Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Графіт


GraphiteUSGOV.jpg

План:


Введення

Графіт
Фази залізовуглецевих сплавів

Ферит ( твердий розчин впровадження C в α- залозі з об'ємно-центрованої кубічної гратами)
Аустеніт ( твердий розчин впровадження C в γ- залозі з гранецентрированной кубічної гратами)
Цементит (карбід заліза; Fe 3 C метастабільна високовуглецева фаза)
Графіт стабільна високовуглецева фаза

Структури залізовуглецевих сплавів

Ледебуріт ( евтектичних суміш кристалів цементиту і аустеніту, що перетворюється при охолодженні в перліт)
Мартенсит (сильно пересичений твердий розчин вуглецю в α- залозі з об'ємно-центрованої терагональной гратами)
Перліт ( евтектоїдних суміш, що складається з тонких пластинок чергуються фериту і цементиту)
Сорбіт (дисперсний перліт)
Троостит (високодисперсний перліт)
Бейн (устар: голчастий троостит) - ультрадисперсних суміш кристалів низьковуглецевого мартенситу і карбідів заліза

Стали

Конструкційна сталь (до 0,8% C)
Інструментальна сталь (до ~ 2% C)
Нержавіюча сталь ( легована хромом)
Жаростійкий сталь
Жароміцний сталь
Високоміцна сталь

Чавуни

Білий чавун (крихкий, містить ледебурит і не містить графіт)
Сірий чавун (графіт у формі пластин)
Ковкий чавун (графіт в пластівцях)
Високоміцний чавун (графіт у формі сфероїд)
Половинчастий чавун (містить і графіт, і ледебурит)


Графіт (від др.-греч. γράφω - Пишу) - мінерал з класу самородних елементів, одна з аллотропних модифікацій вуглецю. Структура шарувата. Шари кристалічної решітки можуть по-різному розташовуватися відносно один одного, утворюючи цілий ряд політіпії, з симетрією від гексагональної сингонії (дігексагонально-діпірамідальная), до тригональной (дітрігонально-скаленоедріческій). Шари слабохвилясті, майже плоскі, складаються з шестикутних шарів атомів вуглецю. Кристали пластинчасті, лускаті. Утворює листуваті і округлі радіально-променисті агрегати, рідше - агрегати концентрично-зонального будови. У крупнокрісталліческіх виділень часто трикутна штриховка на площинах (0001).


1. Властивості

Добре проводить електричний струм. На відміну від алмазу має низьку твердістю (1-2 по шкалою Мооса). Щільність 2,08-2,23 г / см . Колір темно-сірий, блиск металевий. Неплавкий, стійкий при нагріванні під час відсутності повітря. В кислотах не розчиняється. Жирний (слизький) на дотик. Природний графіт містить 10-12% домішок глин і оксидів заліза. При терті розшаровується на окремі лусочки (ця властивість використовується в олівцях).

Електрична провідність монокристалів графіту анізотропна, в напрямку, паралельному базисної площини, близька до металевої, в перпендикулярному - в сотні разів менше. Мінімальне значення провідності спостерігається в інтервалі 300-1300 К, причому положення мінімуму зміщується в область низьких температур для скоєних кристалічних структур. Найвищу електричну провідність має рекрісталлізованний графіт.

Коефіцієнт теплового розширення графіту до 700 К від'ємний в напрямку базисних площин (графіт стискається при нагріванні), його абсолютне значення з підвищенням температури зменшується. Вище 700 К коефіцієнт теплового розширення стає позитивним. У напрямку, перпендикулярному базисним площинах, коефіцієнт теплового розширення позитивний, практично не залежить від температури і більш ніж в 20 разів вище середнього абсолютного значення для базисних площин.

Монокристали графіту діамагнітни, магнітна сприйнятливість незначна в базисній площині і велика в ортогональних базисних площинах. Коефіцієнта Холла змінюється з позитивного на негативний при 2400 К.


2. Хімічні властивості

З багатьма речовинами (лужними металами, солями) утворює сполуки включення.

Реагує при високій температурі з повітрям згораючи до вуглекислого газу. Фторированием в контрольованих умовах можна отримати (CF) x.

3. Структура

α-графіт
β-графіт

Кожен атом вуглецю ковалентно пов'язаний з трьома іншими навколишніми його атомами вуглецю.

Розрізняють дві модифікації графіту: α-графіт (гексагональний P63/mmc) і β-графіт (ромбоедрична R (-3) m). Розрізняються упаковкою шарів. У α-графіту половина атомів кожного шару розташовується над і під центрами шестикутника (укладання ... АВАВАВА ...), а у β-графіту кожен четвертий шар повторює перший. Ромбоедрична графіт зручно представляти в гексагональних осях, щоб показати його шарувату структуру.

β-графіт в чистому вигляді не спостерігається, так як є метастабільній фазою. Однак, в природних графіту зміст ромбоедрична фази може досягати 30%. При температурі 2500-3300 К ромбоедрична графіт повністю переходить в гексагональний.


