Il-grafita, bħala allotrope tal-karbonju, tippossjedi ħafna proprjetajiet speċjali minħabba l-istruttura tal-kristall unika tagħha. Il-kristalli tal-grafita jappartjenu għas-sistema eżagonali u għandhom arranġament f'saffi. F'kull saff, l-atomi tal-karbonju huma konnessi ma 'xulxin f'arranġament uniku, b'sitt atomi tal-karbonju li jiffurmaw ċrieki eżagonali regolari fuq l-istess pjan, u kull atomu tal-karbonju jkun imdawwar bi tliet atomi tal-karbonju ħdejn xulxin. Iż-żewġ elettroni 2p perpendikolari għall-pjani tal-atomu tal-karbonju, mhux involuti fl-ibridizzazzjoni, jistgħu jiċċaqilqu liberament fi ħdan il-kannizzata tal-kristall u jikkoinċidu biex jiffurmaw bonds π, u b'hekk jagħtu lill-grafita konduttività elettrika u termali tajba.
Il-grafita hija konduttur eċċellenti, li għandha mhux biss konduttività termali tajba iżda wkoll konduttività elettrika eċċellenti. Fl-istess ħin, tesibixxi ebusija u saħħa regolari għolja, u żżomm il-karatteristiċi robusti u stabbli tagħha anke f'ambjenti ta'-temperatura għolja li jaqbżu t-3600 grad . Il-grafita hija wkoll iffavorita ħafna għall-proprjetajiet lubrikanti eċċellenti tagħha, l-inertezza kimika u r-reżistenza għall-korrużjoni, li tagħmilha applikabbli b'mod wiesa 'f'ħafna oqsma [3].
Ibbażat fuq il-forom kristallini differenti ta 'grafita naturali, jista' jiġi kklassifikat industrijalment fi grafita kristallina u grafita afanitika (amorfu). Fost dawn, grafita kristallina b'kristallinità aħjar tista 'tiġi suddiviża aktar f'grafita f'daqqa (grafita kristallina massiva) u grafita flake.
Il-grafita flake tipikament isseħħ bħala kristalli individwali jew bħala intergrowths ta 'kristalli paralleli fil-forma ta' folji rqaq u flakes. Il-forma kristallina tagħha hija ġeneralment żviluppata sew-u ħafna drabi sseħħ bħala aggregati, b'daqsijiet tal-qamħ tal-kristall ġeneralment jaqbżu 1 μm. Minerali tal-grafita flake imminat b'mod naturali għandu grad relattivament baxx, iżda meta mqabbel ma 'tipi oħra ta' grafita, juri floatability superjuri, lubriċità u plastiċità, li ġeneralment tagħti grafita flake valur ekonomiku ogħla. Il-grafita f'daqqa tipikament għandha kontenut ta 'karbonju ta' madwar 60% -65%, b'xi wħud jilħqu aktar minn 80%, iżda l-plastiċità u l-lubriċità tagħha huma inferjuri għal dawk tal-grafita flake.
Minħabba l-kristallinità fqira tagħha, il-morfoloġija tal-kristall tal-grafita afanitika hija viżibbli biss taħt mikroskopju elettroniku, u tidher earthy għall-għajn; għalhekk, huwa magħruf ukoll bħala grafit earthy, amorfu jew mikrokristallin. Il-grafita afanitika għandha tleqqija relattivament baxxa, u l-lubriċità tagħha ma tistax tqabbel ma 'dik tal-grafita flake. Madankollu, il-grad tiegħu huwa ġeneralment ogħla, b'xi wħud saħansitra jilħqu aktar minn 90% [4].
2. Applikazzjonijiet tal-Graphite
Il-grafita naturali għandha proprjetajiet fiżikokimiċi eċċellenti, li jwasslu għal firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet. Għandu rwol insostitwibbli u sinifikanti f'ħafna industriji, inklużi l-metallurġija, il-lubrikazzjoni, is-siġillar, l-enerġija nukleari u l-ħażna tal-enerġija.
