Grafiitti on yksi maan välttämättömistä strategisista resursseista, ja useat maat ovat listanneet sen tärkeäksi ei--metalliseksi raaka-aineeksi ja kriittiseksi mineraaliksi. Hyvän sähkönjohtavuutensa, lämmönjohtavuutensa, korroosionkestävyytensä, säteilynkestävyytensä ja muiden ominaisuuksiensa ansiosta sitä käytetään laajalti kemikaaleissa, ilmailussa, atomienergiassa, uudessa energiassa ja muilla korkean teknologian aloilla.
Grafiitin sovellukset perinteisessä teollisuudessa
Perinteisten korkealaatuisten-hiilipitoisten tulenkestävien materiaalien alalla grafiitista voidaan valmistaa korkeita-lämpötiloja-kestäviä säiliöitä, kuten grafiittiveneitä ja grafiittiupokkaita sen korkean-lämpötilankestävyyden vuoksi. Sitä voidaan käyttää myös lisäaineena tai täyteaineena yhdessä muiden materiaalien kanssa. Teräksen valuprosessissa on lisättävä uudelleenhiiletin, joka kompensoi valun aikana tapahtuvaa hiilihävikkiä, ja grafiittia voidaan käyttää uudelleenhiilettimenä.
Timanttien valmistusteollisuudessa timantit jaetaan luonnontimanteihin ja synteettisiin timantteihin. Luonnontimanteilla on erinomaiset ominaisuudet, mutta niiden resurssit ovat rajalliset, eikä niitä ole helppo saada. Synteettisillä timanteilla, jotka on valmistettu grafiitista hiilen lähteenä, on käytännöllisesti katsoen identtiset ominaisuudet kuin luonnollisilla timanteilla, ja niillä on alhaiset synteesikustannukset ja korkea kustannus{2}}tehokkuus. Siksi synteettiset timantit ovat laajalti suosittuja markkinoilla. Mitä korkeampi grafiitin puhtaus on, sitä edullisempi se on timanttisynteesille.
Ydinmateriaalien alalla ydinenergia on puhdas ja tehokas energialähde. Ydinenergian kehittäminen voi ratkaista tulevaisuuden energian ehtymisen ongelman. Koska ydinreaktoreilla on voimakas syövyttävä vaikutus materiaaleihin ja ne toimivat korkeissa lämpötiloissa, kaikki materiaalit eivät sovellu. Hiili-grafiittimateriaalilla on alhainen lämpölaajenemiskerroin, hyvä lämpöiskun kestävyys ja alhainen neutroniaktivaatio, joten ne soveltuvat ydinreaktorimateriaaleiksi. Ydinteollisuudessa, erityisesti korkean lämpötilan kaasujäähdytteisissä reaktoreissa, käytettyinä materiaaleina tuhkapitoisuuden on oltava alle 50 ppm ja booripitoisuuden 0,1 ppm.
Voitelualalla voiteluöljy on korvaamaton aine nykyaikaisessa elämässä. Autot, laivat, lentokoneet, työstökoneet ja muut kentät eivät tule toimeen ilman voiteluöljyä. Joissakin erityisissä ympäristöissä, kuten korkeassa-lämpötiloissa, voiteluöljyn suorituskyky heikkenee huomattavasti, ja käytön aikana ilmenee todennäköisesti ongelmia, kuten riittämätön voitelu. Sidosvoima grafiittikerrosten välillä on pieni ja ulkoisen voiman vaikutuksesta liukuminen tapahtuu helposti. Siksi grafiitilla on erinomainen voitelukyky ja se on ihanteellinen kiinteä voiteluaine.
Tiivistyskentässä joustavia grafiittilevyjä voidaan saada puristamalla ja muovaamalla paisutettua grafiittia, joka on löysää, huokoista ja jolla on korkea pintaenergia. Koska joustava grafiitti kestää korkeita lämpötiloja ja korroosiota, sillä on vakaat kemialliset ominaisuudet ja sillä on tietty lujuus, sillä voi olla merkitystä joissakin erityisissä ympäristöissä. Siksi joustava grafiitti nauttii "King of Sealingin" maineesta.
Grafiitin puhdistusmenetelmät
Grafiitin puhtaudella on ratkaiseva vaikutus sekä grafiitin käyttöalueisiin että taloudelliseen arvoon. Tällä hetkellä grafiitin kiinteän hiilipitoisuuden on oltava 99–99,99 %, riippumatta siitä, käytetäänkö sitä synteettisten timanttien, litium--ioni-anodimateriaalien, joustavien grafiittimateriaalien tai korkealuokkaisten-grafiittimateriaalien valmistukseen ilmailu- ja ydinteollisuudessa. Mitä korkeampi grafiitin puhtaus on, sitä vakaampi on sen sähkönjohtavuus, voitelu ja muut ominaisuudet ja sitä suurempi on materiaalin käyttöarvo. Siksi grafiitin puhtaudesta on tullut yksi tärkeimmistä grafiitin laadun mittausindikaattoreista, ja grafiitin puhdistusteknologiasta on tullut keskeinen tekniikka grafiittiteollisuudessa.
Flotaatiomenetelmä
Vaahdotus on yksinkertaisin puhdistusmenetelmä. Se hyödyntää hyödyllisten mineraalien ja kuomumineraalien kelluvuuden eroa erottamiseen. Flotaation avulla grafiitin kiinteä hiilipitoisuus voidaan nostaa noin 80–95 %:iin. Grafiitin vaahdotuspuhdistus on halvin menetelmä.
