Что делают из графита

кратный быстрый нагрев и последующее быстрое охлаждение, не реагиру­ ет со многими химическими агрессивными жидкостями. Благодаря высокой теплопроводности и инертности к химическим реагентам, графиты и графитопласты нашли широкое применение в хими­ ческом аппаратостроении для теплообменников, работающих в агрессив­ ных средах, нагревателей, конденсаторов, испарителей, холодильников, скрубберов, дистилляционных колонн, форсунок, сопел, кранов, деталей для насосов, фильтров.

Относительно слабая связь между слоями позволяет широко исполь­ зовать графит в качестве скользящих контактов для электрических машин, делает его удобным твердым смазочным материалом для нагретых частей установок и двигателей (однако при температурах порядка 2500 °С и выше графит в значительной мере теряет свои смазочные свойства). С химиче­ ской точки зрения графит достаточно инертен: заметное окисление на воз­ духе начинается лишь при температуре выше 500 °С и даже при воздейст­ вии такого агрессивного реагента, как фтор, при комнатной температуре и давлении 5 кбар в течение 19 дней не наблюдается никаких изменений.

Как сделать графит (грифели для карандашей)

Находят применение и соединения графита. Способность графита включать в себя ионы (атомы, молекулы) разнообразных веществ позволя­ ет в некоторых случаях существенно усилить его полезные свойства. Интеркаляция, как правило, приводит к существенному увеличению электро­ проводности.

Так, проводимость C24ICI превышает проводимость золота при одинаковых условиях, что обусловлено ростом концентрации носите­ лей тока по сравнению с графитом при сохранении их высокой подвижно­ сти, связанной с двухмерным характером явления переноса. Перспективно использование интеркалатов графита в качестве электропроводников, осо­ бенно если учесть, что сейчас налажено изготовление углеродных волокон и ведутся работы по получению волоконных интеркалатов.

Основной не­ достаток волоконных материалов — неустойчивость их работы во времени. Еще одно перспективное направление — это использование графита в качестве электродов в различных батареях и аккумуляторах. Очевидно, ба­ тарея, основанная на фторе и литии, должна быть лучшей по всем показа­ телям, но, увы, создать обратимые электроды в этой системе напрямую не удается.

Сейчас удалось создать батарейку с разностью потенциалов до 4,8 В, схема одной из них: Li / LiClO^nK / CXF, CxMFe (ПК — пропиленкарбонат). Японская фирма Sony создала аккумулятор, выдерживающий более 1000 циклов «заряд — полный разряд», основанный на идеализиро­ ванной реакции -► Заряд 6С (графит) + LiCoC>2 = ЫСб + С0О2.

Кроме этого, появилась возможность применения интеркалатов гра­ фита в качестве смазочных материалов в химически агрессивных средах, в качестве хранителей агрессивных веществ (например,CIF3 в полифториддиуглероде).

3. АЛМАЗ

3.1. Структура алмаза Алмаз, как и графит, по своему химическому составу представляет собой чистый углерод. Алмаз обладает кубической гранецентрированной решеткой с расстоянием между атомами 0,154 нм, постоянная решетки равна 0,356 нм (рис. 4). Каждый атом углерода в алмазе связан с четырьмя ближайшими со­ седними атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра.

ГРАФИТ. Свойства, сферы применения, где купить.

Такое расположение позволяет рас­ сматривать кристалл алмаза как од­ ну гигантскую молекулу, в которой все атомы соединены между собой одинаковыми по длине изоэнергетическими связями. Характер связи в алмазе обу­ словливает сравнительно высокую плотность алмаза, которая составля­ ет 3,515 г/см3, изотропность свойств и чрезвычайно большую теплопро­ водность.

Поверхностная энергия его составляет в среднем 7 Дж/м2, энергия связи между атомами равна 355,9 кДж/моль. Хотя алмаз в чистом виде состоит из атомов углерода, реальные при­ родные кристаллы алмаза содержат примеси других веществ. При сжига­ нии таких образований количество золы не превышает 0,02-0,05 % от их массы.

