«Про Металл» продолжает серию материалов о полезных ископаемых, которые есть в стране, которые стране нужны, но по разным причинам вместо добычи их заменяли до последнего времени импортом. На этот раз поговорим о веществе, которое каждый из нас видит с детства, водя карандашом по бумаге. О графите. Но в современной экономике он нужен далеко не только как сырьё для карандашных фабрик.
Что такое графит? Одна из модификаций углерода, известная человечеству более 6000 лет (археологи нашли горшки, раскрашенные с его помощью, датируемые четвёртым тысячелетием до нашей эры). Этим он не уникален. Мало ли красящих веществ? Но только на протяжении последнего столетия у этого вещества появились новые, особо ценные способы использования на благо человека.
Любой из нас вспомнит, если чуть напряжёт память, что графитовые стержни оказались востребованы в качестве регулятора активности ядерного распада на АЭС. После Чернобыля и Фукусимы об этом прочитал в газетах каждый.
Опускание графитовых стержней в реактор снижает его активность вплоть до полной остановки ядерной реакции. Распад радиоактивных элементов, находящихся в реакторе, при этом всё равно продолжается, но без активного выделения тепловой энергии. С уран-графитовыми реакторами понятно — без графита никак.
Тайгинский графитный карьер.Там, где рождается пустыня!
Впрочем, нужно отметить, что в промышленности используется как природный, так и искусственный графит, и вот атомщики в основном применяют особо чистый искусственный (если в графите реактора окажутся примеси, прежде всего бора, которые поглощают нейтроны, будет большая неприятность).
Вот такие графитовые блоки используются при ликвидации последствий аварий на АЭС.
Но есть и другие сферы применения, где востребован природный графит. На сегодня основным потребителем графита в РФ является металлургическая отрасль — чёрная металлургия, производство алюминия и так далее.
Есть ещё одно модное слово: графен, ему пророчат огромное будущее. Графен производят из графита. И, разумеется, никуда не делись более традиционные методы использования: графитовые электроды для сварки, химическая аппаратура из графита, красящие вещества, смазки.
Графит ценится в производстве благодаря своим физико-химическим свойствам: высокие тепло- и электропроводность, устойчивость к окислению при высокой температуре, низкий коэффициент трения (антифрикционные свойства), химическая инертность.
А это тот самый графен, который делают из графита.
И, главное, есть также сфера использования графита самая перспективная: в литий-ионных аккумуляторах — как анод, удобный и безопасный. Японский инженер, который до этого додумался, за изобретение получил в 2019 году Нобелевскую премию. Литий-ионные батареи первого поколения были всем хороши, только. иногда взрывались в самое неподходящее время (например, в самолётах во время полёта).
Графит на «Электромаше»
Помните, была одно время проблема с авиаперевозкой мобильных телефонов? Применение графита в качестве анода позволило этого эффекта избежать. А ведь именно на таких аккумуляторах основаны перспективы ВИЭ, которые с некоторых пор «наше всё».
Что же сегодня происходит с потреблением и производством в стране высококачественного природного графита?
По данным Всероссийского научно-исследовательского института минерального сырья им. Федоровского (ВИМС), которыми они поделились с «Про Металлом», в 2021 году добыча графита в России выросла по сравнению с 2020 г. на 25,6% — до 16,2 тыс. т (с 12,9 тыс. т). Она велась на Тайгинском месторождении чешуйчатого графита в Челябинской области.
Применение графита в качестве анода в батарейках избавило их от взрывоопасности.
Ряд российских предприятий работает именно на этом сырье, которое пока поступает без перебоев. Как рассказала, например, «Про Металлу» директор ЗАО «Графитсервис» из Челябинска Елена Федоренко (предприятие выпускает широкий спектр изделий от смазочного и тигельного графита до электродной продукции), они «работают на отечественном сырье, и с ним пока что нет никаких проблем».
Однако же, как отмечают специалисты ВИМС, российские потребители, испытывая недостаток графита высокого качества отечественного производства, компенсируют его импортом. На внешних рынках преимущественно закупается графит крупночешуйчатых марок высокой чистоты (96% содержания углерода и выше). Такая продукция российского производства представлена на внутреннем рынке в ограниченном объёме или отсутствует.
С 2016 г. импорт природного графита в Россию варьируется в пределах от 2,5 до 3,8 тыс. тонн. В 2021 г. он составил 3,9 тыс. т (в 1,3 раза больше, чем в 2020 г.) при средней цене 1557 долл./т; основные поставки осуществлялись из Китая, Мадагаскара, Мозамбика, Германии, отчасти из Украины.
Причём понятно, что последние два канала поставок графита в нынешнем году для нас закрылись (а украинский импорт уже к 2021 году значительно упал).
