Prefas
Graphite se yon resous mineral enpòtan ki pa-metalik ak pwopriyete inik doub metalik ak non-metalik. Yo konnen li kòm yon "resous estratejik ki sipòte devlopman gwo-teknoloji nan 21yèm syèk la" epi depi lontan yo te aklame kòm "lò nwa". Grafit pite segondè -fè referans a grafit ak yon kontni kabòn ki gen plis pase 99.99%. Li prezante ekselan pwòp tèt ou -lubrasyon, gwo fòs, bon konduktiviti elektrik, asid / alkali / korozyon / rezistans chalè, ba koyefisyan ekspansyon, estabilite chimik eksepsyonèl, pèfòmans sele segondè, ak estrikti inifòm ak kontra enfòmèl ant. Li se lajman ki itilize nan jeni elektrik, metaliji, defans nasyonal, ayewospasyal, enèji, endistri chimik ak lòt sektè. An patikilye, li jwe yon wòl desizif ak kritik nan endistri émergentes tankou preparasyon twazyèm -jenerasyon materyèl semi-conducteurs, endistri nikleyè, ak endistri fotovoltaik, egzèse yon enpak byen lwen-sou ekonomi Lachin nan.
1. Pwopriyete Graphite Ore
Graphite se yon mineral ki konpoze de eleman kabòn, koulè nwa klere ak ekla metalik ak anisotropi. Dansite li se 2.09-2.23 g / cm³, pwen k ap fonn 3850 degre, pwen bouyi 4250 degre, kapasite absòpsyon chalè 6.9036 × 10⁷ J / kg, ki montre ekselan estabilite tèmik.
2. Graphite ki wo -pite
2.1Natirèl High -Purite Graphite
Tou depan de matyè premyè ak metòd preparasyon yo, grafit ki gen gwo -pite yo ka divize an grafit natirèl ki pite segondè- ak grafit sentetik ki wo-.
Graphite pite natirèl ki wo -lajman itilize nan divès domèn akòz ekselan konduktiviti elektrik ak tèmik li yo, tankou materyèl refractory, kouch anti-rouye, elektwòd kabòn, dèlko, grès machin, ak materyèl pwoteksyon nan endistri nikleyè a. Sentetik segondè -grafit pite, ak mòfoloji inifòm ak distribisyon gwosè patikil, aplike nan anod prebaked, grafit espesyal, endistri nikleyè ak lòt jaden. Metòd preparasyon grafit pite ki wo -yo varye ak diferan matyè premyè.
Pa gen okenn grafit pi bon kalite nan lanati. Minrè grafit souvan gen enpurte tankou SiO₂, Al₂O₃, FeO, CaO, P₂O₅, CuO, ki anjeneral egziste kòm mineral tankou kwatz, pirit, kabonat, osi byen ke konpozan gaz ki gen ladan dlo, asfalt, CO₂, H₂, CH₄, ak N₂. Se poutèt sa, analiz la nan grafit mande pou detèminasyon an nan pa sèlman kontni kabòn fiks, men tou matyè temèt ak kontni sann. Pwosesis pirifikasyon grafit vize efektivman retire enpurte sa yo. Pi wo pite a nan grafit (sa vle di, pi wo kontni an kabòn), pi wo valè li yo ak pi laj aplikasyon li yo.
Preparasyon grafit segondè -pite soti nan grafit natirèl anjeneral enplike nan pirifikasyon prensipal nan minrè grafit pa flotasyon, plis pirifikasyon nan konsantre flotasyon pa metòd alkali- asid oswa metòd asid idrofluorik, epi finalman jwenn gwo -pite pwodwi grafit pa metòd -tanperati segondè oswa segondè {4}tanperati.
