Foarwurd
Grafyt is in wichtige net-metallyske mineraalboarne mei unike dûbele metallyske en net-metallyske eigenskippen. It is bekend as in "strategyske boarne dy't de ûntwikkeling fan hege-technyk yn 'e 21e ieu stipet" en is lang omskreaun as "swart goud". Grafyt mei hege -suverens ferwiist nei grafyt mei in koalstofynhâld fan mear as 99,99%. It hat poerbêste selssmering, hege sterkte, goede elektryske conductivity, soere / alkali / corrosie / waarmte ferset, lege útwreiding koeffizient, treflik gemyske stabiliteit, hege sealing prestaasjes, en unifoarme en kompakte struktuer. It wurdt in protte brûkt yn elektrotechnyk, metallurgy, nasjonale definsje, loftfeart, enerzjy, gemyske yndustry en oare sektoaren. Benammen spilet it in beslissende en krityske rol yn opkommende yndustry, lykas de tarieding fan tredde-generaasje semiconductormaterialen, nukleêre yndustry, en fotovoltaïske yndustry, en oefenet in fier-ynfloed út op 'e ekonomy fan Sina.
1. Eigenskippen fan Graphite Ore
Grafyt is in mineraal gearstald út koalstof eleminten, helder swart fan kleur mei metallyske glâns en anisotropy. De tichtheid is 2.09-2.23 g/cm³, rimpelpunt 3850 graad, siedpunt 4250 graad, waarmte absorption kapasiteit 6.9036 × 10⁷ J / kg, showing poerbêst termyske stabiliteit.
2. Graphite mei hege -suverens
2.1Natuerlik grafyt mei hege-suverens
Ofhinklik fan grûnstoffen en tariedingmetoaden kin grafyt mei hege -suverens ferdield wurde yn natuerlik grafyt mei hege -suverheid en syntetyske grafyt mei hege- suverens.
Natuerlik grafyt mei hege -suverheid wurdt in soad brûkt yn ferskate fjilden fanwege syn treflike elektryske en termyske konduktiviteit, lykas fjoerwurkmaterialen, anty--rustcoatings, koalstofelektroden, generators, smeermiddelen en beskermjende materialen yn 'e nukleêre yndustry. Syntetyske grafyt mei hege -suverens, mei unifoarme morfology en dieltsjegrutte ferdieling, wurdt tapast yn prebakte anodes, spesjale grafyt, nukleêre yndustry en oare fjilden. Tariedingsmetoaden fan grafyt mei hege -suverens ferskille mei ferskate grûnstoffen.
D'r is gjin suver grafyt yn 'e natuer. Grafyterts befettet faak ûnreinheden lykas SiO₂, Al₂O₃, FeO, CaO, P₂O₅, CuO, dy't meastentiids besteane as mineralen lykas kwarts, pyrite, karbonaat, lykas gasfoarmige komponinten ynklusyf wetter, asfalt, CO₂, H₂, CH₄, en N. Dêrom fereasket de analyze fan grafyt de bepaling fan net allinich fêste koalstofynhâld, mar ek flechtich materiaal en jiske ynhâld. Processen foar suvering fan grafyt hawwe as doel om dizze ûnreinheden effektyf te ferwiderjen. Hoe heger de suverens fan grafyt (dat wol sizze, hoe heger de koalstofynhâld), hoe heger de wearde en hoe breder it tapassingsgebiet.
De tarieding fan grafyt mei hege -suverheid út natuerlik grafyt omfettet meastentiids primêre suvering fan grafyterts troch flotaasje, fierdere suvering fan flotaasjekonsintraat troch alkali-soere metoade of hydrofluoric acid metoade, en úteinlik it krijen fan hege-suvere grafytprodukten troch hege-temperatuermetoade of hege-temperatuermetoade.
