Графит это минерал физические свойства, описание, месторождения и фото камень графит

Описание графита. Свойства графита. Применение графита

Описание и свойства графита

Графит – это природный элемент, легко раскалываемый минерал, одна из модификаций углерода. Графит – материал очень мягкий, легко поддающийся механической обработке, обладает металлическим блеском. Графитовая формула – С (углерод).

Электропроводность графита, фото которого можно посмотреть выше, превышает ртутную электропроводимость в 2,5 раза. Удельное сопротивление электротока с температурой в 0 градусов находится в границах 0,390-0,602 Ом, а его самое низкое значение для различных видов данного элемента одно и то же – 0,0075 Ом.

Элемент отличается повышенной теплопроводимостью, коэффициент которой в 5 раз выше, чем имеет кирпич (0,041). Графитные медные цепочки отличаются более низкой теплопроводностью. Пределы температуры плавления – 3845-3890 С, кипение начинается при 4200 С. Во время сжигания элемента выделяется 7832 ккал тепла. Графит является диамагнитным.

Его основные химические свойства – инертность по отношению к жидкостям, газам и твёрдым веществам, способность растворяться в расплавленных металлах, с точкой плавления превышающей его собственную. На высокой температуре может взаимодействовать с другими элементами.

Не эластичен, но в то же время изгибается и режется. Благодаря жирности и пластичности имеет широкое применение в промышленном производстве. Жирность также позволяет применять его как смазочный материал. Плотность графита 2,23 г/ см3.

Графит отличается слоистой структурой, имеющей свои особенности. Атомы углерода кристаллической решётки графита представляют собой сотовые ячейки: шестиугольники, расположенные рядами. В каждом ряду атомы плотно связаны друг с другом, а ряды между собой имеют слабую связь. Поэтому графит легко сломать даже если только слабо надавить.

Твёрдость по шкале Мооса приравнивается к единице, в то время как у алмаза – десять, несмотря на тот факт, что алмаз и графит – это углеродовые подвиды. Всё дело в кристаллической решётке.

У алмаза один атом углерода связан с четырьмя лежащими рядом. На основе исследований учёные доказали, что кристаллическая решётка графита при температуре выше 1500 С может преобразоваться в решётку алмаза.

В процессе переработки как физические, так и химические свойства графита меняются, поэтому его классифицировали на марки, которые имеют соответствующие  различия. В промышленности отдельная марка графита используется для определённого вида продукции.

Графит подразделяется на естественный (природный) и искусственный. При его производстве учитывают свойства  в зависимости от назначения продукции. Естественный в свою очередь делится на графит кристаллический и скрытокристаллический, представляет собой порошок, похожий на порох.

Производители продукции из графита предъявляют свои требования к сырью в зависимости от его назначения. В соответствии с этим проведена маркировка, и сейчас вырабатываются различные марки графита, имеющие каждая свое предназначение.

Среди них электроугольная, литейная, элементная, аккумуляторная, карандашная, смазочная, а также специальная марка по производству графита для ядерных реакторов. Весь производимый графит должен соответствовать техническим требованиям в зависимости от области  его применения.

Месторождения и добыча графита

Ресурсы графита во всём мире составляют примерно 600 млн т, а его ежегодная добыча свыше 600 тыс. т. Наибольшими запасами владеют Мексика, Китай, Чехия, Бразилия, Украина, Россия, Южная Корея, Канада.

Образовался этот минерал метаморфизацией осадочных пород из органических соединений.

Месторождения графита с давних времён представляют интерес с экономической точки зрения и оцениваются мощностью в миллионы тонн.

Разработка этих месторождений обеспечивает промышленность необходимым сырьём. Натуральный графит встречается в виде плотных кристаллических или волокнистых вкраплений в граниты, известковые породы, гнейсы, слюду.

Он образует большие скопления в виде непрозрачных, серых, землистых или чешуйчатых масс. Цвет графита в пределах от серого стального до чёрного. Кусковой графит добывают подземным способом, а графитовую руду – открытым.

Применение графита

И производители, и обыватели уже давно знакомы с графитовым веществом, зарекомендовавшим себя наличием качеств, которые позволяют применять его не только для производственных процессов, но и в повседневной жизни.

Благодаря таким основным свойствам как электропроводность и огнеупорность, этот минерал нашёл широкое применение в промышленности. Металлургия использует его для изготовления тугоплавких ковшей, форм для сплавов, ёмкостей для кристаллизации. Литейное производство применяет графитовый порошок как смазку форм для литья.

Является одной из составляющих при изготовлении огнеупорного кирпича. Полировочные и шлифовальные пасты получают из графитовых смесей. Учитывая электропроводящие свойства природного элемента, он незаменим для изготовления контактов электроприборов и электродов.

Промышленность по производству графитовых карандашей, смазочных материалов и изготовления красок тоже не обходится без этого вещества.

Стержни для карандашей изготавливаются из чёрного графита, хотя в природе существует серый графит со стальным блеском.

Является наполнителем пластмассы,  с его помощью налажено производство искусственных алмазов.

Даже атомная энергетика оценила свойства графита и взяла его на использование. Машиностроение – материал для подшипников, уплотнительных и поршневых колец. В быту также стали использовать графитовую смазку – обрабатывать автомобильные рессоры, велосипедные цепи, даже дверные петли.