2.2 Sentetik segondè -Graphite pite
Grafit sentetik jeneralman refere a materyèl grafit ki pwodui lè w sèvi ak -koke petwòl bon jan kalite ak coke goudwon kòm total, ajoute goudwon chabon kòm lyan ak lòt Pwodwi pou Telefòn, ki te swiv pa yon seri tretman grafitizasyon tanperati ki wo -. Anjeneral, matyè premyè yo trete alavans epi yo mete yo nan yon reyaktè espesyal -tanperati pou grafitizasyon ak pirifikasyon. Kalite gwo founo prensipal yo gen ladan founo grafitizasyon Acheson, founo grafitizasyon seri entèn yo, ak founo elektrik grafitizasyon kontinyèl. Tanperati ultra-wo nan gwo founo a grafitize coke petwòl ak pitch coke, epi yo prezante gaz alojene pou reyaji ak enpurte, ki gazeifye epi volatilize pou jwenn grafit pite ki wo.
Malgre ke yon pati nan enpurte nan coke petwòl ak coke goudwon yo ka retire pandan kalsinasyon wo -tanperati nan pwodiksyon an nan grafit sentetik segondè-pite, gen kondisyon klè pou kontni souf ak sann nan matyè premyè coke petwòl. Ak ogmante itilizasyon lwil brit ki gen anpil -souf, coke petwòl ki gen anpil -souf ap grandi tou. Pou satisfè egzijans ki ba -souf nan coke petwòl pou pwodiksyon grafit sentetik segondè-pite, anpil entelektyèl te fè rechèch apwofondi-sou pwosesis desulfurization coke petwòl rezonab ak efikas.
Pite grafit detèmine pèfòmans sèvis la ak pwopriyete konplè nan grafit pwofon-pwosesis pwodwi yo. Plis pite a pi wo, se pi wo valè aplikasyon an. Pou egzanp:
Graphite kòm materyèl anod pou pil ityòm-ion mande pou pite pi wo pase 99.98%;
Graphite natirèl pou dyaman atifisyèl sentetik mande pou pite pi wo a 99.999%, ak kontni bor anba a 0.01 × 10⁻⁶;
Grafit espesyal pou ayewospasyal, defans nasyonal, ak endistri nikleyè mande pou pite nan 99% ~ 99.99% oswa menm pi wo;
Graphite poud pou fè sentèz twazyèm -jenerasyon wafers SiC semi-conducteurs mande pou pite osi wo ke 99.9995% oswa pi wo.
Pirifikasyon grafit se fondasyon pou prepare tout materyèl grafit ak yon pwoblèm komen nan devlopman materyèl grafit. Pwosesis pirifikasyon grafit ak konsomasyon enèji ki ba, gwo kapasite, ak polisyon ki ba yo konsantre nan R&D aktyèl la.
3. Teknoloji pou pirifye grafit
3.1 Metòd flotasyon
Sèvi ak bon flotabilite grafit natirèl la, pwosesis flotasyon ak koule milti-etap yo fèt pou separe grafit flak oswa grafit mikrokristalin soti nan mineral ki asosye tankou kaolin, kwats, ak mika nan minrè grafit natirèl. Teknoloji sa a ka anpil anrichi minrè grafit natirèl ak yon klas ki pi ba a 20% nan konsantre grafit ak yon pite 95%, ki se sitou itilize kòm matyè premyè pou pwodiksyon an nan grafit natirèl segondè -pite.
3.2 Alkali-Metòd asid
Pwosesis pou pirifye a gen ladan fizyon alkali ak asidoliz. Nan fizyon alkali, enpurte nan grafit tankou Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, MgO, CaO reyaji ak NaOH nan tanperati ki wo pou fòme idroksid dlo -ensolubl; kèk enpurte (egzanp, SiO₂) pwodui dlo -pwodwi idrosolubl, ke yo retire nan lesivaj dlo ak lave. Nan asidoliz, grafit ak idroksid apre fizyon alkali yo melanje ak asid idroklorik nan yon sèten konsantrasyon pou lesivaj cho, konvèti yo nan klori idrosolubl ki Lè sa a, lave lwen ak dlo. Graphite pite segondè -pite ki pi wo a 99% ka jwenn apre asidoliz.