Fl-industrija metallurġika, il-grafita naturali hija materja prima ewlenija għal applikazzjonijiet refrattorji u tal-funderija. Billi jinfluwenzaw il-konduttività elettrika tajba tiegħu u r-reżistenza għat-temperatura-għoli, l-elettrodi tal-grafita jservu bħala komponenti ewlenin fil-produzzjoni tal-azzar tal-forn tal-ark elettriku, u jadattaw b'mod affidabbli għal kundizzjonijiet ta' tidwib ta'-temperatura għolja. Fl-istess ħin, materjali refrattorji bbażati fuq il-grafita-, bir-reżistenza għat-temperatura għolja affidabbli u r-reżistenza għall-erożjoni tagħhom, huma użati b'mod wiesa 'bħala strutturi ta' inforra fl-azzar, tidwib tal-metall mhux-ferruż, u diversi fran metallurġiċi b'temperatura għolja-, li jagħmluhom materjali bażiċi indispensabbli għall-industrija metallurġika [5].
Fil-qasam tal-lubrikazzjoni, il-lubrikanti huma indispensabbli fil-ħajja moderna, użati fil-karozzi, vapuri, ajruplani, u għodod tal-magni. Taħt ċerti kundizzjonijiet speċjali, bħal temperaturi għoljin, il-prestazzjoni taż-żjut lubrikanti tista 'titnaqqas b'mod sinifikanti, ħafna drabi tirriżulta f'lubriċità insuffiċjenti. Il-forza tat-twaħħil bejn is-saffi tal-grafita hija dgħajfa, li tippermetti li tiżżerżaq faċli taħt forza esterna; għalhekk, il-grafita turi proprjetajiet lubrikanti eċċellenti u hija lubrikant solidu ideali. Barra minn hekk, minħabba r-reżistenza għat-temperatura għolja-tagħha, il-lubrikanti bbażati fuq il-grafita- jistgħu jaħdmu b'mod effettiv f'ambjenti estremi bħal temperaturi għoljin, u jiksbu riżultati tajbin [6].
Fil-qasam tas-siġillar, materjali tas-siġillar tal-grafita, minħabba r-reżistenza għall-korrużjoni eċċellenti tagħhom, ir-reżistenza għat-temperatura għolja-, u l-istabbiltà strutturali, isibu applikazzjoni mifruxa f'industriji bħall-inġinerija kimika, makkinarju u elettronika. Ibbażat fuq l-istruttura unika tiegħu f'saffi u proprjetajiet tajbin ta 'siġillar, il-grafita naturali tista' tadatta b'mod effettiv għall-kundizzjonijiet tas-siġillar f'diversi tagħmir mekkaniku, iżżomm prestazzjoni stabbli f'ambjenti kumplessi u ħarxa u testendi b'mod sinifikanti l-ħajja tas-servizz tal-komponenti tas-siġillar [5]. Barra minn hekk, il-kompressjoni tal-grafita estiża ta'-wiċċ-enerġija poruża u għolja tista' tipproduċi folji tal-grafita flessibbli. Minħabba r-reżistenza għat-temperatura għolja-tagħhom, ir-reżistenza għall-korrużjoni, l-istabbiltà kimika, u ċerta saħħa mekkanika, dawn il-folji jistgħu jiffunzjonaw b'mod effettiv taħt kundizzjonijiet speċjali, u jaqilgħu grafita flessibbli r-reputazzjoni ta '"issiġillar king" [6].
Fis-settur tal-enerġija nukleari, il-grafita naturali ta'-purità għolja hija l-materja prima ewlenija għall-manifattura ta' moderaturi tan-newtroni f'reatturi nukleari. Il-prestazzjoni eċċellenti tiegħu ta' moderazzjoni tan-newtroni u l-istabbiltà strutturali ta'-temperatura għolja jagħmluha materjal ewlieni għall-impjanti tal-enerġija nukleari u l-faċilitajiet ta' riċerka nukleari. F'tipi speċifiċi ta' reatturi nukleari, il-grafita naturali tista' sservi wkoll bħala materjal strutturali, billi tisfrutta s-saħħa mekkanika tajba, ir-reżistenza għar-radjazzjoni u r-reżistenza għat-temperatura għolja-tagħha biex iżżomm servizz stabbli fit-tul-taħt kundizzjonijiet estremi ta' temperatura għolja u radjazzjoni intensa, mingħajr ma tiddeforma jew ifalli malajr, u b'hekk tiżgura t-tħaddim sikur tat-tagħmir nukleari [5].