Спектральным анализом в составе золы установлены кремний, маг­ ний, кальций, алюминий, железо, титан и некоторые другие химические элементы. 3.2. Свойства алмаза Алмазу с древнейших времен приписывались чудодейственные свой­ ства, поэтому его исследования сдерживались языческими и религиозными предрассудками. Летопись открытия свойств алмаза связана со многими

знаменитыми именами и начинается с 1694 года, когда придворные акаде­ мики Медичи (Аверани и Таржиони), раскалив драгоценные камни с по­ мощью лупы, обнаружили, что с рубином ничего не произошло, а алмаз исчез. 1704 год — Исаак Ньютон, проводя опыты по оптике, впервые выска­ зал верное предположение о структуре алмаза.

1772 год — Антуан Лоран Лавуазье создал прибор, состоящий из стеклянного колпака и линзы, и провел опыты по нагреву различных веществ в вакууме, в том числе и драгоценных камней, чтобы развеять мифы об их чудодейственных свойствах. Лавуазье доказал, что алмаз горит так же, как уголь и фосфор, и уравнял их в правах.

1797 год — Теннант сжег в золотом сосуде равные порции угля, графита и алмаза и во всех случаях получил одинаковые порции углекислого газа, тем самым доказав углеродную природу алмаза. 1814 год — Хемфри Деви и Майкл Фарадей в запаянным сосуде сожгли алмаз и вычислили количество углерода.

В России исследованиями свойств алмаза занимался М. Ломоносов, он первым высказал предположение о плотной упаковке структуры алмаза. Дальнейшие подтверждения относительно строения алмаза и его свойств были получены после открытия в XX веке рентгеновских лучей.

Плотность алмаза около 3,52 г/см Это значение характерно для чистых хорошо обработанных кристаллов с правильной структурой. У мелкозернистых агрегатов, часто содержащих включения графита и обла­ дающих менее компактной структурой, плотность существенно ниже и у отдельных разновидностей составляет до 3,0 г/см3 Оптические свойства.

Алмаз не только сильно преломляет и отража­ ет световые лучи, но и обладает еще одним весьма важным оптическим свойством — различными показателями преломления лучей разного цвета. Так, если для лучей красного света показатель преломления составляет 2,402, то для фиолетовых лучей он достигает 2,465.

Разность показателей светопреломления фиолетовых и красных лучей (так называемая дисперсия) у алмаза в 5 раз больше, чем у горного хруста­ ля, и в 2 раза превышает соответствующую характеристику лучших сортов стекол. Благодаря высокой дисперсии алмазы разлагают белый свет на со­ ставляющие его цвета радуги. По этой причине один и тот же камень ка­ жется окрашенным в различные цвета в зависимости от положения источ­ ника света и наблюдателя. При исследовании алмазов в поляризованном свете иногда обнаружи­ вается оптическая аномалия — несвойственное кристаллам правильной сис­ темы двойное лучепреломление, которое объясняется внутренними упру­ гими напряжениями, связанными с неоднородностями внутреннего строе­ ния кристаллов.

Люминесценцией называется способность некоторых природных и синтетических веществ светиться под действием рентгеновского, ультра­ фиолетового и катодного излучений, что принято обозначать специальны­ ми терминами: рентгенолюминесценция, фотолюминесценция, катодолю­ минесценция. Большинство алмазов обладает всеми тремя видами люминесценции.

Некоторые кристаллы светятся голубым, другие — зеленым, желтым или розовым светом. Темноокрашенные и ожелезненные кристаллы, а также их разновидности не люминесцируют. Наиболее изучены рентгено- и фотолюминесценция алмаза, которые используются при проведении геолого-поисковых работ.