2.2 Syntetyske grafyt mei hege -suverens
Syntetyske grafyt ferwiist yn 't algemien nei grafytmaterialen dy't produsearre binne troch it brûken fan-kwaliteit petroleumkoks en pekkoks as aggregaten, it tafoegjen fan stienkoalteerpik as bindmiddel en oare aksessoires, folge troch in searje grafitisaasjebehannelingen op hege-temperatuer. Yn 't algemien wurde grûnstoffen foarôf behannele en dan pleatst yn in spesjale hege- temperatuerreaktor foar grafitisaasje en suvering. De wichtichste oventypen omfetsje Acheson-grafitisaasje-ovens, grafitisaasje-ovens fan ynterne searje, en elektryske ovens foar trochgeande grafitisaasje. De ultra-hege temperatuer yn 'e oven grafitisearret petroleumkoks en pekkoks, en halogeengas wurdt yntrodusearre om te reagearjen mei ûnreinheden, dy't dan fergasseare en ferdampe wurde om grafyt mei hege -suverens te krijen.
Hoewol't in diel fan 'e ûnreinheden yn petroleumkoks en pekkoks fuortsmiten wurde kinne by hege-temperatuerkalsinaasje by de produksje fan syntetyske hege-suverens grafyt, binne d'r dúdlike easken foar swevel- en jiskeynhâld yn petroleumkoksgrûnstoffen. Mei it tanimmend gebrûk fan hege-swevel rûge oalje, groeit ek heech-swevel ierdkoks. Om te foldwaan oan de lege -swaveleask fan petroleumkoks foar syntetyske grafytproduksje mei hege -suverens, hawwe in protte gelearden in-djipte ûndersyk dien nei ridlike en effisjinte prosessen foar ûntswaveling fan petroleumkoks.
Grafytsuverens bepaalt de tsjinstprestaasjes en wiidweidige eigenskippen fan grafyt-djippe -ferwurkjende produkten. Hoe heger de suverens, hoe heger de applikaasjewearde. Bygelyks:
Grafyt as anodemateriaal foar lithium-ionbatterijen fereasket suverens boppe 99,98%;
Natuerlike grafyt foar syntetyske keunstmjittige diamant fereasket suverens boppe 99,999%, mei boron ynhâld ûnder 0,01 × 10⁻⁶;
Spesjaal grafyt foar loftfeart, nasjonale definsje en nukleêre yndustry fereasket suverens fan 99% ~ 99.99% of sels heger;
Grafytpoeder foar synthesizing fan tredde-generaasje semiconductor SiC wafers fereasket suverens sa heech as 99,9995% of heger.
Grafytreiniging is de basis foar it tarieden fan alle grafytmaterialen en in mienskiplik probleem yn 'e ûntwikkeling fan grafytmaterialen. Grafytreinigingsprosessen mei leech enerzjyferbrûk, hege kapasiteit en lege fersmoarging binne de fokus fan hjoeddeistige R&D.
3. Graphite suvering Technologies
3.1 Flotaasjemetoade
Mei it brûken fan de goede floatberens fan natuerlik grafyt, binne flotaasjeprosessen mei mear-poadiumstreamen ûntworpen om flakgrafyt of mikrokristallijn grafyt te skieden fan assosjearre mineralen lykas kaolin, kwarts en mica yn natuerlik grafyterts. Dizze technology kin natuerlik grafyterts mei in graad ûnder 20% sterk ferrykje yn grafytkonsintraat mei in suverens fan 95%, dat meast brûkt wurdt as grûnstof foar de produksje fan natuerlik grafyt mei hege -suverens.
3.2 Alkali-Sûrmetoade
It suveringsproses omfettet alkalifúzje en acidolyse. Yn alkalifúzje reagearje ûnreinheden yn grafyt lykas Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, MgO, CaO mei NaOH by hege temperatuer om wetter-ûnoplosbere hydroxiden te foarmjen; guon ûnreinheden (bgl. SiO₂) produsearje wetter-oplosbere produkten, dy't fuorthelle wurde troch wetter útlogjen en waskjen. Yn acidolysis, grafyt en hydroxides nei alkali fúzje wurde mongen mei hydrochloric soer fan in bepaalde konsintraasje foar hjitte útloging, omsette se yn oplosbere chlorides dy't dan wosken mei wetter. Grafyt mei hege -suverens mei suverens boppe 99% kin nei acidolyse krigen wurde.
