grafiet

grafiet is als diamantHet is een vorm van kristallijn natuurlijk koolstof waarvan de atomen zijn gerangschikt in een zeshoekige structuur die ondoorzichtig en donkergrijs tot zwart is. Het komt voor als zeshoekige kristallen, flexibele platen, schubben of grote massa's. Het kan aards, korrelig of compact zijn. Grafiet ontstaat door het metamorfisme van koolstofhoudende sedimenten en de reactie van koolstofverbindingen met hydrothermische oplossingen. Het komt van nature in deze vorm voor en is onder standaardomstandigheden de meest stabiele vorm van koolstof. Onder hoge drukken en temperaturen wordt het omgezet in diamant. Het ziet er dramatisch anders uit dan diamant en bevindt zich aan de andere kant van de hardheidsschaal. De zachtheid is te danken aan de manier waarop koolstofatomen aan elkaar zijn gebonden. Ringen van zes koolstofatomen zijn gerangschikt in ver uit elkaar geplaatste horizontale platen. De atomen zijn sterk gebonden binnen de ringen, maar zeer zwak gebonden tussen de platen. Het wordt gebruikt in potloden en glijmiddelen. De hoge geleidbaarheid maakt het nuttig in elektronische producten zoals elektroden, batterijen en zonnepanelen.

Naam: Van het Grieks om te schrijven, verwijzend naar het gebruik ervan als kleurpotlood.

Vereniging: Een groot aanbod van mineralen stabiel in de metamorfe omstandigheden waaronder grafiet ontstaat. In meteorieten, in knobbeltjes met troiliet, silicaten

Polymorfisme en reeksen: Polymorf met chaoiet, diamant, en lonsdaleite.

Chemische eigenschappen

Chemische classificatie	Inheems element
Formule	C

Grafiet Fysische eigenschappen

Kleur	Staalgrijs tot zwart
Streep	Zwart
Glans	Metaalachtig, soms aards
Decollete	Perfect in één richting
doorschijnenheid	Ondoorzichtig
Mohs hardheid	1 tot 2
Crystal-systeem	Zeshoekig
Vasthoudendheid	Flexibel
Dichtheid	2.09 – 2.23 g/cm3 (gemeten) 2.26 g/cm3 (berekend)
Breuk	glimmer

Grafiet optische eigenschappen

Anisotropisme	Extreem
Kleur / Pleochroïsme	Sterk
Optisch teken	Uniaxiaal (-)
Dubbelbreking	extreme dubbele breking

Grafiet voorkomen

Het wordt gevormd door metamorfose van sedimentair koolstofhoudend materiaal door reductie van koolstofverbindingen; hoofdbestanddeel in stollingsgesteenten. Het komt voor in metamorfe gesteenten als gevolg van de reductie van sedimentaire koolstofverbindingen tijdens metamorfose rotsen. Het wordt ook gezien in magmatische rotsen en meteorieten. It-gerelateerde mineralen zijn dat wel kwarts, calciet, small en toermalijn. China, Mexico, Canada, Brazilië en Madagaskar zijn de belangrijkste exportbronnen van mijnbouw.

Synthetisch grafiet

Synthetisch grafiet is een materiaal bestaande uit grafietkoolstof dat is verkregen door het grafitiseren van niet-grafietkoolstof, door CVD uit koolwaterstoffen bij temperaturen boven 2500 K, door ontleding van thermisch onstabiele carbiden of door kristallisatie uit metaalsmelten die oververzadigd zijn met koolstof.

De term kunstmatig wordt vaak als synoniem gebruikt met synthetisch grafiet. De term synthetisch grafiet verdient echter de voorkeur, omdat wordt aangenomen dat hun kristallen zijn samengesteld uit koolstofmacromoleculen. De term synthetisch grafiet wordt voornamelijk gebruikt voor gegrafitiseerde koolstof, hoewel de term CVD zowel pyrolytisch grafiet als carbide-ontledingsresiduen omvat. Dergelijke algemene toepassingen zijn hetzelfde als de bovenstaande definitie. Synoniemen voor dit belangrijkste type synthetisch grafiet zijn Acheson-grafiet en elektrograaf.

