Графит

5. ПЕРЕРАБОТКА

Переработкой графита получают различные марки графита и изделия из них.

Товарные сорта графита получают обогащением графитовых руд. В зависимости от степени очистки графитовые концентраты классифицируют на промышленные марки по областям применения, каждая из которых выдвигает специфические требования к физико-химическим и технологическим свойствам графитов.

В свете последних открытий российских учёных появилась перспектива получения из графитовых руд золота и платиноидов.

1. Переработка графита в терморасширенный графит

На первом этапе исходный кристаллический графит окисляют. Окисление сводится к внедрению молекул и ионов серной или азотной кислоты в присутствии окислителя (пероксид водорода, перманганат калия и др.) между слоями кристаллической решетки графита. Окисленный графит отмывают и сушат. Затем окисленный графит подвергают термообработке до Т=1000 °C со скоростью 400—600 °C/с. Благодаря чрезвычайно высокой скорости нагрева происходит резкое выделение газообразных продуктов разложения внедренной серной кислоты из кристаллической решетки графита. В результате межслойное расстояние увеличивается примерно в 300 раз, а число маленьких частиц графита и объём пробы увеличивается в 60-400 раз. В полученном материале остается некоторое количество оксидов серы или азота в зависимости от применяемой технологии. Далее полученный терморасширенный графит прокатывают, иногда армируют, добавляют присадки и прессуют для получения изделий.

2. Переработка графита для получения различных марок искусственного графита

Для производства искусственного графита используют в основном нефтяной кокс как наполнитель и каменноугольный пек как связующее. Для конструкционных марок графита в качестве добавок к наполнителю применяют природный графит и сажу. Взамен каменноугольного пека как связующего или пропитывающего вещества используют некоторые синтетические смолы, например, фурановые или фенольные.

Производство искусственного графита складывается из следующих основных технологических этапов:

• подготовки кокса к производству (предварительного дробления, прокаливания, размола и рассева кокса по фракциям);
• подготовки связующего;
• приготовления углеродной массы (дозировки и смешивания кокса со связующим);
• формования так называемых «зелёных» (необожжённых) заготовок в глухую матрицу или через мундштук прошивного пресса;
• обжига заготовок;
• графитации заготовок;
• механической обработки заготовок до размеров изделий.

Кокс дробят до величин кусков 30-40 мм, затем прокаливают в специальных прокалочных печах при 1300 °C. При прокаливании достигается термическая стабильность кокса, уменьшается содержание в нём летучих веществ, увеличиваются его плотность, электро — и теплопроводность. После прокаливания кокс размалывают до необходимой крупности. Порошки кокса дозируют и смешивают с пеком в смесильных машинах при 90-130 °C.

В смесильную машину вначале загружают сухие компоненты, а затем добавляют жидкий пек. После смешивания массу равномерно охлаждают до температуры прессования (80-100 °C). Заготовки прессуют или методом выдавливания массы через мундштук, или в пресс-форме. При прессовании холодных порошков изменяют технологию подготовки помола и смешения.

Для карбонизации связующего и скрепления отдельных зёрен в монолитный материал заготовки обжигают в многокамерных газовых печах при температуре 800—1200 °C. Продолжительность цикла обжига (нагрев и охлаждение) составляет 3-5 недель в зависимости от размера и плотности заготовок. Графитация — окончательная термическая обработка — превращает углеродный материал в графит. Графитацию проводят в печах сопротивления Ачесона или в печах прямого нагрева Кастнера при температурах 2400-3000 °C. При графитировании углеродистых нефтяных заготовок идет процесс укрупнения кристаллов углерода. Из мелкокристаллического «аморфного» углерода получается крупнокристаллический графит, атомная решетка которого ничем не отличается от атомной решетки природного графита.

Некоторые изменения технологического процесса получения искусственного графита зависят от требуемых свойств конечного материала. Так, для получения более плотного материала углеродные заготовки пропитывают (после обжига) в автоклавах один или несколько раз пеком с последующим обжигом после каждой пропитки и графитацией в конце всего технологического процесса. Для получения особо чистых материалов графитацию проводят одновременно с газовой очисткой в атмосфере хлора.