Раньше Россия импортировала графит со всего мира, в том числе и из Украины. На фото как раз графитовое месторождение на Украине.
В российской «Ассоциации разработчиков, производителей и потребителей материалов на основе углерода» не склонны драматизировать ситуацию. Их эксперты в интервью «Про Металлу» отметили, что «закрытие этих двух каналов импорта не влечёт за собой непосредственных серьёзных последствий в связи с тем, что большая часть поставок идёт из стран Азии и Африки.
В краткосрочной перспективе потребители природного графита могут переориентироваться на новые внешние каналы поставок, в том числе увеличить импорт из стран Африки. Но если говорить о долгосрочной перспективе, импортозамещение для отрасли имеет важную роль». С ними согласны и эксперты ВИМС: в перспективе африканское сырьё (хотя оно и отличается очень высоким качеством) придётся по возможности заменять отечественным. А вот откуда?
По информации специалистов ВИМС, по состоянию на начало 2022 года балансовые запасы графита в России составили 101 млн тонн; они учтены на 12 месторождениях, что вроде бы немало. Но при этом, в том числе, на трёх самых крупных — графита аморфного (скрытокристаллического), который мало пригоден к обогащению. Также есть в стране восемь месторождений кристаллического чешуйчатого, и одно кристаллического плотного (цейлонский тип) графита.
В России аж с XIX века известно Курейское месторождение графита, расположенное в Туруханском районе (знаменитом тем, что там отбывали ссылку при царе Сталин и прочие «пламенные» революционеры) Красноярского края. Запасы этого месторождения просто огромны ― 79,6 млн тонн.
В самой России имеются гигантские запасы графита, что подтверждает геологоразведка.
Однако же потенциал наращивания производства на Курейском месторождении сегодня ограничен несколькими факторами. Во-первых, мощностью обогатительной фабрики в Красноярске (20 тыс. т/год, фактическая загруженность ― 30–50%); во-вторых, крайне сложной логистикой ― добытая руда (содержащая 80–85% графита) доставляется по реке Енисей за 1500 км всего лишь в двухмесячный период навигации.
По льду её транспортировать невозможно. Наконец, его развитие тормозится невысоким спросом на аморфный (скрытокристаллический) графит, о котором мы говорили. Хотя, конечно, при желании графита там можно добывать больше, учитывая недозагруженность мощности фабрики.
Известна попытка освоения Мурзинского месторождения в Свердловской области — она предпринималась в 2008–2011 годах, но провалилась: недропользователь-инвестор не выполнил условий лицензионного соглашения. С тех пор инвесторов не находилось, месторождение находится в нераспределённом фонде недр.
Так выглядит графитовое месторождение.
Правда, оптимизм внушает то, что ведётся подготовка к освоению месторождения Союзное (Еврейская автономная область), где сырьё обладает высоким качеством. Но только эта подготовка продолжается. с 2011 года, то есть, говоря простым языком, идёт ни шатко, ни валко.
По данным ВИМС, начало промышленной добычи графита на Союзном месторождении (Тополихинский участок) всё-таки намечено на 2023 год, а в 2024-м ожидается выход предприятия на проектную мощность (40 тыс. т концентратов).
Будет ли этого достаточно, можно ли нарастить добычу ещё? Вопрос заключается не только в количестве, но и в качестве сырья. Резерва месторождений практически нет. Стране крайне важны инвестиции в геологоразведку именно на кристаллический чешуйчатый графит.
Графит графиту рознь. Наиболее ценным считается кристаллический графит, как на фото.
Геологоразведочные работы на графит за счёт средств федерального бюджета не ведутся с 2018 года. Правда, при этом геологоразведку ведут несколько частных недропользователей.
Это, во-первых, ООО «ГрафитПром», который проводит поисковые и оценочные работы на участке Ихала-4 (Ихальское рудное поле) в Республике Карелия. Их завершение запланировано на 2023 г., ожидаемый прирост запасов графитовых руд категорий С1+С2 — 15 млн т при содержании графита в руде не менее 3%.
Наконец, в-третьих, ООО «Промышленные инвестиции» продолжает вести разведочные работы на участке Ихала (Ихальское проявление, участок IIIа;), которые планируется завершить в 2022-2023 годах. По их результатам ожидается прирост запасов графитовых руд кат. А+В+С1 и С2 в количестве 24 и 33,3 млн тонн.
Графит есть дома у каждого из нас. В стране его тоже много. Надо только добывать!
Вместе с тем, АО «Росгеология», по данным «Про Металла», ещё почти год назад предоставило в правительство свои предложения по ликвидации зависимости РФ от импорта стратегических видов сырья, включая высококачественный графит. Конкретно по этому направлению предлагалось инвестировать 430 миллионов рублей госсредств, что могло бы дать прирост запасов высококачественного графитового сырья ещё на миллион тонн.
