Как сделать графит твердым

Описание графита. Свойства графита. Применение графита

Описание и свойства графита

Графит – это природный элемент, легко раскалываемый минерал, одна из модификаций углерода. Графит – материал очень мягкий, легко поддающийся механической обработке, обладает металлическим блеском. Графитовая формула – С (углерод).

Электропроводность графита, фото которого можно посмотреть выше, превышает ртутную электропроводимость в 2,5 раза. Удельное сопротивление электротока с температурой в 0 градусов находится в границах 0,390-0,602 Ом, а его самое низкое значение для различных видов данного элемента одно и то же – 0,0075 Ом.

Элемент отличается повышенной теплопроводимостью, коэффициент которой в 5 раз выше, чем имеет кирпич (0,041). Графитные медные цепочки отличаются более низкой теплопроводностью. Пределы температуры плавления – 3845-3890 С, кипение начинается при 4200 С. Во время сжигания элемента выделяется 7832 ккал тепла. Графит является диамагнитным.

Его основные химические свойства – инертность по отношению к жидкостям, газам и твёрдым веществам, способность растворяться в расплавленных металлах, с точкой плавления превышающей его собственную. На высокой температуре может взаимодействовать с другими элементами.

Не эластичен, но в то же время изгибается и режется. Благодаря жирности и пластичности имеет широкое применение в промышленном производстве. Жирность также позволяет применять его как смазочный материал. Плотность графита 2,23 г/ см3.

Графит отличается слоистой структурой, имеющей свои особенности. Атомы углерода кристаллической решётки графита представляют собой сотовые ячейки: шестиугольники, расположенные рядами. В каждом ряду атомы плотно связаны друг с другом, а ряды между собой имеют слабую связь. Поэтому графит легко сломать даже если только слабо надавить.

Твёрдость по шкале Мооса приравнивается к единице, в то время как у алмаза – десять, несмотря на тот факт, что алмаз и графит – это углеродовые подвиды. Всё дело в кристаллической решётке. У алмаза один атом углерода связан с четырьмя лежащими рядом. На основе исследований учёные доказали, что кристаллическая решётка графита при температуре выше 1500 С может преобразоваться в решётку алмаза.

В процессе переработки как физические, так и химические свойства графита меняются, поэтому его классифицировали на марки, которые имеют соответствующие различия. В промышленности отдельная марка графита используется для определённого вида продукции.

Производители продукции из графита предъявляют свои требования к сырью в зависимости от его назначения. В соответствии с этим проведена маркировка, и сейчас вырабатываются различные марки графита, имеющие каждая свое предназначение.

Месторождения и добыча графита

Ресурсы графита во всём мире составляют примерно 600 млн т, а его ежегодная добыча свыше 600 тыс. т. Наибольшими запасами владеют Мексика, Китай, Чехия, Бразилия, Украина, Россия, Южная Корея, Канада. Образовался этот минерал метаморфизацией осадочных пород из органических соединений. Месторождения графита с давних времён представляют интерес с экономической точки зрения и оцениваются мощностью в миллионы тонн.

Применение графита

И производители, и обыватели уже давно знакомы с графитовым веществом, зарекомендовавшим себя наличием качеств, которые позволяют применять его не только для производственных процессов, но и в повседневной жизни.

Является одной из составляющих при изготовлении огнеупорного кирпича. Полировочные и шлифовальные пасты получают из графитовых смесей. Учитывая электропроводящие свойства природного элемента, он незаменим для изготовления контактов электроприборов и электродов.

Промышленность по производству графитовых карандашей, смазочных материалов и изготовления красок тоже не обходится без этого вещества. Стержни для карандашей изготавливаются из чёрного графита, хотя в природе существует серый графит со стальным блеском. Является наполнителем пластмассы, с его помощью налажено производство искусственных алмазов.

Покрасочным средством, обладающим антикоррозионными качествами является краска графитовая. Она представляет собой однокомпонентную суспензию. В её состав, кроме графитового наполнителя, входят пластификатор и связующие пигменты. Применяя такую краску, защищают бетонные, стальные, деревянные, алюминиевые, чугунные изделия от коррозии.

В медицине графит зарекомендовал себя как одно из гомеопатических средств при кожных заболеваниях, являющихся следствием внутренних и трудно поддающихся терапии нарушений. Препятствует образованию спаек и рубцов после воспалений, а также влияет на обменные процессы. Заболевания, на которые благотворно воздействует графит, сложно перечислить, поэтому он входит в состав многих лекарственных препаратов.

