γραφίτης

γραφίτης είναι σαν διαμάντι, Είναι μια μορφή εγγενούς κρυσταλλικού άνθρακα με τα άτομα του διατεταγμένα σε μια εξαγωνική δομή που είναι αδιαφανής και σκούρο γκρι έως μαύρο. Εμφανίζεται ως εξαγωνικοί κρύσταλλοι, εύκαμπτα φύλλα, κλίμακες ή μεγάλες μάζες. Μπορεί να είναι γήινο, κοκκώδες ή συμπαγές. Ο γραφίτης σχηματίζεται από τη μεταμόρφωση ανθρακούχων ιζημάτων και την αντίδραση ενώσεων άνθρακα με υδροθερμικά διαλύματα. Εμφανίζεται φυσικά σε αυτή τη μορφή και είναι η πιο σταθερή μορφή άνθρακα υπό τυπικές συνθήκες. Κάτω από υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες μετατρέπεται σε διαμάντι. Φαίνεται δραματικά διαφορετικό από το διαμάντι και βρίσκεται στο άλλο άκρο της κλίμακας σκληρότητας. Η απαλότητά του οφείλεται στον τρόπο με τον οποίο συνδέονται τα άτομα άνθρακα μεταξύ τους. Τα άτομα είναι ισχυρά συνδεδεμένα μέσα στους δακτυλίους αλλά πολύ ασθενώς συνδεδεμένα μεταξύ των φύλλων. Χρησιμοποιείται σε μολύβια και λιπαντικά. Η υψηλή αγωγιμότητα του το καθιστά χρήσιμο σε ηλεκτρονικά προϊόντα όπως ηλεκτρόδια, μπαταρίες και ηλιακούς συλλέκτες.

Όνομα: Από την ελληνική να γράψω, σε υπαινιγμό της χρήσης του ως παστέλι.

Σχέση: Μεγάλη ποικιλία από ορυκτά σταθερό στις μεταμορφωτικές συνθήκες κάτω από τις οποίες σχηματίζεται ο γραφίτης. Σε μετεωρίτες, σε οζίδια με τροιλίτη, πυριτικά

Πολυμορφισμός & Σειρά: Πολύμορφο με χαοίτη, διαμάντι, και lonsdaleite.

Χημικές ιδιότητες

Χημική ταξινόμηση	Εγγενές στοιχείο
Τύπος	C

Φυσικές Ιδιότητες Γραφίτη

Χρώμα	Ατσάλι γκρι έως μαύρο
Ράβδωση	Μαύρη
Λάμψη	Μεταλλικό, μερικές φορές γήινο
Σχίσιμο	Τέλειο προς μία κατεύθυνση
Διαφυσικότητα	Αδιαφανείς
Mohs σκληρότητα	από 1 έως 2
Σύστημα κρυστάλλου	Εξάγωνη
Επιμονή	Ευέλικτο
Πυκνότητα	2.09 – 2.23 g/cm3 (Μετρήθηκε) 2.26 g/cm3 (Υπολογισμένο)
Κάταγμα	Ομοιος με λεπτιδόλιθο

Οπτικές ιδιότητες γραφίτη

Ανισοτροπισμός	Extreme
Χρώμα / Πλειχρωισμός	Ισχυρός
Οπτική πινακίδα	Μονοαξονική (-)
birefringence	ακραία διπλή διάθλαση

Εμφάνιση γραφίτη

Σχηματίζεται από μεταμόρφωση ιζηματογενούς ανθρακούχου υλικού με αναγωγή ενώσεων άνθρακα. πρωτεύον συστατικό σε πυριγενή πετρώματα. Εμφανίζεται σε μεταμορφικά πετρώματα ως αποτέλεσμα της μείωσης των ιζηματογενών ενώσεων άνθρακα κατά τη μεταμόρφωση βράχους. Φαίνεται επίσης σε μαγματικά πετρώματα και μετεωρίτες. Τα ορυκτά που σχετίζονται με αυτό είναι χαλαζίας, ασβεστίτης, μικρό και είδος πολύτιμου λίθου. Η Κίνα, το Μεξικό, ο Καναδάς, η Βραζιλία και η Μαδαγασκάρη είναι οι κύριες εξαγωγικές πηγές εξόρυξης.