Учитывая перспективу роста потребления качественного графита в России за счет выпуска собственных аккумуляторов, на 100% от импорта, скорее всего, уйти всё равно не удастся, но потребность в нём свелась бы к минимуму.
Правда, никто до сих пор не знает, когда по этим предложениям «Росгеологии» (касающимся 17 видов сырья, не только графита, естественно) будет дан окончательный ответ. И, главное, каким он будет — удовлетворят ли заявки геологов полностью, частично или не удовлетворят. Хотя вопрос, как видим, действительно стратегический, и дело тут далеко не в карандашах.
Источник: www.prometall.info
Добыча графита: описание, свойства, применение
В современной минералогии принято различать месторождения кристаллического графита, образовавшегося в результате вулканической деятельности, и месторождения скрытокристаллического графита, возникшего в результате метаморфизма угля.
Свойства
К физическим свойствам этого минерала относятся:
- высокая электропроводность;
- низкие показатели твердости;
- в зависимости от вида теплопроводимость этого материала колеблется от 98 до 358 Вт;
- высокая теплоемкость.
Что же касается химических свойств графита, то он:
- не подвержен растворению в неокисляющихся кислотах;
- в условиях продолжительного воздействия высокой температуры вступает в реакцию с кислородом, сгорая в виде углекислого газа;
- способен образовывать химические соединения с щелочными металлами, а также солями.
Важно: физические и химические свойства этого минерала способны заметно изменяться в процессе обработки. По этой причине были классифицированы на основе физико-химических различий отдельные марки графита.
Структура и виды
Структурно этот минерал представляет собой вещество, в котором все атомы углерода имеют ковалентные связи с тремя остальными окружающими их углеродными атомами.
Современная наука различает два основных природных вида графита: гексагональный α-графит и ромбоэдрический β-графит. При этом нужно отметить, что в чистом виде β-графит никогда не встречается, что объясняется тем, что он является метастабильной фазой.
Искусственный синтез
Есть ряд способов, позволяющих получить путем синтезирования несколько видов искусственного графита:
- ачесоновский получается путем нагрева до температуры в 2800 градусов смеси кокса и пека;
- рекристаллизованный представляет собой результат температурной и механической обработки особой смеси, состоящей из кокса, песка, природного графита, а также карбидообразующих элементов;
- пиролитический — это результат вакуумного пиролиза газообразных углеводородных соединений при температуре около 1500 градусов с дальнейшим нагревом полученного пироуглерода до 3000 градусов при давлении в 50 Мпа;
- доменный получается в процессе медленного охлаждения огромной массы чугунного сплава;
- рабидный — это результат термического разложения карбидов.
Переработка
Промышленная переработка графита позволяет получить не только разные марки графита, но и готовые графитные изделия. Товарные виды этого минерала производятся путем запуска процесса обогащения графитсодержащих руд. Исходя из степени очистки, полученный графитовый концентрат будет классифицирован на марки, использующиеся в промышленности, а также по сферам использования.
Переработка в терморасширенный графит
Сперва кристаллический графит проходит процесс окисления. Этот процесс заключается во внедрении молекул и ионов азотной или серной кислоты в межслойное пространство кристаллической решетки перерабатываемого минерала. После окисления графит проходит мойку и последующую сушку для удаления остатков воды. На следующем этапе минерал проходит термическую обработку при температуре в 1000 градусов и с высокой скоростью нагрева. За счет очень быстрого нагрева минерала запускается процесс выделения газов и разложение молекул серной кислоты, внедренных в межслойное пространство кристаллической решетки минерала.
Выделение газообразных веществ помогает создать избыточное расклинивающее давление в 400 атмосфер в межкристаллическом пространстве. В итоге образуется терморасширенный графит, имеющий высокую удельную поверхность и низкую насыпную плотность. В случае использования серной кислоты при создании этого искусственного минерала в готовом материале остается определенное остаточное количество серы. На следующем этапе готовый терморасширенный графит прокатывается, в некоторых случаях дополнительно армируется и прессуется с добавлением специальных присадок для получения готовых изделий.
Для получения различных марок искусственного графита
В процессе производства синтетического графита зачастую применяется нефтяной кокс, выступающий в качестве структурного наполнителя, а также каменноугольный пек, использующийся в роли связующего вещества. В конструкционных видах искусственного минерала применяется в качестве специальной добавки сажа и графит природного происхождения. Также в качестве связующего компонента вместо пека могут использоваться различные искусственные смолы (фурановые, фенольные и так далее).