Одни исследова­ тели связывают люминесценцию с присутствием посторонних примесей, другие указывают на причинную связь этого явления с особенностями кристаллической решетки минерала. Чистые кристаллы при световом и рентгеновском излучении прозрач­ ны, что позволяет легко определять алмазы среди сходных по внешнему облику минералов, а также отличать бриллианты от всевозможных подде­ лок. А вот ультрафиолетовое излучение многие алмазы совершенно не пропускают. Твердость — весьма важное свойство алмаза, определяющее его ис­ ключительно большую роль в производственной деятельности человека. Под твердостью обычно подразумевается сопротивление одного тела про­ никновению в него другого. Для качественного определения относитель­ ной твердости минералов широко используется так называемая шкала твердости (шкала Мооса), предложенная в начале XIX в. Шкала включает десять минералов-эталонов, расположенных в порядке возрастания твердо­ сти (порядковые номера эталонов принимаются в качестве баллов твердо­ сти):

1)	тальк Mg3(OH)2[SiOio]	6) ортоклаз (полевой шпат) K J A ^ O # ]
		7) кварц SiC>2
2)	каменная соль NaCl
3)	кальцит СаСОз	8) топаз A l2(F ,0H )2[S i04]
4)	флюорит (плавиковый шпат) CaF2	9)	корунд А120 3
5)	апатит Ca5F(P04)3	10)	алмаз С

Твердость веществ на основе шкалы Мооса определяют, с усилием проводя ребром или острым сколом изучаемого объекта по гладкой по­ верхности какого-либо эталонного минерала. Если вещество тверже взято­ го эталона, то на поверхности последнего остаются бороздки, царапины. При меньшей твердости изучаемого вещества оно не оставляет царапин на поверхности минерала-эталона.

При равной твердости глубокие царапинки остаются на каждом из них. Алмаз, обладающий наивысшей твердостью, оставляет глубокие борозды на всех минералах и при этом сам не претер­ певает ни малейших изменений.
Несмотря на исключительно высокую твердость, алмаз обладает свой­ ством раскалываться от достаточно сильных и резких механических воз­ действий, ударов.

При этом независимо от внешней формы алмазов они, как правило, раскалываются по плоскостям, параллельным граням октаэд­ ра. Способность кристаллов колоться по поверхностям, параллельным их граням, называется спайностью. Поскольку октаэдр имеет восемь попарно параллельных граней, следовательно, спайность алмаза параллельна четы­ рем плоскостям. Теплопроводность алмаза.

Алмаз является хорошим проводником тепла. Теплопроводность алмаза в интервале температур 20-1200 К выше теплопроводности меди. Теплопроводность алмаза уменьшается при облу­ чении частицами высоких энергий и частично восстанавливается при по­ следующем высокотемпературном отжиге облученных кристаллов. Полупроводниковые свойства.

Некоторые алмазы обладают полу­ проводниковыми свойствами и относятся к полупроводникам /7-типа. Энергия активации акцепторов у них составляет 0,35-0,40 эВ, а удельное сопротивление в интервале температур от -100 до 600 °С изменяется в пре­ делах 250-750 Ом-см. Предполагается, что полупроводниковые свойства алмазов обуслов­ лены наличием в них примеси бора.

Сцинтилляция — возникновение световых вспышек и импульса элек­ трического тока при попадании в кристалл быстро заряженных частиц. Сцинтилляция в алмазах настолько интенсивна, что любой источник ядерного излучения с энергией даже в несколько тысяч электронвольт надежно регистрируется при использовании обычных фотоэлектронных умножите­ лей. Какой-либо связи между сцинтилляционной способностью и другими свойствами алмаза не установлено.

Таблица 1
Окисление алмаза в различных газах
Температура,	Газовая	Скорость	Средняя скорость
°С	фаза	пропускания, мл/ч	окисления, мг/(мм ч)
867	N2 + 21 % 0 2	600	0,3190
884	со 2	550	0,0102
871	н2о	600	0,0018

Химические свойства алмаза. Алмаз — вещество чрезвычайно хими­ чески инертное. Даже при высоких температурах на его кристаллы не дей­ ствует ни одна из известных кислот. Алмаз устойчив на воздухе: кристал­ лы при температуре до 600-700 °С, дисперсные микропорошки — до 450500 °С. При более высоких температурах он окисляется кислородом возду­ ха, СО2, N0, водяным паром (табл.

1) и другими окислителями. Наиболее

Диаметр кимберлитовых трубок может быть от нескольких метров до 1,5 км, глубина трубки может достигать 3 км. До глубины 300 м трубка разрабатывается карьерным методом, затем по специальной горной технологии. Кимберлитовые трубки на 100 т руды могут содержать лишь 25 карат (5 г) алмазов, из которых только 5 карат могут иметь качества бриллианта.