Цена графита

Продажей графита занимаются специализированные компании, занимающиеся добычей и переработкой графита, цены на который достаточно приемлемы. Ценовая категория природного графита зависит от размеров его кристаллов и содержания углерода. Каждый сорт графита имеет свою стоимость – чем выше содержание углерода, тем лучше технические свойства, и тем он дороже.

Реализация данного минерала производится как в розницу, так и оптом. Потребитель может графит купить на выгодных для него условиях. При покупке оптом делается скидка, обеспечивается его доставка. Стоимость зависит и от региональной принадлежности. Средняя цена на графит примерно 45 руб/кг. Готовая продукция стоит дороже.

Источник

Графитовый порошок

Описание и получение графитового порошка.

Основными преимуществами графитового порошка являются:

Применение порошка из графита

Основное назначение графитового порошка – смазочная функция. Порошок не является универсальной смазкой, он снижает износ оборудования и приборов, но в высокоточных соединениях его следует применять в малых дозах, так как он наделен абразивным эффектом. Одной из сфер использования графитового порошка является сельскохозяйственная техника. Порошок можно добавлять к посевному материалу, что сделает его разрыхляющим компонентом. Использование графитового порошка обеспечит равномерность посева, семена перестанут липнуть к бункеру сеялки.

Используется порошок в металлургической промышленности для покрытия стали и чугуна, в процессе создания углеграфита и графитопластов, в химической промышленности для создания полимеров, в области электроснабжения – для выплавки аккумуляторов и батарей, в атомной промышленности для создания графитовых стержней.

Применяется графитовый порошок и в строительстве, при создании пластмассы, лаков, красок, цемента.

На основании переработки графитового порошка получают антегмит. Материал используется как антифрикционный.

Процесс создания

Графитовый порошок изготавливается из вторичного сырья и отходов. При приготовлении графитового порошка учитывается массовая доля примесей и чистота квалификации. Процент примесей устанавливается спектральным методом. В процессе анализа применяется спектрограф, источник питания, микрофотометр, спектропроектор, угольный материал различных типов.

Образцы сравнения готовятся с помощью смешивания окислов металлов с порошком графита. Смесь помещается в стеклянную емкость, смешивают со спиртом, затем выпаривают инфракрасным излучением. Анализ проводится с помощью хлористого натрия.

Изготавливаться порошок может и механическим измельчением кокса. Основными условиями процесса являются концентрированность углерода, чистота материала, размер до 0,5см, присутствие текучести.

Фасуется порошок в графитовые тигли. Создание проб для испытаний проводится по ГОСТ 3885-73. Точечные пробы с трех уровней смешиваются. Вес одной пробы дожжен быть более 200г. После они помещаются в пакеты, обработанные ректификованным спиртом и запечатываются. На упаковке должно быть указаны: данные об изготовителе и продукте, вес пробы, дата изготовления. Тигли оборачиваются пленкой, затем герметизируются, оборачиваются слоем мешковины и ваты, складываются в ящики из дерева или фанеры. Предварительно в ящики кладется водоотталкивающая бумага, между тиглями кладется упаковка. Готовые ящики обтягиваются металлической лентой согласно требованиям ГОСТ 3560-73.

Источник

Попытка заглянуть за горизонт: знакомство с удивительными новыми материалами на основе графита

Прежде всего необходимо было разработать промышленные фильтра и внедрить способ регенерации нового материала. Знакомство с доступной информацией о СТРГ показало, что порошок СТРГ обладает уникальными свойствами. Это заставило начать изучение материала более пристально и подробно. Потребовалось более детальное понимание процесса открытия, получения, механизма взаимодействия с веществами.

Написанная статья является отражением процесса познания и понимания новых материалах на основе графита и служит информационным материалом для популяризации среди инженеров их уникальных свойств и возможностей и применения их в промышленности.

Прежде всего, следует ознакомиться с существованием во множестве аллотропных модификаций углерода, с различными физическими свойствами и со связанными с этим понятиями.

Графен – это одиночный плоский лист, состоящий из атомов углерода, связанных между собой и образующих решётку, каждая ячейка которой напоминает пчелиную соту (рис. 1). Расстояние между ближайшими атомами углерода в графене составляет около 0,14 нм.

Углеродную нанотрубку легко себе представить, если вообразить, что вы сворачиваете в трубку один из молекулярных слоёв графита – графен (рис. 2)

Диаметр фуллерена C60, составляет около 1 нм.

Окисление осуществляется введением молекул и ионов серной, азотной или плавиковой кислот в присутствии окислителя (перекись водорода и другие) в слои кристаллической решетки графита. Уникальным свойством окисленного графита (ОГ) уже при температурах 140-145 °С является его способность вспучивания (терморасширения), в результате которого он увеличивает собственный объем в сотни раз и образует вспененный графит. При тепловом ударе или при воздействии высокой температуры окисленный графит, в составе огнезащитного покрытия, вспучивается с образованием толстого слоя пены.