Συνθετικός γραφίτης

Ο συνθετικός γραφίτης είναι ένα υλικό που αποτελείται από γραφιτικό άνθρακα που έχει ληφθεί με γραφιτοποίηση μη γραφιτικού άνθρακα, με CVD από υδρογονάνθρακες σε θερμοκρασίες άνω των 2500 K, με αποσύνθεση θερμικά ασταθών καρβιδίων ή με κρυστάλλωση από τήγματα μετάλλων υπερκορεσμένα με άνθρακα.

Ο όρος τεχνητό χρησιμοποιείται συχνά συνώνυμα με τον συνθετικό γραφίτη. Ωστόσο, ο όρος συνθετικός γραφίτης προτιμάται καθώς οι κρύσταλλοι τους θεωρείται ότι αποτελούνται από μακρομόρια άνθρακα. Ο όρος συνθετικός γραφίτης χρησιμοποιείται κυρίως για τον γραφιτοποιημένο άνθρακα, αν και ο όρος CVD περιλαμβάνει πυρολυτικό γραφίτη καθώς και υπολείμματα αποσύνθεσης καρβιδίου. Τέτοιες κοινές χρήσεις είναι οι ίδιες με τον παραπάνω ορισμό. Συνώνυμα για αυτόν τον πιο σημαντικό τύπο συνθετικού γραφίτη είναι ο γραφίτης Acheson και ο ηλεκτρογράφος.

Περιοχή χρήσεων

• Ο φυσικός γραφίτης χρησιμοποιείται κυρίως για πυρίμαχα υλικά, μπαταρίες, χαλυβουργία, διογκωμένο γραφίτη, επενδύσεις φρένων, επενδύσεις χυτηρίου και λιπαντικά.
• Τα χωνευτήρια άρχισαν να χρησιμοποιούν πολύ μεγάλο νιφάδα γραφίτη και τούβλο άνθρακα-μαγνησίτη που απαιτούσε όχι και τόσο μεγάλο γραφίτη σε νιφάδες. για αυτά και άλλα υπάρχει τώρα πολύ μεγαλύτερη ευελιξία στο μέγεθος της νιφάδας που απαιτείται, και ο άμορφος γραφίτης δεν περιορίζεται πλέον σε πυρίμαχα υλικά χαμηλής ποιότητας.
• Η χρήση γραφίτη στις μπαταρίες έχει αυξηθεί τα τελευταία 30 χρόνια. Φυσικά και συνθετικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλεκτροδίων σε μεγάλες τεχνολογίες μπαταριών.
• Η ζήτηση για μπαταρίες, Για παράδειγμα, μια μπαταρία ιόντων λιθίου σε ένα πλήρως ηλεκτρικό Nissan Leaf περιέχει σχεδόν 40 κιλά γραφίτη.
• Ο φυσικός γραφίτης στη χαλυβουργία πηγαίνει κυρίως στην αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα στον τετηγμένο χάλυβα και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη λίπανση των καλουπιών που χρησιμοποιούνται για την εξώθηση θερμού χάλυβα.
• Ο φυσικός άμορφος και λεπτόκοκκος γραφίτης χρησιμοποιούνται σε επενδύσεις φρένων ή παπουτσάκια φρένων για βαρύτερα (μη αυτοκινητιστικά) οχήματα και έγινε σημαντικός με την ανάγκη να αντικατασταθεί ο αμίαντος.
• Ένα πλύσιμο καλουπιού που αντιμετωπίζει χυτήριο είναι ένα χρώμα με βάση το νερό από άμορφη ή λεπτή νιφάδα. Το να βάψετε το εσωτερικό ενός καλουπιού με αυτό και να το αφήσετε να στεγνώσει αφήνει ένα λεπτό στρώμα γραφίτη που θα διευκολύνει τον διαχωρισμό του χυτού αντικειμένου αφού κρυώσει το ζεστό μέταλλο.