На побережье Намибии алмазы добыва­ ются открытым способом. Здесь на каждые 150 т переработанной породы приходится всего 5 карат алмазов, но все алмазы имеют качества брилли­ анта. В общем технология добычи алмазов выглядит следующим образом. Руда измельчается, тяжелые алмазы отделяются и помещаются на транс­ портерную ленту, покрытую специальным жировым составом.

Сильным напором воды порода смывается, а алмазы прилипают к поверхности лен­ ты. Другой метод сепарирования — облучение породы с алмазами рентге­ новскими лучами. Алмазы начинают сверкать и направляются в отдельный контейнер. «Сырые» алмазы сначала сортируются на алмазы для произ­ водства бриллиантов и на промышленные алмазы.

Затем алмазы для про­ изводства бриллиантов классифицируются по размерности, очертаниям, цвету, степени и положению трещин. Кимберлит — сложная гибридная порода, в которой присутствуют минералы, образовавшиеся в различных термодинамических условиях. С кимберлитом связаны первичные (коренные) месторождения алмаза — ал­ мазоносные кимберлитовые трубки.

За счет их разрушения и размыва (вы­ ветривания) образуются вторичные (россыпные) месторождения. Алмазо­ носные россыпи — это песчаные речные или прибрежно-морские отложе­ ния, в которых алмазы сохраняются и накапливаются благодаря своей ме­ ханической и химической стойкости, тогда как другие минералы, слагаю­ щие кимберлиты, разрушаются (дробятся и растворяются).

Наибольший практический и научный интерес вызывают находки в кимберлитах алмазоносных ксенолитов — обломков глубинных пород, в которых алмаз является породообразующим минералом. В ксенолитах ал­ мазы имеют разные размеры и форму. Это могут быть октаэдры, додекаэд­ ры, сложно ограненные многогранники, кубы (рис. 7).

На основании полученных экспериментальных данных и проведенных исследований глубинных ксенолитов были предложены различные модели формирования алмазоносных кимберлитов. Все они основаны на допуще­ нии существования глубинного магматического очага, из которого ким­ берлитовая порода доставляется к поверхности в смеси с газами и жидко­ стями (флюидами). Современные модели учитывают не только температу­ ру и давление, но и такие важные факторы, как присутствие в системе во­ ды, углекислоты, а также изменение летучести (фугитивности) кислорода, т.е. окислительно-восстановительный потенциал системы. Это важно для

Источник: studfile.net

Свойства графита

Слово графит в переводе с греческого обозначает «пишу». Минерал с таким названием у природе образуется при высокой температуре в вулканических горных породах.

Характеристики графита

Графит является представителем класса самородных элементов высокой прочности. Его структура обладает большим количеством слоев.

В природе встречается два вида графита:

• крупнокристаллический,
• мелкокристаллический.

По величине кристаллов и по их расположению относительно друг друга в природе встречаются следующие типы графитов:

• явнокристаллические,
• скрытокристаллические.

У графита структура является достаточно слоистой. Каждый из слоев обладает волнистой формой. Она является слабовыраженной.

Графит представляет собой один из элементов, который состоит преимущественно из кристаллов разных размеров. Они имеют пластичную структуру и небольшие чешуйки по краям. По своей прочности они могут сравниться алмазами.

Кристаллическая решетка графита состоит из большого количества слоев, которые имеют различное расположение относительно друг друга.

Сегодня не редко производится искусственный графит, который создается из смеси различных веществ. Он используется в разных отраслях человеческой жизнедеятельности. Графит, полученный искусственным путем, обладает большим количеством видов.

В современном мире планируется из графита добывать золото. Ученые выяснили, что в одной тонне графита содержится примерно 18 граммов золота. Данное количество золотой руды присуще золотым месторождениям. В настоящее время получать золото из графита есть возможность не только в нашей стране, но и в других государствах мира.

Физические свойства графита

Одним из главных свойств графита является его способность проводить электрический ток. Его физические свойства отличаются от параметров алмаза тем, что у него не такой высокий уровень твердости. Его структура является изначально довольно мягкой. Однако после нагревания она становится твердой и хрупкой. Материал начинает рассыпаться.

