Grafit

Grafit je jako diamant, Je to forma nativního krystalického uhlíku s atomy uspořádanými do šestiúhelníkové struktury, která je neprůhledná a tmavě šedá až černá. Vyskytuje se jako hexagonální krystaly, ohebné pláty, šupiny nebo velké hmoty. Může být zemitý, zrnitý nebo kompaktní. Grafit vzniká metamorfózou uhlíkatých sedimentů a reakcí uhlíkatých sloučenin s hydrotermálními roztoky. V této formě se vyskytuje přirozeně a za standardních podmínek je nejstabilnější formou uhlíku. Při vysokých tlacích a teplotách se mění na diamant. Vypadá dramaticky odlišně od diamantu a je na druhém konci stupnice tvrdosti. Jeho měkkost je způsobena způsobem, jakým jsou atomy uhlíku navzájem vázány, kruhy šesti atomů uhlíku jsou uspořádány v široce rozmístěných horizontálních listech. Atomy jsou pevně vázány v kruzích, ale velmi slabě vázány mezi listy. Používá se v tužkách a lubrikantech. Díky vysoké vodivosti je užitečný v elektronických produktech, jako jsou elektrody, baterie a solární panely.

Jméno: Z řečtiny psát, v narážce na její použití jako pastelky.

Sdružení: Široká škála minerály stabilní v metamorfních podmínkách, za kterých vzniká grafit. V meteoritech, v uzlinách s troilitem, silikáty

Polymorfismus a série: Polymorfní s chaoitem, diamanta lonsdaleite.

Chemické vlastnosti

Chemická klasifikace	Nativní prvek
Vzorec	C

Fyzikální vlastnosti grafitu

Barva	Ocelově šedá až černá
Proužek	Černá
Lesk	Kovové, někdy zemité
Výstřih	Perfektní v jednom směru
Diafanita	Neprůhledný
Tvrdost Mohs	1 2 na
Krystalový systém	Šestiúhelníkový
Houževnatost	Pružný
Hustota	2.09 – 2.23 g/cm3 (měřeno) 2.26 g/cm3 (vypočteno)
Zlomenina	Slídový

Optické vlastnosti grafitu

Anizotropismus	Extrémní
Barva / Pleochroismus	Silný
Optické znamení	Jednoosé (-)
Dvojlom	extrémní dvojlom

Výskyt grafitu

Vzniká metamorfózou sedimentárního uhlíkatého materiálu redukcí uhlíkatých sloučenin; primární složka v vyvřelé skály. Vyskytuje se v metamorfované horniny jako výsledek redukce sedimentárních sloučenin uhlíku během metamorfie skály. To je také vidět v magmatických horninách a meteoritech. Jsou to příbuzné minerály křemen, kalcit, malé a turmalín. Čína, Mexiko, Kanada, Brazílie a Madagaskar jsou hlavními exportními zdroji těžby.

Syntetický grafit

Syntetický grafit je materiál skládající se z grafitického uhlíku, který byl získán grafitizací negrafitického uhlíku, CVD z uhlovodíků při teplotách nad 2500 K, rozkladem tepelně nestabilních karbidů nebo krystalizací z kovových tavenin přesycených uhlíkem.

Termín umělý je často používán jako synonymum pro syntetický grafit. Výhodný je však termín syntetický grafit, protože se předpokládá, že jeho krystaly jsou složeny z uhlíkových makromolekul. Termín syntetický grafit se používá převážně pro grafitizovaný uhlík, ačkoli termín CVD zahrnuje pyrolytický grafit i zbytky rozkladu karbidů. Taková běžná použití jsou stejná jako výše uvedená definice. Synonyma pro tento nejdůležitější typ syntetického grafitu jsou Achesonův grafit a elektrograf.

Používá oblast

• Přírodní grafit se většinou používá pro žáruvzdorné materiály, baterie, výrobu oceli, expandovaný grafit, brzdová obložení, slévárenské obklady a maziva.
• Kelímky začaly používat velmi velký vločkový grafit a uhlík-magnezitové cihly vyžadující ne tak velký vločkový grafit; pro tyto a další je nyní mnohem větší flexibilita ve velikosti požadované velikosti vloček a amorfní grafit již není omezen na žáruvzdorné materiály nižší třídy.
• Použití grafitu v bateriích se za posledních 30 let zvýšilo. Přírodní a syntetické se používají ke konstrukci elektrod v hlavních technologiích baterií.
• Poptávka po bateriích Například lithium-iontová baterie v plně elektrickém Nissanu Leaf obsahuje téměř 40 kg grafitu.
• Přírodní grafit při výrobě oceli většinou zvyšuje obsah uhlíku v roztavené oceli a lze jej také použít k mazání matric používaných k vytlačování horké oceli.
• Přírodní amorfní a jemný vločkový grafit se používá v brzdových obloženích nebo brzdových čelistech pro těžší (neautomobilová) vozidla a stal se důležitým s potřebou nahradit azbest.
• Slévárenský obklad forem je vodou ředitelná barva amorfních nebo jemných vloček. Natíráním vnitřku formy a jejím ponecháním zaschnout zanechá jemný grafitový povlak, který usnadní oddělení odlitku po vychladnutí horkého kovu.

