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:
Выщелачиваемый хлорид 50 ppm
Температурный диапазон -200...3000°C
Сжимаемость 40%
Регенерация 15%
Проседание под нагрузкой <5%
pH диапазон 0-14
Названия:
терморасширенный графит
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.
Углерод формирует множество самородных элементов, которые имеют свою структуру. Одним из таких элементов является графит. Это распространённый материал в природе, который встречается в виде чешуек и пластинок. Скопления его отличаются по величине и содержанию материала. Кристаллические сланцы или магматическая порода - это места залегания. Часто он образовывается при метаморфическом воздействии на уголь.
Происхождение вещества
Графит чаще всего образуется от воздействия большой температуры и давления в осадочных породах - в каменном угле и битумах. Этот процесс называют метаморфизмом. В некоторых случаях материал образовывается в процессе кристаллизации. Как правило, возникает из магмы, которая богата углеродом. Иногда образуется из известняка, который был захвачен магмой.
Места образования:
В процессе кристаллизации порода получается в редких случаях. Да и практическое значение имеет порода, которая возникла метаморфическим путём. Небольшие вкрапления в породах метеоритов интересны учёным, но не промышленности.
Химический состав графита - это атомы углерода, которые связаны между собой ковалентно. То есть один атом перекрывает электронное облака трёх других атомов, которые окружают его. Атомы состоят в прочной связи. В минерале наблюдается незначительная примесь иных компонентов Различают 2 вида графита:
- Альфа (гексагональный).
- Бета (ромбоэдрический).
Между собой виды отличаются упаковкой слоёв. У вида альфа атомы имеют укладку типа ABABABA. То есть укладка в виде шестиугольника, но между слоями крайне слабая связь. Структура графита такова, что он легко ломается по слоям.
У вида бета каждый четвёртый слой повторяет первый. Получается своеобразная ромбоэдрическая связь. Бета-графит в чистом виде не существует - это метастабильная фаза. Природные породы материала имеют до 30% в своём составе эту фазу. При температуре около 2,5 тыс. Кельвинов происходит полная трансформация ромбоэдрической структуры в гексагональную.
Материал имеет одинаковый состав с алмазом, но свойства различаются кардинально. Виной всему разница в атомных связях. После закаливания в печи при высокой температуре твёрдость графита увеличивается, но растёт и хрупкость. Это качество используют для создания искусственных алмазов.
Таблица характеристик:
Порода не плавится. При достижении критической температуры кристаллическая решётка начинает разрушаться. На ощупь порода скользкая, жирная. При трении раскалывается на небольшие чешуйки, которые остаются на поверхности. Эта характеристика позволяет использовать минерал для ведения записей.
Графит широкого используют в промышленности. Большинству отраслей необходим этот материал в чистом виде или же с добавлением. Список того, что делают из графита, огромен: начиная от карандашей и огнеупорного покрытия, оканчивая стержнями для атомных реакторов и смазкой.
Сферы применения:
Пищевая отрасль - это ещё одна сфера где используется графит, пусть и в связанном виде. Но перед использованием компонент проходит определённую обработку. Железо, этиловый спирт, графит и сахар имеют разную плотность. Но рассматриваемое вещество может входить в состав других пищевых продуктов. Он встречается в эфирах, спирте и сахаре.
Несложный опыт с сахаром показывает содержание в нём графита. Для этого кубик сахара кладут на крышку и накрывают колпачком. Снизу крышку греют на огне до тех пор, пока из-под колпачка не начнёт выделяться дым. Если к нему поднести источник огня, то дым загорится. После окончания выделения газа огонь снизу крышки тушат. На крышке будет находиться чёрная масса углерода.
Китай является ведущим экспортёром минерала. Страна поставляет до 70% мирового объёма. И китайцы не собираются останавливаться на этом результате, поскольку производители расширяют связи с западными компаниями. Последние выступают потребителями.
Канада, Бразилия, Мексика и Шри-Ланка - это остальные мировые лидеры производства минерала. Эти страны добывают 8−12% мирового объёма. В Российской Федерации запасы графита составляют порядка 13 млн тонн. Значительная часть запасов сосредоточена в Сибири. Более 75% отечественных запасов - это бедная руда, которая содержит не более 6% минерала. Отечественные балансовые запасы требуют переоценки, поскольку некоторую их часть нецелесообразно разрабатывать из-за низкого качества руды. Расположение на природоохранных территориях тоже накладывает ограничения к разработке рудников.
