Graphite naturel et graphite synthétique : Une comparaison approfondie

Le graphite est un composé polyvalent utilisé dans diverses industries, telles que l'énergie, les lubrifiants, l'électronique, etc. Néanmoins, la plupart des gens ne savent pas qu'il existe sous deux formes : le graphite naturel et le graphite synthétique. Ce guide propose une analyse comparative des deux types de graphite. Il vous éclaire sur leur composition, leurs applications et leur fabrication.

Aperçu de Nature Graphite

Le graphite naturel est un composé organique constitué principalement de carbone. Lorsque des matériaux riches en carbone sont exposés à une pression et à une chaleur élevées à l'intérieur de la roche, le graphite se forme. Ce processus prend des millions d'années.

Les mineurs extraient le graphite naturel de la terre sous différentes formes. Cependant, les trois principales formes de graphite naturel sont les suivantes :

Amorphe

Le graphite amorphe présente une structure désordonnée due à la disposition aléatoire des atomes de carbone. Ce graphite naturel se forme par métamorphisme de contact entre une veine de charbon anthraciteux et un agent de métamorphisme, tel qu'un magma ou une contrainte tectonique.

Flocon

Le graphite naturel en paillettes se forme lorsque le carbone est exposé à une pression et à une température élevées. Les paillettes proviennent généralement de dépôts de roches métamorphiques. Cette forme de graphite est mince, plate et présente une couche hexagonale.

Cristallin

Le graphite cristallin est connu pour sa structure atomique régulière. Les atomes de carbone de ce graphite sont disposés dans un réseau hexagonal.

Aperçu du graphite synthétique

Le graphite synthétique est un composé fabriqué par l'homme dans une usine. Ce graphite artificiel se forme lorsque des matériaux contenant du carbone, tels que le coke, le brai de goudron de houille, etc., sont exposés à des températures élevées dans un four.

Contrairement au graphite naturel, ce composé possède des propriétés précises. Comme il est fabriqué par l'homme, il est possible de contrôler sa granulométrie, sa pureté et sa densité.

L'aspect du graphite synthétique est plus homogène. En outre, ses paillettes sont plus douces que celles du graphite naturel.

Comparons les différents aspects du graphite naturel et du graphite synthétique.

Graphite naturel et graphite synthétique : Comparaison des différents facteurs

Composition

Le graphite naturel est composé de carbone et de diverses impuretés. On le trouve principalement dans roches métamorphiques. Le graphite se forme sous l'effet de la métamorphisme de matériaux riches en carbone.

La teneur en carbone du graphite naturel est comprise entre 15% et 95%. Le reste de la composition peut être constitué de cendres, de fer, de silice, de soufre, etc.

Le graphite synthétique, quant à lui, contient 99% de carbone. Les 1% restants contiennent des matières volatiles et des cendres.

Couleur

La teinte du graphite naturel va du gris foncé au noir. Il peut également présenter des reflets métalliques.

Généralement, cette variation de couleur est due aux impuretés présentes dans le graphite. Cette forme de graphite est relativement plus opaque.

La couleur du graphite synthétique est plus foncée en raison de sa grande pureté. Comme il s'agit d'un composé fabriqué en laboratoire, il présente un aspect homogène. Sa surface est également uniforme et lisse.

Fabrication

Comme indiqué plus haut, les entreprises extraient le graphite naturel des mines et des carrières. Cette matière première subit différents traitements pour en améliorer la qualité. Ces procédés permettent d'éliminer les impuretés du graphite et de maintenir la taille de ses particules.

Les ingénieurs chimistes chauffent le coke de pétrole ou le brai de goudron de houille à des températures supérieures à 2 500 degrés Celsius. Cette graphitisation transforme les matériaux carbonés en graphite.

En outre, il garantit la structure cristalline du graphite synthétique grâce à l'alignement des atomes de carbone.