Покрасочным средством, обладающим антикоррозионными качествами является краска графитовая. Она представляет собой однокомпонентную суспензию. В её состав, кроме графитового наполнителя, входят пластификатор и  связующие пигменты. Применяя такую краску, защищают бетонные, стальные, деревянные, алюминиевые, чугунные изделия от коррозии.

В медицине графит зарекомендовал себя как одно из гомеопатических средств при кожных заболеваниях, являющихся следствием внутренних и трудно поддающихся терапии нарушений.

Препятствует образованию спаек и рубцов после воспалений, а также влияет на обменные процессы.

Заболевания, на которые благотворно воздействует графит, сложно перечислить, поэтому он входит в состав многих лекарственных препаратов.

Цена графита

Продажей графита занимаются специализированные компании, занимающиеся добычей и переработкой графита, цены на который достаточно приемлемы. Ценовая категория природного графита зависит от размеров его кристаллов и содержания углерода. Каждый сорт графита имеет свою стоимость – чем выше содержание углерода, тем лучше технические свойства, и тем он дороже.

Реализация данного минерала производится как в розницу, так и оптом. Потребитель может графит купить на выгодных для него условиях. При покупке оптом делается скидка, обеспечивается его доставка. Стоимость зависит и от региональной принадлежности. Средняя цена на графит примерно 45 руб/кг. Готовая продукция стоит дороже.

Графит и его свойства

Графит – уникальный самородный минерал, аллотропная модификация элемента углерода, наиболее устойчивая в земной коре. Свойства графита хорошо изучены и находят широкое применение.

Образуется графит в результате вулканической деятельности при высоких температурах, поэтому и находят его в природе в магматических горных породах, где содержание кристаллического графита может доходить до 50%.

Встречается графит также совместно с вольфрамитом – в кварценосных жилах, совместно с другими минералами – в полиметаллических среднетемпературных месторождениях, а в таких метаморфических породах, как мраморы, гнейсы, сланцы, графит распространен очень широко.

Крупное графитовое месторождение находится в Тунгусском каменноугольном бассейне, образовавшееся в результате высокотемпературного воздействия на уголь – так называемая скрытокристаллическая форма графита, содержание которого лежит в пределах от 60 до 80%.

Структура графита

В кристаллической структуре графита различаются две ее модификации: гексагональную, или а-модификцию, и ромбоэдрическую, или β-модификацию. В альфа-графите каждый атом углерода связан с тремя соседними атомами sp-3-гибридными облаками, образуя кристаллический слой, состоящий из правильных шестигранников.

Каждый слой удерживается с другим, параллельным ему слоем, за счет ван-дер-вальсовских сил. Причем, центры шестигранников верхнего и каждого нижнего слоев совпадают, однако слои смещены относительно друг друга на 0,1418 нм в горизонтальном направлении и в порядке «через один».

Слоистая структура объясняет многие свойства графита.

В бетта-графите атомы слоев связаны между собой точно так же, но чередование горизонтального смещения происходит через два слоя. Ромбоэдрическая структура считается нестабильной, разрушающейся при температуре более 2230о, но в природных графитах с гексагональной структурой встречается до 30% β-модификации графита.

Физические свойства графита

Цвет графита варьирует от железо-черного до стального серого с характерным металлическим блеском. На ощупь минерал жирный, скользкий, пачкает пальцы и бумагу, при механическом воздействии расслаивается на отдельные чешуйчатые частицы. Именно это свойство графита позволяет применять его в карандашах.

По сравнению с алмазом графит обладает меньшей твердостью и плотностью, а также графит электропроводен. Его теплопроводность зависит от степени нагрева и колеблется в пределах от 278,4 до 2435 Вт/(м*К).

Графит обладает чрезвычайной огнеупорностью, его температура сгорания – 38500С.

Химические свойства графита

Графит химически малоактивен: в кислотах не растворяется, с некоторыми солями и щелочными металлами образует соединения наподобие включений. С кислородом воздуха реагирует только при очень высокой температуре, образуя углекислый газ. Возможно фторирование графита с образованием (CF)x.

Применение графита

Техническое применение минерала чрезвычайно разнообразно и обусловлено свойствами графита, главным образом его огнеупорностью и электропроводностью.

Так, в металлургии графит используется для производства тугоплавких тиглей, чехлов для термопар, емкостей для кристаллизации.

В литейном производстве графитовый порошок используется в качестве антипригарной присыпки, а также для смазывания литейных форм.

Из коллоидно-графитовых смесей таких как графит С-1 изготавливают шлифовальные и полировочные пасты.

Хорошие электропроводящие свойства графита позволяют использовать его для производства электродов и контактов некоторых электрических приборов. Кроме производства карандашей, графит используется для изготовления красок и термостойких смазочных материалов, для наполнения пластмасс.

Даже в атомной энергетике замечательные свойства графита находят свое применение, в первую очередь, это его способность замедлять электроны в реакторах. В ракетостроении сопла ракетных двигателей и многие элементы теплозащиты также производятся с применением графита.

Что такое графит? химическая формула и свойства графита

14.05.2018

Бизнес 15 ноября 2016

Графит является веществом, которое встречается в природе. Это одна из модификаций углерода, которая характеризуется определенной кристаллической решеткой. Это обуславливает свойства, которыми обладает графит. В природе углерод встречается в двух основных видах. Это графит и алмаз. Их химическая формула идентична, но физические свойства радикально отличаются.

Именно строение кристаллической решетки влияет на эти характеристики. В ней есть свободные электроны, которые определяют физические свойства вещества. Графит, плотность, виды и область применения которого интересны для множества производств, стоит рассмотреть подробнее.

