El grafito es un compuesto polivalente que se utiliza en diversas industrias, como la energética, la de lubricantes y la electrónica, entre otras. Sin embargo, la mayoría de la gente no sabe que existe en dos formas: grafito natural y grafito sintético. Esta guía hace un análisis comparativo de ambos tipos de grafito. Aporta claridad sobre sus composiciones, aplicaciones y fabricación.
Panorama de Nature Graphite
El grafito natural es un compuesto orgánico formado principalmente por carbono. Cuando el material rico en carbono se expone a alta presión y calor dentro de la roca, se forma el grafito. Este proceso tarda millones de años en completarse.
Los mineros extraen grafito natural de la tierra en diversas formas. Sin embargo, existen tres formas principales de grafito natural:
Amorfo
El grafito amorfo presenta una estructura desordenada debido a la disposición aleatoria de los átomos de carbono. Este grafito natural se forma debido al metamorfismo de contacto entre una veta de carbón de antracita y un agente de metamorfismo, como el magma o la tensión tectónica.
Escama
El grafito natural en escamas se forma cuando el carbono se expone a altas presiones y temperaturas. Las escamas suelen proceder de yacimientos de rocas metamórficas. Esta forma de grafito es fina, plana y presenta una capa hexagonal.
Cristalino
El grafito cristalino es conocido por su estructura atómica regular. Los átomos de carbono de este grafito están dispuestos en una red hexagonal.
Visión general del grafito sintético
El grafito sintético es un compuesto artificial preparado en una fábrica. Este grafito artificial se forma cuando los materiales que contienen carbono, como el coque, la brea de alquitrán de hulla, etc., se exponen a altas temperaturas en un horno.
A diferencia del grafito natural, este compuesto tiene propiedades precisas. Al estar fabricado por el hombre, se puede controlar su granulometría, pureza y densidad.
El aspecto del grafito sintético es más consistente. Además, sus escamas son más blandas que las del grafito natural.
Comparemos diferentes aspectos del grafito natural y del grafito sintético.
Grafito natural frente a grafito sintético: Comparación de diferentes factores
Composición
El grafito natural está compuesto por carbono y diversas impurezas. Se encuentra principalmente en rocas metamórficas. El grafito se forma debido a la metamorfismo de material rico en carbono.
El contenido de carbono en el grafito natural oscila entre 15% y 95%. El resto de la composición puede ser ceniza, hierro, sílice, azufre, etc.
El grafito sintético, por su parte, contiene 99% de carbono. Los 1% restantes contienen material volátil y cenizas.
Color
El tono del grafito natural va del gris oscuro al negro. También se puede notar un brillo metálico sobre él.
Generalmente, esta variación de color se debe a las impurezas presentes en el grafito. Esta forma de grafito es relativamente más opaca.
El color del grafito sintético es más oscuro debido a su gran pureza. Al ser un compuesto fabricado en laboratorio, presenta un aspecto uniforme. Además, tiene una superficie uniforme y lisa.
Fabricación
Como ya se ha dicho, las empresas extraen el grafito natural de minas y canteras. Esta materia prima se somete a diversos tratamientos para mejorar su calidad. Estos procesos eliminan las impurezas del grafito y mantienen su granulometría.
Los ingenieros químicos calientan el coque de petróleo o la brea de alquitrán de hulla a temperaturas superiores a 2.500 grados Celsius. Este grafitización convierte los materiales de carbono en grafito.
Además, garantiza la estructura cristalina del grafito sintético gracias a la alineación de los átomos de carbono.
Propiedades químicas
El grafito natural permanece estable a temperatura ambiente. En condiciones normales, es químicamente inerte. Esto significa que el grafito no reacciona a los ácidos, álcalis y otros disolventes. Sin embargo, el grafito orgánico puede oxidarse a temperaturas en torno a los 600 °C.
El grafito sintético tiene una tolerancia extremadamente alta frente a los productos químicos. Su alta densidad y baja porosidad lo hacen resistente a diversos tipos de sustancias.
Propiedades físicas/Densidad
La densidad del grafito natural oscila entre 1,5 y 1,8 g/cm³, dependiendo de su tipo. El grafito en escamas y el amorfo pueden presentar ligeras variaciones en su estructura y composición.
El grafito sintético es ligeramente más denso que el natural. Su solidez oscila entre 1,6 y 1,9 g/cm³. Además, como el grado de pureza es mayor en este grafito, tiene mejor conductividad térmica y eléctrica.
Precio
El precio del grafito puede variar en función de diversos factores. Según el tipo, la calidad y la demanda del mercado, el precio del grafito natural puede oscilar entre 500 y 2.000 dólares por tonelada.
El grafito sintético es caro. Su precio parte de los 3.000 dólares por tonelada. El coste de algunos grados sintéticos premium puede llegar a los 20.000 USD por tonelada.
Grafito natural frente a grafito sintético: Aplicaciones
Grafito natural
Refractarios
El grafito natural se utiliza habitualmente en la fabricación de ladrillos y crisoles. También se utiliza en la fabricación de moldes para industrias como la del acero y el vidrio. Al fin y al cabo, tiene una gran resistencia al calor.
Lubricantes
El grafito natural presenta una estructura en capas resbaladiza. Por ello, las empresas lo utilizan en lubricantes y grasas como ingrediente principal.
Lápices
El grafito natural también se utiliza para fabricar minas de lápiz. Al fin y al cabo, este compuesto deja huella en el papel.
Pilas
Los fabricantes de baterías utilizan grafito natural como material anódico en algunas baterías de iones de litio. Es habitual en baterías de menor coste que no necesitan tanta potencia o rendimiento.
Fundición
El grafito natural es un ingrediente fundamental en la industria de la fundición. Las empresas lo utilizan como agente separador para evitar que los moldes se adhieran al metal durante la fundición.
Forros de freno
El grafito natural tiene excelentes propiedades de fricción. Por ello, las empresas automovilísticas lo utilizan para fabricar forros de freno y juntas.
Aplicaciones del grafito sintético
Electrodos
El grafito sintético es capaz de soportar altas temperaturas. Además, es altamente conductor. Por ello, los fabricantes de electrodos lo utilizan para fabricar electrodos de grafito para hornos de arco eléctrico.
Baterías de iones de litio
El grafito sintético se utiliza como material anódico en las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos. Este grafito es más puro y tiene una estructura más consistente, lo que mejora el rendimiento de las baterías.
Pilas de combustible
El grafito sintético también se utiliza en la fabricación de placas bipolares para pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC).
Industria nuclear
Este grafito sintético artificial tiene una gran estabilidad térmica. Los ingenieros nucleares lo utilizan como moderador y reflector en reactores nucleares.
El grafito sintético frena los neutrones y mantiene la fisión nuclear.
Conclusión
Este es un análisis exhaustivo del grafito natural en comparación con el grafito sintético. Ambos son compuestos valiosos utilizados en diversas industrias.
El grafito natural es asequible y adecuado para aplicaciones en las que no se requiere una gran pureza del grafito. Por el contrario, el grafito sintético es caro. Sin embargo, es adecuado para aplicaciones que necesitan la forma más pura de grafito. Al fin y al cabo, proporciona un rendimiento constante.
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