Bagaimana Cara Membuat Bubuk Grafit?

Dengan konduktivitas listrik, pelumasan dan ketahanan suhu tinggi, serbuk grafit banyak digunakan di berbagai bidang, seperti baterai. Dan proses pembuatannya bervariasi tergantung pada bahan bakunya, yang mewujudkan inovasi teknologi material dan industri. Ini mencakup pemurnian grafit alami, sintesis dan transformasi grafit buatan, dan persiapan grafit skala nano baru.

Bahan Baku untuk Pembuatan Serbuk Grafit

Grafit Alami

Grafit alami terdapat dalam bentuk mineral dalam struktur geologi seperti gneiss dan sekis. Distribusi sumber dayanya bersifat regional dan menurut bentuk kristalnya dapat diklasifikasikan sebagai:

Serpihan grafit

Kristal disusun berlapis-lapis dan diameternya berkisar dari beberapa mikrometer hingga beberapa milimeter. Karena kemurniannya yang tinggi dan konduktivitas listrik yang baik, Anda bisa menggunakannya sebagai bahan anoda untuk baterai kelas atas dan bahan elektronik yang fleksibel.

Grafit bersahaja

Struktur kristalnya tidak teratur, yang juga dikenal sebagai "grafit kriptokristalin". Anda perlu meningkatkan kinerjanya melalui pemurnian yang mendalam. Dan secara luas digunakan dalam bahan tahan api, pelapis pengecoran dan bidang lainnya.

Bahan Baku untuk Grafit Buatan

Bahan baku inti grafit buatan adalah padatan yang mengandung karbon, umumnya termasuk:

Kokas minyak bumi

Ini adalah produk sampingan dari penyulingan minyak bumi, yang kandungan karbonnya melebihi 90%. Setelah kalsinasi, ini menjadi prekursor grafitisasi dan merupakan bahan baku utama untuk elektroda negatif baterai lithium.

Aspal

Ini dibagi menjadi pitch tar batubara dan pitch minyak bumi, yang digunakan sebagai pengikat dan sumber karbon. Dan mereka dikarbonisasi pada suhu tinggi untuk membentuk struktur berlapis grafit.

Coke

Ini adalah produk distilasi kering batubara, dengan biaya rendah tetapi lebih banyak pengotor. Dan sangat cocok untuk skenario kelas menengah dan rendah seperti bahan tahan api.

Karbon hitam

Anda dapat menggunakannya sebagai bahan tambahan dalam sebagian proses khusus untuk mengatur struktur pori-pori.

Proses Pembuatan Serbuk Grafit Alami

Pemrosesan Primer

Penghancuran dan Penggilingan

Anda harus menghancurkan bijih grafit alami hingga tingkat milimeter menggunakan peralatan seperti penghancur rahang dan penghancur kerucut. Dan kemudian menggilingnya menjadi partikel tingkat mikron dengan ball mill, pabrik Raymond, dll. Selama proses penggilingan, Anda perlu mengontrol distribusi ukuran partikel untuk menghindari kerusakan pada struktur kristal yang disebabkan oleh penggilingan yang berlebihan.

Klasifikasi dan Penyaringan

Klasifikasikan partikel berdasarkan ukuran partikel dengan menggunakan peralatan seperti layar bergetar dan pengklasifikasi aliran udara. Dan kembalikan partikel kasar untuk digiling ulang, sementara partikel halus memasuki proses pemurnian. Metode klasifikasi udara dapat secara tepat mengontrol ukuran partikel dalam kisaran 1 hingga 100μm, yang memenuhi persyaratan aplikasi yang berbeda.

Perawatan Pemurnian

Metode Flotasi

Metode ini memanfaatkan perbedaan hidrofobisitas antara grafit dan hidrofilisitas mineral gangue. Pertama, tambahkan kolektor seperti minyak tanah dan minyak terpentin, serta bahan pembusa. Kemudian melalui mesin flotasi, partikel grafit dibuat untuk melekat pada gelembung udara dan mengapung. Dengan demikian tercapai pemisahan dari pengotor seperti kuarsa dan feldspar dan kemurniannya bisa mencapai 85%-95%.

Metode Alkali-Asam

Peleburan alkali

Anda harus mencampurkan grafit dan natrium hidroksida secara proporsional dan melelehkannya pada suhu 500-700 ℃. Setelah itu, kotoran (seperti SiO2) diubah menjadi silikat yang dapat larut.

Pengasaman

Setelah dingin, tambahkan asam klorida atau asam sulfat untuk melarutkan silikat. Dan melalui pencucian dan pengeringan, kemurniannya dapat mencapai lebih dari 98%, yang digunakan untuk bahan baterai kelas menengah dan kelas atas.

Metode suhu tinggi

Tempatkan serbuk grafit dalam tungku atmosfer lembam pada suhu tinggi 2500-3000 ℃. Selama proses ini, pengotor (seperti boron dan aluminium) menguap dalam bentuk gas, dengan kemurnian lebih dari 99,9%. Anda dapat menggunakannya di bidang canggih seperti semikonduktor dan industri nuklir, tetapi konsumsi energinya relatif tinggi.

Pretreatment Bahan Baku

Kalsinasi kokas minyak bumi

Sebagai bahan baku utama untuk bubuk grafit buatan, kokas mentah mengandung senyawa hidrokarbon dan uap air, yang perlu dikalsinasi. Anda harus menempatkannya di tungku kalsinasi tangki atau rotary kiln pada suhu 1200-1400 ℃ untuk memungkinkan komponen yang mudah menguap keluar. Proses ini dapat meningkatkan kandungan karbon, meningkatkan kepadatan, kekuatan dan konduktivitas listrik, serta mengurangi pengotor.