Op it stuit wurdt de alkali-soeremetoade in soad brûkt yn 'e yndustry, mei foardielen lykas lege ien-tiid ynvestearring, hege kwaliteit en sterke prosesoanpassingsfermogen. It hat lykwols ek neidielen, ynklusyf hege -temperatuerkalsinaasjefraach, heech enerzjyferbrûk, lange reaksjetiid, serieuze korrosysje fan apparatuer, grut grafytferlies, en swiere ôffalwetterfersmoarging.
3.3 Chlorination Roasting Metoade
By sawat 1000 graden wurdt chloorgas yn grafyt ynfierd. Mei help fan it sterke oksidearjende eigenskip fan chloor, wurde metaalokside-ûnreinheden yn grafyt oksideare yn chloriden mei legere fergassingstemperatueren. Under dizze temperatuer, metalen chlorides kinne fluch fergast en ôffierd yn grutte hoemannichten, realisearjen fan grafyt suvering.
Chlorination roasting wurdt oer it algemien brûkt as in oanfoljend proses foar grafyt suvering, oerienkommende mei oare prosessen, en hat foar de hân lizzende foardielen benammen yn it fuortheljen fan metalen ûnreinheden. De toxiciteit, korrosiviteit en miljeufersmoarging fan chloor beheine lykwols de popularisearring fan dit proses yn in bepaalde mate. Dêrnjonken is it lestich om grafyt mei ultra-heech-reinheid te produsearjen, en it ynstabiele systeem hat ek ynfloed op de praktyske tapassing.
3.4 Hydrofluoric Acid Metoade
Unreinheden yn rau erts reagearje mei hydrofluoric acid te generearjen wetter -oplosbere fluorides en fluorosilicates, dy't fuortsmiten wurde troch wetter waskjen te krijen hege -graad grafyt.
De wichtichste foardielen fan 'e hydrofluoric acid metoade binne hege effisjinsje foar ferwidering fan ûnreinheden, hege produktklasse, lytse ynfloed op grafytprestaasjes, en leech enerzjyferbrûk. It neidiel is dat hydrofluoric acid is tige fergiftich en corrosive, easkjen strang feiligens beskerming maatregels yn produksje, en hege miljeubeskerming ynvestearrings sterk ferminderet syn ekonomyske konkurrinsjefermogen.
3.5 Hege-temperatuerreinigingsmetoade
Op grûn fan it prinsipe dat grafyt in heech siedpunt hat, wylst oare ûnreinheden lege siedpunten hawwe, wurdt natuerlik grafyt mei in koalstofynhâld fan sa'n 80% yn in suveringsofen op 1500 graden pleatst om leech-sône ûnreinheden te fergassen en te ferwiderjen. It giet dan yn in oven op 25002800 graden om mear ûnreinheden te ferwiderjen, en as lêste in oven op 28003200 graad mei passende HF en HCl gassen. Dizze gassen reagearje mei heech-siedende metalen ûnreinheden by hege temperatuer om leech-sôkende fluoriden en chloriden te foarmjen, dy't fergast en ôffierd wurde. Op dizze manier wurdt natuerlik grafyt suvere oant 99,99% ~ 99,9998% koalstofynhâld.
De wichtichste faktoaren dy't de suverens fan grafyt beynfloedzje omfetsje kwaliteit fan grûnstoffen, suverens fan grafytkroes, ferwaarmingmetoade foar grafytisaasje, en grafytpartikelgrutte. Dit proses hat hege easken foar grûnstof suverens, materiaal fineness en apparatuer technology, mei hege enerzjyferbrûk en enoarme ynvestearrings. Dêrom is har hjoeddeistige tapassing beheind, benammen yn spesjale fjilden lykas loftfeart, nasjonale definsje en nukleêre yndustry mei ekstreem hege grafytkwaliteitseasken.
