Grafite naturale
La grafite naturale è una forma di carbonio che si trova in natura ed è caratterizzata dalle sue proprietà fisiche e chimiche, come l'elevata conduttività termica, il potere lubrificante e la conduttività elettrica. Si forma nel corso di milioni di anni attraverso il lento decadimento dei materiali organici e può essere estratto dalle miniere e lavorato per essere utilizzato in una varietà di applicazioni industriali, tra cui batterie, lubrificanti e materiali refrattari.
Vantaggi della grafite naturale
Elevata conduttività termica:La grafite naturale è un eccellente conduttore termico grazie alle sue elevate proprietà di conduttività termica. Ciò lo rende un materiale preferito in un'ampia gamma di applicazioni che richiedono dissipazione del calore.
Bassa resistività elettrica:La grafite ha una resistività elettrica molto bassa ed è un eccellente conduttore elettrico. Ciò lo rende una scelta eccellente in applicazioni che richiedono conduttività elettrica come contatti elettrici ed elettrodi.
Stabilità chimica:La grafite naturale è resistente alla maggior parte delle reazioni chimiche ed è immune all'attacco di acidi e alcali. Ciò lo rende una scelta eccellente nelle applicazioni di trattamento chimico.
Lubrificazione:La grafite naturale presenta un buon potere lubrificante ed è un eccellente lubrificante secco. Viene utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni come materiale di rivestimento, comprese parti di motori, stampi e cuscinetti.
Bassa frizione:La grafite naturale ha un basso coefficiente di attrito che la rende ideale per l'uso in applicazioni in cui si desidera un basso attrito, come nella costruzione di freni e frizioni.
Stabilità termica:La grafite può mantenere le sue proprietà alle alte temperature, rendendola un materiale perfetto per l'uso in applicazioni ad alta temperatura, come refrattari ed elementi riscaldanti industriali.
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Tipi di grafite naturale
Grafite amorfa
La grafite amorfa è la meno grafitica dei tre tipi principali. Si forma quando il materiale carbonioso subisce un metamorfismo di basso grado, il che significa che il materiale originale non è stato riscaldato a una temperatura sufficientemente elevata per un tempo sufficiente a formare cristalli. La grafite amorfa si trova tipicamente sotto forma di particelle piccole e scure nelle rocce sedimentarie come carbone e scisto.
Grafite in scaglie
La grafite in scaglie si forma quando il materiale carbonioso è sottoposto a metamorfismo di alto grado. Questo tipo di grafite ha un contenuto di carbonio più elevato rispetto alla grafite amorfa e tipicamente si forma in scaglie o piastre. La dimensione, la forma e la purezza delle scaglie variano a seconda delle condizioni in cui è stato metamorfizzato il materiale originale.
Vena di grafite
Si ritiene che la grafite venata, nota anche come grafite in pezzi, abbia origini idrotermali. Si presenta in fessure o fratture e appare come una massiccia crescita di aggregati cristallini fibrosi o aghiformi. Le dimensioni, la forma e la purezza della grafite venata variano a seconda delle condizioni in cui è stato metamorfizzato il materiale originale. Rispetto alla grafite lamellare e amorfa, la grafite venata ha un contenuto di carbonio più elevato ed è il tipo di grafite più desiderabile.
A cosa serve la grafite naturale
La grafite naturale viene utilizzata principalmente nei refrattari, nelle batterie, nella produzione dell'acciaio, nella grafite espansa, nelle pastiglie dei freni, nelle superfici di fusione e nei lubrificanti.
Materiale refrattario
L'uso della grafite come materiale refrattario (resistente al calore) iniziò prima del 1900 come crogiolo di grafite per trattenere il metallo fuso; questa è una piccola parte dei refrattari di oggi. A metà degli-1980 anni divennero importanti i mattoni di carbonio-magnesia, seguiti da forme di grafite-allumina. A partire dal 2017, l'ordine di importanza è quello dei profili di allumina-grafite, dei mattoni di carbonio-magnesite, dei monolitici (miscele per pistola e pressatura) e poi dei crogioli.