Более половины добываемого материала потребляют США, Япония, Германия и Китай. Стоимость графита на рынке определяют по его кристаллу и содержанию в нём углерода. Средняя цена порядка 0,75 центов на 1 кг материала. Месторасположение производителя тоже влияет на стоимость.
Всем известны такие вещества, как графит и алмаз. Графит встречается повсюду. Например, из него делают стержни для простых карандашей. Графит - это вещество вполне доступное и дешевое. Но такое вещество, как алмаз, крайне отличается от графита. Алмаз - это самый дорогой камень, очень редкий и прозрачный, в отличие от графита. В это трудно поверить, но химическая формула графита совпадает с формулой алмаза. В данной статье мы разберем, как такое возможно.
Графит: история и свойства минерала
История графита насчитывает тысячи лет, поэтому точный год начала его применения установить крайне трудно. Графит знаменит тем, что хорошо проводит электрический ток. Кроме того, этот минерал является очень хрупким. Поэтому из него делают стержни для карандашей.
К химическим свойствам минерала можно отнести образование соединений включения со многими веществами, такими как соли и Минерал не растворяется в кислотах.
Формула графита - C, то есть он является одной из знаменитого шестого элемента таблицы Менделеева - углерода.
Алмаз: история и свойства минерала
История алмаза очень необычна. Считается, что первый алмаз был найден в Индии. В то время человечество так и не смогло понять всю силу этого камня. Геологам было лишь известно, что этот камень очень твердый и прочный. До 15 века алмазы стоили намного меньше, чем изумруды и рубины. И только потом неизвестный ювелир в процессе работы с камнем придал ему красивую огранку, которую позже стали называть бриллиантовой. Вот тогда-то камень и показал себя во всей своей красе.
Главным образом алмазы используют в промышленности. Этот минерал самый прочный на всем свете, именно поэтому из него делают абразивы, резцы для обработки прочных металлов и многое другое.
Как нам уже известно, формула графита в химии - C, такую же формулу имеет и алмаз.
Различия между алмазом и графитом
Несмотря на то что минералы имеют схожие химические формулы, они резко отличаются друг от друга как внешним видом, так и с химической точки зрения.
Прежде всего, алмаз и графит имеют совершенно различную друг от друга структуру. Ведь графит состоит из сетки шестиугольников, тогда как алмаз имеет кубическую кристаллическую структуру. Хрупкость графита обуславливается тем, что связь между его слоями нарушить очень легко, его атомы спокойно отделяются друг от друга. Из-за этого графит легко поглощает свет, сам он очень темный, в отличие от алмаза.
Отличается тем, что один атом углерода окружен еще четырьмя атомами в виде четырехгранного треугольника или пирамиды. Каждый атом находится на одинаковом расстоянии друг от друга. Связь у атомов очень крепкая, именно поэтому алмаз является таким твердым и прочным. Еще одно свойство алмаза - это то, что он может проводить свет, в отличие от графита.
Странно ли, что формула графита совпадает с формулой алмаза, но при этом минералы совершенно разные? Нет! Ведь алмаз создается природой при огромном давлении, а затем очень быстром охлаждении, тогда как графит возникает при низком давлении, но очень высокой температуре.
вещества?
Аллотропные вещества - это очень важное понятие в химии. Это основа основ, которая позволяет отличать вещества друг от друга.
В школе аллотропные вещества изучают на примере графита и алмаза, а также их различии. Итак, изучив различия алмаза и графита, можно сделать вывод, что аллотропия - это существование в природе двух и более веществ, которые различаются по своему строению и свойствам, но имеют схожую химическую формулу или относятся к одному химическому элементу.
Получение алмаза из графита
Формула графита - C - позволила ученым произвести множество опытов, вследствие чего были найдены аллотропные вещества графита.
Преподаватели рассказывают и школьникам, и студентам о том, как ученые пытались создать алмазы из графита. Эта история очень интересная и увлекательная, а еще она позволяет запомнить о существовании таких аллотропных веществ, как графит и алмаз, и об их различиях.
Некоторое время назад ученые пытались создать алмазы из графита. Они считали, что если формула алмаза и графита одинакова, то они смогут создать алмаз, ведь камень очень дорогой и редкий. Теперь мы знаем, что минерал алмаз появляется в природе при высоком давлении и мгновенном охлаждении. Поэтому ученые решили взорвать ѓрафит, тем самым создав нужные условия для образования алмаза. И на самом деле случилось чудо, после взрыва на графите образовались очень маленькие кристаллы алмаза.
Применение графита и алмаза
На сегодняшний день и графит, и алмаз используют главным образом в промышленности. Но примерно 10 % от всей добычи алмазов идет на ювелирное дело. Чаще всего из графита изготавливают карандаши, так как он очень хрупкий и ломкий, при этом оставляет следы.