Из окисленного графита также производят терморасширенный графит (ТРГ), который представляет собой очень легкий углеродный пенистый материал с насыпной плотностью 1,6-5,2 кг/м куб. и с удельной площадью поверхности от 450 до 500 мІ/г.

Терморасширенный графит(exfoliated graphite) ТРГ. Материал характеризуется малой толщиной пачек графеновых слоев (20-70 нм) и большим количеством пор размером2-5 нм.

Терморасширяющийся графит представляет собой кристаллический маслянистый порошок свинцово-серого или черного цвета, с металлическим отблеском и без запаха. очень легкий углеродный пенистый материал с насыпной плотностью 1,6-5,2 кг/м куб. и с удельной площадью поверхности от 450 до 500 мІ/г. Терморасширенные графиты обладают развитой нанопористой структурой, что позволяет рассматривать их в качестве перспективных материалов для различных адсорбционных процессов.

Одним из недостатков терморасширенного графита является его низкая механическая прочность, что ограничивает его использование. В то же время терморасширенные графиты способны легко прессоваться без добавления связующих материалов. Получаемые при этом изделия обладают высокой прочностью. Это свойство терморасширенных графитов широко используется в технике для изготовления различных углеродных изделий и может быть применено для получения на их основе формованных сорбентов. Терморасширяющийся окисленный графит обладает уникальными антикоррозионными, теплоизоляционными и огнезащитными (огнеупорными) свойствами, высокой температурой сублимации (переход из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое), высокой теплотой испарения, наибольшей удельной прочностью при высоких температурах, а также графит химически инертен в нейтральной и восстановительной средах. Графит не плавится и сгорает труднее, чем алмаз, хорошо проводит электрический ток, в отличие от алмаза обладает меньшей твёрдостью (1-2 по шкале Мооса) и не растворяется в кислотах. Окисленный графит в течение всего срока службы обладает низким коэффициентом трения, пластичностью и упругостью, позволяет производить изделия из него без какого-либо связующего и пластификатора. Ни повышение температуры, ни термоциклирование, ни время не оказывают никакого влияния на пластичность терморасширенного графита и, соответственно изделиям из терморасширенного графита не требуется никакого дополнительного обслуживания, они не теряют с течением времени массу, объем и эластичность, могут использоваться при температурах свыше 550 °С, обеспечивают абсолютную герметичность и непроницаемость, могут работать в щелочах, кислотах, органических растворителях, нефти и питьевой воде.

Терморасширенный графит(ТРГ) является основным сырьем при производстве сорбента СТРГ.

Сорбент СТРГ выгодно отличается от применяемых в настоящее время сорбентов по своим свойствам, механизму сорбции, структуре и высокой величине адгезии. Процесс сорбционной очистки состоит в пропускании газа или жидкости через сосуд, заполненный сорбентом – сорбционный фильтр. Если режим фильтрации и сорбент выбраны правильно, то достигается желаемый результат – удаление из газа или жидкости вредных примесей. Именно так работают противогазы и фильтры для воды. Явление адсорбции возникает из-за наличия силы взаимного притяжения между молекулами адсорбента и нефти на границе раздела соприкасающихся фаз. Количество поглощаемого данными материалами вещества зависит прежде всего от их свободной площади и свойств поверхности.

Разработанный на основе установки мобильный комплекс позволяет применять технологию локализации и ликвидации нефтяного разлива с использованием сорбента и осуществлять следующие операции:

Производить сорбент СТРГ из сырья плотностью 500–800 кг/м 3 (запас сырья 500 кг) на установке с приводом от дизель-генератора со следующими техническими характеристиками(см.табл.1)

Мобильный комплекс может быть доукомплектован следующими блоками:

Неоднократно удостаивалась присуждения высших призов международных салонов.

Чтобы начать описание нового материала УСВР, для более полного понимания технологии его получения, его свойств, отступим назад, в историю его открытия.

В 1985 году американские ученые под руководством Р.Смолли в спектрах паров углерода обнаружили четкие пики, соответствующие кластерам, состоящим из 60 атомов углерода. Дальнейшие исследования показали, что эти кластеры в действительности являются индивидуальными молекулами. Эти молекулы были названы фуллеренами в честь американского архитектора Ричарда Фуллера, впервые построившего геодезический купол, состоящий из шести- и пятиугольников. Открытие новой формы углерода было удостоено Нобелевской премии, а удивительные химические и физические свойства фуллеренов вызвали не стихающий и по сегодняшний день «фуллереновый бум».