Kounye a, metòd alkali-asid la lajman itilize nan endistri, ak avantaj tankou envestisman ki ba yon sèl -tan, klas segondè, ak gwo adaptabilite pwosesis. Sepandan, li gen tou dezavantaj ki gen ladan gwo -demann kalsinasyon tanperati, gwo konsomasyon enèji, tan reyaksyon long, korozyon ekipman grav, gwo pèt grafit, ak polisyon dlo ize grav.
3.3 Klorasyon Metòd torréfaction
Nan apeprè 1000 degre, gaz klò yo prezante nan grafit. Sèvi ak pwopriyete a oksidasyon fò nan klò, enpurte oksid metal nan grafit yo soksid nan klori ak pi ba tanperati gazeifikasyon. Anba tanperati sa a, klori metal yo ka rapidman gazifye ak egzeyate nan gwo kantite, reyalize pirifikasyon grafit.
Klorasyon torréfaction se jeneralman itilize kòm yon pwosesis siplemantè pou pirifye grafit, matche ak lòt pwosesis, e li gen avantaj evidan espesyalman nan retire enpurte metal. Sepandan, toksisite, korozivite ak polisyon nan anviwònman an nan klò mete restriksyon sou popilarizasyon pwosesis sa a nan yon sèten limit. Anplis de sa, li difisil pou pwodui grafit ultra-wo-pite, ak sistèm enstab la tou afekte aplikasyon pratik li yo.
3.4 Metòd asid fliyorik
Enpurte ki nan minrè anvan tout koreksyon reyaji ak asid fliyorik pou jenere fliyò idrosolubl ak fliyosilikat dlo, yo retire nan lave dlo pou jwenn grafit segondè-.
Avantaj prensipal yo nan metòd asid fluoridrik la se efikasite segondè retire enpurte, segondè klas pwodwi, ti enpak sou pèfòmans grafit, ak konsomasyon enèji ki ba. Dezavantaj a se ke asid fluoridrik se trè toksik ak korozivite, ki mande strik mezi pwoteksyon sekirite nan pwodiksyon, ak gwo envestisman pwoteksyon anviwònman anpil diminye compétitivité ekonomik li yo.
3.5 Metòd pou pirifye tanperati ki wo -
Ki baze sou prensip la ke grafit gen yon gwo pwen bouyi pandan y ap enpurte yo gen pwen bouyi ki ba, grafit natirèl ak yon kontni kabòn nan apeprè 80% yo mete nan yon gwo founo dife pou pirifye nan 1500 degre pou gazifye epi retire enpurte ki ba -bouyi. Lè sa a, li antre nan yon gwo founo dife nan 25002800 degre yo retire plis enpurte, epi finalman yon gwo founo dife nan 28003200 degre ak gaz apwopriye HF ak HCl. Gaz sa yo reyaji ak gwo-enpurte metal k ap bouyi nan tanperati ki wo pou fòme fliyò ak klori ki ba-bouyi, ki gazeifye epi dechaje. Nan fason sa a, grafit natirèl pirifye a 99.99% ~ 99.9998% kontni kabòn.
Faktè prensipal ki afekte pite grafit gen ladan bon jan kalite matyè premyè, pite kreze grafit, metòd chofaj grafit, ak gwosè patikil grafit. Pwosesis sa a gen gwo kondisyon pou pite materyèl bwit, rafineman materyèl ak teknoloji ekipman, ak gwo konsomasyon enèji ak gwo envestisman. Se poutèt sa, aplikasyon aktyèl li yo limite, sitou nan domèn espesyal tankou ayewospasyal, defans nasyonal ak endistri nikleyè ak kondisyon trè wo kalite grafit.
