Статьи

 

 

 

 

Углерод в природе присутствует в самородном виде, образуя две полиморфные разновидности - графит и алмаз, идентичные по своему составу, но резко отличающиеся по структуре и физическим свойствам.

Графит встречается в виде рассеянных чешуек, либо их листоватых агрегатов (кристаллический чешуйчатый графит, flake graphite), плотных зернистых агрегатов (кристаллический кусковый графит, vein type, lump graphite), либо плотных скрытокристаллических масс (аморфный графит, amorphous graphite). Кроме того, в промышленности все шире используется искусственный (коксовый, доменный, ретортный) графит, специально получаемый из антрацита, нефтяного кокса, а также из отходов доменного производства.

Чешуйчатые графиты по диаметру кристаллов разделяются на крупночешуйчатые (0,1 -Х,0 мм) и мелкочешуйчатые (0,001-0,1мм). В литокристаллическом кусковом графите размер кристаллов тот же, что и в мелкочешуйчатом, однако они не ориентированы, что затрудняет расщепление агрегата и сдвиги при деформации. Промышленные руды чешуйчатого графита содержат от 2 до 15% (редко более) этого минерала. Они легко обогащаются флотацией с получением концентрата, содержащего 80-90% и более графита. В плотно кристаллических кусковых pудах массовая доля графита составляет 35-40% и более; без обогащения используется руда, в которой эта величина поднимается до 60-80%.

Величина зерен в скрыто кристаллическом (аморфном) графите менее 0,001мм. Скрытокристаллическая руда (аморфный графит) труднообогатима. Без обогащения используются руды с содержанием углерода около 70%, бедные руды (20-40%) обогащаются ручной разборкой.

Искусственный графит по качеству приблизительно соответствует чешуйчатому и плотно кристаллическому, отличаясь большей чистотой и меньшей кристалличностью.

В зависимости от структурного строения графиты делятся на : - явнокристаллические, -скрытокристаллические, - графитоиды, - высокодисперсные графитовые материалы.

В свою очередь, явнокристаллические графиты по величине и структуре кристаллов делятся на: - плотнокристаллические , - чешуйчатые.

Электрические свойства графита. Электропроводность графита в 2,5 раза больше электропроводности ртути. При температуре 0 град. удельное сопротивление электрическому току находится в пределах от 0,390 до 0,602 ом. Низкий предел удельного сопротивления для всех видов графита одинаков и равен 0,0075 Ом.

Термические свойства графита. Графит обладает высокой теплопроводностью, которая равняется 3,55вт*град/см и занимает место между палладием и платиной. Коэффициент теплопроводности 0,041 (в 5 раз больше, чем у кирпича). У тонких графитовых нитей теплопроводность выше, чем у медных. Температура плавления графита — 3845-3890 С при давлении от 1, до 0,9 атм. Точка кипения доходит до 4200 С. Температура воспламенения в струе кислорода составляет для явнокристаллических графитов 700-730С. Количество тепла, получаемого при сжигании графита, Находится в пределах от 7832 до 7856 ккал.

Магнитные свойства. Графит считается диамагнитным.

Химические свойства. Химически инертен и не растворяется ни в каких растворителях, кроме расплавленных металлов, особенно тех, у которых высокая точка плавления. При растворении образуются карбиды, наиболее важными из которых являются карбиды вольфрама, титана, железа, кальция и бора. При обычных температурах графит соединяется с другими веществами весьма трудно, но при высоких температурах он дает химические соединения со многими элементами.

Механические свойства. Графит не обладает эластичностью, но, тем не менее, может быть подвергнут резанию и изгибанию. Графитовая проволока легко сгибается и закручивается в спираль, а при вальцевании дает удлинение около 10%. Сопротивление на разрыв такой проволоки равно 2 кг/мм2, а модуль изгиба равен 836 кг/мм2. Жирность и пластичность графита являются важнейшими свойствами, которые дают возможность широко применять его в промышленности. Чем выше жирность графита, тем меньше коэффициент трения. От жирности графита зависит использование его в качестве смазочного материала, а также способность прилипания к твердым поверхностям.

Оптические свойства. Коэффициент светопоглощения графита постоянен для всего спектра и не зависит от температуры лучеиспускания тела; для тонких графитовых нитей он равен 0,77, с увеличением кристаллов графита светопоглащение уже находится в пределах 0,52-0,55.

Чистый графит имеет низкий коэффициент поглощения нейтронов и самый высокий коэффициент замедления, благодаря чему он незаменим в атомных реакторах. Без графитовых электродов немыслимо развитие черной и цветной, химической промышленности. Графит является футеровочным материалом электролизеров для получения алюминия. Углеродосодержащие материалы применяются для строительства электропечей и других тепловых агрегатов. Из графита готовятся тигли, лодочки для производства сверхтвердых сплавов.

В химической промышленности материалы из графита незаменимы для производства теплообменников, работающих в агрессивных средах а так же для изготовления нагревателей, конденсаторов, испарителей, холодильников, скрубберов, дистилляционных колонн, форсунок, сопел, кранов, деталей для насосов, фильтров.