Основные свойства

Графит представляет собой серое вещество с металлическим блеском. Оно обладает высокой теплопроводностью (3,55 Вт/град./см). Благодаря этому графит активно применяют в различных сферах промышленности.

Этот показатель выше, чем у кирпича, что объясняется наличием подвижных электронов в кристаллической решетке. Они также содействуют хорошей электропроводимости.

Во всех агрегатных состояниях это вещество характеризуется низким сопротивлением току (от 0,4 до 0,6 Ом).

Низкий коэффициент трения и высокая точка плавления обуславливают хорошие герметизирующие качества. Плотность графита (кг/м3) составляет 2,23. Но при этом материал хорошо изгибается и режется.

Структура

Рассматривая, какая плотность у графита, а также свойства и виды, необходимо уделить внимание его структуре. Это слоистое вещество. Его атомы углерода выстраиваются в кристаллическую решетку, похожую на соты. Шестиугольники в одном слое плотно прилегают друг к другу. Однако связь между каждым уровнем слаба. Именно эта особенность позволяет легко сломать графит.

По шкале Мооса твердость материала равна единице. Для сравнения, у алмаза этот показатель равен 10, а у керамогранита – 5. При температуре 1500°С, согласно исследованиям ученых, кристаллическая решетка графита может преобразовываться в алмаз.

В процессе промышленной обработки структура вещества меняется. Вместе с этим у разных марок графита определяются неодинаковые свойства. Если же добытый материал не был обработан искусственно, это природный тип вещества.

Видео по теме

Природный графит

Графит, плотность и свойства которого значительно отличаются в зависимости от марки производителя, в природных условиях встречается в 2 основных вариантах. Первый тип называется гексагональным. Он обладает кристаллической решеткой, в которой половина атомов в каждом слое находится над и под центром шестиугольника.

Вторая модификация – ромбоэдрическая. Каждый четвертый по счету слой повторяет первый. Эта модификация в природе встречается только в виде примесей. Если это вещество нагревать при температуре 2500-3300 К, то его кристаллическая решетка превратится в гексагональную. В естественных условиях материал чаще встречается именно в этом виде.

Состав

В природе графит никогда не встречается в чистом виде. Он содержит довольно большое количество золы (иногда до 20%). Она состоит из множества разных соединений (FeO, MgO, CuO, CaO и т. д.). До 2% массы в природном графите могут занимать газы. Может также присутствовать битум и вода.

Плотность порошка графита меняется в зависимости от дисперсионности, наличия пор. Указанное выше значение может снижаться до 2,09 кг/м3. На ощупь графит жирный. Если его взять руками, на пальцах останется характерный след. Поэтому из такого материала создают стержни для простого карандаша. Он оставляет четкий след на бумаге.

Искусственный графит

Для производства очень важно учитывать, какова плотность графита. Физика дает понять, что чем больше плотность этого вещества, тем больше его теплопроводность. Искусственный графит характеризуется высокой чистотой (до 99%). Это также значительно увеличивает плотность материала.

Производство очищенного графита осуществляется путем термохимических и термомеханических воздействий. Для каждой отрасли производства изготавливается вещество с определенным набором качеств. Это позволяет удовлетворить потребности промышленности в графите с заданными физическими характеристиками.

Маркировка веществ, созданных искусственно, включает в себя разбивку типов материала по сфере назначения. Различают литейный, электроугольный, аккумуляторный, элементный, смазочный и карандашный графит. Существуют также специальные марки, применяемые в ядерных реакторах.

Сфера применения

При производстве задаются определенные свойства графита. Применение этого вещества полностью зависит от них. Графит используют в металлургии при изготовлении тугоплавких форм или ковшей, емкостей.

При литейном процессе порошок из представленного вещества используется в виде смазки. Одной из составляющих огнеупорного кирпича является также графит. Его добавляют в смесь при изготовлении пластмассы.

Для изготовления контактов электроприборов также применяется этот материал. Этому способствуют электропроводные свойства вещества.

Из представленного природного минерала получают искусственные алмазы. Их применяют при изготовлении сверхпрочных режущих инструментов. В машиностроении графитовый порошок выступает материалом для подшипников, а также поршневых и уплотнительных колец. В виде смазочного материала он подходит для обработки велосипедных цепей, автомобильных рессор, дверных петель.

Даже в составе многих лекарственных препаратов можно встретить графит.

Применение в пищевой промышленности

Представленное вещество также широко применяется в пищевой промышленности. Для этого при производстве оно подвергается определенной обработке. Плотность железа, этилового спирта, графита и сахара, по понятным причинам, различна. Но представленный материал может как содержать в себе, так и входить в состав некоторых веществ. Он находится в парафинах, эфирах, спирте и даже в сахаре.

В этом можно убедиться, если провести несложный опыт. Сначала нужно взять кусочек сахара. Его кладут на твердую крышку и накрывают колпачком (можно наперстком). Затем металл, которым накрыт сахар, сильно нагревают. Из-под наперстка со временем станет выделяться едкий дым. Если к нему поднести спичку, газ станет гореть.

Когда дым перестанет выделяться, можно снять наперсток. На крышке остается черная масса. Это уголь. Он представляет собой углерод, из которого и состоит графит.