4. Умови перебування в природі

Супутні мінерали: пірит, гранати, шпінель. Утворюється при високій температурі в вулканічних і магматичних гірських породах, у пегматитах і скарнах. Зустрічається в кварцових жилах з вольфрамітом та ін мінералами в середньотемпературних гідротермальних поліметалічних родовищах. Широко поширений в метаморфічних породах - кристалічних сланцях, гнейсах, мраморах. Великі поклади утворюються в результаті піролізу кам'яного вугілля під впливом Трапп на кам'яновугільні відкладення (Тунгуський басейн). Акцесорних мінерал метеоритів. За допомогою іонної мас-спектрометрії російським вченим вдалося виявити в складі графіту золото, срібло і платиноїди (платина, паладій, іридій, осмій і інш.) У формі металоорганічних нанокластеров.


5. Штучний синтез

Штучний графіт одержують різними способами:

  • Ачесоновскій графіт: нагріванням суміші коксу і пеку до 2800 C;.
  • Рекрісталлізованний графіт: термомеханічної обробкою суміші, що містить кокс, пек, природний графіт і карбидообразующие елементи.
  • Пірографіт: піролізом з газоподібних вуглеводнів при температурі 1400-1500 C в вакуумі з подальшим нагріванням утворився піроуглерода до температури 2500-3000 C при тиску 50 МПа (утворився продукт - пірографіт; в електротехнічній промисловості застосовується найменування "електрографія").
  • Доменний графіт: виділяється при повільному охолодженні великих мас чавуну.
  • Карбідний графіт: утворюється при термічному розкладанні карбідів.

6. Переробка

Переробкою графіту, отримують різні марки графіту та вироби з них.

Товарні сорти графіту одержують збагаченням графітових руд. Залежно від ступеня очищення графітові концентрати класифікують на промислові марки по областях застосування, кожна з яких висуває специфічні вимоги до фізико-хімічними та технологічними властивостями графітів.

У світлі останніх відкриттів російських учених з'явилася перспектива отримання з графітових руд золота і платиноїдів.

6.1. Переробка графіту в терморозширеного графіт

На першому етапі вихідний кристалічний графіт окислюють. Окислення зводиться до впровадження молекул та іонів сірчаної або азотної кислоти в присутності окислювача (перекис водню, перманганат калію та ін) між шарами кристалічної решітки графіту. Окислений графіт відмивають і сушать. Потім окислений графіт піддають термообробці до Т = 1000 C зі швидкістю 400-600 C / с. Завдяки надзвичайно високій швидкості нагріву відбувається різке виділення газоподібних продуктів розкладання впровадженої сірчаної кислоти з кристалічної решітки графіту. У результаті міжшарове відстань збільшується приблизно в 300 разів, а кількість маленьких частинок графіту і обсяг проби збільшується в 60-400 разів. В отриманому матеріалі залишається деяка кількість оксидів сірки чи азоту в залежності від застосовуваної технології. Далі отриманий терморозширеного графіт прокочують, іноді армують, додають присадки і пресують для отримання виробів.


6.2. Переробка графіту для отримання різних марок штучного графіту

Для виробництва штучного графіту використовують в основному нафтовий кокс як наповнювач і кам'яновугільний пек як сполучна. Для конструкційних марок графіту як добавки до наповнювача застосовують природний графіт і сажу. Натомість кам'яновугільного пеку як сполучної або просочують речовини використовують деякі синтетичні смоли, наприклад, фуранові або фенольні.

Виробництво штучного графіту складається з наступних основних технологічних етапів:

  • підготовки коксу до виробництва (попереднього дроблення, прожарювання, розмелювання і розсіву коксу за фракціями);
  • підготовки зв'язуючого;
  • приготування вуглецевої маси (дозування і змішування коксу зі сполучною);
  • формування так званих "зелених" (необпалених) заготовок в глуху матрицю або через мундштук прошивного преса;
  • випалу заготовок;
  • графітації заготовок;
  • механічної обробки заготовок до розмірів виробів.

Кокс дроблять до величин шматків 30-40 мм, потім прожарюють у спеціальних печах при 1300 прогартовувальних C. При прожарюванні досягається термічна стабільність коксу, зменшується вміст у ньому летких речовин, збільшуються його щільність, електро - і теплопровідність. Після прожарювання кокс розмелюють до необхідної крупності. Порошок коксу дозують і змішують з пеком в Змішувальна машинах при 90-130 C.

У Змішувальна машину спочатку завантажують сухі компоненти, а потім додають рідкий пек. Після змішування масу рівномірно охолоджують до температури пресування (80-100 C). Заготовки пресують або методом видавлювання маси через мундштук, або в прес-формі. При пресуванні холодних порошків змінюють технологію підготовки помелу і змішання.