3.6 Halogen Gas suvering Metoade
Hege-yndustriële tapassingen (bgl. semiconductor-yndustry) fereaskje grafytsuverens boppe 99.999%, wat net berikt wurde kin troch suvering fan hege-temperatuer allinich. De yndustry nimt yn 't algemien de metoade foar suvering fan halogeengas oan (ek wol fysike suvering neamd). Mei ferhege oventemperatuer en fakuümgraad ferdampje guon ûnreinheden yn grafytprodukten automatysk. Foar oare ûnreinheden dy't hegere temperatueren fereaskje, konvertearje halogeengassen (benammen chloor en halogenearre koalwetterstoffen) se yn halogeniden mei lege smelt- en siedpunten. Under de kombinearre aksje wurde ûnreinheden fuortsmiten om grafytreiniging te berikken.
4. Applikaasjes fan grafyt mei hege -suverens
4.1 Lubricating Materialen
As ien fan 'e mienskiplike fêste smeermiddelen jout de laachstruktuer fan grafyt it sels -smerjende eigenskippen. Under compressive en shear stress by droege wriuwing mei metalen, grafyt lagen slip, foarmje in tinne grafyt oerdracht film op de metalen wriuwing oerflak mikroskopysk. Sa is de droege wriuwingskoëffisjint tusken grafyt en metaal leger as dy tusken metalen, wêrtroch it in typysk sels-smearjend materiaal is.
Metalen yn metalen -grafyt-wrijvingsparren omfetsje normaal 45# stiel, 40Cr-stiel, roestfrij stiel, getten izer, koperlegering, ensfh. De wriuw- en wearprestaasjes fan grafyt-metaalpearen binne nau besibbe oan it type en eigenskippen fan metalen materialen. It ferminderjen fan wriuwing en slijtage tusken meganyske wriuwingsparren is de wichtichste manier om de effisjinsje en it libben fan meganyske dielen te ferbetterjen. It bestudearjen fan de effekten fan lading, temperatuer, glide snelheid, oerflak morfology en tekstuer helpt te ferlingjen de libbensdoer fan grafyt - metalen wriuwing pearen.
4.2 Sealing Materialen
Utwreide grafyt kin nei post-behanneling wurde ferwurke ta fleksibel grafyt, mei in lege termyske útwreidingskoëffisjint (1 × 10⁻⁶ ~ 30 × 10⁻⁶ K⁻¹). It wurdt net bros of barst by lege temperatueren, noch verzacht of krûpt by hege temperatueren.
Yn ferliking mei tradisjonele sealing materialen (asbest, rubber, cellulose en harren composites), fleksibele grafyt hat in breed tsjinst temperatuer berik (200 ~ 450 graden yn loft). Dêrom, útwreide grafyt wurdt in soad brûkt as sealing materiaal yn masines, metallurgy, automobile, skipsbou, petrochemical en oare fjilden.
4.3 Flame-materialen
Utwreide grafyt kin gearstald wurde mei polymers, harsens, ensfh. Yn gefal fan brân wreidet útwreide grafyt rap út om in útwreide thermyske isolaasjelaach te foarmjen op it materiaal oerflak, it leverjen fan poerbêste waarmteisolaasje en blokkearje de frijlitting fan giftige gassen.
4.4 Electrode Composite Materialen
Wreidzjend grafyt wurdt brûkt om ferskate batterijelektrodematerialen te meitsjen fanwege har hege aktive oerflak, hege gemyske stabiliteit, goede termyske en elektryske konduktiviteit, en maklike tarieding. De stabile struktuer beheint effektyf folume-útwreiding fan elektrodesmaterialen (bygelyks yn Li/S- as Li/Si-batterijen) tidens it fytsen, wat it libbenssyklus ferbetterje.
Boppedat, de gruttere interlayer ôfstân fan útwreidzjen grafyt jout mear romte foar intercalation fan Li⁺, Na⁺, Mg²⁺, Zn²⁺ yn metalen -ion sekundêre batterijen (lithium-ion, natrium-ion, magnesium-ion, sink-opslachkapasiteit en fersterking fan enerzjybesparring-. Útwreidzjen grafyt kin ek brûkt wurde as elektrodes materiaal foar supercapacitors.
Derneist binne útwreide grafytkompositen mei polymearmatrix lichtgewicht, lege-kosten en maklik te foarmjen. De elektryske eigenskippen kinne wiid oanpast wurde troch it feroarjen fan de dosaasje fan útwreide grafyt.
4.5 Tradisjoneel en hege-fabrikaazje
Metallurgyske elektroden en gieterij yndustry binne wichtige tradisjonele konsumpsjefjilden fan grafyt, benammen brûkt foar it smelten fan elektroden en coating foar it jitten fan mallen fan stiel, koper, aluminium en oare non-ferro metalen. De fraach nei grafyt yn potleadproduksje bliuwt relatyf stabyl.
Grafytmaterialen hawwe ienfâldige struktuer, ûnderhâld-frij, slijtbestriding, hege ladings-dragende kapasiteit en sterke ynfloedresistinsje, en wurde in soad brûkt yn grutte-apparatuerkomponinten yn kearnkrêft, wetterkrêft, loftfeart en militêre fjilden.
4.6 Nuclear Power Materials
Grafyt foar kearnkrêft wurdt in soad brûkt yn 'e kearn fan hege-temperatuergas-gekoelde reaktors, lykas liedingen, brânstofeleminten en stipekomponinten. Lagers en gidslagers yn avansearre nukleêre haadpompen yn Ruslân brûke meast silikonisearre grafyt. Grafyt hat poerbêste nukleêre prestaasjes en wurdt faak brûkt as moderator en reflektor yn reaktors.
4.7 Semiconductor Materialen
Yn 'e semiconductor-yndustry wurde grafytprodukten in protte brûkt yn hege -heatmebehannelingapparatuer lykas kristalgroeiovens, karbonisaasjeofens en grafitisaasjeovens.
Grafytprodukten mei hege -suverens foar tredde-generaasje semiconductor silisiumkarbid (SiC) omfetsje grafytkroezen, kachels en poeder foar kristalgroei, wêrfan de suverens de kwaliteit fan SiC-kristallen bepaalt. Suvering fan sa'n grafyt mei hege -suverens oannimt gewoanlik fysike-gemyske metoaden, dy't suverens nedich binne grutter as of gelyk oan 99,9995%, mei strikte grinzen foar yndividuele ûnreinheden (bgl. B Minder as of gelyk oan 0,05×10⁻⁶, Al Minder as of lyk oan 0,05× 0.05×).
4.8 Syntetyske diamantmaterialen
Op it stuit wurdt ienkristaldiamant benammen syntetisearre troch hege-heechdruk-temperatuermetoade (HPHT) en metoade foar gemyske dampdeposysje (CVD). CVD brûkt wetterstof -befettende gassen (metaan, wetterstof, ensfh.), Wat liedt ta wetterstofûnzuiverheden en stress yn diamantkristallen. HPHT-diamant mei tradisjonele alloys as katalysatoren befettet bepaalde metalen ûnreinheden, wat de synteze fan "ultra-suvere" diamant tige lestich en útdaagjend makket.
Recent breakthroughs in static ultra-high pressure technology have enabled direct synthesis of diamond from graphite under extreme P-T conditions (>15 GPa, 2000 graden). Under sokke betingsten feroaret grafyt rap yn diamant, en produsearret sintimeter-grutte polykristallijne aggregaten mei hege suverens.
Konklúzje
De wichtichste foarmen fan grafyt brûkt yn Sina omfetsje grafyt mei hege -suverens, isostatysk drukkend grafyt, útwreidber grafyt, fluorinearre grafyt, kolloïdaal grafyt en grafeen. It ferbetterjen fan grafytsuverens is in mienskiplike eask ûnder alle grafytprodukten -fundamenteel mar útdaagjend.
Om't de fraach nei heech-suverens grafyt yn hege-techfjilden trochgiet te groeien en suverenseasken hieltyd stranger wurde, binne relatearre technologyen yn in kritysk stadium wachtsjend op trochbraken.
