الجرافيت الطبيعي مقابل الجرافيت الصناعي: مقارنة متعمقة

الجرافيت مركب متعدد الأغراض يستخدم في صناعات مختلفة، مثل الطاقة ومواد التشحيم والإلكترونيات وغيرها. ومع ذلك، فإن معظم الناس لا يعرفون أنه متوفر في شكلين: الجرافيت الطبيعي والجرافيت الصناعي. يقوم هذا الدليل بتحليل مقارن لكلا النوعين من الجرافيت. ويوضح لك تركيباتهما وتطبيقاتهما وتصنيعهما.

نظرة عامة على جرافيت الطبيعة

الجرافيت الطبيعي هو مركب عضوي يتكون في المقام الأول من الكربون. عندما تتعرّض المواد الغنية بالكربون لضغط وحرارة مرتفعين داخل الصخور، يتكوّن الجرافيت. وتستغرق هذه العملية ملايين السنين لتكتمل.

يستخرج عمال المناجم الجرافيت الطبيعي من الأرض بأشكال مختلفة. غير أن هناك ثلاثة أشكال أساسية للجرافيت الطبيعي تشمل:

غير متبلور

يتميز الجرافيت غير المتبلور ببنية غير متبلورة بسبب الترتيب العشوائي لذرات الكربون. يتشكل هذا الجرافيت الطبيعي نتيجة للتحول التماسي بين درز الفحم الأنثراسايت وعامل التحول، مثل الصهارة أو الإجهاد التكتوني.

فليك

تتشكل قشور الجرافيت الطبيعية عندما يتعرض الكربون لضغط ودرجة حرارة عالية. يتم الحصول على القشرة بشكل عام من رواسب الصخور المتحولة. هذا الشكل من الجرافيت رقيق ومسطح ويتميز بطبقة سداسية الشكل.

بلوري

يُعرف الجرافيت البلوري بتركيبته الذرية المنتظمة. ذرات الكربون في هذا الجرافيت مرتبة في شبكة سداسية الشكل.

نظرة عامة على الجرافيت الاصطناعي

الجرافيت الاصطناعي هو مركب من صنع الإنسان يتم تحضيره في المصنع. يتكون هذا الجرافيت الاصطناعي عندما يتم تعريض المواد المحتوية على الكربون، مثل فحم الكوك وقار قطران الفحم وما إلى ذلك، لدرجات حرارة عالية في فرن.

على عكس الجرافيت الطبيعي، يتميز هذا المركب بخصائص دقيقة. نظرًا لأنه من صنع الإنسان، يمكنك التحكم في حجم حبيباته ونقائه وكثافته.

مظهر الجرافيت الاصطناعي أكثر اتساقاً. وعلاوة على ذلك، فإن رقائقه أكثر نعومة من الجرافيت الطبيعي.

دعونا نقارن بين الجوانب المختلفة للجرافيت الطبيعي والجرافيت الصناعي.

الجرافيت الطبيعي مقابل الجرافيت الصناعي: مقارنة بين العوامل المختلفة

التركيب

يتكون الجرافيت الطبيعي من الكربون وشوائب مختلفة. ويوجد في المقام الأول في الصخور المتحولة. يتشكل الجرافيت بسبب التحوُّل من المواد الغنية بالكربون.

يتراوح محتوى الكربون في الجرافيت الطبيعي بين 15% و95%. وقد تكون التركيبة المتبقية هي الرماد والحديد والسيليكا والكبريت، إلخ.

ومن ناحية أخرى، يحتوي الجرافيت الاصطناعي على 99% من الكربون. ويحتوي الجزء المتبقي 1% على مادة متطايرة ومحتوى رماد.

اللون

يتراوح لون الجرافيت الطبيعي من الرمادي الداكن إلى الأسود. يمكنك أيضاً ملاحظة لمعان معدني فوقه.

وبوجه عام، يرجع هذا الاختلاف في اللون إلى الشوائب الموجودة في الجرافيت. هذا الشكل من الجرافيت أكثر عتامة نسبيًا.

يكون لون الجرافيت الصناعي أغمق بسبب نقاوته العالية. وبما أنه مركب مصنوع في المختبر، فإنه يتميز بمظهر متناسق. كما أنه يتميز بسطح موحد وناعم.

التصنيع

كما ذكرنا أعلاه، تستخرج الشركات الجرافيت الطبيعي من المناجم والمحاجر. وتخضع هذه المادة الخام لمعالجات مختلفة لتحسين جودتها. وتزيل هذه العمليات الشوائب من الجرافيت وتحافظ على حجم جزيئاته.

يقوم المهندسون الكيميائيون بتسخين فحم الكوك البترولي أو زفت قطران الفحم عند درجات حرارة أعلى من 2,500 درجة مئوية. هذا الرسم البياني عملية تحويل المواد الكربونية إلى جرافيت.

علاوة على ذلك، فإنه يضمن التركيب البلوري في الجرافيت الاصطناعي بسبب ذرات الكربون المتراصفة.