Нахождение в природе

Графит, плотность которого зависит от его чистоты, находится в природе в довольно больших количествах. Ежегодно во всем мире добывается около 600 тыс. т этого вещества. Наибольшие запасы его сосредоточены в Мексике, Чехии, Китае, Украине, Бразилии, России, Канаде и Южной Корее.

С давних времен месторождения графита вызывали интерес человечества. Сегодня эти природные ресурсы разрабатывают с целью обеспечения промышленности материалами с требуемыми качествами. Графит находят в гранитах, известковых породах, слюде или гнейсах в виде волокнистых или кристаллических вкраплений. Добыча выполняется открытым и подземным способами.

Стоимость графита

Графит, плотность и чистота которого влияют на его стоимость, сегодня реализуется по достаточно приемлемым ценам. На это влияет размер его кристаллов, а также содержание углерода. Чем оно выше, тем дороже стоит графит. При достаточно большом содержании углерода повышаются физические свойства материала. Это ценно для промышленности самых разных отраслей.

Сегодня средняя стоимость графита составляет около 45 руб./кг. Если же его обрабатывали искусственно, стоимость значительно увеличивается. Также цена на природный минерал зависит от расположения месторождения.

Ознакомившись с основными свойствами и характеристиками графита, можно сделать вывод, что от его плотности зависит как стоимость, так и технические качества материала. Поэтому добытый в природе минерал подлежит последующей обработке. Это повышает его качества.

Графит – описание графита, свойства, добыча, применение, производство

Трудно сказать, когда именно человечеству стало известно об этом минерале. Многие ученые считают, что осложнение в этом вопросе связано с тем, что графит похож на другие минералы, которые обладают красящими свойствами. Но археологи нашли глиняную посуду, которая использовалась около 4000 лет назад, и раскрашена была графитом.

Графит – это минерал, который принадлежит классу самородных элементов, относится к одной из модификаций углерода. Структура минерала слоистая, слои сами по себе слабовыраженные, почти плоские и состоят из шестиугольных слоев атомов углерода. Сам по себе графит – мягкий материал, который легко поддается механическому воздействию, а графитовая формула довольна проста С – углерод.

В природе минерал встречается наравне с сопутствующими: пирит, гранат, шпинель. Крупные залежи графита расположены в Тунгусском бассейне, а также таких породах как: кристаллические сланцы, гнейсы и мрамор.

Образование графита зависит от высокой температуры вулканических и магматических пород и от пиролиза каменного угля. Графит также являются частью состава метеоритов.

И занятный факт: в графите в очень незначительных долях присутствуют золото, серебро и металлы платиновой группы.

Месторождение графита

Графит очень востребован в промышленной сфере. Около 600 млн тонн считаются запасами всего мира, а ежегодно его добывают 600 тысяч. Самыми крупными странами, которые занимаются добычей этого минерала являются: Мексика, Россия, Китай, Чехия, Южная Корея, Канада и др.

Помимо стран, указанных выше, существуют и другие крупные месторождения графита. Например, остров Шри-Ланка, с 1834 года – это крупный производитель и поставщик данного минерала.

Точки полезных ископаемых находятся по всему острову, а залежи графита сконцентрированы в центральной и юго-восточной частях.

Представлены две добываемые породы: Хайленд (гранулиты, кварцы, чарнокиты) и Саутвест (гнейсы, кальцифиры).

Чешуйчатые залежи графита в огромной доле находятся на Украине, в Завальевском месторождении. Эта доля связана с архейскими образованиями Тетерево-Бугской серии. Серия представлена силлиманитовыми и гранатовыми гнейсами, кварцами, кристаллическим известняком и т.д. Добываемые минералы имеют промышленное значение и так же пользуются спросом.

Свойства графита

Физические свойства:

• Электропроводность.
• Обладает низкой твердостью, разница с алмазом колоссальная, хотя оба элемента – углеродные подвиды. При закале высокой температурой уровень твердости увеличивается, однако, графит становится более хрупким материалом;
• Теплопроводность графита варьируется от 100 до 357,7 Вт;
• Теплоемкость.

Химические свойства:

• Не растворяется в неокисляющих кислотах;
• При высокой температуре реагирует с кислородом, сгорая до углекислого газа;
• Образует соединение включения с щелочными металлами, солями.

Как физические, так и химические свойства в процессе обработки могут видоизменяться, поэтому графит имеет специальные марки, которые обозначают различия.

Виды графит

В природе графит встречается двух видов:

• Гексагональный, отличительная его черта заключается в кристаллической решетке, в которой половина атомов находится строго над и под центром шестиугольника;
• Ромбоэдрический, его особенность в том, что каждый четвертый слой повторяет первый, а при нагревании 1000° графит принимает гексагональный вид.

Для ведения промышленных работ обязательно учитывать плотность графита, но высокий уровень этого показателя достигается путем создания искусственных видов минерала:

Ачесонофский графит: получение через нагревание смеси из кокса и пека до 2800°;

Рекристаллизованный графит: термомеханическая обработка смеси кокса, пека и природного графита;

Пирографит: пиролиз из газообразных углеродов;

Доменный графит: охлаждение большого объема чугуна;

Карбидный графит: термическое разложение карбидов.