Физические свойства графита являются следующими:

1. не растворяется в кислоте.
2. плавление графита при температурах меньше 3800 градусов Цельсия невозможно.
3. после нагревания приобретает твердую и хрупкую структуру.

Это далеко не все свойства графита. Есть еще параметры, которые делают этот элемент уникальным.

Графиту присущи следующие характеристики:

• температура плавления графита составляет 3890 градусов Цельсия,
• цвет графита является темно-серым с металлическим отливом,
• теплоемкость графита составляет 0.720 кДЖ
• удельное сопротивление графита составляет 800.000 · 10 − 8 (Ом · Метр).

Внимание: Единственный параметр из всех характеристик графита, который зависит от вида элемента, является теплопроводность графита. Она составляет 278,4 до 2435 Вт/(м*К).

Таблица. Физические свойства графита.

ХарактеристикиНаправление потокаТемпература, °С 20200400600800

Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м°С) графита:
— кристаллический	||	354,7	308,2
— естественный	_|_	195,4	144,2	112,8	91,9	75,6
— прессованный	||	157	118,6	93,0	69,8	63,9
— искусственный с р=1,76 г/см 3	_|_	104,7	81,4	69,8	58,2
— то же, с р=1,55 г/см 3	||	130,3	102,3	79,1	63,9	53,5
Сопротивление разрыву σпц, МН/м 2	||	14,2	15,2	15,9	16,5	17,6
	_|_	10,3	11,3	12,0	12,5	13,7
Модуль упругости Е, МН/м 2	||	5880	7100	7350	7500	7840
	_|_	2700	3040	3200	3630	3920
Удельная теплоемкость с, кДж/(кг 0 С)	0,71	1,17	1,47	1,68	1,88
Электросопротивление рэ104, Омсм	16	13	11	10	9
Коэффициент линейного расширения α·10 6 , 1/°С	||	7,2* 1	8,5* 2	10,0* 3	13,0* 4
	_|_	4,0* 1	5,5* 2	6,8* 3	9,3* 4
	||	1,8* 1	1,55* 2	1,45* 3	1,40* 4

Добыча графита

Добыча графита является сложным процессом. Для этого создано большое количество разновидностей оборудования. Оно используется для добычи и дробления элемента. Залежи графита обычно находятся глубоко под землей. Именно по этой причине чаще всего используются бурильные установки, которые позволяют добраться до месторождения этого элемента.

Применение графита

Как известно такой материал, как графит обладает большим количеством уникальных качеств. Именно они обуславливают сферы его применения. Благодаря тому. что данный материал обладает устойчивостью к высоким температурам его применяют для производства футеровочных плит.

Применение графита используется и в сфере ядерной промышленности. Там он играет важную роль при замедлении нейтронов.

Получение алмаза из графита тоже возможно. В современном мире есть возможность получать синтетический алмаз, который по своим качествам и внешнему виду будет напоминать природный материал.

Пиролитический графит представляет собой особую форму такого элемента, как графит. Данная его разновидность нашла широкое применение в сфере микроскопических исследований. Его применяют в качестве калибровочного материала. Чаще всего его используют в сканирующей туннельной микроскопии и в атомно-силовой микроскопии.

Данная разновидность графита относится к разряду синтетических. Его получение возможно при нагревании кокса и пека.

Благодаря графиту можно получать активные металлы с химической точки зрения путем электролиза. Данный метод использования элемента объясняется тем, что у графита достаточно хорошая электропроводность.

При производстве пластмассовых изделий графит тоже нашел свое применение. Его используют для наполнения пластмассы.

Самым известным методом использования графита является производство стержней для обычных простых карандашей, к которым так привыкли люди.

Статьи по теме

Шлакопортландцемент

Шлакопортландцементом называется искусственно полученное гидравлическое вещество, обладающее вяжущим эффектом.

Свойства полимеров

Независимо от вида и состава исходных веществ и способов получения материалы на основе полимеров можно классифици­ровать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи.

