элементах, так как данный минерал обладает химической стойкостью к агрессивным водным растворам, а также электропроводностью;
  3. Для получения алюминия;
  4. В твердых смазочных материалах, для образования густых масс и паст;
  5. Графит выступает наполнителем пластмасс;
  6. Замедлитель нейронов в ядерных реакциях;
  7. При производствн синтетических алмазов;
  8. При изготовлении «простых» карандашей;
  9. Также графит использует при обработке носовой части баллистических ракет и космических аппаратов для тепловой защиты;
  10. Для производства различных элементов и инструментов электрических машин (щетки), электротранспорта, насосного оборудования (лопасти, лопатки) и т.п.
  11. Применение в пищевой промышленности.

Последний пункт заставляет обратить на себя внимание. Прежде чем минерал будет использован в пищевых продуктах, он проходит тщательную обработку. Графит входит в состав парафинов, спиртов, эфирах и сахаре. Насчет сахара достаточно легко убедиться и самостоятельно, если провести небольшой и несложный опыт.

Кусочек сахара нужно положить на твердую поверхность, а сверху плотно закрывают металлическим колпаком. Колпак нагревают, и из-под него должен начать выделяться газ, который нужно поджечь. После того, как газ полностью выгорит, можно поднять колпачок. На поверхности, где был сахар, останется черная масса, которая является углем. Ну а уголь — это и есть углерод, из которого состоит графит.

Графит — важный и ценный материал, который достаточно легко добыть и обработать, но несмотря на это обладает удивительными свойствами. Минерал широко применяется во всех промышленных отраслях и встречается в переработанном виде ежедневно в повседневной жизни.

Свойства графита позволяют его применять и в повседневной жизни, и в промышленности. Благодаря высокой огнеупорности и электропроводимости его применяют в металлургии для производства форм и ковшей. Литейные предприятия используют порошок в качестве смазки.

Кроме того, графит добавляется в состав огнеупорного кирпича, шлифовальных и полировочных растворов. Самое известное применение — изготовление карандашей для рисования. Даже сфера атомной энергетики применяет его на своих объектах.

В медицинской сфере графит применяется при лечении болезней кожи, которые представляют собой следствие самых разных внутренних нарушений. Также этот элемент предотвращает формирование рубцов и спаек после серьезных воспалений и оказывает положительное влияние на процессы обмена веществ. Именно поэтому его добавляют во многие лекарства.

При производстве задаются определенные свойства графита. Применение этого вещества полностью зависит от них. Графит используют в металлургии при изготовлении тугоплавких форм или ковшей, емкостей. При литейном процессе порошок из представленного вещества используется в виде смазки. Одной из составляющих огнеупорного кирпича является также графит. Его добавляют в смесь при изготовлении пластмассы.

Данный элемент является прочным лёгким в обработке материалом, благодаря чему снискал широкое применение в самых различных отраслях — машиностроении, металлургии, строительной отрасли и ювелирном деле.

В результате переработки физико-химические свойства могут изменяться, в связи с чем различают несколько марок, обладающих разными физико-химическими параметрами. Главным критерием для разделения на марки является степень очистки.

  • Подлежит переработке с целью получения композиционных материалов. Углеродные материалы химически устойчивы по отношению ко многим агрессивным жидкостям, в растворах солей и органических растворителей.
  • Изготовление плавильных плит (это возможно благодаря термостойкости в условиях вакуума и химической устойчивости к целому ряду веществ).
  • Высокая электропроводность и химическая устойчивость делает возможным применение графита для изготовления нагревательных электродов.
  • При получении химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений.
  • Компонент смазочных материалов — твёрдых, жидких, комбинированных.
  • В качестве наполнителя пластмасс.
  • В комбинации с каолином графит используется для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей.
  • Алмаз и графитИзготовление тепловой защиты носового отдела возвращаемых космических аппаратов.
  • Для изготовления синтетических (искусственных) алмазов.
  • Компонент токопроводящих клеёв.
  • Используется в качестве одного из компонентов при изготовлении огнеупорного кирпича.
  • Является одним из компонентов покрасочных средств, имеющих антикоррозионные свойства (так называемая графитовая краска), такие составы применяются для защиты чугунных, деревянных, алюминиевых, стальных и бетонных изделий.
  • В медицине — компонент одного из гомеопатических средств, показанных при кожных заболеваниях.

Интересные факты

Графит обладает высоким диамагнетизмом[2]

Графит обладает высоким диамагнетизмом.

Единственным в России производителем синтетического графита в промышленных масштабах является предприятие ООО «Донкарб Графит», дочернее общество АО «ЭНЕРГОПРОМ», входящее в состав ГК «РЕНОВА» Виктора Вексельберга. Принадлежность к предприятиям полного цикла определяется способностью исполнять все этапы технологического процесса производства графита.

Ссылки

Логотип Викисловаря

В

Викисловаре

есть статья

«графит»

Эта страница в последний раз была отредактирована 22 мая 2019 в 09:42.

Загрузка ...
Adblock detector