Производство и применение графита

В основном графит применяется в промышленной сфере:

При изготовлении плавильных тиглей из-за стойкости графита к повышенным температурам;

В нагревательных элементах, так как данный минерал обладает химической стойкостью к агрессивным водным растворам, а также электропроводностью;

Для получения алюминия;

В твердых смазочных материалах, для образования густых масс и паст;

Графит выступает наполнителем пластмасс;

Замедлитель нейронов в ядерных реакциях;

При производствн синтетических алмазов;

При изготовлении “простых” карандашей;

Также графит использует при обработке носовой части баллистических ракет и космических аппаратов для тепловой защиты;

Для производства различных элементов и инструментов электрических машин (щетки), электротранспорта, насосного оборудования (лопасти, лопатки) и т.п.

Применение в пищевой промышленности.

Последний пункт заставляет обратить на себя внимание. Прежде чем минерал будет использован в пищевых продуктах, он проходит тщательную обработку. Графит входит в состав парафинов, спиртов, эфирах и сахаре. Насчет сахара достаточно легко убедиться и самостоятельно, если провести небольшой и несложный опыт.

Кусочек сахара нужно положить на твердую поверхность, а сверху плотно закрывают металлическим колпаком. Колпак нагревают, и из-под него должен начать выделяться газ, который нужно поджечь. После того, как газ полностью выгорит, можно поднять колпачок. На поверхности, где был сахар, останется черная масса, которая является углем. Ну а уголь – это и есть углерод, из которого состоит графит.

Графит – важный и ценный материал, который достаточно легко добыть и обработать, но несмотря на это обладает удивительными свойствами. Минерал широко применяется во всех промышленных отраслях и встречается в переработанном виде ежедневно в повседневной жизни.

Графит – свойства, виды, состав и применение

Область применения графита, описание и свойства. Виды природного и искусственного графита – химическая структура, механические и физические характеристики.

Графит (от др.-греч. γράφω — пишу) – это природный материал, относящийся к классу самородных элементов, аллотропная модификация углерода. Он имеет слоистую структуру.

Каждый слой кристаллической решетки графита может по-разному располагаться по отношению друг к другу, образуя политипы. Графит находит свое применение в производственной и промышленной деятельности. Графитовые изделия отличаются повышенными эксплуатационными характеристиками.

Графит устойчив к химическим и природным воздействиям, он достаточно прочный, хорошо проводит электрический ток, отличается низкой твердостью, относительной мягкостью, после воздействия высоких температур затвердевает. Плотность составляет 2.23 г/см3.

Графит имеет металлический блеск и темно-серый цвет. Теплопроводность этого минерала достаточно большая, поэтому его используют для изготовления комплектующих деталей электрооборудования.

Структура и состав графита

Структура имеет свои определенные особенности. Атомы углерода ковалентно связаны между собой.

Модификаций природного минерала существует две:

• α-графит (гексагональный). В данной модификации половина атомов каждого из слоев располагается под и над центром шестиугольника.
• β-графит (ромбоэдрический). В этой модификации графита каждый четвертый слой атомов повторяет первый. В природе он в чистом виде не наблюдается. При температуре от 2500 до 3300К ромбоэдрический графит переходит полностью в гексагональный. Природный материал удобно представляется в гексагональных узлах.

Химический состав графита не отличается чистотой. В большом количестве (до 10-20%) присутствует зола, состоящая из разных составляющих (FeO, SiO2, Аl2O3, MgO, Р2О5, CuO, СаО и др.), газы (до 2%) и битумы, иногда вода.

Цвет преобладает железно-черный, доходя до стально-серого. Имеет сильный металловидный блеск; скрытокристаллические агрегаты не блестят, матовые. Показатель преломления графита Nm==l,93-2,07.

На ощупь жирный, оставляет след на бумаге и пальцах. Удельный вес графита 2,09-2,23 (меняется исходя от степени дисперсности и присутствия тончайших пор), у шунгита 1,84-1,98.

Обладает высокой электропроводностью, что связано с очень плотным расположением атомов в листах.

Графит не плавится, если накаливать в струе кислорода, то сгорает тяжелее в сравнении с алмазом. Улетучивается лишь в пламени вольтовой дуги, не плавясь. В кислотах не растворяется. В смеси с KNO3 порошок при нагревании дает вспышку.

Графит в природе

В природе содержится в гранитах, пирите.

Он образуется в магматических и вулканических горных породах, скарнах и пегматитах при высоких температурах, встречается в кварцевых жилах с различными материалами, широко распространен в мраморе, кристаллических сланцах, гнейсах. В результате пиролиза под воздействием на каменноугольные отложения траппов образуются крупные залежи природного минерала.

Показатели:

• Содержание минералов 2.0%
• Содержание углерода > 98.0%
• Содержание серы 550 ppm
• Температурный диапазон -200…3000°C
• Выщелачиваемый хлорид 50 ppm
• Сжимаемость 40%
• Регенерация 15%
• pH диапазон 0-14
• Проседание под нагрузкой

Виды природного графита:

• тигельный (используется для производства огнеупорных изделий. Он отличается повышенной теплопроводностью и стойкостью к резким температурным перепадам),
• литейный кристаллический (имеет низкий коэффициент расширения, характеризуется прочностью при высоких температурах, используется при отливе деталей),
• аккумуляторный (применяется как добавка, графит используется для производства электродов, отличается повышенными техническими и химическими свойствами),
• для производства стержней для карандашей (тонкодисперсный, мягкий, не содержит примесей железа),
• элементный (графит используется для производства гальванических элементов, отличается повышенной тепло- и электропроводностью),
• электроугольный,
• для изготовления смазок и электропроводящей резины.

Искусственный графит – область применения

Искусственно производится конструкционный, мелкозернистый, антифрикционный и литейный графит. Область применения материала достаточно широкая.