Свойства фенола

Фенолы и их производные содержатся в древесине, торфе, буром и кам. углях, нефтяных остатках. В живой природе фенолы, гл. обр. в виде производных, присутствуют в клетках растений.

Вещества ускоряющие высыхание красок

Сиккативы — соединения свинца, кобальта, марганца и цинка, которые, будучи добавлены в высыхающие масла, ускоряют их высыхание.

Виды грунтовок

Грунтовка – это жидкий состав, предназначенный для предварительной обработки поверхностей перед их последующей отделкой.

Источник: lkmprom.ru

Применение графита в различных промышленных отраслях

Графит – это минерал, используемый в самых разных областях промышленности.

Такая его популярность обусловлена уникальными свойствами (мягкости, легкой механической обработке, высокой электропроводности, химической инертности).

Существуют искусственные виды этого материала, которые также являются весьма востребованными. Их используют не только в разных сферах промышленности, но и для проведения микроскопических исследований (как калибровочный материал).

ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ГРАФИТА

ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В ТАКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТРАСЛЯХ:

• Машиностроение;
• Атомная техника;
• Металлургия;
• Производство электротехники;
• Химическая промышленность.

Нередко применяются разновидности искусственного графита, пропитанные различными синтетическими смолами. Они используются для создания химической аппаратуры, незаменимы при изготовлении запорной или соединительной арматуры.

ИЗ ИСКУССТВЕННОГО ГРАФИТА ИЗГОТАВЛИВАЮТ ТАКЖЕ:

• Торцевые уплотнения;
• Подшипники;
• Реакторные корпуса;
• Футеровочные плитки.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАТУРАЛЬНОГО ГРАФИТА

Этот минерал обладает широчайшим спектром применения и является незаменимым в самых разных промышленных отраслях.

ГДЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ГРАФИТ:

• Машиностроение;
• Химическая промышленность;
• Металлургия;
• Производство строительных материалов – этот минерал служит одной из незаменимых составляющих при производстве кирпичей, в частности, огнеупорных;
• Атомная энергетика – его применяют в роли замедлителя нейронов;
• Производство электрических приборов – для изготовления электроконтактов, а также электродов;
• Медицина.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГРАФИТА В МЕТАЛЛУРГИИ:

• В этой сфере из графита изготавливают формы для сплавов, тугоплавкие ковши, а также емкости, в которых проходит кристаллизация;
• Из него изготавливаются плавильные тигли;
• Графит может быть использован для насыщения металлов углеродом (то есть карбонизации), а также создания химически активных металлов;
• Графитовый порошок часто применяется в качестве смазки литейных форм.

МАШИНОСТРОЕНИЕ: ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ГРАФИТ

В этой отрасли использование минерала также весьма разнообразно. Его свойства делают графит незаменимым при создании самой различной продукции.

В МАШИНОСТРОЕНИИ ИЗ ГРАФИТА ПРОИЗВОДЯТ:

• Футировочные плиты;
• Электроды (графитированные);
• Разнообразные нагревательные элементы;
• Порошки и пасты для уплотнения контактов, например, в стыковых люфтах;
• Скользящие контакты (электрощетки);
• Подшипники, уплотнительные кольца;
• Электростатические покрытия.

ГРАФИТ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ:

• Из этого минерала производят разнообразные смазки, которые используются и на производстве, и в быту;
• Является наполнителем для некоторых видов пластмасс;
• Применяется для синтеза искусственных алмазов;
• Незаменим при изготовлении красок, которые обладают отличными антикоррозионными свойствами, а также различных лаков;
• Используется как наполнитель для технологических смесей;
• Может служить пластификатором;
• Является одним из компонентов клея для соединения прорезиненых тканей;
• Входит в состав присадок и антифрикционных наполнителей (для трансмиссионных или моторных масел), охлаждающих жидкостей;
• Применяется для изготовления щелочных аккумуляторов.

ГРАФИТ: ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ

Этот минерал входит в состав множества лекарственных средств (прежде всего гомеопатических). Его применяют при дерматологических заболеваниях, а также при образовании рубцов или спаек, нарушении обменных процессов.

Также из черного графита изготавливаются карандаши.

Источник: uglerod.com