Χρήση συνθετικού γραφίτη

• Ο πυρολυτικός γραφίτης υψηλής εστίασης (HOPG) είναι η υψηλότερης ποιότητας συνθετική μορφή γραφίτη. Στην επιστημονική έρευνα, χρησιμοποιείται ως το πρότυπο μήκους για τη βαθμονόμηση του σαρωτή, ειδικά σε ένα μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης.
• Τα ηλεκτρόδια του μεταφέρουν ηλεκτρισμό που λιώνει τα σκραπ σίδερο και χάλυβας σε κλιβάνους ηλεκτρικού τόξου, η πλειοψηφία των κλιβάνων χάλυβα, και μερικές φορές λιώνει άμεσα ανηγμένο σίδηρο (DRI). Είναι φτιαγμένα από πετρέλαιο οπτάνθρακα αφού αναμειχθεί με άνθρακας πίσσα πίσσα.
• Ηλεκτρολυτικός αλουμίνιο Η τήξη χρησιμοποιεί επίσης ηλεκτρόδια άνθρακα γραφίτη. Σε πολύ μικρότερη κλίμακα, χρησιμοποιούνται συνθετικά ηλεκτρόδια εκκένωσης για την κατασκευή καλουπιών έγχυσης για πλαστικά στη διαδικασία ηλεκτρικής εκκένωσης (EDM).
• Ειδικές ποιότητες συνθετικού γραφίτη, όπως ο gilsocarbon, βρίσκουν χρησιμότητα ως μήτρα και μετριαστής νετρονίων σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Η χαμηλή διατομή νετρονίων συνιστά επίσης τη χρήση σε συνιστώμενους αντιδραστήρες σύντηξης.
• Οι ίνες άνθρακα και οι νανοσωλήνες άνθρακα χρησιμοποιούνται επίσης σε πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα και ανθεκτικά στη θερμότητα σύνθετα υλικά όπως ο ενισχυμένος άνθρακας-άνθρακα (RCC). Οι εμπορικές κατασκευές από σύνθετα υλικά γραφίτη από ανθρακονήματα περιλαμβάνουν καλάμια ψαρέματος, ράβδους γκολφ, πλαίσια ποδηλάτων, πάνελ αμαξώματος σπορ αυτοκινήτων, το σώμα του Boeing 787 Dreamliner και το σώμα των ράβδων σήμανσης της πισίνας.
• Η σύγχρονη σκόνη χωρίς καπνό είναι επικαλυμμένη με γραφίτη για να αποτρέψει τη συσσώρευση στατικού φορτίου.
• Χρησιμοποιήθηκε σε τουλάχιστον τρία υλικά απορρόφησης ραντάρ. Οι Sumpf και Schornsteinfeger που χρησιμοποιήθηκαν σε αναπνευστήρες U-boat για τη μείωση των διατομών του ραντάρ αναμείχθηκαν με καουτσούκ. Το F-117 Nighthawk χρησιμοποιήθηκε επίσης στα πλακάκια στα μυστικά μαχητικά απεργίας.
• Τα σύνθετα υλικά γραφίτη χρησιμοποιούνται ως απορροφητές για σωματίδια υψηλής ενέργειας (π.χ. στη χωματερή δέσμης LHC).

Ανακύκλωση γραφίτη

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος ανακύκλωσης γραφίτη συμβαίνει όταν παράγονται συνθετικά ηλεκτρόδια γραφίτη και κόβονται σε κομμάτια ή απορρίπτονται τόρνοι ή όταν το ηλεκτρόδιο (ή άλλο) χρησιμοποιείται μέχρι τη βάση του ηλεκτροδίου. Ένα νέο ηλεκτρόδιο αντικαθιστά το παλιό, αλλά το μεγαλύτερο μέρος του παλιού παραμένει. Αυτό συνθλίβεται και έχει μέγεθος και η προκύπτουσα σκόνη γραφίτη χρησιμοποιείται κυρίως για την αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα του τηγμένου χάλυβα. Τα πυρίμαχα που περιέχουν ανακυκλώνονται μερικές φορές, αλλά συχνά όχι λόγω γραφίτη: τα μεγαλύτερα χύδην υλικά όπως τα τούβλα άνθρακα-μαγνησίτη που περιέχουν μόνο 15-25% γραφίτη συχνά περιέχουν πολύ λίγο γραφίτη. Ωστόσο, ορισμένα ανακυκλωμένα τούβλα άνθρακα-μαγνησίτη χρησιμοποιούνται ως βάση για υλικά επισκευής κλιβάνων, ενώ σπασμένα τούβλα άνθρακα-μαγνησίτη χρησιμοποιούνται σε κλιματιστικά σκωρίας. Τα χωνευτήρια έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε γραφίτη, ενώ τα χωνευτήρια που χρησιμοποιούνται και στη συνέχεια ανακυκλώνονται έχουν μικρό όγκο.