الخواص الكيميائية

يظل الجرافيت الطبيعي مستقرًا في درجة حرارة الغرفة. وهو خامل كيميائياً في الظروف القياسية. وهذا يعني أن الجرافيت لن يتفاعل مع الأحماض والقلويات والمذيبات الأخرى. ومع ذلك، يمكن أن يتأكسد الجرافيت العضوي عند درجات حرارة حوالي 600 درجة مئوية.

يتمتع الجرافيت الاصطناعي بقدرة تحمل عالية للغاية ضد المواد الكيميائية. كثافته العالية ومساميته المنخفضة تجعله مقاومًا لمختلف أنواع المواد.

الخواص الفيزيائية/الكثافة

وتتراوح كثافة الجرافيت الطبيعي بين 1.5 إلى 1.8 جم/سم مكعب، حسب نوعه. قد يكون للجرافيت المتقشر والجرافيت غير المتبلور اختلافات طفيفة في بنيته وتكوينه.

الجرافيت الاصطناعي أكثر كثافة قليلاً من الطبيعي. وتتراوح صلابته بين 1.6 إلى 1.9 جم/سم مكعب. علاوة على ذلك، نظرًا لأن مستوى النقاء أعلى في هذا الجرافيت، فإنه يتمتع بتوصيل حراري وكهربائي أفضل.

السعر

قد يختلف سعر الجرافيت بناءً على عوامل مختلفة. ويمكن أن يتراوح سعر الجرافيت الطبيعي ما بين 500 و2000 دولار أمريكي للطن الواحد، وذلك حسب النوع والدرجة والطلب في السوق.

الجرافيت الاصطناعي باهظ الثمن. يبدأ سعره من 3,000 دولار أمريكي للطن الواحد. ويمكن أن تصل تكلفة بعض الدرجات الاصطناعية الممتازة إلى 20,000 دولار أمريكي للطن الواحد.

الجرافيت الطبيعي مقابل الجرافيت الصناعي: التطبيقات

جرافيت طبيعي

الحراريات

يشيع استخدام الجرافيت الطبيعي في صناعة الطوب والبوتقات. وإلى جانب ذلك، يمكنك ملاحظة استخدامه في صناعة القوالب في صناعات مثل الصلب والزجاج. فهو يتميز بمقاومة عالية للحرارة.

زيوت التشحيم

يتميز الجرافيت الطبيعي ببنية طبقية زلقة. ونتيجة لذلك، تستخدمه الشركات في مواد التشحيم والشحوم كمكونات رئيسية.

أقلام الرصاص

يُستخدم الجرافيت الطبيعي أيضاً في صناعة خيوط أقلام الرصاص. وفي النهاية، يترك هذا المركب علامة على الورق.

البطاريات

تستخدم الشركات المصنعة للبطاريات الجرافيت الطبيعي كمادة أنود في بعض بطاريات الليثيوم أيون. وهو أمر شائع في البطاريات منخفضة التكلفة التي لا تحتاج إلى نفس القدر من الطاقة أو الأداء.

مسبك

الجرافيت الطبيعي هو مكون أساسي في صناعة الصب والمسبك. تستخدمه الشركات كعامل فراق لمنع القوالب من الالتصاق بالمعدن أثناء الصب.

بطانات المكابح

يتميز الجرافيت الطبيعي بخصائص احتكاك رائعة. وبالتالي، تستخدمه شركات السيارات في صناعة بطانات الفرامل والحشيات.

تطبيقات الجرافيت الاصطناعي

الأقطاب الكهربائية

الجرافيت الاصطناعي قادر على تحمل درجات الحرارة العالية. وعلاوة على ذلك، فهو عالي التوصيل. وبالتالي، يستخدمه مصنعو الأقطاب الكهربائية لصنع أقطاب الجرافيت لأفران القوس الكهربائي.

بطاريات الليثيوم أيون

يُستخدم الجرافيت الاصطناعي كمادة أنود في بطاريات الليثيوم أيون للمركبات الكهربائية. هذا الجرافيت أنقى وأكثر اتساقًا في التركيب، مما يحسن أداء البطارية.

خلايا الوقود

يُستخدم الجرافيت الاصطناعي أيضًا في إنتاج الألواح ثنائية القطب في خلايا الوقود الغشائية التبادلية البروتونية (PEMFC).

الصناعة النووية

يتميز هذا الجرافيت الاصطناعي المصنوع يدويًا بثبات حراري عالٍ. يستخدمه المهندسون النوويون كمهدئ وعاكس في المفاعلات النووية.

يبطئ الجرافيت الاصطناعي النيوترونات ويحافظ على الانشطار النووي.

الخاتمة

هذه نظرة شاملة على كيفية مقارنة الجرافيت الطبيعي بالجرافيت الصناعي. كلاهما مركبان قيمان يستخدمان في مختلف الصناعات.

الجرافيت الطبيعي ميسور التكلفة ومناسب للتطبيقات التي لا تتطلب درجة نقاء عالية من الجرافيت. وعلى العكس من ذلك، فإن الجرافيت الصناعي باهظ الثمن. ومع ذلك، فهو مناسب للتطبيقات التي تحتاج إلى أنقى أشكال الجرافيت. وفي النهاية، يوفر أداءً ثابتًا.