[содержание]
Такой распространенный химический элемент, как углерод, встречается в природе в виде двух полиморфных разновидностей. Эти разновидности – графит и алмаз. Хотя формулы графита и алмаза идентичны, и они являются природными проявлениями одного и того же химического элемента, они довольно резко отличаются по своим физическим свойствам и структуре.
Графит — камень, который используют в промышленности
Такие различия обусловлены особенностями строения кристаллической решетки графита. Наличие свободных электронов, которые имеет кристаллическая решетка графита, обуславливает его физические свойства.
Свойства графита
Природный графит представляет собой серое вещество, имеющее слабый металлический блеск. Он имеет высокую степень теплопроводности, которая составляет около 3,55 Вт/град/см. Этот показатель в несколько раз выше, нежели у простого глиняного кирпича. Такая высокая теплопроводность объясняется присутствием в его кристаллической решетке подвижных электронов.
Подвижные электроны обуславливают не только высокую теплопроводность элемента, но и такое физическое свойство, как высокая электропроводимость. Удельное сопротивление материала электрическому току составляет от 0,4 до 0,6 Ом. Такой низкий предел электрической сопротивляемости характерен для всех видов и агрегатных состояний, которые он имеет.
Если рассматривать его химические свойства, то он является инертным и неспособен растворяться в химически активных растворах. Его полное растворение может происходить только в металлах, имеющих высокую точку плавления. При этом процессе образуются карбиды. Такие химические соединения имеют очень разнообразные химические и физические свойства, которые используются для производства современных твердосплавных материалов.
Карбиды являются основой для производства всех твердых сплавов, которые известны на сегодняшний день. Наиболее часто используются соединения углерода с вольфрамом и титаном. Их применение дает возможность для производства режущего инструмента, который обладает такими эксплуатационными характеристиками, как термическая устойчивость и износостойкость.
Низкий коэффициент трения и устойчивость к действию высоких температур делает его незаменимым материалом для производства изделий, основной функциональной задачей которых является обеспечение герметичности различных соединений. Подобные изделия из графита позволяют изготавливать качественные уплотнительные материалы без применения смол и различных неорганических наполнителей.
Для этих целей промышленностью выпускается терморасширенный графит. Для его производства используется природный чешуйчатый графит, который обрабатывается неорганическими кислотами. В результате обработки природного чешуйчатого варианта материала получается эластичный и химически инертный образец, используемый для производства набивок и смазок, используемых для герметизации соединений.
Учитывая то, что аллотропная форма углерода характеризуется определенной кристаллической решеткой, он имеет следующие структурные формы:
- Явнокристаллические
- Скрытокристаллические
- Высокодисперсные материалы, называемые углями
Существует классификация, которая разделяет природные графиты по структуре и размерам кристаллов:
- Плотнокристаллические графиты
- Чешуйчатые графиты
Искусственный и природный варианты
Скопления этого минерала, которые имеют промышленное значение, находятся в Китае, Корее, Индии и Бразилии. Эти страны являются основными поставщиками природного графита на мировой рынок. Залежи графита разрабатываются на Украине, в России, Чехии. В связи с большой потребностью в данном минерале его природные месторождения неспособны удовлетворить возрастающую популярность.
Преимуществом графита, который получают искусственным путем, является его химическая чистота. Содержание углерода в нем составляет 99%. Наибольшая плотность графита наблюдается в рекристаллизованных вариантах. Этот вариант производится путем термомеханических и термохимических обработок. Благодаря таким способам обработки значительно повышаются показатели плотности. Этот показатель крайне важен для теплопроводности материалов.
Из искусственных вариантов этого материала нужно выделить силицированный графит. Этот современный материал получают путем пропитывания пористого графита кремнием. Процесс пропитки производится под действием высокой температуры и давления. В результате такой обработки получается материал, обладающий высокой степенью износостойкости.
Основным достоинством этого материала является низкий коэффициент трения. Этот искусственный вариант используется для производства деталей, работающих при воздействии больших температур, когда не требуется высокая механическая прочность и твердость.
Еще одной разновидностью данного минерала является изостатический графит, получаемый в результате прессования при больших температурах. Основное применение этой разновидности лежит в изготовлении литейных форм. Ее также применяют для производства приборов для нагревания.
Сопротивление при механической резке у этого материала в несколько раз ниже, чем у стали и чугуна. Поэтому изготовление деталей из изостатического графита обходится намного дешевле, чем изготовление аналогичных деталей из других материалов. При этом эксплуатационные характеристики изостатического графита в несколько раз превышают аналоги, которые изготовлены из альтернативных материалов.