Il crogiolo inizia a utilizzare grafite a scaglie molto grandi, mentre i mattoni di carbonio-magnesia non hanno bisogno di quella grafite a scaglie grandi; per questi e altri aspetti, la dimensione della lastra richiesta è ora più flessibile e la grafite amorfa non è più limitata ai refrattari di fascia bassa. I profili di grafite-allumina vengono utilizzati come colate continue, come ugelli e scanalature, per trasportare l'acciaio fuso dalla siviera allo stampo, mentre i mattoni di magnesia sono disposti in convertitori e forni elettrici ad arco per resistere a temperature estreme. I blocchi di grafite vengono utilizzati anche nei componenti di rivestimento degli altiforni, in cui l'elevata conduttività termica della grafite è molto importante per garantire il completo raffreddamento del fondo del forno e del forno. I monoliti ad elevata purezza vengono solitamente utilizzati come rivestimento continuo anziché come mattoni in carbonio-magnesia.
Batteria
L’uso della grafite nelle batterie è aumentato a partire dagli anni ’70. La grafite naturale e sintetica viene utilizzata come materiale anodico per la costruzione di elettrodi nelle principali tecnologie delle batterie.
La domanda di batterie, principalmente Ni-MH e Li-ion, ha portato ad un aumento della domanda di grafite tra la fine degli anni ’80 e l’inizio degli anni ’90, un aumento guidato da dispositivi elettronici portatili, come lettori CD portatili e utensili elettrici. Laptop, telefoni cellulari, tablet e smartphone hanno aumentato la domanda di batterie. Si prevede che le batterie dei veicoli elettrici aumenteranno la domanda di grafite. Ad esempio, la batteria agli ioni di litio della Nissan Leaf completamente elettrica contiene quasi 40 chilogrammi di grafite.
La grafite radioattiva dei vecchi reattori nucleari viene studiata come combustibile. Le batterie nucleari al diamante hanno il potenziale per fornire energia a lungo termine per i prodotti elettronici e l’Internet delle cose.
Produzione dell'acciaio
La grafite naturale nella produzione dell'acciaio viene utilizzata principalmente per aumentare il contenuto di carbonio nell'acciaio fuso; può essere utilizzato anche per lubrificare le matrici utilizzate per l'estrusione dell'acciaio a caldo. Gli additivi del carbonio devono affrontare prezzi competitivi rispetto ad alternative come la polvere di grafite sintetica, il coke di petrolio e altre forme di carbonio. Viene aggiunto un carburatore per aumentare il contenuto di carbonio dell'acciaio a un livello specificato.
Pastiglie dei freni
La grafite naturale amorfa e in scaglie fini viene utilizzata per le guarnizioni dei freni o le ganasce dei freni dei veicoli più pesanti (non automobilistici) e diventa importante come alternativa all'amianto. Questo utilizzo è stato importante per molto tempo, ma i componenti organici non contenenti amianto (NAO) hanno iniziato a ridurre la quota di mercato della grafite.
Superficie Di Colata E Lubrificante
La soluzione per la pulizia dello stampo per la fusione è un tipo di rivestimento di grafite amorfa o a scaglie fini a base acquosa. Usalo per dipingere l'interno dello stampo e lascialo asciugare, lasciando un sottile rivestimento di grafite per facilitare la separazione della fusione dopo che il metallo caldo si è raffreddato. Il lubrificante alla grafite è un prodotto speciale utilizzato a temperature molto alte o molto basse. Viene utilizzato come lubrificante per stampi di forgiatura, agente antibloccaggio, lubrificante per ingranaggi di macchinari minerari e lubrificazione di serrature. C'è una grande necessità di grafite a grana bassa o, ancora meglio, di grafite non a grana (purezza ultraelevata). Può essere utilizzato come polvere secca in acqua o olio oppure come grafite colloidale (sospensione permanente in liquido). Il metallo può anche essere impregnato nella grafite per formare una lega autolubrificante per applicazioni in condizioni estreme, come cuscinetti di macchine esposti ad alte o basse temperature.