Fil-qasam tal-ħażna tal-enerġija, bl-iżvilupp mgħaġġel tal-industrija tal-enerġija l-ġdida, id-domanda tas-suq għall-grafita naturali tkompli tespandi. It-tkabbir mgħaġġel tal-industrija tal-batteriji tal-litju mexxa b'mod sinifikanti d-domanda tas-suq għall-materjali tal-anodi, u l-grafita naturali, bil-proprjetajiet elettrokimiċi uniċi tagħha, hija materja prima preferuta għall-manifattura tal-anodi tal-batterija tal-litju. Bħalissa, oqsma numerużi bħal vetturi tal-enerġija ġodda, stazzjonijiet bażi ta 'komunikazzjoni mobbli, u mikrogrids jiddependu fuq batteriji tal-litju bħala s-sors ewlieni tal-enerġija tagħhom, li jiżgura li l-materjali tal-anodi tal-batterija tal-litju tal-grafita se jkomplu jippossjedu kompetittività qawwija tal-industrija fis-suq tal-enerġija l-ġdid tal-futur [7].
3. Metodi ta 'Purifikazzjoni tal-Graphite
Bħalissa, il-metodi ta 'purifikazzjoni tal-grafita naturali jistgħu jiġu kategorizzati f'metodi fiżiċi u kimiċi. Fost dawn, il-metodi ta 'purifikazzjoni fiżika jinkludu prinċipalment il-flotazzjoni u metodi ta'-temperatura għolja; metodi ta 'purifikazzjoni kimiċi jinkludu l-metodu ta' alkali-aċidu, metodu ta 'aċidu idrofluworiku, u metodu ta' inkaljar bil-klorinazzjoni.
3.1 Metodu ta 'flotazzjoni
Il-metodu ta 'flotazzjoni huwa proċess ta' proċessar minerali li jifred minerali solidi minn sospensjoni milwiema bbażata fuq differenzi fil-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-wiċċ tagħhom. Il-wiċċ tal-grafita ma jixxarrabx faċilment bl-ilma, li jagħtiha floatability tajba u tippermetti separazzjoni faċli mill-impuritajiet, li jagħmilha adattata għall-purifikazzjoni permezz tal-flotazzjoni [8].
Il-fluss ġenerali tal-proċess tal-metodu tal-flotazzjoni jinkludi prinċipalment tliet passi ewlenin: tħin, separazzjoni tal-flotazzjoni, u riċirkolazzjoni middlings. L-ewwel, il-mineral tal-grafita naturali mhux maħdum huwa mgħaffeġ u mitħun. Permezz tat-tħin mekkaniku, tinkiseb il-liberazzjoni preliminari tal-monomeri tal-grafita mill-impuritajiet tal-gangue, li tistabbilixxi l-pedament għal operazzjonijiet ta 'separazzjoni sussegwenti. Wara t-tħin, il-polpa tal-grafita titħallat u mxarrba b'reaġenti kimiċi speċifiċi. Permezz tal-modifika tar-reaġent, id-differenzi tat-tensjoni tal-wiċċ tal-grafita huma ottimizzati, u jwessgħu d-distakk tal-floatability bejn il-grafita u l-minerali tal-impurità u joħolqu kundizzjonijiet għal tneħħija effiċjenti tal-impurità. Sussegwentement, proċess ta 'flotazzjoni magħquda li jinvolvi stadji multipli ta' roughing, scavenging, u tindif huwa impjegat biex jitneħħew progressivament il-komponenti tal-impurità mill-polpa, u b'mod effettiv iżid il-purità tal-konċentrat tal-grafita. Matul il-proċess ta 'flotazzjoni, reaġenti ta' flotazzjoni xierqa huma miżjuda biex itejbu aktar il-floatability tal-grafita u jtejbu l-effiċjenza tas-separazzjoni. Kolletturi industrijali użati b'mod komuni jinkludu żejt tad-diżil, pitrolju, żejt tal-arżnu, eċċ. [9].
Il-metodu tal-flotazzjoni, bħala l-ewwel pass fil-purifikazzjoni tal-grafita, huwa primarjament applikabbli għat-trattament minn qabel ta' grafit b'-karbonju baxx, kbir-laqx. Dan il-proċess għandu sistema ta 'teknoloġija matura, tagħmir ta' appoġġ sempliċi, konsum ġenerali baxx ta 'enerġija, u spejjeż ta' produzzjoni kontrollabbli, li joffru vantaġġi ekonomiċi sinifikanti. Hija teknoloġija ta' purifikazzjoni mhux maħduma tal-grafita li hija kost-effettiva ħafna f'applikazzjonijiet industrijali. Madankollu, il-metodu ta 'flotazzjoni għandu limitazzjonijiet notevoli u mhuwiex adattat għall-purifikazzjoni effiċjenti tal-grafita mikrokristallina. Meta mqabbel mal-grafita kristallina, il-grafita mikrokristallina ġeneralment għandha kontenut ta 'impurità ġenerali aktar baxx, iżda l-istat uniku ta' okkorrenza ta 'impurità tiegħu jirrestrinġi b'mod sinifikanti l-effettività tat-tneħħija tal-impurità tal-flotazzjoni. Partiċelli mikrokristallini tal-grafita huma estremament fini u assoċjati intimament ma 'minerali gangue, ħafna drabi inkorporati fi ħdan minerali tat-tafal. Waqt it-tħin, huwa diffiċli li tinkiseb liberazzjoni suffiċjenti ta 'monomeri tal-grafita mill-impuritajiet, li twassal għal tnaqqis sinifikanti fl-effiċjenza tas-separazzjoni tal-flotazzjoni. Fl-aħħar mill-aħħar, huwa diffiċli li jinkisbu konċentrati tal-grafita ta'-purità għolja, li ma jissodisfawx ir-rekwiżiti ta' applikazzjonijiet industrijali-għoli. Fil-qosor, il-proċess ta 'flotazzjoni tal-grafita jista' jservi biss bħala metodu ta 'purifikazzjoni primarju, prinċipalment użat biex jitneħħew il-biċċa l-kbira tal-impuritajiet faċilment separabbli mill-mineral tal-grafita mhux maħdum, inaqqas b'mod effettiv il-konsum tar-reaġent u t-telf ta' enerġija fi proċessi sussegwenti ta 'purifikazzjoni profonda u jipprovdi bażi ta' materja prima ta '-kwalità għolja għal aktar raffinar [10-11].
3.2 Metodu ta'-Temperatura Għolja
Il-metodu ta'-temperatura għolja jutilizza d-differenza fil-punti tat-togħlija bejn il-grafita (punt ta' tidwib għoli) u l-impuritajiet (punti ta' togħlija aktar baxxi). Taħt il-protezzjoni ta' atmosfera inerta, it-temperatura hija kkontrollata f'medda xierqa, li tikkawża impuritajiet ta' punt ta' togħlija aktar baxxi bħal ossidi tal-metall u silikati biex jivvaporizzaw u jaħarbu l-ewwel, filwaqt li l-karbonju b'punt ta' -tidwib-għoli jibqa 'f'forma solida, u b'hekk tinkiseb separazzjoni u purifikazzjoni profonda [12].
Il-materja prima użata fil-metodu ta'-temperatura għolja huma tipikament konċentrati tal-grafita miksuba wara purifikazzjoni tal-flotazzjoni jew grafit tal--karbonju għoli miksub wara purifikazzjoni kimika, b'kontenut ta' karbonju ġeneralment ivarja minn 95% sa 99% [13]. Dan il-metodu jista 'jikseb puritajiet tal-grafita ta' madwar 99.995%. Għalkemm tista 'tneħħi b'mod effettiv l-impuritajiet inkorporati fil-kannizzata tal-grafita mingħajr ma teqred l-istruttura tal-grafita, ittejjeb b'mod effiċjenti l-kwalità tal-prodott, ħafna drabi hija applikabbli biss għal setturi ta' teknoloġija għolja-bħad-difiża, l-industrija nukleari u l-ajruspazju. Dan minħabba li l-iżvantaġġi tal-metodu huma sinifikanti: jeħtieġ tagħmir impenjattiv, konsum għoli ta' enerġija, u jinvolvi investiment sostanzjali u spejjeż operattivi, li jagħmilha sfavorevoli għall-produzzjoni fuq skala kbira-u primarjament iservi prodotti tal-grafita-high-end [12].
3.3 Metodu tal-Alkali-Aċidu
Il-metodu tal-aċidu-alkali, li jikkonsisti f'żewġ proċessi-fużjoni tal-alkali u lissija tal-aċidu-f'sekwenza skont il-fluss industrijali, huwa metodu relattivament effettiv għall-purifikazzjoni tal-grafita naturali. Proċess ta 'fużjoni alkali: Bl-użu tar-reżistenza tal-grafita għall-aċidi u l-alkali, il-grafita u l-alkali jitħalltu b'mod uniformi f'ċertu proporzjon u mbagħad kalċinat f'temperatura għolja. Fl-istat imdewweb, impuritajiet bħall-aluminosilikati, kwarz, u silikati fil-grafita jirreaġixxu kimikament mal-alkali, u jiffurmaw silikati aċidu-solubbli jew ilma-solubbli, li mbagħad jitneħħew bil-ħasil tal-ilma. Proċess ta 'lissija ta' l-aċidu: L-alkali-grafita mdewba u l-idrossidi huma soġġetti għal lissija sħuna b'soluzzjoni ta 'aċidu idrokloriku ta' konċentrazzjoni speċifika, li jikkonvertu ossidi tal-metall f'melħ solubbli. Fl-aħħarnett, permezz ta 'proċessi bħall-ħasil u t-tneħħija tal-ilma, tinkiseb grafita purifikata.