Промышленность в большом ассортименте выпускает графитовые электрощетки для различных электрических машин, электрические осветительные угли для прожекторов и для демонстрации и съемок кинофильмов, элементные — гальванических батарей, сварочные и для спектрального анализа, изделия для электровакуумной техники и техники связи. В машиностроении графит используется как антифрикционный материал для подшипников, колец трения, торцевых и поршневых уплотнений, подпятников. Обработка графита требуется для получения сложных изделий.

Различные отрасли промышленности предъявляют свои специфические требования к качеству графитного сырья (руд и концентратов). В настоящее время производятся следующие типы и марки графита: литейный (марки ГЛ, ГЛС), элементный (ГЭ), электроугольный (ЭУЗ, ЭУТ, ЭУН), аккумуляторный (ГАК), тигельный (ГТ), карандашный, смазочный (ГК, ГС, П), специальный малозольный (ГСМ-1, ГСМ-2), графит для специальных сталей (ГСС), особо чистый графит для ядерных реакторов и др. Его состав варьирует в широких пределах: 40-97% графита, 0,7-7,5% летучих, 1,75-26,5% золы. Общими лимитирующими показателями являются зольность, влажность, содержание летучих, иногда железа, серы, меди, фосфора и других элементов, а также величина рН водной вытяжки.

Производимый в СНГ графит, в зависимости от сферы применения должен соответствовать требованиям ГОСТов, в частности: Графит тигельный (тигель графитовый) ГОСТ 4596-75, Графит кристаллический литейный ГОСТ 5279-74, Графит аккумуляторный ГОСТ 10273-79, Графит для производства карандашных стержней ГОСТ 4404-78, Графит элементный ГОСТ 7478-75, Графит электроугольный ГОСТ 10274-79, Графит для изготовления смазок покрытий и электропроводящей резины ГОСТ 8295-73.

Терморасширенный графит. Терморасширенный графит (далее ТРГ) был разработан компанией UCAR Carbon Co. Inc более 30 лет назад. Это характерный гибкий листовой материал, унаследовавший от графита высокую стойкость к температурным и химическим воздействиям и приобретший дополнительные свойства гибкости, податливости и прочности на сжатие и растяжение. Эти свойства отличают ТРГ от прочих видов углерода и графита и делают его превосходным и высокоэффективным набивочным и уплотнительным материалом.

Показатели:

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

Названия:

  • терморасширенный графит
  • ТРГ
  • гибкий графит

Переход на уплотнения из ТРГ взамен традиционно используемых позволяет увеличить средние сроки межремонтной эксплуатации арматуры в 2,5-8 раз, а центробежных насосов в 5-13 раз.

Ведущим экспортером природного графита в 2006-2008 гг. выступил Китай, на чью долю в 2008-2009г. г. пришлось 70% всего объема продаваемого в мире графита. Производство графита в Китае, как ожидают, продолжит рост, поскольку китайские производители очень тесно сотрудничают с западными потребителями графита.

Также мировыми лидерами экспорта (73-77 тыс. т) являются Канада, Бразилия, Мексика, Шри Ланка чей совокупный экспорт в период 2006-2009 гг. составлял около 9-12 % всего объема.

Балансовые запасы графитовых руд в России составляют по кат. А+В+С1 139,71млн. тонн (графита - 13,54 млн.т). Преобладает скрытокристаллический графит с содержанием графитового углерода до 82%. Практически все запасы (99,5%) сосредоточены в Сибирском ФО (Красноярский край, Эвенкийский АО). Запасы кристаллического графита составляют 4,5 млн. тонн по кат. А+В+С. При этом около 77% запасов кристаллического графита находятся в бедных рудах с содержанием графита менее 4-6%. Значительная часть балансовых запасов кристаллического графита требует переоценки, так как разработка их нецелесообразна по ряду причин – низкое качество и плохая обогатимость руд, расположение в природоохранных зонах или охранных целиках.

В мире имеется значительный резерв неосвоенных месторождений, однако качество большинства руд недостаточно высокое и условия их отработки сложные. Мировое производство природного графита в последнее время находится на уровне 1,13 млн. тонн

Крупнейшими потребителями природного графита (около 50 % всего объема природного графита) в 2006-2010 гг. выступили такие промышленно развитые страны как США, Япония, Германия, Китай. Эти страны (за исключением Китая) являются и ведущими импортерами графита, на чью долю приходится около 350 - 450 тыс. т. мирового потребления.

Стоимость природного графита определяется размером его кристалла и содержанием в нем углерода. Существует дифференциация цен на графит по его сортам - наибольшая цена определена для типа графита с максимальным содержанием углерода в данном сорте. В 2006г., когда поставки природного графита были широко доступны, главным образом из Китая, цены на сырье были сравнительно низкие. К 2009-2010 гг. цены достигли максимума.

В статье использованы материалы с сайта http://geoproject.com.ua