Для карбонізації пов'язує і скріплення окремих зерен в монолітний матеріал заготовки обпалюють в багатокамерних газових печах при температурі 800-1200 C. Тривалість циклу випалу (нагрівання та охолодження) становить 3-5 тижнів залежно від розміру і щільності заготовок. Графітації - остаточна термічна обробка - перетворює вуглецевий матеріал на графіт. Графітації проводять в печах опору Ачесона або в печах прямого нагріву Кастнер при температурах 2400-3000 C. При графитирование вуглецевих нафтових заготовок йде процес укрупнення кристалів вуглецю. З мелкокристаллического "амфорних" вуглецю виходить крупнокрісталліческій графіт, атомна решітка якого нічим не відрізняється від атомної решітки природного графіту.

Деякі зміни технологічного процесу одержання штучного графіту залежать від необхідних властивостей кінцевого матеріалу. Так, для отримання більш щільного матеріалу вуглецеві заготовки просочують (після випалу) в автоклавах один або кілька разів пеком з подальшим випаленням після кожної просочення і графітації в кінці всього технологічного процесу. Для одержання особливо чистих матеріалів графітації проводять одночасно з газовою очищенням в атмосфері хлору.


6.3. Переробка графіту для отримання композиційних матеріалів

Антифрикційні вуглецеві матеріали виготовляють наступних марок: обпалений антифрикційний матеріал марки АТ, графитированні антифрикційний матеріал марки АГ, антифрикційні матеріали, просочені бабітом, оловом і свинцем марок АО-1500Б83, АТ 1500СО5, АГ-1500Б83, АГ-1500СО5, Нігран, Хіманіт і графітопластовие матеріали марок АФГМ, афг-80ВС, 7В-2А, КВ, КМ, АМС.

Антифрикційні вуглецеві матеріали виготовляють з непрожарений нафтового коксу, кам'яновугільного пеку з добавкою природного графіту. Для отримання щільного непроникного антифрикційного матеріалу застосовують просочення його металами. Таким методом отримують антифрикційні матеріали марок АГ-1500 83, АГ-1500СО5 АМГ-600Б83, АМГ-600СО5 і їм подібні. Припустима робоча температура надворі й у газових середовищах, що містять кисень для АТ - 250-300 C, для АГ - 300 C (у відновних і нейтральних серед 1500 і 2500 C відповідно). Вуглецеві антифрикційні матеріали хімічно стійки у багатьох агресивних газових і рідких середовищах. Вони стійкі майже у всіх кислотах (до температури кипіння кислоти), в розчинах солей, у всіх органічних розчинниках і обмежено стійки в концентрованих розчинах їдких лугів.


6.4. Графіт як золотовмісної сировину

Зміст знайденого за допомогою іонної мас-спектрометрії золота до десятків разів перевищує вміст, що виявляється раніше за допомогою хімічного аналізу. У вивчених російськими вченими пробах графіту вміст золота було до 17,8 г / т - це рівень багатьох золотих копалень. Про перспективність видобутку золота з графітових руд говорить те, що графітові родовища даного типу (позднедокембрійського-ранньопалеозойських віку, якщо вже зовсім точно) широко поширені і в Росії, і в світі. Вони є в Європі, США, Австралії, Африці - по суті, легше перерахувати де їх немає. При цьому практично всі вони колись розроблялися, а сьогодні знаходяться в добре обжитих місцях. З розвиненою інфраструктурою, в тому числі промислової. Що це означає? Що для запуску видобутку в них золота та інших благородних металів не потрібно затівати будівництво на порожньому місці, не потрібно боротися з суворими умовами заполярній тундри або екваторіальній пустелі. Це вже полегшує, прискорює, а головне, здешевлює виробництво. [1]


7. Застосування

Сувенірна графітовий блок.

Використання графіту засноване на ряді його унікальних властивостей.

  • для виготовлення плавильних тиглів, футерувальних плит - застосування засноване на високій температурній стійкості графіту (за відсутності кисню), на його хімічної стійкості до цілого ряду розплавлених металів
  • електродів, нагрівальних елементів - завдяки високій електропровідності і хімічної стійкості до практично будь-яких агресивних водних розчинів (набагато вище, ніж у благородних металів).
  • Для отримання хімічно активних металів методом електролізу розплавлених сполук. Зокрема, при отриманні алюмінію використовуються відразу дві властивості графіту:
  1. Хороша електропровідність, і як наслідок - його придатність для виготовлення електрода
  2. Газоподібного продукту реакції, що протікає на електроді - це вуглекислий газ. Газоподібного продукту означає, що він виходить з електролізера сам, і не вимагає спеціальних заходів для його видалення із зони реакції. Це властивість істотно спрощує технологію виробництва алюмінію.
  • твердих мастильних матеріалів, у комбінованих рідких і пастоподібних мастилах
  • компонент складу для виготовлення стрижнів для чорних графітових олівців (у суміші з каоліном)
  • як струмопровідний компонент високоомних струмопровідних клеїв

8. Цікаві факти

Графіт має високий діамагнетизмом [1]

Література

  • Klein, Cornelis and Cornelius S. Hurlbut, Jr. (1985) Manual of Mineralogy: after Dana 20 th ed. ISBN 0-471-80580-7

Примітки


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Високоорієнтивані пиролитический графіт
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru