Grafito Natural
El grafito natural es una forma de carbono que se encuentra en la naturaleza y se caracteriza por sus propiedades físicas y químicas, como su alta conductividad térmica, lubricidad y conductividad eléctrica. Se forma a lo largo de millones de años mediante la lenta descomposición de materiales orgánicos y puede extraerse de las minas y procesarse para su uso en una variedad de aplicaciones industriales, incluidas baterías, lubricantes y refractarios.
Ventajas del grafito natural
Alta conductividad térmica:El grafito natural es un excelente conductor térmico debido a sus propiedades de alta conductividad térmica. Esto lo convierte en un material preferido en una amplia gama de aplicaciones que requieren disipación de calor.
Baja resistividad eléctrica:El grafito tiene una resistividad eléctrica muy baja y es un excelente conductor eléctrico. Esto lo convierte en una excelente opción en aplicaciones que requieren conductividad eléctrica, como contactos y electrodos eléctricos.
Estabilidad química:El grafito natural es resistente a la mayoría de las reacciones químicas y es inmune al ataque de ácidos y álcalis. Esto lo convierte en una excelente opción en aplicaciones de procesamiento químico.
Lubricidad:El grafito natural presenta buena lubricidad y es un excelente lubricante seco. Se utiliza en una amplia gama de aplicaciones como material de recubrimiento, incluidas piezas de motores, moldes y cojinetes.
Baja fricción:El grafito natural tiene un bajo coeficiente de fricción, lo que lo hace ideal para su uso en aplicaciones donde se desea una baja fricción, como en la construcción de frenos y embragues.
Estabilidad térmica:El grafito puede mantener sus propiedades a altas temperaturas, lo que lo convierte en un material perfecto para su uso en aplicaciones de alta temperatura, como refractarios y elementos calefactores industriales.
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Tipos de grafito natural
Grafito amorfo
El grafito amorfo es el menos grafítico de los tres tipos principales. Se forma cuando el material carbonoso sufre un metamorfismo de bajo grado, lo que significa que el material original no se calentó a una temperatura lo suficientemente alta durante el tiempo suficiente para formar cristales. El grafito amorfo se encuentra típicamente como partículas pequeñas y oscuras en rocas sedimentarias como el carbón y el esquisto.
Grafito en escamas
El grafito en escamas se forma cuando el material carbonoso se somete a un metamorfismo de alto grado. Este tipo de grafito tiene un mayor contenido de carbono que el grafito amorfo y normalmente se forma en escamas o placas. El tamaño, la forma y la pureza de las escamas varían según las condiciones en las que se metamorfoseó el material original.
Grafito de vena
Se cree que el grafito veteado, también conocido como grafito en trozos, tiene orígenes hidrotermales. Ocurre en fisuras o fracturas y aparece como intercrecimientos laminares masivos de agregados cristalinos fibrosos o aciculares. El tamaño, la forma y la pureza del grafito veteado varían según las condiciones en las que se metamorfoseó el material original. En comparación con el grafito en escamas y amorfo, el grafito veteado tiene un mayor contenido de carbono y es el tipo de grafito más deseable.
¿Para qué se utiliza el grafito natural?
El grafito natural se utiliza principalmente en refractarios, baterías, acería, grafito expandido, pastillas de freno, superficies de fundición y lubricantes.
Material refractario
El uso de grafito como material refractario (resistente al calor) comenzó antes de 1900 como crisol de grafito para contener metal fundido; esta es una pequeña parte de los refractarios actuales. A mediados de la década de 1990, los ladrillos de carbono y magnesia cobraron importancia, seguidos de las formas de alúmina y grafito. A partir de 2017, el orden de importancia son los perfiles de alúmina-grafito, los ladrillos de carbono-magnesita, los monolíticos (mezclas de pistola y apisonamiento) y luego los crisoles.
El crisol comienza a utilizar grafito en escamas muy grandes, mientras que los ladrillos de carbono y magnesia no necesitan ese grafito en escamas grandes; Para estos y otros aspectos, el tamaño de hoja requerido es ahora más flexible y el grafito amorfo ya no se limita a refractarios de baja gama. Los perfiles de alúmina y grafito se utilizan como piezas fundidas continuas, como boquillas y ranuras, para transportar acero fundido desde la cuchara al molde, y los ladrillos de magnesia se disponen en convertidores y hornos de arco eléctrico para soportar temperaturas extremas. Los bloques de grafito también se utilizan en componentes de revestimiento de altos hornos, en los que la alta conductividad térmica del grafito es muy importante para garantizar el enfriamiento completo del fondo del horno y del horno. Generalmente se utilizan monolitos de alta pureza como revestimiento continuo en lugar de ladrillos de carbono y magnesia.
Batería
El uso de grafito en baterías ha aumentado desde la década de 1970. El grafito natural y sintético se utiliza como material anódico para la construcción de electrodos en las principales tecnologías de baterías.
La demanda de baterías, principalmente de Ni-MH y Li-ion, provocó un aumento de la demanda de grafito a finales de los 80 y principios de los 90, aumento impulsado por los dispositivos electrónicos portátiles, como los reproductores de CD portátiles y las herramientas eléctricas. Los ordenadores portátiles, teléfonos móviles, tabletas y smartphones han aumentado la demanda de baterías. Se espera que las baterías de vehículos eléctricos aumenten la demanda de grafito. Por ejemplo, la batería de iones de litio del Nissan Leaf totalmente eléctrico contiene casi 40 kilogramos de grafito.
Se está estudiando como combustible el grafito radiactivo procedente de antiguos reactores nucleares. Las baterías de diamante nuclear tienen el potencial de proporcionar energía a largo plazo para productos electrónicos y la Internet de las cosas.
siderurgia
El grafito natural en la fabricación de acero se utiliza principalmente para aumentar el contenido de carbono en el acero fundido; También se puede utilizar para lubricar matrices utilizadas para extruir acero caliente. Los aditivos de carbono enfrentan precios competitivos frente a alternativas como el polvo de grafito sintético, el coque de petróleo y otras formas de carbono. Se agrega un carburador para aumentar el contenido de carbono del acero a un nivel específico.
Pastillas de freno
El grafito natural amorfo y de escamas finas se utiliza para pastillas de freno o zapatas de freno de vehículos más pesados (no automotrices) y se vuelve importante como alternativa al asbesto. Este uso ha sido importante durante mucho tiempo, pero los componentes orgánicos sin amianto (NAO) comenzaron a reducir la cuota de mercado del grafito.
Superficie de fundición y lubricante
La solución de limpieza de moldes para fundición es un tipo de recubrimiento de grafito amorfo o de escamas finas a base de agua. Úselo para pintar el interior del molde y déjelo secar, dejando una fina capa de grafito para facilitar la separación de la fundición después de que se enfríe el metal caliente. El lubricante de grafito es un producto especial que se utiliza a temperaturas muy altas o muy bajas. Se utiliza como lubricante para matrices de forja, agente antiatascos, lubricante para engranajes de maquinaria minera y cerraduras lubricantes. Existe una gran necesidad de grafito de grano bajo o, mejor aún, de grafito no granulado (pureza ultraalta). Puede utilizarse como polvo seco en agua o aceite, o como grafito coloidal (suspensión permanente en líquido). El metal también se puede impregnar de grafito para formar una aleación autolubricante para aplicaciones en condiciones extremas, como rodamientos de máquinas expuestos a temperaturas altas o bajas.
La diferencia entre grafito artificial y grafito natural
El desarrollo del cristal de grafito natural es más perfecto y el grado de grafitización del grafito a escala es superior al 98%, mientras que el grado de grafitización del grafito microcristalino natural suele ser inferior al 93%.
El grado de desarrollo de los cristales de grafito artificiales depende de la materia prima y de la temperatura del tratamiento térmico. En general, cuanto mayor sea la temperatura del tratamiento térmico, mayor será el grado de grafitización. En la actualidad, el grado de grafitización del grafito artificial producido por la industria suele ser inferior al 90%.
El grafito a escala natural es un monocristal con estructura tisular simple, sólo defectos cristalográficos y macro anisotropía. Los granos de grafito microcristalino natural son pequeños, están desordenados y tienen agujeros después de la eliminación de impurezas, que son isotrópicos macroscópicamente.
El grafito artificial puede considerarse como un material multifásico, incluida la fase de grafito transformada por partículas de carbono como el coque de petróleo o el coque de asfalto, el aglutinante de asfalto de carbón, la acumulación de partículas o los poros formados por el aglutinante de asfalto de carbón después del tratamiento térmico; El grafito natural suele existir en forma de polvo y puede utilizarse solo, pero normalmente combinado con otros materiales. Hay muchas formas de grafito artificial, tanto en polvo como fibroso y en bloques, mientras que el grafito artificial estrecho suele ser en bloques, que deben procesarse para darle una determinada forma cuando se utilizan.
¿Cómo se produce el grafito natural?
El grafito natural se transforma a partir del carbono en rocas, carbón y depósitos fundidos. El principal método de producción de grafito natural es a través de la actividad volcánica y magmática dentro de la tierra, que convierte la celestita y el lignito de las rocas y el carbón en grafito a altas temperaturas y presiones. Durante este proceso, las altas temperaturas y presiones hacen que gradualmente se formen cristales de grafito, que luego se depositan en la roca o el carbón.
La extracción de grafito natural también es un proceso complejo. Inicialmente, el grafito se encontró mediante exploración y prospección geológica. Los trabajadores perforaban roca o carbón y usaban herramientas de voladura para exponer los cristales de grafito. A continuación, los trabajadores separan los cristales de grafito del carbón o la roca, luego los trituran y criban en partículas que van desde unos pocos milímetros hasta varios centímetros.
El grafito natural debe procesarse y refinarse aún más para diversos usos industriales y de fabricación. El procesamiento incluye molienda, cribado, remojo, lavado, concentración y filtración. Durante estos procesos, el grafito se separa y purifica para eliminar impurezas e impurezas del mismo. Después de una serie de procesamiento y procesamiento, el grafito natural se convierte en productos de diferentes formas y tamaños, como escamas, polvos, bloques y varillas, etc., que pueden usarse para fabricar minas de lápiz, recubrimientos, baterías, cerámica, grafeno y otros productos.
Métodos para mejorar el rendimiento del ánodo del grafito natural
Esferificación
El grafito natural en escamas es anisotrópico y el espacio entre capas es pequeño, y estas deficiencias pueden mejorarse mediante la esferoidización. El proceso de esferoidización es en realidad equivalente al proceso de granulación del grafito natural en escamas. El grafito en escamas choca, se rompe y se curva bajo el impacto del flujo de aire para formar un núcleo, y las escamas finas con tamaños de partículas más pequeños se adhieren a la superficie del núcleo para formar grafito esférico. Actualmente, en la industria del grafito, el tamaño de partícula del grafito esférico se controla principalmente en 8-23μm.
Un tamaño de partícula excesivamente pequeño conduce a una superficie específica excesivamente grande, lo que provoca reacciones secundarias excesivas en el proceso de formación del material del ánodo, un consumo excesivo de iones de litio y una eficiencia de carga y descarga inicial reducida. Por el contrario, si el tamaño de partícula es demasiado grande, el área de contacto entre las partículas de grafito y el electrolito es pequeña y la distancia de difusión de los iones de litio es demasiado grande, lo que afectará su capacidad específica.
Sin embargo, el grafito en escamas producirá ciertos poros durante el proceso de esferoidización, lo que afecta en cierta medida el ciclo de vida y el rendimiento del material del ánodo. Por otro lado, el rizado, plegado y apilamiento apretado de las escamas de grafito dentro del grafito esférico provocará un cierto grado de concentración de tensión en el interior, lo que intensificará la disociación y el desprendimiento de las escamas de grafito hasta cierto punto, provocando así un fenómeno anormal de almacenamiento de litio. En la actualidad, la calidad del grafito esférico se juzga principalmente por indicadores físicos como la densidad del grifo, la distribución del tamaño de las partículas y el área de superficie específica.
Revestimiento
La esferificación por sí sola no es suficiente, porque después de la esferoidización, los bordes de las escamas del grafito natural en escamas quedan directamente expuestos en la superficie del grafito esférico, lo que afecta la estabilidad de los materiales del ánodo. Por lo tanto, también es necesario recubrir una capa modificada de material de carbono amorfo o metal y su óxido sobre la superficie del grafito esférico para mejorar la compacidad y estabilidad de la película interfacial de electrolito sólido (SEI).
En la actualidad, el material de revestimiento es generalmente asfalto. El betún es una mezcla de componentes complejos, con diferentes contenidos de componentes, insolubles en tolueno e insolubles en quinolina. El punto de reblandecimiento, la tasa de residuos de carbono y la microestructura de la capa de recubrimiento después de la carbonización son bastante diferentes, lo que tiene una gran influencia en el rendimiento del ciclo. Además, como materiales de revestimiento se pueden utilizar materiales de resina, maleato de sodio, óxido de aluminio, etc.
Debido al gran espacio entre las capas de carbono amorfo y la difusión relativamente fácil de los iones de litio, esto equivale a construir una capa amortiguadora para la difusión de los iones de litio en la superficie del grafito esférico. Después de la esferoidización y la modificación del recubrimiento, la capacidad específica, la eficiencia del primer ciclo y el rendimiento del ciclo del material del ánodo de grafito natural se han mejorado significativamente. En esta etapa, se utiliza principalmente en el campo de los productos electrónicos digitales y de pequeña potencia 3C.
Otros
En la actualidad, aumentar el canal de migración rápida de iones de litio mediante la construcción de una estructura de poros en la superficie del grafito es también uno de los medios eficaces para mejorar el rendimiento de la velocidad del grafito natural. Además, el tratamiento de microexpansión es otro método común para mejorar el rendimiento del grafito natural, que reduce la resistencia a la difusión de los iones de litio al regular el espaciado entre capas del grafito. En la actualidad, el proceso más común de tratamiento de microexpansión es la oxidación química. Además del proceso, la selección de reactivos y la optimización de las condiciones operativas del proceso también son una de las direcciones importantes para mejorar el rendimiento de la velocidad de los materiales anódicos.
¿Cómo se extrae el grafito natural?
La minería de grafito natural se divide principalmente en dos métodos: minería a cielo abierto y minería subterránea.
La minería a cielo abierto se refiere principalmente a la minería en la que los depósitos de grafito están expuestos en la superficie. El mineral de grafito generalmente se sacude mediante voladuras y luego se carga y transporta mediante un cargador. Finalmente, el concentrado se obtiene tras trituración, molienda y otros procesos.
La minería subterránea se refiere a la excavación de depósitos de grafito mediante métodos de excavación subterránea. La minería subterránea se divide en dos métodos: método de trabajo de tajo largo y método de trabajo de cámara y pilar. El método de trabajo de tajo largo utiliza un método de minería a cielo abierto, y el método de trabajo de sala y pilar utiliza un método de alternancia de salas y pilares para la minería. En la minería subterránea, generalmente se requieren maquinaria y equipos de minería, como tuneladoras, raspadores rotativos, etc., para la excavación y el transporte.
¿Cuál es la perspectiva futura del grafito natural?
El grafito natural tiene buena conductividad eléctrica, conductividad térmica y estabilidad química. Es un material industrial importante y tiene amplias perspectivas de aplicación. Estas son las perspectivas de futuro del grafito natural
Baterías de iones de litio
El grafito natural es actualmente el principal material anódico de las baterías de iones de litio. En el futuro, con el aumento de la demanda del mercado de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía, el mercado de baterías de iones de litio seguirá expandiéndose y la demanda de grafito natural también seguirá creciendo.
Energia nueva
El grafito natural se utiliza ampliamente en nuevos campos energéticos, como las células solares, las pilas de combustible y los supercondensadores. El desarrollo futuro de estos campos también brindará más oportunidades de desarrollo para el grafito natural.
Recubrimientos de alto rendimiento
El grafito natural se puede utilizar para producir recubrimientos de alto rendimiento. En el futuro, con la continua expansión del mercado de recubrimientos y la mejora de los requisitos de rendimiento del producto, también aumentará la demanda del mercado de grafito natural.
Aeroespacial
El grafito natural se utiliza ampliamente en el campo aeroespacial. Con el desarrollo del mercado aeroespacial en el futuro, las perspectivas de aplicación del grafito natural seguirán ampliándose.
¿Qué factores se deben considerar al elegir grafito natural?
Al elegir grafito natural, debe considerar los siguientes factores
Pureza:Los productos de grafito comercializados en el mercado pueden contener impurezas, lo que afecta a su eficacia y calidad. El grafito de alta pureza puede proporcionar un mejor rendimiento y más tiempo.
Estructura:La estructura cristalina del grafito afectará directamente sus propiedades, como la conductividad, la resistencia al desgaste, etc. Elegir la estructura correcta puede mejorar la practicidad y estabilidad del producto.
Calidad:La calidad del grafito natural es el principal factor que afecta su valor. El grafito de alta calidad tiene un alto grado de pureza y un tamaño de partícula uniforme y no se ve afectado por las impurezas.
Forma:El grafito puede presentarse en diferentes formas, como polvo, gránulos, bloques, etc. Elegir la forma adecuada según las necesidades reales puede facilitar la producción y aplicación.
Campos de aplicación:Los diferentes campos tienen diferentes requisitos para el grafito, como baterías, baterías de litio, células solares, recipientes a presión, calentamiento electromagnético, etc. La elección del grafito adecuado garantiza un rendimiento óptimo del producto en la aplicación.
Precio:El precio también es uno de los factores a considerar a la hora de elegir el grafito. Bajo la premisa de garantizar la calidad del producto, elegir el precio correcto puede reducir los costos de producción y mejorar los beneficios económicos.
Nuestra fábrica
Anyang Jiashike Metal Co., LTD, como fabricante líder de materiales de ferroaleaciones. Es una empresa integral que integra investigación científica, procesamiento y producción, y comercio de importación y exportación. Tiene más de 20 años de experiencia en el campo profesional y usos. tecnología avanzada y equipos profesionales. , produce metales y aleaciones de alta calidad, y su ámbito comercial incluye silicio metálico, ferrosilicio, aleaciones de silicio-calcio, aleaciones de silicio-carbono, polvo de grafito natural y otros productos.
Preguntas más frecuentes
P: ¿Qué hace que el grafito natural sea un buen lubricante?
P: ¿Cómo se utiliza el grafito natural en las baterías?
P: ¿Cuál es la diferencia entre el grafito natural y el grafito sintético?
P: ¿Cuál es la calidad del grafito natural?
P: ¿Cómo se extrae el grafito natural?
P: ¿Cuáles son las aplicaciones del grafito natural?
P: ¿Cuáles son los beneficios del grafito natural sobre el grafito sintético?
P: ¿Cuáles son los usos del grafito natural?
P: ¿Cuáles son los tipos de grafito natural?
P: ¿Qué es el grafito natural?
P: ¿Qué alternativas existen al grafito natural?
P: ¿Cuáles son las propiedades del grafito natural?
P: ¿Cuál es el futuro del grafito natural?
P: ¿Cuál es la diferencia entre el grafito en escamas y el grafito en vetas?
P: ¿Se puede reciclar el grafito natural?
P: ¿Cómo se compara el grafito natural con otros materiales?
P: ¿Cómo se procesa el grafito natural?
P: ¿Cuál es la diferencia entre el grafito sintético y el grafito natural?
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