Графит используется для изготовления огнеупорных материалов, электрических машин и установок, в химической, горнодобывающей промышленности, а также на производстве.

Из него также изготавливают стержневые карандаши, краски, покрытия и аккумуляторные батареи. Графит незаменим в ядерной промышленности и в других узконаправленных областях.

Свойства графита

• Характеристики
• Физические свойства
• Добыча
• Применение

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.

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:

не растворяется в кислоте.

плавление графита при температурах меньше 3800 градусов Цельсия невозможно.

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).

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/см3
_|_
104,7
81,4
69,8
58,2

– то же, с р=1,55 г/см3
||
130,3
102,3
79,1
63,9
53,5

Сопротивление разрыву σпц, МН/м2 
||
14,2
15,2
15,9
16,5
17,6

_|_
10,3
11,3
12,0
12,5
13,7

Модуль упругости Е, МН/м2 
||
5880
7100
7350
7500
7840

_|_
2700
3040
3200
3630
3920

Удельная теплоемкость с, кДж/(кг0С)
0,71
1,17
1,47
1,68
1,88

Электросопротивление рэ104, Омсм
16
13
11
10
9

Коэффициент линейного расширения α·106, 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.

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.

Что такое графит? Химическая формула и свойства графита

Графит представляет собой природный элемент, неметалл; мягкий, легко раскалываемый минерал, относится к классу самородных элементов; является одной из аллотропных модификаций углерода.

Это значит, что он принадлежит к группе веществ, имеющих единый химический состав, одну формулу (в случае с графитом это – углерод), но имеющих существенные различия в строении и свойствах.

Кристаллическая решётка состоит из параллельных слоёв, состоящих из шестиугольников правильной формы.

Известно несколько политипов графита, что обусловливается особенностями структуры: слои кристаллической решётки могут быть расположены относительно друг друга по-разному, в результате возможно существование нескольких структур с разной последовательностью укладки слоёв кристаллической решётки.

Существует и аморфная разновидность этого элемента – шунгит. В пределах одного слоя атомы связаны друг с другом плотно, а связь между их слоями намного слабее; поэтому графит довольно легко сломать, даже при небольшом усилии.

Наиболее обширные и богатые месторождения находятся в России, Южной Корее, Канаде, Украине, Чехии, Бразилии, Китае, Мексике, Шри-ланке, Индии, Швеции.

В природе встречается в зоне каменного угля в виде плотных, кристаллических или же волокнистых включений в известковые и гранитные руды, слюду; в кристаллических сланцах, в магматических породах.

Образование

Образуется в вулканических горных породах при условии воздействия высоких температур. Масштабные залежи формируются в результате термического разложения каменного угля. Может быть различными способами синтезирован в искусственных условиях.

Свойства хорошо изучены и благодаря им данный элемент широко применяется.

Физические свойства графита

• цвет – в диапазоне от стального серого до чёрного;
• металлический блеск;
• “пишет” на поверхностях;
• электрический ток проводит хорошо;
• отличается повышенной теплопроводимостью;
• по шкале Мооса графит имеет низкую плотность – 1 (относительно мягкий) – в отличие от другой аллотропной модификации углерода – алмаза, который имеет максимальный индекс прочности по той же шкале;
• устойчив к нагреванию при условии отсутствия воздуха, не плавится;
• в случае воздействия трением расслаивается на отдельные частицы (данное свойство, например, используется при производстве карандашей).

Химические свойства

Химическая формула – С.

• способен реагировать с солями, щелочными металлами;
• в условиях высоких температур реагирует с кислородом;
• фторируется;
• в неокисляющих кислотах не растворяется.

Применение графита

Данный элемент является прочным лёгким в обработке материалом, благодаря чему снискал широкое применение в самых различных отраслях – машиностроении, металлургии, строительной отрасли и ювелирном деле.

В результате переработки физико-химические свойства могут изменяться, в связи с чем различают несколько марок, обладающих разными физико-химическими параметрами. Главным критерием для разделения на марки является степень очистки.

• Подлежит переработке с целью получения композиционных материалов. Углеродные материалы химически устойчивы по отношению ко многим агрессивным жидкостям, в растворах солей и органических растворителей.
• Изготовление плавильных плит (это возможно благодаря термостойкости в условиях вакуума и химической устойчивости к целому ряду веществ).
• Высокая электропроводность и химическая устойчивость делает возможным применение графита для изготовления нагревательных электродов.
• При получении химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений.
• Компонент смазочных материалов – твёрдых, жидких, комбинированных.
• В качестве наполнителя пластмасс.
• В комбинации с каолином графит используется для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей.
• Изготовление тепловой защиты носового отдела возвращаемых космических аппаратов.
• Для изготовления синтетических (искусственных) алмазов.
• Компонент токопроводящих клеёв.
• Используется в качестве одного из компонентов при изготовлении огнеупорного кирпича.
• Является одним из компонентов покрасочных средств, имеющих антикоррозионные свойства (так называемая графитовая краска), такие составы применяются для защиты чугунных, деревянных, алюминиевых, стальных и бетонных изделий.
• В медицине – компонент одного из гомеопатических средств, показанных при кожных заболеваниях.

Человечеству графит известен с древнейших времён, однако подробных сведений о его применении не получено в связи со сходством красящих свойств с аналогичными свойствами других химических соединений.