Menguleni aspal

Setelah kalsinasi, Anda perlu mencampurkan kokas minyak bumi dengan pitch tar batubara secara proporsional. Kemudian masukkan campuran tersebut ke dalam pengaduk yang kuat dan aduk serta uleni pada suhu tertentu untuk membentuk campuran dengan plastisitas yang baik. Viskositas dan plastisitasnya dikontrol dengan tepat, yang dapat memenuhi persyaratan proses pencetakan.

Pembentukan dan Perlakuan Panas

Proses Pembentukan

Ada tiga metode umum: pencetakan ekstrusi, pencetakan kompresi dan pengepresan isostatik. Pencetakan ekstrusi mengekstrusi blanko melalui cetakan, yang cocok untuk produksi berkelanjutan. Pencetakan kompresi melibatkan penerapan tekanan dalam cetakan untuk membentuk produk seperti silinder dan lembaran. Pengepresan isostatik adalah proses kompresi isotropik di bawah tekanan tinggi untuk meningkatkan densitas, yang digunakan untuk produk berkinerja tinggi.

Proses karbonisasi

Panaskan secara perlahan dalam gas inert hingga 800-1200 ℃ untuk mengkarbonisasi pengikat dan membentuk struktur karbon awal. Kemudian bahan organik terurai menghasilkan karbon dan gas yang mudah menguap, membentuk struktur pori, yang memengaruhi kinerja produk akhir.

Proses grafitisasi

Pada suhu tinggi 2000-3000 ℃, karbon amorf dalam bodi hijau berkarbonisasi disusun ulang menjadi kristal grafit kisi heksagonal. Hal ini secara signifikan meningkatkan berbagai sifat utama, seperti konduktivitas listrik, pelumasan, dan ketahanan terhadap suhu tinggi.

Pasca-pemrosesan

Penghancuran dan Penggilingan

Blok grafit dihancurkan dengan menggunakan peralatan seperti ball mill, pabrik getaran, dan pabrik jet untuk mendapatkan ukuran partikel yang berbeda.

Penilaian dan Pengemasan

Mengklasifikasikan bubuk grafit yang dihancurkan dan menghasilkan produk yang berbeda sesuai dengan spesifikasi ukuran partikel. Setelah melewati pemeriksaan kualitas, itu dikemas dalam karung plastik, kantong kertas atau drum tertutup. Ini memastikan bahwa transportasi dan penyimpanan tidak terkontaminasi.

Teknologi persiapan bubuk grafit baru

Pembuatan Serbuk Nano-Grafit

5.1.1 Deposisi Uap Kimia

Metode CVD menggunakan metana dan sumber karbon gas lainnya untuk membentuk lapisan grafit nano. Proses ini memerlukan penguraian dan pengendapan sumber karbon pada substrat pada suhu 800-1200 ℃ dan di bawah aksi katalis. Produk ini memiliki kemurnian tinggi, yang cocok untuk bidang elektronik kelas atas, tetapi efisiensinya rendah.

5.1.2 Metode pengelupasan kulit fase cair dengan bantuan ultrasound

Hal ini untuk mendispersikan grafit alami dalam pelarut seperti NMP, mematahkan kekuatan interlayer grafit, dan mengelupas untuk mendapatkan serbuk nano. Prosesnya sederhana dan memiliki konsumsi energi yang rendah, sehingga memungkinkan produksi massal, cocok untuk skenario dengan persyaratan keseragaman yang rendah.

Pembuatan Serbuk Grafit Komposit

Proses komposit dengan logam dan polimer

Komposit logam

Sintering campuran metalurgi serbuk, kemudian memiliki pelumasan dan kekuatan logam, yang digunakan untuk komponen yang dapat melumasi sendiri.

Peracikan polimer

Ketika bubuk grafit digabungkan dengan polimer, metode yang umum digunakan meliputi pencampuran larutan dan pencampuran lelehan. Grafit memiliki konduktivitas listrik dan termal, yang digunakan dalam produk industri yang menghantarkan listrik dan panas.

Pengendalian Kualitas dan Tindakan Perlindungan Lingkungan dalam Proses Manufaktur

Pemeriksaan Kualitas

Produk jadi akhir perlu diuji untuk sifat-sifat seperti ukuran partikel, kemurnian dan konduktivitas listrik. Dan cacat penampilan harus dianalisis dengan instrumen untuk memastikan bahwa produk jadi memenuhi standar.

Perawatan Perlindungan Lingkungan

Setelah membuat bubuk grafit, Anda perlu melakukan perawatan perlindungan lingkungan untuk mencegah polusi udara, polusi air, dll. Misalnya, Anda dapat menetralkan, mengendapkan, dan menyaring air limbah untuk memurnikannya. Dan hilangkan debu dan gas berbahaya dengan menggunakan bag filter, presipitator elektrostatik, dan scrubber untuk mengurangi dampak lingkungan.

Kesimpulan

Produksi serbuk grafit memerlukan pemilihan proses berdasarkan karakteristik bahan baku. Grafit alami berfokus pada pemurnian, grafit buatan menekankan grafitisasi, dan teknologi baru mempromosikan proses skala nano dan komposit. Sementara itu, Anda perlu mempertimbangkan kontrol kualitas dan persyaratan perlindungan lingkungan.