3. Переработка графита для получения композиционных материалов

Антифрикционные углеродные материалы изготавливают следующих марок: обожженный антифрикционный материал марки АО, графитированный антифрикционный материал марки АГ, антифрикционные материалы, пропитанные баббитом, оловом и свинцом марок АО-1500Б83, АО 1500СО5, АГ-1500Б83, АГ-1500СО5, Нигран, Химанит и графитопластовые материалы марок АФГМ, АФГ- 80ВС, 7В-2А, КВ, КМ, АМС.

Антифрикционные углеродные материалы изготавливают из непрокаленного нефтяного кокса, каменноугольного пека с добавкой природного графита. Для получения плотного непроницаемого антифрикционного материала применяют пропитку его металлами. Таким методом получают антифрикционные материалы марок АГ-1500 83, АГ-1500СО5 АМГ-600Б83, АМГ-600СО5 и им подобные. Допустимая рабочая температура на воздухе и в газовых средах, содержащих кислород для АО — 250—300 °C, для АГ — 300 °C (в восстановительных и нейтральных средах 1500 и 2500 °C соответственно). Углеродные антифрикционные материалы химически стойки во многих агрессивных газовых и жидких средах. Они стойки почти во всех кислотах (до температуры кипения кислоты), в растворах солей, во всех органических растворителях и ограниченно стойки в концентрированных растворах едких щелочей.

4. Графит как золотосодержащее сырье

Содержание найденного с помощью ионной масс-спектрометрии золота до десятков раз превышает содержание, выявляемое ранее при помощи химического анализа. В изученных российскими учёными пробах графита содержание золота было до 17,8 г/т — это уровень богатых золотых приисков. О перспективности добычи золота из графитовых руд говорит то, что графитовые месторождения данного типа (позднедокембрийского-раннепалеозойского возраста, если уж совсем точно) широко распространены и в России, и в мире. Они есть в Европе, США, Австралии, Африке — в сущности, легче перечислить где их нет. При этом практически все они когда-то разрабатывались, а сегодня находятся в хорошо обжитых местах, с развитой инфраструктурой, в том числе промышленной. Следовательно, для запуска добычи в них золота и других благородных металлов не нужно затевать стройку на пустом месте, не нужно бороться с суровыми условиями заполярной тундры или экваториальной пустыни. Это облегчает, ускоряет, а главное, удешевляет производство.

6. ОБЛАСТЬ ПРИМИНЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГРАФИТА

В СССР была разработана классификация графитов по основным областям применения. В соответствии с этим и названия марок графита и требования к ним определены по этим основным отраслям промышленности – потребителям.

Природный графит - черный с блеском, жирный, инертный, жаростойкий, хороший проводник тепла и электричества, некоррозийный, антистатичный, смазывающий, устойчивый к высоким давлениям. Каждое из этих качеств делает графит  многосторонним материалом.

Графит и графитосодержащие препараты применяются в сталелитейной, чугунолитейной, нефтяной, химической, газовой промышленности. При производстве огнеупорных изделий, тиглей, угольных щеток, а также в смазках, футеровках, красках электрических экранов, антистатических покрытиях, аккумуляторных батареях, катализаторах, добавках при сверлении, в самосмазывающихся механических частях, таких как подшипники и прокладки, во взрывчатых веществах, для «сухого» бурения в нефтегазовой промышленности, в огнестойких красках и покрытиях, а также как абсорбент.

Основные марки, выпускаемой продукции:

ГЛ  — графит литейный, для бурения и нефтегазодобывающей промышленности, металлообрабатывающей, чугунолитейной и сталелитейной промышленности;

ГТ – графит тигельный, для изготовления огнеупорных изделий, плавильных тиглей;

ГЭ – графит элементный, для производства высококачественных гальванических элементов;

ГАК - графит аккумуляторный, для изготовления активных масс аккумуляторов;

ГСМ - графит специальный малозольный, для производства искусственных алмазов;

ЭУЗ-Э - графит электроугольный, для производства угольных электродов;

ЭУЗ-М – графит для производства электроугольных изделий, электродных изделий и щеток;

ГК – графит карандашный ;

С- сухие коллоидно-графитовые препараты, применяются для приготовления графитовых смесей и смазок.

ГВ - графит вспучивающийся

коллоидно-графитовые препараты, смазочно-охлаждающие жидкости, смазки на основе графита.