Новые возможности использования углеродных материалов появились в связи с открытием наноуглеродных структур.

Такая технология возникла в 1997 году, после изобретения новой, в природе не встречающейся и до того людям не известной, разновидности углерода — углеродной смеси высокой реакционной способности — УСВР.

Ниже подробно остановимся на описании этого удивительного нового материала.

Суть открытия академика РАЕН В.И.Петрика — получение углерода с принципиально новой внутренней структурой. Связи между графенами — слабые (когда мы пишем карандашом, то разрываем эти связи), их называют ван-дер-ваальсовыми связями. Связи между атомами в гексагоналах — сильные. В.И.Петрику удалось разорвать межатомарные (или, как их называют, ковалентные) связи.

Полученный углеродный материал состоит из графенов и графитовых пакетов, которые в результате хаотического сращивания образуют гомогенную углеродную массу, обладающую огромной удельной поверхностью и высокой химической активностью. В результате неуправляемой холодной цепной реакции происходит радикальная деструкция СУС, и объем СУС (графита) увеличивается в 500 раз. Открыто явление образования углеродных каркасных наноструктур при холодной деструкции слоистых углеродных соединении.

Процесс является автокаталитическим и не требует приложения каких либо дополнительных энергий, например нагрева.

Кроме этого, реакцию можно запустить и лазером, и даже сильным ударом молотка. Главное, чтобы началась цепная реакция – химическая, конечно. Реакция идет бурно. Выделяющиеся при распаде химического соединения газы разрушают графит на отдельные двумерные кристаллы (графены и графитовые пакеты состоящие из двух и более графенов).

Именно поэтому такое значение имеет описанный выше принципиальной новый способ производства наноуглеродных структур, разработанный В.И.Петриком. Этот способ на сегодняшний день по ценовым и количественным характеристикам является промышленным.

Одно из применений новых материалов, УСВР- наиболее эффективный сорбент при очистки воды от примесей. УСВР эффективно удаляет многие катионы, в том числе меди (в 30 раз), железа (в 3 раза), аммония (в 2-3 раза), ванадия (в 5 раз), марганца (в 2 раза), фосфатов (в 35 раз), органические и неорганические анионы, в том числе сульфиды (в 6 раз), фториды (в 5 раз), нитраты (в 3 раза), уменьшает концентрацию взвешенных частиц более чем в 100 раз.

При этом стоимость такого, даже маломощного (проток в 2 литра/мин.), фильтра «PENTA PURE» американского производства составляет около тысячи долларов.

Дело в том, что мембраны удерживают примеси только одной плоскостью или несколькими плоскостями, а УСВР удерживает их объёмом. Чтобы засорить мембрану или систему мембран мелкими и мельчайшими примесями, достаточно пропустить через них объем воды, в несколько раз меньший, чем для того, чтобы засорить объёмный УСВР-фильтр. Мембранные фильтры необходимо не только регулярно промывать (а система обратной промывки резко удорожает очистку воды), но и менять значительно чаше, чем картриджи УСВР-фильтров, не требующие никакой промывки. Согласно данным лаборатории Siегга Аnalytical Labs, 1пс. (США, Калифорния, 2004 год), УСВР по степени поглощения различных загрязняющих веществ более чем в 100-300 раз превосходит лучший на американском рынке сорбент GAC (гранулированный активированный уголь из скорлупы кокосового ореха).

Фильтры на основе УСВР компактны, легки, удобны и функциональны. Имеются модели фильтров, которые могут быть использованы не только в квартирах, в офисах и на предприятиях, но и для фильтрации воды из любого природного источника (озера, реки), на охоте и рыбалке, на даче, в больнице, в поезде, в турпоездках, в городах и странах с плохой водой.

Фильтры заполнены медицинской УСВР, покрытой серебром, что придает ей бактерицидные свойства. Серебрение УСВР предотвращает размножение микроорганизмов в толще самих фильтров.

При наименьших размерах частиц УСВР более неоднороден, причем более темные участки спектра соответствуют большей разупорядоченности структуры микрокристаллов графита. В спектре присутствует люминесценция в виде широкои полосы, и чем выше качество монокристаллов, тем ниже уровень люминесценции. Данный эффект может возникать при наличии наночастиц углерода размером 1-10 нм при условии отсутствия какой-либо инородной примеси. Кривая распределения, приведенная на рис. 2, показывает, что УСВР имеет полидисперсный состав с максимум Аналитический центр химического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова провел сравнительный анализ сорбционных свойств УСВР и ТРГ (см. табл.2).

Источник