Ένα προϊόν από νιφάδες γραφίτη υψηλής ποιότητας που μοιάζει πολύ με το φυσικό γραφίτη φύλλων μπορεί να κατασκευαστεί από χαλυβουργία. Το Kish είναι ένας μεγάλος όγκος τετηγμένων αποβλήτων που φιλτράρονται από την τροφοδοσία τετηγμένου σιδήρου σε έναν βασικό κλίβανο οξυγόνου και αποτελείται από ένα μείγμα γραφίτη (που κατακρημνίζεται από υπερκορεσμένο σίδηρο), σκωρίας πλούσιας σε ασβέστη και λίγο σίδηρο. Ο σίδηρος ανακυκλώνεται στη θέση του και αφήνεται ένα μείγμα γραφίτη και σκωρίας. Η καλύτερη διαδικασία ανάκτησης χρησιμοποιεί υδραυλική βαθμολόγηση (χρησιμοποιώντας τη ροή του νερού για τον διαχωρισμό ορυκτών με ειδικό βάρος: ο γραφίτης είναι ελαφρύς και σχεδόν καθιζάνει) για να ληφθεί ένα συμπύκνωμα γραφίτη 70%. Η έκπλυση αυτού του συμπυκνώματος με υδροχλωρικό οξύ αποδίδει ένα προϊόν γραφίτη 95% με μέγεθος νιφάδων μέχρι 10 κόσκινα.

Διανομή

Πολλές τοποθεσίες, αλλά μόνο λίγες προσφέρουν καλά αποκρυσταλλωμένα παραδείγματα.

• Στις ΗΠΑ, στο Monroe and Ticonderoga, Essex Co., Νέα Υόρκη. στο Franklin and Sterling Hill, Ogdensburg, Sussex Co., New Jersey.
• Στον Καναδά, εμπορικά σημαντικά περιστατικά στο Κεμπέκ, στο Μπάκιγχαμ και στο Γκρένβιλ και σε γειτονικά μέρη του Οντάριο.
• Στη Ρωσία, από το Nizhni Tunguski, ανατολικά του Turukhansk, κοντά στον ποταμό Yenisei, στη Σιβηρία. στο Shunga της Καρελίας.
• Γύρω από Ratnapura, Matara, και Kurunegale, Σρι Λάνκα, μεγάλο καταθέσεις από καθαρό υλικό.
• Στο Passau της Βαυαρίας, Γερμανία.
• Από Πάργας Φινλανδίας.
• Στην Αγγλία, στο Barrowdale, κοντά στο Keswick, στην Cumbria.
• Στο Μεξικό, στη Santa Maria, Sonora, που σχηματίζεται από τη μεταμόρφωση των ανθρακικών κλινών.

αναφορές

• Bonewitz, R. (2012). Βράχοι και ορυκτά. 2η έκδ. Λονδίνο: DK Publishing.
• Handbookofmineralogy.org. (2019). Εγχειρίδιο του Ορυκτολογία. [σε απευθείας σύνδεση] Διαθέσιμο στη διεύθυνση: http://www.handbookofmineralogy.org [Πρόσβαση στις 4 Μαρ. 2019].
• Mindat.org. (2019). Graphite: Mineral information, data and locations.. [online] Διαθέσιμο στη διεύθυνση: https://www.mindat.org/ [Πρόσβαση. 2019].
• Smith.edu. (2019). Γεωεπιστήμες | Smith College. [σε απευθείας σύνδεση] Διαθέσιμο στη διεύθυνση: https://www.smith.edu/academics/geosciences [Πρόσβαση στις 15 Μαρ. 2019].