3.6 Metòd pou pirifye gaz alojene
Aplikasyon endistriyèl -wo fen (egzanp, endistri semi-conducteurs) mande pou pite grafit pi wo a 99.999%, ki pa ka reyalize pa pirifikasyon tanperati wo -pou kont li. Endistri a jeneralman adopte metòd pou pirifye gaz alojene (yo rele tou pirifikasyon fizik). Avèk ogmante tanperati founo ak degre vakyòm, kèk enpurte nan pwodwi grafit volatilize otomatikman. Pou lòt enpurte ki mande tanperati ki pi wo, gaz alojene (sitou klò ak idrokarbur alojene) konvèti yo an alogenur ak pwen k ap fonn ak bouyi ki ba. Anba aksyon an konbine, enpurte yo retire pou reyalize pirifikasyon grafit.
4. Aplikasyon Graphite ki gen pite segondè
4.1 Materyèl lubrifyan
Kòm youn nan grès machin solid komen yo, estrikti kouch grafit la ba li pwopriyete pwòp -lubrifyan. Anba estrès konpresiv ak taye pandan friksyon sèk ak metal, kouch grafit glise, fòme yon fim transfè grafit mens sou sifas friksyon metal la mikwoskopik. Kidonk, koyefisyan friksyon sèk ant grafit ak metal pi ba pase sa ki genyen ant metal yo, sa ki fè li yon materyèl tipik pwòp tèt ou -lubrifyan.
Metal nan pè friksyon metal-grafit anjeneral gen ladan 45# asye, 40Cr asye, asye pur, fè jete, alyaj kòb kwiv mete, elatriye. Pèfòmans friksyon ak mete nan pè metal grafit- se pre relasyon ak kalite ak pwopriyete materyèl metal yo. Redwi friksyon ak mete ant pè friksyon mekanik se fason prensipal amelyore efikasite ak lavi sèvis nan pati mekanik. Etidye efè chaj, tanperati, vitès glisman, mòfoloji sifas ak teksti ede pwolonje lavi sèvis pè friksyon metal grafit-.
4.2 Materyèl sele
Ka grafit elaji trete nan grafit fleksib apre tretman apre -, ak yon koyefisyan ekspansyon tèmik ki ba (1 × 10⁻⁶ ~ 30 × 10⁻⁶ K⁻¹). Li pa vin frajil oswa krak nan tanperati ki ba, ni adousi oswa ranpe nan tanperati ki wo.
Konpare ak materyèl tradisyonèl sele (amyant, kawotchou, seluloz ak konpoze yo), grafit fleksib gen yon seri tanperati sèvis lajè (200 ~ 450 degre nan lè). Se poutèt sa, grafit elaji lajman itilize kòm materyèl sele nan machin, metaliji, otomobil, konstriksyon bato, pétrochimique ak lòt jaden.
4.3 Flanm dife -Materyèl rezistan
Grafit elaji ka konpoze ak polymère, rezin, elatriye pou pwodwi materyèl ignifuje. Nan ka dife, grafit dilatabl elaji rapidman pou fòme yon kouch izolasyon tèmik elaji sou sifas materyèl la, bay ekselan izolasyon chalè ak bloke liberasyon gaz toksik yo.
4.4 Materyèl konpoze elektwòd
Grafit dilatabl yo itilize pou prepare divès kalite materyèl elektwòd batri akòz sifas segondè aktif li yo, estabilite chimik segondè, bon konduktiviti tèmik ak elektrik, ak preparasyon fasil. Estrikti ki estab li efektivman mete restriksyon sou ekspansyon volim nan materyèl elektwòd (egzanp, nan Li / S oswa Li / Si pil) pandan monte bisiklèt, amelyore lavi sik.
Anplis de sa, pi gwo espas grafit dilatabl bay plis espas pou entèrkalasyon Li⁺, Na⁺, Mg²⁺, Zn²⁺ nan batri segondè metal{0}}ion (ityòm-ion, sodyòm-ion, mayezyòm-ion, zenk{4}) kapasite depo ak depo enèji ak depo enèji. Grafit dilatabl ka itilize tou kòm materyèl elektwòd pou supercapacitors.