Алмаз и графит: физические свойства и таблица характеристики

Для обычного человека алмаз и графит – это два совершенно не похожих и никак не связанных друг с другом элемента. Алмаз вызывает ассоциации с переливающимися драгоценностями, вспоминается выражение «блестит как алмаз». Графит – нечто серое, то, из чего обычно делают карандашные грифели.

Понятие и основные характеристики минералов

Алмазом называют прозрачный кристалл, не имеющий цвета, обладающий высокими характеристиками преломления света. Выделяют следующие основные свойства минерала:

Неоднороден по составу и содержит небольшие доли примеси железа, магния, азота, алюминия и других элементов, которые могут придавать алмазу голубоватый, красноватый и даже черный оттенки.

Благодаря своему химическому составу минерал обладает хрупкостью, раскалываясь на мелкие кусочки при сильном ударе.

Жесткость, благодаря чему алмаз незаменим при создании абразивных инструментов.

Стойкость к воздействию кислот и щелочей, растворяющих даже металлы.

Основная характеристика алмаза – метастабильность, то есть способность при обычных условиях долгое время сохранять неизменное состояние.

Твердость, при которой ни один другой минерал не способен нанести вред алмазу.

Природа зарождает как алмазы определенных форм, так и в нескольких кристаллических формах, что обусловлено его внутренним строением. Ярко выраженные кристаллы имеют форму куба или тэтраэдра с плоскими гранями. Иногда грани кажутся рельефными из-за наличия невидимых глазу многочисленных наростов и преобразований.

Графит представляет собой кристаллическое вещество серо-черного цвета, обладающее металлическим блеском. По составу графит имеет слоистую структуру, его кристаллы состоят из мелких тонких пластинок. Это очень хрупкий минерал, напоминающий по внешнему виду сталь или чугун. У графита низкая теплоемкость, но высокая температура плавления. Кроме того, этот минерал:

• хорошо проводит тепло и электричество;
• имеет высокую огнеупорность;
• устойчив к кислотам и любым видам химических реагентов;
• имеет маленький коэффициент трения;
• смешивается с любыми веществами.

На ощупь графит жирный, а при проведении по бумаге оставляет следы. Это происходит из-за того, что атомы кристаллической решетки слабо связаны.

к оглавлению ↑

Отличие графита от алмаза, особенности строения и процесс перехода одного минерала в другой

Алмаз и графит – аллотропные по отношению друг к другу минералы, то есть имеют различные свойства, но являются разными формами углерода. Их основное отличие заключается лишь в химическом строении кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка алмаза имеет вид тэтраэдра, в котором каждый атом окружен еще 4 атомами и является вершиной соседнего тэтраэдра, образуя бесконечное множество атомов, имеющих прочные ковалентные связи.

Графит на атомном уровне состоит из пластов шестиугольников с вершинами-атомами. Атомы хорошо связаны между собой только на уровне пластов, но пласты между собой сильной связи не имеют, что делает графит мягким и нестойким к разрушению. Именно эта особенность и позволяет получить из графита алмаз.

Физические и химические свойства алмаза и графита хорошо видны из таблицы.

ХарактеристикаАлмазГрафит

Строение атомной решетки
Кубическая форма
Гексагональная

Светопроводимость
Хорошо проводит свет
Не пропускает свет

Электропроводимость
Не обладает
Имеет хорошую электропроводимость

Связи атомов
Пространственные
Плоскостные

Структура
Твердость и хрупкость
Слоистость

Максимальная температура, при которой минерал остается неизменным
720 по Цельсию
3700 по Цельсию

Цвет
Белый, голубой, черный, желтый, бесцветный
Черный, серый, стальной

Плотность
3560 кг/м.куб.
2230 кг/м.куб.

Использование
Ювелирное дело, промышленность
Литейное производство, электроугольная промышленность.

Твердость по шкале Мооса
10
1

Химическая формула алмаза и графита одна и та же – углерод (С), но процесс создания в природе разный. Алмаз возникает при очень высоких давлениях и мгновенном охлаждении, а графит, наоборот, при низком давлении и высокой температуре.

Выделяют следующие методы получения алмазов:

Процесс превращения графита в алмаз под воздействием высокой температуры (около 3000 С) и давления (примерно 1010 Па) путем изменения ковалентных связей.

Для этого необходимо разрушить атомную решетку графита либо снизить ее энергию для перестройки в другой вид.

Для оказания такого каталитического действия используют специальные агенты, в роли которых, как правило, выступают какие-либо металлы или их сплавы.

Необходимое для процесса преобразования давление создается при помощи прессов на гидравлике в специальных камерах. Раствор графита и агента, который облегчает синтез металла, нагревается электрическим током до нужной температуры.

Процесс занимает от нескольких минут и может длиться несколько часов. Полученные в результате алмазы охлаждают и снижают давление в камере.

Алмазы, полученные таким способом, получаются довольно грязными и мутными, имеющими пористую структуру.

Еще один метод получения алмазов, который пока не используется в широком промышленном применении – ударная волна, взрыв, для сжатия графита, получения алмазной пыли для дальнейшего использования в промышленности. Для этого используют либо обычное взрывчатое вещество, либо взрыв проволокой токовыми импульсами. При таком способе кристаллы алмаза получаются очень чистыми и прозрачными, высокого качества, имеющие форму природного алмаза, но маленькими.