Gebruikt gebied

• Natuurlijk grafiet wordt meestal gebruikt voor vuurvaste materialen, batterijen, staalproductie, geëxpandeerd grafiet, remvoeringen, gieterijbekledingen en smeermiddelen.
• Smeltkroezen begonnen zeer grote grafietvlokken te gebruiken, en koolstof-magnesietsteen waarvoor niet zo grote grafietvlokken nodig waren; voor deze en andere is er nu veel meer flexibiliteit in de vereiste vlokgrootte, en amorf grafiet is niet langer beperkt tot goedkope vuurvaste materialen.
• Het gebruik van grafiet in batterijen is de afgelopen 30 jaar toegenomen. Natuurlijk en synthetisch worden gebruikt om elektroden te construeren in belangrijke batterijtechnologieën.
• De vraag naar batterijen. Een lithium-ionbatterij in een volledig elektrische Nissan Leaf bevat bijvoorbeeld bijna 40 kg grafiet.
• Natuurlijk grafiet bij de staalproductie zorgt vooral voor het verhogen van het koolstofgehalte in gesmolten staal, en kan ook worden gebruikt voor het smeren van de matrijzen die worden gebruikt om heet staal te extruderen.
• Natuurlijk amorf en fijn schilfergrafiet wordt gebruikt in remvoeringen of remschoenen voor zwaardere (niet-automobiele) voertuigen, en werd belangrijk vanwege de noodzaak om asbest te vervangen.
• Een gieterij-gerichte schimmelwassing is een verf op waterbasis met amorfe of fijne schilfers. Als je de binnenkant van een mal ermee beschildert en laat drogen, blijft er een fijne grafietlaag achter die het scheiden van het gegoten object vergemakkelijkt nadat het hete metaal is afgekoeld.

Gebruik van synthetisch grafiet

• High-focal pyrolytisch grafiet (HOPG) is de synthetische vorm van grafiet van de hoogste kwaliteit. In wetenschappelijk onderzoek wordt het gebruikt als lengtestandaard voor scannerkalibratie, vooral op een scanning-sondemicroscoop.
• De elektroden transporteren elektriciteit die schroot doet smelten ijzer en staal in vlamboogovens, de meeste staalovens, en soms smelt direct gereduceerd ijzer (DRI). Ze zijn gemaakt van petroleum cola nadat het ermee gemengd is steenkool teer teer.
• Elektrolytisch aluminium bij het smelten worden ook grafiet-koolstofelektroden gebruikt. Op veel kleinere schaal worden synthetische ontladingselektroden gebruikt om spuitgietmatrijzen te maken voor kunststoffen in het elektrische ontladingsproces (EDM).
• Speciale soorten synthetisch grafiet, zoals gilsocarbon, worden toegepast als matrix- en neutronenmoderator in kernreactoren. De lage neutronendoorsnede beveelt ook het gebruik in aanbevolen fusiereactoren aan.
• Ook worden (koolstof)vezels en koolstofnanobuisjes gebruikt in koolstofvezelversterkte kunststoffen en hittebestendige composieten zoals versterkte koolstof-koolstof (RCC). Commerciële constructies gemaakt van koolstofvezelgrafietcomposieten omvatten hengels, golfclubschachten, fietsframes, carrosseriepanelen van sportwagens, de carrosserie van de Boeing 787 Dreamliner en de carrosserie van de poolmarkeringsstaven.
• Modern rookloos poeder is bedekt met grafiet om de ophoping van statische lading te voorkomen.
• Het werd gebruikt in ten minste drie radarabsorberende materialen. Sumpf en Schornsteinfeger die in U-boot-snorkels werden gebruikt om radardwarsdoorsneden te verkleinen, werden gemengd met rubber. F-117 Nighthawk werd ook gebruikt op de tegels van de geheime aanvalsjagers.
• Grafietcomposieten worden gebruikt als absorbeerders voor hoogenergetische deeltjes (bijvoorbeeld in de LHC-bundeldump).