Процесс производства синтетического графита состоит из следующих технологических промышленных этапов:
- кокс подготавливается к производственному процессу, он проходит предварительное измельчение путем дробления, прокалывается, а также рассеивается по отдельным фракциям;
- подготавливается связующее вещество;
- приготавливается углеродистая масса;
- формируются зеленые необожженные заготовки в глухую матрицу;
- заготовки проходят обжиг;
- осуществляется процесс графитации ранее обожженных заготовок;
- на завершающем этапе заготовки проходят механическую обработку для получения формы готового изделия.
Для получения композиционных материалов
На сегодняшний день современная промышленность изготавливает антифрикционные углеродистые материалы таких марок, как:
- обожженные антифрикционные материалы марки АО;
- графитированные и антифрикционные материалы марки АГ;
- материалы с баббитовой, оловянной и свинцовой пропиткой;
- графитопластовые материалы марок АФГМ, АФГ-80ВС, 7В-2А, КВ, КМ, АМС.
Подобные материалы изготавливаются из неятного кокса, не проходящего процедуру прокаливания, а также угольного пека с добавлением графита природного происхождения. С целью повышения плотности материала используют методику его пропитки металлами.
Применение
На сегодняшний день графит чаще всего применяется для следующих целей:
- в процессе изготовления плавильных тиглей, что объясняется высокой стойкостью минерала к сверхвысоким температурам;
- при изготовлении нагревательных элементов, так как минерал имеет отличную теплопроводность и стойкость к агрессивным жидкостям;
- при изготовлении алюминиевых сплавов;
- в качестве одного из компонентов твердых смазок;
- в качестве наполнителя для пластмасс;
- как замедлитель нейронов в ядерной промышленности;
- при изготовлении искусственных алмазов;
- для изготовления карандашей;
- в качестве тепловой защиты носовой части космических и баллистических ракет;
- при производстве самых разных элементов электрических и механических машин и инструментов;
- в пищевой промышленности.
В пищевой промышленности использование графита допускается только после его тщательной обработки, что обусловлено санитарными требованиями.
Источник: uglevodorody.ru
Производители графита в мире и на отечественном рынке
Графитовая промышленность появилась как отрасль в середине XIX века, когда развитие металлургии породило спрос на этот минерал. На тот момент основными ее центрами стали Австрия и Великобритания.
МИРОВЫЕ ПРОИЗВОДИТЕЛИ ГРАФИТА
Добыча и обогащение этого минерала ведется во многих странах мира. Его добывают практически на всех континентах. Согласно статистическим данным, своего пика графитовое производство достигло в 1989-1990 годах, когда объем минерала составил более 950 тысяч тонн.
ЛИДЕРЫ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ГРАФИТА:
- Китай (до 45% графитового концентрата, производимого в мире);
- Корея (скрытокристаллический графит);
- Индия (магматические, пневматолито-гидротермальные, пегматитовые и скарновые формы месторождений);
- Бразилия (кристаллические формы минерала);
- Мексика (скрытокристаллический графит);
- Канада (те же, что и в Индии);
- Чехия (чешуйчатый графит).
Следует отметить, что значительно увеличивается в последние десятилетия и производство искусственного графита.
ИСКУССТВЕННЫЙ ГРАФИТ ВЫПУСКАЮТ МНОГИЕ СТРАНЫ:
- США;
- Япония;
- Канада;
- Европейские страны.
ПРОИЗВОДСТВО ГРАФИТА В РОССИИ
В России разработка месторождений началась в 1826 году, однако добытый минерал почти в полном объеме доставлялся в Германию. Позже были открыты и собственные обогатительные предприятия.
В ПЕРИОД СССР БЫЛИ ОТКРЫТЫ ТАКИЕ КРУПНЫЕ ЗАВОДЫ, ЗАНИМАЮЩИЕСЯ ПРОИЗВОДСТВОМ И ОБОГАЩЕНИЕМ ГРАФИТА:
- Завальевский комбинат;
- Ждановский завод (это предприятие было восстановлено – основали его еще до революции);
- Кыштымский комбинат;
- Красноярская фабрика;
- Игарская фабрика.
ГДЕ ДОБЫВАЮТ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮТ РУДУ В РОССИИ
На текущий момент можно выделить несколько основных центров добычи и переработки (в том числе, обогащения) графитовой руды.
ГРАФИТОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СОСРЕДОТОЧЕНА:
Функционируют в России и предприятия, производящие искусственный графит различных марок.
САМЫЕ КРУПНЫЕ ИЗ НИХ:
- Донкарб Графит
- Графит Эл (Московский электродный завод).
Следует отметить, что это не единственные заводы полного цикла – на территории РФ существуют и надежные производители искусственного графита, годовой объем продукции которых ниже. Среди них – и компания «Углеродпромснаб».