Использование тигельного графита (ГТ)  увеличивает теплопроводность изделий, способствует повышению их стойкости к высоким температурам и скорости нагревания. Будучи, практически неплавким и химически инертным ко многим материалам, графит сообщает изделиям высокую инертность, улучшает их качество, придает тиглям гладкую поверхность, к которой плохо пристает расплавленный металл

Графит литейный (ГЛ) применяется в сталелитейной и нефтегазодобывающей промышленности для сухих форм и стержней в качестве противопригарного материала применяются литейные краски, представляющие собой водные суспензии натурального графита с определенными добавками. Литейные краски, создавая на поверхности формы тонкий защитный слой, препятствуют непосредственному соприкосновению легкоплавких минералов формовочной смеси с расплавленным металлом.

Элементный графит (ГЭ) – один из основных материалов применяемых для производства высококачественных гальванических элементов.

Применение элементного графита при изготовлении положительных электродов повышает электропроводность, улучшает контакт между частицами двуокиси марганца, повышая потенциал электрода. Введение элементного графита в состав шихты для производства шамотных форм увеличивает их стойкость, что приводит к значительному повышению производительности конверторов. Элементный графит соответствует требованиям по предельно допустимому содержанию меди и отсутствию примесей свинца, кобальта, никеля, мышьяка, позволяет увеличить срок службы элементов.

Графит марок П и ГС-4  предназначен для изготовления графитовых препаратов и паст, применяемых в качестве смазок, электропроводящей резины, изделий специального назначения и в порошковой металлургии.

Натуральный кристаллический графит применяется при производстве угольных электродов - для электропечей и электролизеров, в которых выплавляются специальные стали, магний, алюминий, ферросплавы и другие цветные и черные металлы. С целью уменьшения переходного сопротивления электрическому току. ГАК широко применяется в качестве добавки для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов.

Электроугольный графит (ЭУЗ-Э, ЭУЗ-М) в виде паст и порошков используется также для уплотнения контактов в стыковых люфтах. Незаменим при изготовлении скользящих контактов /электрощеток/, где наряду с электрическими и механическими свойствами используются, главным образом, его антифрикционные свойства. Изготовленные из графита щетки имеют высокую механическую прочность, выдерживают большую тепловую и электрическую нагрузку, практически нечувствительны к пробою и обладают очень низким коэффициентом трения.

Благодаря способности легко давать черту даже на мягких поверхностях графит является существенной составной частью графитовых карандашей. В карандашном производстве применяется специальныйкарандашный графит (ГК).

Графит ГСМ – специальный графит с высоким содержанием углерода используется для синтеза искусственных алмазов и производства высококачественных смазок.

Графит марок С применяются в качестве компонентов для приготовления графитовых смесей и технологических смазок, изготовления химических и антикоррозийных покрытий, в качестве добавки пластификатора при таблетировании, как компоненты клея для прорезиненных тканей, для контактов и резисторов, для других целей.

В качестве антифрикционных наполнителей, присадок к моторным и трансмиссионым маслам, пигментов в лаках и красках, в других областях промышленности, нашли широкое применение коллоидно-графитовыепрепараты (КГП) и смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) на основе графита.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Графит - распространенный в природе минерал. Различают месторождения кристаллического графита, связанного с магматическими горными породами или кристаллическими сланцами, и скрытокристаллического графита, образовавшегося при метаморфизме углей. Содержание графита в кристаллических сланцах составляет 3-20%, в магматических горных породах 3-50%, в углях 60-85%.

Графит используют для производства графито-керамических плавильных тиглей и огнеупоров, в качестве смазок, производство карандашей, электроугольная промышленность.

Графит попал в книгу рекордов Гиннеса, как обладатель самого высокого диамагнетизма.

Таким образом, поставленная цель достигнута и задачи – решены

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

 

1. Ермолов В. А. Геология. Часть VI. Месторождения полезных ископаемых. Учебник для вузов. 4-е изд., стер. М.: Горная книга, 2009
2. Здорик Т. Б. Минералы и горные породы СССР. М.: Мысль, 1970
3. Поленов Ю.А Основы геологии: курс лекций. Урал. гос. горный ун-т. – 3-е издание. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008.
4. http://geo.web.ru/
5. http://ru.wikipedia.org/