La differenza tra grafite artificiale e grafite naturale
Lo sviluppo del cristallo di grafite naturale è più perfetto e il grado di grafitizzazione della grafite in scala è superiore al 98%, mentre il grado di grafitizzazione della grafite microcristallina naturale è solitamente inferiore al 93%.
Il grado di sviluppo dei cristalli di grafite artificiale dipende dalla materia prima e dalla temperatura del trattamento termico. In generale, maggiore è la temperatura del trattamento termico, maggiore è il grado di grafitizzazione. Allo stato attuale, il grado di grafitizzazione della grafite artificiale prodotta dall'industria è solitamente inferiore al 90%.
La grafite a scala naturale è un monocristallo con struttura tissutale semplice, solo difetti cristallografici e macro anisotropia. I grani della grafite microcristallina naturale sono piccoli e sono disordinati e presentano fori dopo la rimozione delle impurità, che sono isotropi macroscopicamente.
La grafite artificiale può essere considerata un materiale multifase, compresa la fase di grafite trasformata da particelle di carbonio come coke di petrolio o coke di asfalto, il legante di asfalto di carbone, l'accumulo di particelle o pori formati dal legante di asfalto di carbone dopo il trattamento termico; la grafite naturale solitamente esiste sotto forma di polvere e può essere utilizzata da sola, ma solitamente combinata con altri materiali. Esistono molte forme di grafite artificiale, sia in polvere, fibrosa che in blocchi, mentre la grafite artificiale stretta è solitamente in blocchi, che deve essere lavorata in una determinata forma quando viene utilizzata.
Come viene prodotta la grafite naturale
La grafite naturale viene trasformata dal carbonio in rocce, carbone e depositi fusi. Il metodo principale per produrre la grafite naturale è attraverso l'attività vulcanica e magmatica all'interno della terra, che converte la celestite e la lignite presenti nelle rocce e nel carbone in grafite ad alta temperatura e pressione. Durante questo processo, temperature e pressioni elevate provocano la formazione graduale di cristalli di grafite, che vengono poi depositati nella roccia o nel carbone.
Anche l’estrazione della grafite naturale è un processo complesso. Inizialmente, la grafite è stata trovata attraverso l'esplorazione e la prospezione geologica. I lavoratori perforavano la roccia o il carbone e utilizzavano strumenti di sabbiatura per esporre i cristalli di grafite. Successivamente, i lavoratori separano i cristalli di grafite dal carbone o dalla roccia, quindi li frantumano e li vagliano in particelle che vanno da pochi millimetri a diversi centimetri.
La grafite naturale necessita di essere ulteriormente lavorata e raffinata per vari usi industriali e manifatturieri. La lavorazione comprende macinazione, vagliatura, ammollo, lavaggio, concentrazione e filtrazione. Durante questi processi, la grafite viene separata e purificata per rimuovere da essa impurità e impurità. Dopo una serie di lavorazioni e lavorazioni, la grafite naturale viene trasformata in prodotti di diverse forme e dimensioni, come scaglie, polveri, blocchi e aste, ecc., che possono essere utilizzati per realizzare mine di matite, rivestimenti, batterie, ceramica, grafene e altri prodotti.
Metodi per migliorare le prestazioni dell'anodo della grafite naturale
Sferificazione
La grafite naturale in scaglie è anisotropa e la spaziatura tra gli strati è piccola e questi difetti possono essere migliorati mediante sferoidizzazione. Il processo di sferoidizzazione è in realtà equivalente al processo di granulazione della grafite naturale in scaglie. La grafite in scaglie si scontra, si rompe e si arriccia sotto l'impatto del flusso d'aria per formare un nucleo, e le scaglie fini con particelle di dimensioni più piccole aderiscono alla superficie del nucleo per formare grafite sferica. Attualmente, nell'industria della grafite, la dimensione delle particelle di grafite sferica è per lo più controllata a 8-23μm.