Flotaatiolla on myös rajoituksensa. Jatkuvan jauhatus- ja vaahdotusprosessin aikana hyödylliset mineraalit ja kuomumineraalit vapautuvat vähitellen yksittäisinä hiukkasina, ja suurin osa niistä poistetaan vaahdottamalla. Jatkuvan hionnan aikana jauhamisen vaikutus vapautuviin kuomun mineraaleihin kuitenkin heikkenee jatkuvasti ja grafiitin kiinteän hiilipitoisuuden kasvu on rajoitettua. Siksi vaahdotusta voidaan käyttää vain grafiitin primääripuhdistukseen, kun taas korkean -puhtauden grafiitti vaatii kemiallisia puhdistusmenetelmiä.
Korkean{0}}lämpötilan menetelmä
Korkean lämpötilan menetelmässä{0}} hyödynnetään pääasiassa sitä tosiasiaa, että grafiitilla on korkeampi kiehumispiste kuin muilla grafiittimalmin epäpuhtauksilla. Ultra-korkeassa-lämpötilassa tapahtuvan kalsinoinnin avulla epäpuhtaudet höyrystyvät ja poistetaan, jolloin saadaan erittäin -korkea-puhtaus grafiitin puhdistustuote. Tämä johtuu siitä, että grafiitin kiehumispiste on 4500 astetta, mikä ylittää periaatteessa kaikkien epäpuhtauksien kiehumispisteet. Varsinaisessa tuotannossa grafiittiupokasta käytetään yleensä pitämään grafiittijauhetta, joka sitten laitetaan korkean lämpötilan uuniin ja asetetaan lämpötilaan. Lämpötila nostetaan epäpuhtauksien höyrystymislämpötilan yläpuolelle (suojakaasua johdetaan materiaalin hapettumisen estämiseksi), ja sitten materiaali pidetään korkeassa lämpötilassa, jotta matalan -kiehumispisteen-pisteen epäpuhtaudet haihtuvat upokasta, jolloin saadaan aikaan grafiitin puhdistus. Korkean lämpötilan menetelmällä voidaan puhdistaa raaka-aineet 95–99–99,99 %.
Korkean-lämpötilan menetelmällä grafiitin puhtaus voi olla noin 99,995 %, ja se voi suojata grafiitin rakennetta ja parantaa grafiittituotteiden laatua. Tuotteita voidaan käyttää maanpuolustuksessa, ydinteollisuudessa, ilmailuteollisuudessa ja muilla korkean teknologian-aloilla.
Fluorivetyhappomenetelmä
Fluorivetyhappomenetelmän etuna on alhainen energiankulutus, yksinkertainen prosessivirtaus, korkea puhdistustehokkuus, saadun grafiitin korkea kiinteä hiilipitoisuus ja vähäinen vaikutus grafiittituotteiden suorituskykyyn. Sillä on kuitenkin tiukat vaatimukset laitteille ja tuotantoolosuhteille, ja jätevesi on vaikea käsitellä, mikä johtaa korkeisiin ympäristönsuojelukustannuksiin. Fluorivetyhapon puhdistusmenetelmää on optimoitu säätämällä fluorivetyhapon määrää ja vaikutustapaa. Puhdistusprosessin aikana fluorivetyhappo voi reagoida kemiallisesti lähes kaikkien epäpuhtauksien kanssa ja muuttaa ne liukoisiksi aineiksi. Näiden epäpuhtauksien poistamiseksi tehokkaasti ne voidaan puhdistaa yksinkertaisella vesipesulla, jolloin saadaan aikaan grafiitin puhdistus. Tämä prosessi auttaa parantamaan grafiitin puhtautta ja vastaa siten erilaisten teollisten sovellusten tarpeisiin.
Alkali{0}}happomenetelmä
Alkali{0}}happomenetelmä sisältää kaksi prosessia: alkalifuusio ja happosulatus. Toisin sanoen grafiitin happamat epäpuhtaudet, kuten silikaatit, alumiinisilikaatit ja kvartsi, reagoivat ensin kemiallisesti emäksisten aineiden kanssa sulassa tilassa muodostaen liukoisia suoloja, jotka sitten poistetaan vesipesulla. Sen jälkeen epäpuhtaudet, jotka eivät reagoineet alkalin kanssa alkalifuusion aikana, kuten metallioksidit, reagoivat hapon kanssa muodostaen happo-liukoisia yhdisteitä, jotka sitten pestään vedellä ja suodatetaan grafiitin lopullisen puhdistuksen saavuttamiseksi. Alkalifuusioprosessissa NaOH valitaan yleensä alkaliseksi aineeksi, koska sillä on alhainen sulamispiste (sulamispiste 318 astetta), vahva alkalisuus ja alhainen hinta. Happohapotuksessa käytettävä happo voi olla HCl, H2S04, HNO3 tai niistä valmistettu sekahappo, joista HCl on yleisimmin käytetty.
Kloorauspaahtomenetelmä
Korkean lämpötilan kalsinoinnin vaatiman lämpötilan alentamiseksi{0}} käytetään myös menetelmää, jossa syötetään kloorikaasua epäpuhtauksien muuttamiseksi klorideiksi ja sitten erotetaan ne. Tätä suhteellisen -vakiintunutta järjestelmää kutsutaan kloorauspaahtomenetelmäksi. Kloorauspaahtomenetelmässä grafiitti sekoitetaan pelkistimen kanssa tietyssä suhteessa ja kalsinoidaan korkeassa lämpötilassa inerttikaasusuojauksen alaisena, jolloin grafiitin epäpuhtaudet hajotetaan oksideiksi, kuten SiO2, Fe203 ja Al2O3. Sitten syötetään kloorikaasua, ja korkeassa 400–1200 asteen lämpötilassa oksidit muuttuvat klorideiksi ja komplekseiksi, joilla on alhaisempi sulamis- ja kiehumispiste, jotka höyrystyvät ja poistuvat, jolloin saavutetaan puhdistuksen tarkoitus.