Bħalissa, il-metodu tal-alkali-aċidu huwa l-metodu ta 'purifikazzjoni komunement adottat minn produtturi tal-grafita ta'-purità għolja fiċ-Ċina. L-akbar vantaġġi tiegħu jinkludu investiment inizjali baxx, tagħmir ta 'reazzjoni sempliċi, versatilità qawwija, adattabilità tajba tal-proċess, u purità u grad relattivament għolja tal-prodotti miksuba. L-iżvantaġġi huma l-ħtieġa ta 'kalċinazzjoni f'temperaturi għoljin, użu sinifikanti ta' enerġija u tagħmir, effiċjenza ta 'purifikazzjoni relattivament baxxa, telf sostanzjali ta' minerali ta 'valur, u potenzjal għal tniġġis ambjentali [14].
3.4 Metodu ta 'Aċidu Idrofluworiku
L-aċidu idrofluworiku (HF) huwa aċidu qawwi li jista 'jirreaġixxi mal-biċċa l-kbira tal-impuritajiet fil-grafita. Madankollu, il-grafita tipikament għandha reżistenza tajba għall-aċidu f'temperatura tal-kamra u hija kimikament stabbli, partikolarment peress li ma tirreaġixxix mal-aċidu idrofluworiku. Billi tgħaddas il-grafita fl-aċidu idrofluworiku, li tippermetti reazzjoni maż-żmien, segwita mill-ħasil u l-filtrazzjoni, tibqa' grafita ta' purità relattivament għolja-.
Il-purifikazzjoni bl-użu tal-metodu ta' l-aċidu idrofluworiku tista' tneħħi l-biċċa l-kbira ta' l-impuritajiet mill-grafita, u tagħti grafita ta'-purità għolja bi prezz baxx. Huwa wieħed mill-metodi aktar sempliċi u effettivi għall-purifikazzjoni tal-grafita. Madankollu, l-aċidu idrofluworiku huwa tossiku ħafna, li joħloq perikli sinifikanti għas-sikurezza matul il-proċess tal-produzzjoni, li jipprevjeni l-adozzjoni u l-applikazzjoni mifruxa tiegħu fil-produzzjoni industrijali [15].
3.5 Metodu ta 'Inkaljar tal-Klorinazzjoni
Il-metodu tal-inkaljar tal-klorinazzjoni jinvolvi li żżid ċertu ammont ta 'reduttant (gass tal-kloru, tetraklorur tal-karbonju) mal-grafita u inkaljar f'temperaturi għoljin taħt atmosfera speċifika. L-impuritajiet ta 'l-ossidu jirreaġixxu mal-gass tal-kloru f'reazzjoni ta' klorinazzjoni, u jikkonvertuhom fi kloruri. Impuritajiet bħal silikati, aluminosilikati, u kwarz fil-grafita jiddekomponu f'ossidi bħal dijossidu tas-silikon, ossidu tal-aluminju, ossidu tal-ħadid, u ossidu tal-kalċju taħt tisħin b'temperatura għolja-. Peress li l-punti tat-togħlija ta 'dawn il-kloruri huma relattivament baxxi, huma vaporizzaw u jaħarbu matul il-proċess ta' inkaljar ta'-temperatura għolja, u b'hekk jiksbu t-tneħħija u l-purifikazzjoni tal-impurità.
Il-metodu tal-inkaljar tal-klorinazzjoni jneħħi l-impuritajiet billi jżid gassijiet li jnaqqsu bħall-kloru biex jikkonvertu l-impuritajiet f'forom ta 'klorur. Dan il-metodu joffri effiċjenza għolja ta 'purifikazzjoni u rati ta' rkupru tajbin. Madankollu, il-gass tal-kloru huwa gass perikoluż li jagħmel ħsara lill-ambjent, u l-proċess huwa kkaratterizzat minn instabbiltà, li tillimita l-iżvilupp tiegħu [16].