Použití syntetického grafitu

• High-fokální pyrolytický grafit (HOPG) je nejkvalitnější syntetická forma grafitu. Ve vědeckém výzkumu se používá jako délkový standard pro kalibraci skeneru, zejména na mikroskopu se skenovací sondou.
• Jeho elektrody přenášejí elektřinu, která taví šrot železo a oceli v elektrických obloukových pecích, většině ocelářských pecí, a někdy taví přímo redukované železo (DRI). Jsou vyrobeny z ropa koksu po smíchání s uhlí dehet dehet.
• Elektrolytické hliník tavení také používá grafitové uhlíkové elektrody. V mnohem menším měřítku se syntetické výbojové elektrody používají k výrobě vstřikovacích forem pro plasty v procesu elektrického výboje (EDM).
• Speciální druhy syntetického grafitu, jako je gilsocarbon, nacházejí využití jako matrice a moderátor neutronů v jaderných reaktorech. Nízký průřez neutronů také doporučuje použití v doporučených fúzních reaktorech.
• To (uhlíkové) vlákno a uhlíkové nanotrubice se také používají v plastech vyztužených uhlíkovými vlákny a tepelně odolných kompozitech, jako je zesílený uhlík-uhlík (RCC). Komerční konstrukce vyrobené z uhlíkových vláken grafitových kompozitů zahrnují rybářské pruty, hřídele golfových holí, rámy jízdních kol, panely karoserie sportovních vozů, tělo Boeingu 787 Dreamliner a tělo bazénových značkovacích tyčí.
• Moderní bezdýmný prach je potažený grafitem, aby se zabránilo hromadění statického náboje.
• Byl použit v nejméně třech materiálech absorbujících radary. Sumpf a Schornsteinfeger používané v ponorkách pro šnorchly pro zmenšení radarových průřezů byly smíchány s gumou. F-117 Nighthawk byl také použit na dlaždicích na stíhacích tajných úderech.
• Grafitové kompozity se používají jako absorbéry pro vysokoenergetické částice (např. při ukládání paprsku LHC).

Recyklace grafitu

Nejběžnější způsob recyklace grafitu nastává při výrobě a řezání syntetických grafitových elektrod na kusy nebo vyřazených soustruhů nebo při použití elektrody (nebo jiné) až k držáku elektrody. Nová elektroda nahradí starou, ale většina staré zůstane. Ten se drtí a třídí a výsledný grafitový prášek se většinou používá ke zvýšení obsahu uhlíku v roztavené oceli. Žáruvzdorné materiály obsahující to jsou někdy recyklovány, ale často ne kvůli grafitu: největší sypké materiály jako uhlík-magnezitové cihly obsahující pouze 15-25 % grafitu často obsahují velmi málo grafitu. Některé recyklované uhlík-magnezitové cihly se však používají jako základ pro materiály na opravu pece, zatímco rozbité uhlík-magnezitové cihly se používají ve struskových klimatizacích. Kelímky mají vysoký obsah grafitu, zatímco použité a následně recyklované kelímky mají malý objem.

Při výrobě oceli lze vyrobit vysoce kvalitní produkt z vločkového grafitu velmi podobný přírodnímu listovému grafitu. Kish je velký objem roztaveného odpadu odfiltrovaného z přívodu roztaveného železa do zásadité kyslíkové pece a skládá se ze směsi grafitu (vysráženého z přesyceného železa), strusky bohaté na vápno a určitého množství železa. Železo je recyklováno na místě a je ponechána směs grafitu a strusky. Nejlepší proces regenerace využívá hydraulické třídění (používá se průtok vody k oddělení minerálů podle specifické hmotnosti: grafit je lehký a téměř se vysráží) k získání 70% grafitového koncentrátu. Vyluhováním tohoto koncentrátu kyselinou chlorovodíkovou se získá 95% grafitový produkt s velikostí vloček až 10 sít.

Distribuce

Četné lokality, ale jen málokteré si dovolují dobře krystalizované příklady.

• v Spojené státy americké, ve společnosti Monroe and Ticonderoga, Essex Co., New York; ve Franklin and Sterling Hill, Ogdensburg, Sussex Co., New Jersey.
• V Kanadě komerčně významné výskyty v Quebecu, v Buckinghamu a Grenville a v přilehlých částech Ontaria.
• V Rusku z Nižního Tunguského, východně od Turukhansku, poblíž řeky Jenisej, Sibiř; v Shunga, Karelia.
• V okolí Ratnapura, Matara a Kurunegale, Srí Lanka, velká vklady z čistého materiálu.
• V Pasově, Bavorsko, Německo.
• Z finského Pargasu.
• V Anglii, v Barrowdale, poblíž Keswick, Cumbria.
• V Mexiku, v Santa Maria, Sonora, vznikl metamorfózou uhelných slojí.

Reference

• Bonewitz, R. (2012). Horniny a minerály. 2. vyd. Londýn: DK Publishing.
• Handbookofmineralogy.org. (2019). Příručka o Mineralogie. [online] Dostupné na: http://www.handbookofmineralogy.org [Přístup 4. března 2019].
• Mindat.org. (2019). Grafit: Minerální informace, data a lokality.. [online] Dostupné na: https://www.mindat.org/ [Přístup. 2019].
• Smith.edu. (2019). Geovědy | Smith College. [online] Dostupné na: https://www.smith.edu/academics/geosciences [Přístup 15. března 2019].