Una dimensione delle particelle eccessivamente piccola porta ad un'area superficiale specifica eccessivamente grande, causando reazioni collaterali eccessive nel processo di formazione del materiale dell'anodo, un consumo eccessivo di ioni di litio e una ridotta efficienza di carica e scarica iniziale. Al contrario, se la dimensione delle particelle è troppo grande, l'area di contatto tra le particelle di grafite e l'elettrolita sarà piccola e la distanza di diffusione degli ioni di litio sarà troppo grande, il che influenzerà la sua capacità specifica.
Tuttavia, la grafite in scaglie produrrà alcuni pori durante il processo di sferoidizzazione, che influiscono in una certa misura sulla durata del ciclo e sulle prestazioni del materiale dell'anodo. D'altra parte, l'arricciatura, la piegatura e l'impilamento stretto delle scaglie di grafite all'interno della grafite sferica causeranno un certo grado di concentrazione dello stress all'interno, che intensificherà la dissociazione e lo spargimento delle scaglie di grafite in una certa misura, causando così un fenomeno anomalo di stoccaggio del litio. Allo stato attuale, la qualità della grafite sferica viene giudicata principalmente da indicatori fisici come la densità del rubinetto, la distribuzione delle dimensioni delle particelle e l'area superficiale specifica.
Rivestimento
La sferificazione da sola non è sufficiente, perché dopo la sferoidizzazione, i bordi delle scaglie di grafite naturale sono direttamente esposti sulla superficie della grafite sferica, influenzando così la stabilità dei materiali anodici. Pertanto, è anche necessario rivestire uno strato modificato di materiale di carbonio amorfo o metallo e il suo ossido sulla superficie di grafite sferica per migliorare la compattezza e la stabilità del film interfacciale di elettrolita solido (SEI).
Attualmente il materiale di rivestimento è generalmente asfalto. Il bitume è una miscela di componenti complessi, con diversi componenti, contenuto di insolubili in toluene e insolubili di chinolina. Il punto di rammollimento, il tasso di residuo carbonioso e la microstruttura dello strato di rivestimento dopo la carbonizzazione sono piuttosto diversi, il che ha una grande influenza sulle prestazioni del ciclo. Inoltre, come materiali di rivestimento possono essere utilizzati materiali in resina, maleato di sodio, ossido di alluminio, ecc.
A causa dell’ampia spaziatura tra gli strati di carbonio amorfo e della diffusione relativamente facile degli ioni di litio, ciò equivale a costruire uno strato tampone per la diffusione degli ioni di litio sulla superficie della grafite sferica. Dopo la sferoidizzazione e la modifica del rivestimento, la capacità specifica, l'efficienza del primo ciclo e le prestazioni del ciclo del materiale dell'anodo in grafite naturale sono state notevolmente migliorate. In questa fase, viene utilizzato principalmente nel campo dei prodotti elettronici digitali e di piccola potenza 3C.
Altri
Allo stato attuale, anche l’aumento del canale di migrazione rapida degli ioni di litio costruendo una struttura dei pori sulla superficie della grafite è uno dei mezzi efficaci per migliorare le prestazioni della velocità della grafite naturale. Inoltre, il trattamento di microespansione è un altro metodo comune per migliorare le prestazioni della grafite naturale, che riduce la resistenza alla diffusione degli ioni di litio regolando la spaziatura tra gli strati della grafite. Attualmente, il processo più comune di trattamento di microespansione è l'ossidazione chimica. Oltre al processo, anche la selezione dei reagenti e l'ottimizzazione delle condizioni del processo operativo sono una delle direzioni importanti per migliorare le prestazioni dei materiali anodici.
Come viene estratta la grafite naturale
L'estrazione della grafite naturale è principalmente divisa in due metodi: l'estrazione a cielo aperto e l'estrazione sotterranea.
L'estrazione a cielo aperto si riferisce principalmente all'estrazione in cui i depositi di grafite sono esposti sulla superficie. Il minerale di grafite viene solitamente abbattuto mediante sabbiatura, quindi caricato e trasportato utilizzando un caricatore. Infine, il concentrato si ottiene dopo frantumazione, macinazione e altri processi.
