Grafite è come diamante, È una forma di carbonio nativo cristallino con i suoi atomi disposti in una struttura esagonale che è opaca e dal grigio scuro al nero. Si presenta come cristalli esagonali, fogli flessibili, scaglie o grandi masse. Può essere terroso, granulare o compatto. La grafite si forma dal metamorfismo dei sedimenti carboniosi e dalla reazione dei composti del carbonio con soluzioni idrotermali. Si presenta naturalmente in questa forma ed è la forma più stabile di carbonio in condizioni standard. Sotto alte pressioni e temperature si converte in diamante. Sembra drammaticamente diverso dal diamante e si trova all'altra estremità della scala di durezza. La sua morbidezza è dovuta al modo in cui gli atomi di carbonio sono legati gli uni agli altri anelli di sei atomi di carbonio sono disposti in fogli orizzontali ampiamente distanziati. Gli atomi sono fortemente legati all'interno degli anelli ma molto debolmente legati tra i fogli. È usato in matite e lubrificanti. La sua elevata conducibilità lo rende utile in prodotti elettronici come elettrodi, batterie e pannelli solari.

Nome: Dal greco scrivere, in allusione al suo uso come pastello.

Associazione: Una grande varietà di minerali stabile nelle condizioni metamorfiche in cui si forma la grafite. In meteoriti, in noduli con troilite, silicati

Polimorfismo e serie: Polimorfo con chaoite, diamantee lonsdaleite.

Proprietà chimiche

Classificazione chimica Elemento nativo
Formula C

Proprietà fisiche della grafite

Colore Dal grigio acciaio al nero
Striscia Nero
Luster Metallico, a volte terroso
sfaldamento Perfetto in una direzione
Diafanità Opaco
Mohs Durezza da 1 a 2
Sistema di cristallo Esagonale
Tenacia Flessibile
Densità 2.09 – 2.23 g/cm3 (misurato) 2.26 g/cm3 (calcolato)
Frattura Micaceo

Proprietà ottiche della grafite

Anisotropismo Estremo
Colore / Pleocroismo Strong
Segno ottico Uniassiale (-)
Birifrangenza birifrangenza estrema

Evento di grafite

È formato dal metamorfismo di materiale carbonioso sedimentario mediante riduzione di composti di carbonio; componente principale in rocce ignee. Si verifica in rocce metamorfiche come risultato della riduzione dei composti di carbonio sedimentari durante il metamorfico rocce. Si vede anche nelle rocce magmatiche e nei meteoriti. I minerali correlati lo sono quarzo, calcite, mica più tormalina. Cina, Messico, Canada, Brasile e Madagascar sono le principali fonti di esportazione di estratto.

Grafite sintetica

La grafite sintetica è un materiale costituito da carbonio grafitico che è stato ottenuto per grafitizzazione di carbonio non grafitico, per CVD da idrocarburi a temperature superiori a 2500 K, per decomposizione di carburi termicamente instabili o per cristallizzazione da metalli fusi supersaturi di carbonio.

Il termine artificiale è spesso usato come sinonimo di grafite sintetica. Tuttavia, il termine grafite sintetica è preferito poiché si ritiene che i loro cristalli siano composti da macromolecole di carbonio. Il termine grafite sintetica viene utilizzato prevalentemente per il carbonio grafitizzato, sebbene il termine CVD includa grafite pirolitica e residui di decomposizione del carburo. Tali usi comuni sono gli stessi della definizione di cui sopra. Sinonimi per questo tipo più importante di grafite sintetica sono grafite Acheson ed elettrografo.

Usi Zona

  • La grafite naturale viene utilizzata principalmente per refrattari, batterie, produzione di acciaio, grafite espansa, guarnizioni dei freni, rivestimenti per fonderia e lubrificanti.
  • I crogioli iniziarono a utilizzare grafite a scaglie molto grandi e mattoni di carbonio-magnesite che richiedevano grafite a scaglie non così grandi; per questi e altri ora c'è molta più flessibilità nella dimensione del fiocco richiesto e la grafite amorfa non è più limitata ai refrattari di fascia bassa.
  • L'uso della grafite nelle batterie è aumentato negli ultimi 30 anni. Naturale e sintetico viene utilizzato per costruire elettrodi nelle principali tecnologie di batterie.
  • La domanda di batterie, ad esempio, una batteria agli ioni di litio in una Nissan Leaf completamente elettrica contiene quasi 40 kg di grafite.
  • La grafite naturale nella produzione dell'acciaio contribuisce principalmente ad aumentare il contenuto di carbonio nell'acciaio fuso e può anche essere utilizzata per lubrificare gli stampi utilizzati per estrudere l'acciaio caldo.
  • La grafite amorfa naturale e la grafite a scaglie fini sono utilizzate nelle guarnizioni dei freni o nelle ganasce dei freni per veicoli più pesanti (non automobilistici) e sono diventate importanti con la necessità di sostituire l'amianto.
  • Un lavaggio per stampi per fonderia è una vernice a base d'acqua di scaglie amorfe o fini. Dipingendo l'interno di uno stampo con esso e lasciandolo asciugare lascia un sottile strato di grafite che faciliterà la separazione dell'oggetto fuso dopo che il metallo caldo si è raffreddato.