Anplis de sa, konpoze grafit elaji ak matris polymère yo lejè, pri ki ba -e yo fasil pou mwazi. Pwopriyete elektrik yo ka ajiste lajman pa chanje dòz la nan grafit elaji.
4.5 Faktori tradisyonèl ak segondè -
Elektwòd metaliji ak endistri fondri yo se pi gwo domèn konsomasyon tradisyonèl nan grafit, sitou itilize pou fusion elektwòd ak kouch pou depoze mwazi asye, kwiv, aliminyòm ak lòt metal ki pa -fèr. Demann pou grafit nan fabrikasyon kreyon rete relativman estab.
Materyèl grafit yo gen estrikti senp, antretyen -gratis, rezistans mete, gwo chay-kapasite pote ak gwo rezistans enpak, epi yo lajman itilize nan gwo -konpozan ekipman echèl nan enèji nikleyè, énergie, ayewospasyal ak militè.
4.6 Materyèl enèji nikleyè
Graphite pou enèji nikleyè lajman itilize nan nwayo a nan gwo -tanperati gaz-rektè ki refwadi, tankou konduit, eleman gaz ak konpozan sipò. BEARINGS ak gid bi nan ponp prensipal nikleyè avanse nan Larisi sitou itilize grafit siliconized. Graphite gen ekselan pèfòmans nikleyè epi li souvan itilize kòm moderatè ak reflektè nan réacteurs.
4.7 Materyèl Semiconductor
Nan endistri semi-conducteurs, pwodwi grafit yo lajman itilize nan ekipman tretman chalè ki wo -tanperati tankou gwo founo kwasans kristal, founo karbonizasyon ak founo grafitizasyon.
Pwodui grafit ki wo -pite pou twazyèm-jenerasyon semi-conducteurs silikon carbure (SiC) gen ladan kribi grafit, aparèy chofaj ak poud pou kwasans kristal, ki gen pite detèmine bon jan kalite a nan kristal SiC. Pirifikasyon grafit segondè -pite sa yo anjeneral adopte metòd fizik-chimik, ki mande pite Pi gran pase oswa egal a 99.9995%, ak limit strik sou enpurte endividyèl (egzanp, B mwens pase oswa egal a 0.05 × 10⁻⁶, Al mwens pase oswa egal a 0.05 × 10⁶).
4.8 Materyèl Diamond Sentetik
Kounye a, se yon sèl -dyaman kristal sitou sentèz pa metòd High -Presyon High-Tanperati (HPHT) ak metòd Depozisyon Chimik Vapè (CVD). CVD itilize gaz ki gen idwojèn-(metan, idwojèn, elatriye), ki mennen nan enpurte idwojèn ak estrès nan kristal dyaman. Dyaman HPHT ak alyaj tradisyonèl kòm katalis gen sèten enpurte metal, ki fè sentèz "ultra-pi" dyaman trè difisil ak defi.
Recent breakthroughs in static ultra-high pressure technology have enabled direct synthesis of diamond from graphite under extreme P-T conditions (>15 GPa, 2000 degre). Nan kondisyon sa yo, grafit transfòme an dyaman rapidman, pwodwi santimèt-granul polikristalin ki gen gwo pite.
Konklizyon
Fòm prensipal yo nan grafit itilize nan Lachin gen ladan grafit pite segondè -, grafit izostatik peze, grafit dilatabl, grafit fliyò, grafit koloidal ak grafèn. Amelyore pite grafit se yon kondisyon komen nan mitan tout pwodwi grafit-fondamental men ki difisil.
Kòm demann pou gwo -grafit pite nan domèn gwo-teknoloji kontinye ap grandi ak kondisyon pite vin de pli zan pli sevè, teknoloji ki gen rapò yo nan yon etap kritik ap tann dekouvèt.