Для ускорения процесса создания в камеру с алмазом добавляют метан, который разрушается до углерода при определенных условиях. В результате получаются камни черного цвета формы куба с прочностью натурального камня. На выходе получается вещество под названием кабрид, но именуется он алмазом из-за содержания его в своем составе.

Выращивание с помощью катализаторов. В основном используют железо, платину и никель. На выходе получаются маленькие камни черного или темно-серого цвета, имеющие форму квадрата. В зависимости от катализатора, давления и температуры получаются разноцветные кристаллы.

Процесс алмаза в графит аналогичен. Разница лишь в показателях давления и температуры.

к оглавлению ↑

Месторождение минералов

Алмазы пролегают на глубинах более 100 км при температуре 1300 ̊С. От взрывной волны вступает в действие кимберлитовая магма, образуя так называемые кимберлитовые трубки, которые и являются коренными месторождениями алмазов.

Кимберлитовая трубка названа в честь африканской провинции Кимберли, где она и была впервые открыта. Породы с алмазными залежами называют кимберлитами.

Самые известные ныне месторождения находятся в Индии, Южной Африке и в России. На коренных месторождениях, состоящих из кимберлитовых и лампроитовых трубок, добывают до 80% всех алмазов.

Найти алмазы в добытой породе помогают рентгеновские лучи. Большинство найденных камней используется в промышленности, так как не обладают достаточными характеристиками для ювелирной области. Промышленные камни разделяют на 3 вида:

• борт – мелкие камни, имеющие зернистую структуру;
• баллас – камни круглой или грушевидной формы;
• карбонадо – камень черного цвета, получивший свое название из-за сходства с углем.

Любопытно, что наиболее крупные и выдающиеся по характеристикам алмазы получают свое уникальное название. Самые известные из них – «Шах», «Звезда Минаса», «Кохинур», «Звезда Юга», «Президент Варгас», «Минас-Жерайс», «Английский алмаз Дрездена» и др.

Графит образуется в результате видоизменения осадочных пород. Мексиканские, ногинские и мадагаскарские графитовые месторождения богаты рудой с графитом низкого качества. Менее распространенные – ботогольский и цейлонский тип, отличаются рудой, богатой высоким содержанием графита. Крупнейшие известные месторождения находятся на Украине и в Краснодарском крае.

к оглавлению ↑

Сфера применения

Алмаз и графит используют гораздо шире, чем может показаться на первый взгляд. Алмазы нашли свое применение в следующих сферах:

• Ювелирная сфера. Алмазы чаще всего ограняют и используют как бриллианты. Для их создания используют только камни высокого качества, на долю которых приходится лишь около 20% всех добытых камней.

  Наука продвинулась далеко вперед и сегодня все чаще используются искусственные бриллианты вместо настоящих, однако даже непрофессионал, имея некоторый опыт, сможет узнать подделку, вооружившись лишь лупой и магнитом.

  При ближайшем рассмотрении ненастоящий камень содержит частицы металлических крапинок на поверхности и имеет оттенок желтизны на гранях.

  Также, имея усиленные магнитные характеристики, поддельный синтетический бриллиант при проведении магнитом сдвинется за ним.

  В создании синтетических бриллиантов используется кристаллический углерод, поэтому, при создании нужного давления и температуры бриллианты создают из всего, что богато углеродом, даже из человеческих останков.

  В Китае, например, научились перерабатывать в бриллианты диоксид углерода и калий, получая совсем крошечные, 1,2 миллиметровые камни. Искусственные бриллианты создаются также из прессованной бриллиантовой пыли, которая остается от производства алмазов, однако получаются настолько хрупкими, что бьются как стекло.

• Техническая сфера. Здесь применяют второсортные алмазы с трещинами и дефектами, как в целом виде, так и отдельные осколки, непригодные для изготовления целого камня. Технические алмазы имеют подвиды:
  • алмазы определенной формы для изготовления подшипников, сверл, наконечников и др.;
  • необработанные камни;
  • мелкие камни с дефектами, годные только для измельчения в алмазный порошок.

  Алмазный порошок применяют в изготовлении мельчайших элементов (например, в часах). Это позволяет достичь высокой точности работы деталей. Алмазные диски, абразивные инструменты содержат в своем составе алмазный порошок.

  Алмазные иглы, применяемые в электронике, это необработанные кристаллы, от природы имеющие острую вершину, либо их остроконечные осколки. В промышленности алмазы применяют в буровых установках, что увеличивает их производительность. Благодаря своей теплопроводимости и изоляционным свойствам алмазные прослойки используются в микросхемах, счетчиках и других компонентах.

В процентном соотношении использования алмазов выглядит так:

Инструменты, машинные детали – 60%.

Обрамление шлифовочных кругов -10%.

Переработка проволоки-10%.

Бурение скважин – 10%.

Ювелирные изделия, мелкие детали – 10%.

Что касается графита, то в чистом виде он практически не используется, а подвергаются предварительной обработке, хотя в разных сферах используется графит разного качества.

Для канцелярских карандашей используют графит высочайшего качества. Наиболее широкое применение нашло в литейном производстве, обеспечивая гладкую поверхность различных форм стали.

Здесь используется практически необработанный графит.

Электроугольная промышленность наряду с природным использует искусственно созданный графит, также получивший широкое применение благодаря особой чистоте и постоянству состава. Электропроводимость сделала графит материалом для электродов электрических приборов. В металлургии используется как смазочный материал.

Алмаз же, призванный радовать своей красотой, неоценим для экономики, принося огромные доходы от применения в ювелирной промышленности.