Uso di grafite sintetica

  • La grafite pirolitica ad alta focale (HOPG) è la forma sintetica di grafite di altissima qualità. Nella ricerca scientifica, viene utilizzato come standard di lunghezza per la calibrazione dello scanner, in particolare su un microscopio con sonda a scansione.
  • Gli elettrodi trasportano l'elettricità che fonde i rottami ferro e acciaio nei forni elettrici ad arco, la maggior parte dei forni in acciaio, e talvolta fonde il ferro direttamente ridotto (DRI). Sono fatti da petrolio coca cola dopo essere stata mescolata con carbone catrame di catrame.
  • Elettrolitico alluminio la fusione utilizza anche elettrodi di carbonio di grafite. Su scala molto più piccola, gli elettrodi a scarica sintetica vengono utilizzati per realizzare stampi a iniezione per materie plastiche nel processo di scarica elettrica (EDM).
  • Gradi speciali di grafite sintetica, come il gilsocarbon, trovano utilità come matrice e moderatore di neutroni nei reattori nucleari. La bassa sezione d'urto dei neutroni ne consiglia anche l'uso nei reattori a fusione consigliati.
  • La fibra (di carbonio) e i nanotubi di carbonio sono utilizzati anche nelle plastiche rinforzate con fibra di carbonio e nei compositi resistenti al calore come il carbonio-carbonio rinforzato (RCC). Le strutture commerciali realizzate con compositi di grafite in fibra di carbonio includono canne da pesca, aste di mazze da golf, telai di biciclette, pannelli di carrozzeria di auto sportive, il corpo del Boeing 787 Dreamliner e il corpo delle barre di segnalazione della piscina.
  • La moderna polvere senza fumo è rivestita di grafite per prevenire l'accumulo di cariche statiche.
  • È stato utilizzato in almeno tre materiali che assorbono radar. Sumpf e Schornsteinfeger utilizzati negli snorkel degli U-Boot per ridurre le sezioni trasversali del radar sono stati mescolati con la gomma. L'F-117 Nighthawk è stato utilizzato anche sulle tessere dei caccia segreti.
  • I compositi di grafite sono usati come assorbitori di particelle ad alta energia (ad esempio, nel dump del fascio di LHC).

Riciclo della grafite

Il modo più comune di riciclaggio della grafite si verifica quando gli elettrodi di grafite sintetica vengono prodotti e tagliati in pezzi o scartati dai torni, o quando l'elettrodo (o altro) viene utilizzato fino al portaelettrodo. Un nuovo elettrodo sostituisce quello vecchio, ma la maggior parte di quello vecchio rimane. Questo viene frantumato e dimensionato e la polvere di grafite risultante viene utilizzata principalmente per aumentare il contenuto di carbonio dell'acciaio fuso. I refrattari contenenti it vengono talvolta riciclati, ma spesso non a causa della grafite: i materiali sfusi più grandi come i mattoni di carbonio-magnesite contenenti solo il 15-25% di grafite spesso contengono pochissima grafite. Tuttavia, alcuni mattoni di carbonio-magnesite riciclati vengono utilizzati come base per i materiali di riparazione dei forni, mentre i mattoni di carbonio-magnesite rotti vengono utilizzati nei condizionatori d'aria a scorie. I crogioli hanno un alto contenuto di grafite, mentre i crogioli utilizzati e poi riciclati hanno un volume ridotto.

Un prodotto di grafite lamellare di alta qualità molto simile alla grafite fogliare naturale può essere ottenuto dalla produzione dell'acciaio. Kish è un grande volume di rifiuti fusi filtrati dall'alimentazione di ferro fuso in una fornace di ossigeno basico ed è costituito da una miscela di grafite (precipitata dal ferro sovrasaturato), scorie ricche di calce e un po' di ferro. Il ferro viene riciclato in loco e rimane una miscela di grafite e scorie. Il miglior processo di recupero utilizza la classificazione idraulica (utilizzando il flusso d'acqua per separare i minerali per peso specifico: la grafite è leggera e quasi precipita) per ottenere un concentrato di grafite al 70%. La lisciviazione di questo concentrato con acido cloridrico produce un prodotto di grafite al 95% con una dimensione dei fiocchi fino a 10 setacci.

Distribuzione

Numerose località, ma solo poche offrono esemplari ben cristallizzati.

  • Nel USA, a Monroe e Ticonderoga, Essex Co., New York; a Franklin e Sterling Hill, Ogdensburg, Sussex Co., New Jersey.
  • In Canada, eventi commercialmente significativi in ​​Quebec, a Buckingham e Grenville e nelle parti adiacenti dell'Ontario.
  • In Russia, da Nizhni Tunguski, a est di Turukhansk, vicino al fiume Yenisei, in Siberia; a Shunga, Carelia.
  • Intorno a Ratnapura, Matara e Kurunegale, Sri Lanka, grande depositi di pura materia.
  • A Passau, Baviera, Germania.
  • Da Pargas, Finlandia.
  • In Inghilterra, a Barrowdale, vicino a Keswick, Cumbria.
  • In Messico, a Santa Maria, Sonora, formata dal metamorfismo dei letti di carbone.

Testimonianze

  • Bonewitz, R. (2012). Rocce e minerali. 2a ed. Londra: pubblicazione DK.
  • Handbookofmineralogy.org. (2019). Manuale di Mineralogia. [online] Disponibile all'indirizzo: http://www.handbookofmineralogy.org [accesso effettuato il 4 marzo 2019].
  • Mindat.org. (2019). Grafite: informazioni sui minerali, dati e località.. [online] Disponibile su: https://www.mindat.org/ [Consultato. 2019].
  • Smith.edu. (2019). Geoscienze | Collegio Smith. [online] Disponibile su: https://www.smith.edu/academics/geosciences [Consultato il 15 marzo 2019].