Каждая отрасль современной промышленности, которая потребляет этот минерал в качестве исходного сырья для производства определенных изделий, выдвигает свои требования к качеству графита. Поэтому современная промышленность производит достаточно большую номенклатуру сырья на его основе в зависимости от потребностей заказчиков.
Основные сферы применения
Высокая стойкость к температуре, которую имеет природный углерод, обуславливает его основную сферу применения. Это изделия, которые работают в условиях высокой температуры окружающей среды. Например, из них делаются формы, в которых производится закалка различных инструментов.
Природный минерал и препараты, его содержащие, являются основой для таких изделий, как формы для литья, огнеупорные лакокрасочные материалы, смазки для подшипников качения и пр.
При изготовлении электродов с положительным зарядом он способствует улучшению электропроводности. Химическая инертность минерала делает его идеальным сырьем для материалов, которые работают в агрессивных средах.
Материалы, изготовленные на его основе, способны без изменения эксплуатационных характеристик работать в тех сферах, где не могут работать другие конструкционные материалы.
Основные марки
Существует следующая классификация марок этого материала:
- Тигельный
- Литейный
- Элементный
- Карандашный
- Электроугольный
- Аккумуляторный
Каждая из этих марок отличается процентным содержанием чистого углерода. Современная промышленность выпускает на основе графита такой инновационный материал, как стеклоуглерод. Этот материал обладает практически нулевой пористостью. Этот показатель крайне важен для эксплуатационных характеристик.
Основная сфера применения лежит в изготовлении химически стойкой посуды. Он способен выдерживать температуры до 3000 градусов. Причем такую температуру он способен выдерживать как в условиях вакуума, так и в условиях агрессивной окружающей среды.
В последнее десятилетие интерес к этому минералу значительно возрос. На основе волокон углерода производятся следующие виды современных материалов:
- Углеродные волокнистые материалы
- Углеродные волокнистые сорбенты
- Углепластики
- Композиционные материалы на основе углеродного волокна
Особое внимание уделяется использованию углепластиков, которые находят все более широкое применение в машиностроении, химической промышленности и во многих других сферах. Их применяют в качестве альтернативы металлическим изделиям. По прочности они не уступают изделиям из металла, а вот по таким параметрам, как коррозионная стойкость и стойкость к высоким температурам, значительно их превосходят.
Мир камней богат, разнообразен. Многие породы отличаются не только внешней красотой, но и уникальностью химического, физического состава. Каждый минерал по-своему ценен, используется в разных отраслях с давних времен зарождения жизни на земле. Одним из таких особенных камней считается графит, модификация углерода, внешне напоминающий обычный уголь. Увидев камень впервые, складывается впечатление, что он похож на обычный черный уголь, зато узнав о свойствах, минерал причисляют ближе к алмазу .
Уже в глубокой древности при первых находках камня, люди заметили его удивительные свойства. Стали активно использовать природный элемент в жизни. Именно графит стал первым «мелком» для нанесения наскальных надписей, письма. Сегодня мало что изменилось, данный самородок по-прежнему ценен, широко используется во многих сферах, отличается высоким спросом, большими добычами, сравнительно низкими ценами.
Описание минерала графит
Природный материал отличается плотной структурой, но достаточно приложить легкое усилие и камень легко расколется. Мягкость природного элемента позволяет выполнять быструю обработку. Слоистая структура минерала, делает его отличным от других камней. Атомы углерода, представляют небольшие ячейки-шестиугольники, которые формируются правильными рядами. Между собой ряды связаны плохо, зато элементы рядов плотно прикреплены между собой. Именно это строение, объясняет легкое раскалывание природного камня, даже при малейших усилиях.
Черный, плотный камень добывается из недр, отличается твердостью, способностью оставлять следы на ровной поверхности. Именно поэтому минерал и был назван греками «графитом», от слова пишу – «графо». Другие народы называли породу черным свинцом, скальником, сливовиком, углистым железом. Подобные названия были связаны с тем в каком виде находили породу. Иногда, внешне минерал напоминал нависающие капли, камни, имеющие своеобразный темный оттенок, отливающий словно слива серебристым блестящим оттенком стали.
Алмаз и Графит
Такой уникальный вид природному элемент присущ за счет того, что он формируется не в чистом виде, а включает в себя другие породы. Примеси, входящие в камень различны, в нем можно отыскать даже золото. Именно поэтому приходится выполнять несколько этапов очищения, прежде чем будет получен уникальный, чистый природный материал.
