Производство графита: натурального и искусственного

В промышленности используется два вида графита – натуральный и искусственно синтезированный. Их производство значительно отличается по технологии, а также используемым материалам.

Особенности производства натурального графита

Минерал графит встречается в природе в различных видах:

  • Чешуйчатом (в виде отдельных рассеянных чешуек);
  • Листовом (так называемый кристаллический чешуйчатый материал);
  • Скрытокристалическом (используют также термин аморфный графит).

Все природные виды минерала не являются чистыми и содержат различное количество примесей. При производстве графита проводят специальные анализы, позволяющие определить процент и содержания.

В графитовой руде могут содержаться:

  • Ографиченный углерод (собственно графит);
  • Летучие добавки (газы, в том числе непревращенный углерод, а также вода);
  • Зола (минералы-спутники).

Содержание графита в разных видах руд различается:

  • В чешуйчатых, как правило, доля минерала составляет 2-15%;
  • В плотнокристаллических – от 35-40% и выше.

В случаях, когда содержание углерода колеблется в пределах 20-40%, технология производства графита включает в себя обогащение руд. Для этого применяется рудоразборка или флотация.

Рудоразобрка – это процесс отбора кусков руды или примесей из разбираемой массы. Проводится при производстве графита из скрытокристаллических руд. Они размалываются, после чего разбираются.

Обогащают графит и при помощи флотации:

  • Пенной (наиболее распространенный вариант);
  • Масляной (в России ее применяют с начала XX века).

Особенности производства искусственного графита

Помимо натурального минерала, широкое применение нашел также искусственный графит. Он отличается невысокой кристалличностью, а также чистотой.

Разновидности искусственного графита:

  • Доменный (при его изготовлении используют отходы доменного производства);
  • Коксовый (производят из нефтяного кокса);
  • Реторный (получают при добыче из угля светильного газа);
  • Ачесоновский (добываю в электропечах при перекристаллизации антрацита).

Наиболее распространенная схема производства искусственного графита

Используемое для производства графита сырье (кокс, пек) готовят: дробят, прокалывают, размалывают. Далее из него и связующего создают углеродную массу. Ее подвергают обжигу, во время которого происходит карбонизация, и отдельные частицы углеродных материалов связываются в монолитное тело. Последнее подвергают кристаллизации (также этот процесс называют графитацией). Нередко полученный графит пропитывают разными видами синтетических смол (фенольных, фурановых) или пеком – это позволяет уменьшить пористость материала. После пропитки повторяют обжиг и графитацию. Таких циклов может быть до пяти.

Другие способы получения искусственного графита

При использовании для производства графита пиролиза, углероды, имеющие газообразную форму, подвергают данному процессу. Образовавшийся углерод осаждают на графитовую подложку. Часть осадков имеет упорядоченную кристаллическую структуру. Полученный материал называют пирографитом.

Рекристаллизированный графит производят из смеси пека, кокса, карбидообразующих элементов с высокой температурой плавления и природного минерала (его доля составляет до 20%). Такую смесь подогревают в пресс-формах из графита. Температура нагрева должна превышать на 100-150 градусов температуру плавления смеси углерода и карбида. При этом играет роль время нагрева (оно исчисляется десятками минут) и давление (40-50 МПа).