Propriétés chimiques

Le graphite naturel reste stable à température ambiante. Dans des conditions normales, il est chimiquement inerte. Cela signifie que le graphite ne réagit pas aux acides, aux alcalis et aux autres solvants. Toutefois, le graphite organique peut s'oxyder à des températures avoisinant les 600 °C.

Le graphite synthétique présente une tolérance extrêmement élevée aux produits chimiques. Sa haute densité et sa faible porosité le rendent résistant à divers types de substances.

Propriétés physiques/Densité

La densité du graphite naturel varie entre 1,5 et 1,8 g/cm³, selon son type. Le graphite en paillettes et le graphite amorphe peuvent présenter de légères variations dans leur structure et leur composition.

Le graphite synthétique est légèrement plus dense que le graphite naturel. Sa solidité se situe entre 1,6 et 1,9 g/cm³. En outre, comme le niveau de pureté est plus élevé dans ce graphite, il présente une meilleure conductivité thermique et électrique.

Prix

Le prix du graphite peut varier en fonction de divers facteurs. En fonction du type, de la qualité et de la demande du marché, le prix du graphite naturel peut varier entre 500 et 2000 USD la tonne.

Le graphite synthétique est cher. Son prix commence à partir de 3 000 USD la tonne. Le coût de certains graphites synthétiques de qualité supérieure peut atteindre 20 000 USD par tonne.

Graphite naturel et graphite synthétique : Applications

Graphite naturel

Réfractaires

Le graphite naturel est couramment utilisé pour fabriquer des briques et des creusets. Il est également utilisé dans la fabrication de moules dans des industries telles que l'acier et le verre. En effet, il présente une grande résistance à la chaleur.

Lubrifiants

Le graphite naturel présente une structure en couches glissante. C'est pourquoi les entreprises l'utilisent comme ingrédient principal dans les lubrifiants et les graisses.

Crayons

Le graphite naturel est également utilisé pour fabriquer des mines de crayon. En effet, ce composé laisse une trace sur le papier.

Piles

Les fabricants de batteries utilisent le graphite naturel comme matériau d'anode dans certaines batteries lithium-ion. Il est courant dans les batteries bon marché qui n'ont pas besoin d'une puissance ou d'une performance aussi élevée.

Fonderie

Le graphite naturel est un ingrédient essentiel dans l'industrie du moulage et de la fonderie. Les entreprises l'utilisent comme agent de séparation pour empêcher les moules de coller au métal pendant la coulée.

Garnitures de frein

Le graphite naturel possède d'excellentes propriétés de friction. C'est pourquoi les constructeurs automobiles l'utilisent pour fabriquer des garnitures de frein et des joints.

Applications du graphite synthétique

Électrodes

Le graphite synthétique est capable de supporter des températures élevées. En outre, il est très conducteur. Par conséquent, les fabricants d'électrodes l'utilisent pour fabriquer des électrodes en graphite pour les fours à arc électrique.

Batteries au lithium-ion

Le graphite synthétique est utilisé comme matériau d'anode dans les batteries lithium-ion des véhicules électriques. Ce graphite est plus pur et sa structure est plus cohérente, ce qui améliore les performances des batteries.

Piles à combustible

Synthetic graphite is also used in the production of bipolar plates in proton exchange membrane fuel cells (PEMFC).

Industrie nucléaire

Ce graphite synthétique fabriqué par l'homme présente une grande stabilité thermique. Les ingénieurs nucléaires l'utilisent comme modérateur et réflecteur dans les réacteurs nucléaires.

Le graphite synthétique ralentit les neutrons et soutient la fission nucléaire.

Conclusion

Il s'agit d'un aperçu complet de la comparaison entre le graphite naturel et le graphite synthétique. Tous deux sont des composés précieux utilisés dans diverses industries.

Le graphite naturel est abordable et convient aux applications qui ne nécessitent pas une grande pureté du graphite. Au contraire, le graphite synthétique est cher. Cependant, il convient aux applications qui nécessitent la forme la plus pure de graphite. En effet, il offre des performances constantes.