Удивительно, но металлурги знают, что раскаленный чугун, при остывании способен выделять большое количество искусственного графита, который практически не уступает по свойствам природному собрату. Поэтому сегодня вполне реально получить искусственный заменитель незаменимого природного материала.
Месторождение и добыча
Отыскать графитовые залежи можно во многих уголках планеты. Общее число ресурсов колеблется в пределах 600 миллионов тонн. Ежегодно добывается чуть выше 600 тысяч тонн минерала. Добыча производится в Китае, Чехии, Мексике, Южной Кореи, Бразилии, Украине, Канаде, России, других странах.
Зарождение природного ископаемого располагается по соседству с другими породами. Нередко залежи натурального графита располагаются рядом с известковыми, гранитными породами, гнейсом, слюдой. Представляют собой волокнистые, кристаллические вкрапления.
Крупные скопления минерала представляют собой непрозрачные, земляные, серые, чешуйчатые массы, их форма меняется в зависимости от месторождения. Отсюда собственно и оттенок камня, который меняется от серого, стального, до смолянисто черного. Кусками минерал добывают подземными способами, открытыми способами ведется добыча графитовой руды.
- литейную;
- элементную;
- электроугольную;
- аккумуляторную;
- карандашную;
- смазочную форму графита.
Кроме того, особо ценной считается специальная марка, предназначенная исключительно для ядерных реакторов. Производство основано на общих требованиях к предъявляемой продукции в соответствии с назначением.
Физические и химические свойства
Графит отличается плотностью, диамагнитностью, хорошей теплопроводимостью, которая выше кирпичной в пять раз. Минерал поддается плавлению при температуре 3 845-3 890 °С. Закипает при 4 200 °С, тепло выделяемое при сжигании достигает предела 7 832 ккал.
Материал по отношению к любой жидкости, газу, твердым веществам, остается инертным. В расплавленных металлах, температура плавления которых выше самого камня, полностью растворяется. Допускается взаимодействие с другими веществами в период плавления.
Плотность породы 2,23 г/ см3, она легко сгибается, разрезается. Плотность по шкале Мооса не превосходит число 1. Оставаясь эластичным, пластичным, жирным, графит нашел широкое применение в промышленности, используется как смазочный компонент.
Сравнение свойств графита и алмаза
Несмотря на то, что графит и алмаз считаются подвидами углерода, минералы имеют существенное отличие. Плотность графита в отличие от алмаза на 9 единиц ниже, по шкале Мооса. Основное отличие в расположении атомной решетки. Атом углерода алмаза, соединяется с четырьмя расположенными рядом. Однако, если графит поместить в среду выше 1 500 °С, то его кристаллическая решетка может плавно перейти по строению схожему с алмазной. Именно поэтому иногда можно услышать шуточное высказывание о том, что графит можно считать братом алмазов и угля.
Область применения
Основной особенностью графита можно считать его широкомасштабную сферу применения. Используется данный минерал в том или ином виде не только в промышленных сферах, но и быту, каждый человек практически ежедневно пользуется предметами, которые изготавливают на основе графита. Графитовые изделия, вещества, отличаются высоким качеством, долгим сроком эксплуатации, поэтому остаются востребованными, порой даже незаменимыми. Формирование разного рода деталей выполняется за счет высокой пластичности материала. В твердом состоянии природный элемент остается максимально доступным к обработке.
В литейном деле, графитовый порошок используется как смазочный компонент для форм при литье. Металлургическая отрасль, на основе уникального минерала изготавливает тугоплавкие ковши, производит формы для разных сплавов, своеобразные емкости для кристаллизации разных веществ. Минерал стал «ингредиентом» огнеупорного кирпича, красок, карандашей, шлифовальных, полировочных паст, пластмассы. Краска на основе такого компонента обладает антикоррозийными свойствами, используется при окрашивании металла, бетона, чугуна. Незаменим графит при изготовлении электродов, электропроводов. Благодаря графиту, производят искусственные формы алмаза.
Машиностроительная сфера использует минерал при изготовлении поршневых, подшипников, при обработке дверных петлей, велосипедных, мотоциклетных цепей, автомобильных рессоров. Даже медицина оценила природный минерал, найдя применение при лечении кожных патологий. Считается, что вещество способно ускорять заживление, рассасывание рубцов, предотвращать появление спаек, улучшает обменные функции организма. Обладая такими лечебными свойствами, графит стал чуть ли не основным составляющим многих высокоэффективных медикаментозных препаратов.