Recycling van grafiet

De meest gebruikelijke manier van grafietrecycling vindt plaats wanneer synthetische grafietelektroden worden geproduceerd en in stukken worden gesneden of draaibanken worden weggegooid, of wanneer de elektrode (of iets anders) tot aan de elektrodehouder is opgebruikt. Een nieuwe elektrode vervangt de oude, maar het grootste deel van de oude blijft behouden. Dit wordt vermalen en op maat gemaakt en het resulterende grafietpoeder wordt meestal gebruikt om het koolstofgehalte van het gesmolten staal te verhogen. Vuurvaste materialen die het bevatten, worden soms gerecycled, maar vaak niet vanwege grafiet: de grootste bulkmaterialen, zoals koolstof-magnesietstenen die slechts 15-25% grafiet bevatten, bevatten vaak heel weinig grafiet. Sommige gerecyclede koolstof-magnesietstenen worden echter gebruikt als basis voor reparatiematerialen voor ovens, terwijl gebroken koolstof-magnesietstenen worden gebruikt in slakkenairconditioners. De smeltkroezen hebben een hoog grafietgehalte, terwijl de gebruikte en vervolgens gerecyclede smeltkroezen een klein volume hebben.

Bij de staalproductie kan een hoogwaardig vlokgrafietproduct worden gemaakt dat sterk lijkt op natuurlijk bladgrafiet. Kish is een grote hoeveelheid gesmolten afval dat uit de gesmolten ijzertoevoer wordt gefilterd in een basiszuurstofoven en bestaat uit een mengsel van grafiet (neergeslagen uit oververzadigd ijzer), kalkrijke slakken en wat ijzer. Het ijzer wordt ter plekke gerecycled en er blijft een mengsel van grafiet en slak achter. Het beste terugwinningsproces maakt gebruik van hydraulische sortering (waarbij waterstroom wordt gebruikt om mineralen te scheiden op basis van soortelijk gewicht: grafiet is licht en slaat bijna neer) om een ​​grafietconcentraat van 70% te verkrijgen. Uitlogen van dit concentraat met zoutzuur levert een 95% grafietproduct op met een schilfergrootte tot 10 zeven.

Distributie

Talrijke plaatsen, maar slechts enkele bieden goed gekristalliseerde voorbeelden.

• In de VS, bij Monroe en Ticonderoga, Essex Co., New York; bij Franklin en Sterling Hill, Ogdensburg, Sussex Co., New Jersey.
• In Canada: commercieel belangrijke gebeurtenissen in Quebec, Buckingham en Grenville, en in aangrenzende delen van Ontario.
• In Rusland, vanuit Nizhni Tunguski, ten oosten van Turukhansk, vlakbij de rivier de Yenisei, Siberië; in Shunga, Karelië.
• Rond Ratnapura, Matara en Kurunegale, Sri Lanka, groot deposito's van puur materiaal.
• In Passau, Beieren, Duitsland.
• Uit Pargas, Finland.
• In Engeland, in Barrowdale, nabij Keswick, Cumbria.
• In Mexico, in Santa Maria, Sonora, gevormd door metamorfose van steenkoollagen.

Referenties

• Bonewitz, R. (2012). Rotsen en mineralen. 2e druk. Londen: DK Publishing.
• Handbookofmineralogy.org. (2019). Handboek van Mineralogie. [online] Beschikbaar op: http://www.handbookofmineralogy.org [Geraadpleegd op 4 maart 2019].
• Mindat.org. (2019). Grafiet: minerale informatie, gegevens en locaties. [online] Beschikbaar op: https://www.mindat.org/ [Geraadpleegd. 2019].
• Smith.edu. (2019). Geowetenschappen | Smit College. [online] Beschikbaar op: https://www.smith.edu/academics/geosciences [Geraadpleegd op 15 maart 2019].