L'estrazione sotterranea si riferisce allo scavo di depositi di grafite attraverso metodi di scavo sotterraneo. L'estrazione sotterranea è divisa in due metodi: metodo di lavoro a pareti lunghe e metodo di lavoro a stanza e pilastro. Il metodo di lavoro a pareti lunghe utilizza un metodo di estrazione a strisce lunghe, mentre il metodo di lavoro a stanze e pilastri utilizza un metodo di alternanza di stanze e pilastri per l'estrazione. Nelle miniere sotterranee, per lo scavo e il trasporto sono solitamente necessari macchinari e attrezzature minerarie, come alesatrici di tunnel, raschiatori rotanti, ecc.
Qual è la prospettiva futura della grafite naturale
La grafite naturale ha una buona conduttività elettrica, conduttività termica e stabilità chimica. È un importante materiale industriale e ha ampie prospettive di applicazione. Ecco le prospettive future della grafite naturale
Batterie agli ioni di litio
La grafite naturale è attualmente il principale materiale anodico per le batterie agli ioni di litio. In futuro, con l’aumento della domanda del mercato per veicoli elettrici e sistemi di accumulo di energia, il mercato delle batterie agli ioni di litio continuerà ad espandersi e anche la domanda di grafite naturale continuerà a crescere.
Nuova Energia
La grafite naturale è ampiamente utilizzata in nuovi campi energetici come celle solari, celle a combustibile e supercondensatori. Il futuro sviluppo di questi campi offrirà anche maggiori opportunità di sviluppo per la grafite naturale.
Rivestimenti ad alte prestazioni
La grafite naturale può essere utilizzata per produrre rivestimenti ad alte prestazioni. In futuro, con la continua espansione del mercato dei rivestimenti e il miglioramento dei requisiti prestazionali dei prodotti, aumenterà anche la domanda del mercato per la grafite naturale.
Aerospaziale
La grafite naturale è ampiamente utilizzata nel campo aerospaziale. Con lo sviluppo futuro del mercato aerospaziale, le prospettive applicative della grafite naturale continueranno ad espandersi.
Quali fattori dovrebbero essere considerati quando si sceglie la grafite naturale
Quando si sceglie la grafite naturale, è necessario considerare i seguenti fattori
Purezza:I prodotti in grafite sul mercato possono contenere impurità, che ne influenzano l'efficacia e la qualità. La grafite ad elevata purezza può fornire prestazioni migliori e più a lungo.
Struttura:La struttura cristallina della grafite influenzerà direttamente le sue proprietà, come conduttività, resistenza all'usura, ecc. La scelta della struttura giusta può migliorare la praticità e la stabilità del prodotto.
Qualità:La qualità della grafite naturale è il fattore principale che ne influenza il valore. La grafite di alta qualità ha un elevato grado di purezza e una dimensione delle particelle uniforme e non è influenzata dalle impurità.
Modulo:La grafite può presentarsi in diverse forme, come polvere, pellet, blocchi, ecc. La scelta della forma appropriata in base alle effettive esigenze può facilitare la produzione e l'applicazione.
Campi di applicazione:Campi diversi hanno requisiti diversi per la grafite, come batterie, batterie al litio, celle solari, recipienti a pressione, riscaldamento elettromagnetico, ecc. La scelta della giusta grafite garantisce prestazioni ottimali del prodotto nell'applicazione.
Prezzo:Anche il prezzo è uno dei fattori da considerare quando si sceglie la grafite. Partendo dalla premessa di garantire la qualità del prodotto, la scelta del prezzo giusto può ridurre i costi di produzione e migliorare i vantaggi economici.
La nostra fabbrica
Anyang Jiashike Metal Co., LTD, in qualità di produttore leader di materiali ferroleghe in Italia. È un'impresa completa che integra ricerca scientifica, lavorazione e produzione e commercio di importazione ed esportazione. Ha più di 20 anni di esperienza nel campo professionale e utilizza tecnologia avanzata e attrezzature professionali. , produce metalli e leghe di alta qualità e il suo ambito di attività comprende silicio metallico, ferrosilicio, leghe silicio-calcio, leghe silicio-carbonio, polvere di grafite naturale e altri prodotti.
Domande frequenti
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