La grafite è un composto multiuso utilizzato in vari settori, come quello dell'energia, dei lubrificanti, dell'elettronica e altri ancora. Tuttavia, la maggior parte delle persone non sa che è disponibile in due forme: grafite naturale e grafite sintetica. Questa guida fa un'analisi comparativa di entrambi i tipi di grafite. Fornisce informazioni chiare sulle loro composizioni, applicazioni e produzione.
Panoramica di Nature Graphite
La grafite naturale è un composto organico costituito principalmente da carbonio. Quando il materiale ricco di carbonio viene esposto ad alta pressione e calore all'interno della roccia, si forma la grafite. Questo processo richiede milioni di anni per essere completato.
I minatori estraggono dalla terra grafite naturale in varie forme. Tuttavia, le tre forme principali di grafite naturale sono:
Amorfo
La grafite amorfa presenta una struttura disordinata dovuta alla disposizione casuale degli atomi di carbonio. Questa grafite naturale si forma a causa del metamorfismo di contatto tra un filone di carbone di antracite e un agente metamorfico, come il magma o lo stress tettonico.
Fiocco
La grafite naturale in fiocchi si forma quando il carbonio è esposto ad alta pressione e temperatura. Il fiocco proviene generalmente da depositi di rocce metamorfiche. Questa forma di grafite è sottile, piatta e presenta uno strato esagonale.
Cristallino
La grafite cristallina è nota per la sua struttura atomica regolare. Gli atomi di carbonio di questa grafite sono disposti in un reticolo esagonale.
Panoramica della grafite sintetica
La grafite sintetica è un composto artificiale preparato in fabbrica. Questa grafite artificiale si forma quando materiali contenenti carbonio, come coke, pece di catrame di carbone, ecc. sono esposti ad alte temperature in un forno.
A differenza della grafite naturale, questo composto ha proprietà precise. Essendo prodotto dall'uomo, è possibile controllarne la granulometria, la purezza e la densità.
L'aspetto della grafite sintetica è più uniforme. Inoltre, le sue scaglie sono più morbide di quelle della grafite naturale.
Confrontiamo i diversi aspetti della grafite naturale e della grafite sintetica.
Grafite naturale vs grafite sintetica: Confronto tra diversi fattori
Composizione
La grafite naturale è composta da carbonio e varie impurità. Si trova principalmente in rocce metamorfiche. La grafite si forma grazie alla metamorfismo di materiale ricco di carbonio.
Il contenuto di carbonio nella grafite naturale varia tra 15% e 95%. La composizione rimanente può essere costituita da ceneri, ferro, silice, zolfo, ecc.
La grafite sintetica, invece, contiene 99% di carbonio. Il restante 1% contiene materiale volatile e ceneri.
Colore
La tonalità della grafite naturale varia dal grigio scuro al nero. Si può anche notare una lucentezza metallica.
In genere, questa variazione di colore è dovuta alle impurità presenti nella grafite. Questa forma di grafite è relativamente più opaca.
Il colore della grafite sintetica è più scuro grazie alla sua elevata purezza. Essendo un composto prodotto in laboratorio, ha un aspetto uniforme. Inoltre, ha una superficie uniforme e liscia.
Produzione
Come già detto, le aziende estraggono la grafite naturale da miniere e cave. Questa materia prima viene sottoposta a vari trattamenti per migliorarne la qualità. Questi processi eliminano le impurità dalla grafite e ne mantengono la dimensione delle particelle.
Gli ingegneri chimici riscaldano il coke di petrolio o la pece di catrame di carbone a temperature superiori a 2.500 gradi Celsius. Questo grafitizzazione Il processo converte i materiali di carbonio in grafite.
Inoltre, garantisce la struttura cristallina della grafite sintetica grazie agli atomi di carbonio allineati.
Proprietà chimiche
La grafite naturale rimane stabile a temperatura ambiente. In condizioni standard, è chimicamente inerte. Ciò significa che la grafite non reagisce ad acidi, alcali e altri solventi. Tuttavia, la grafite organica può ossidarsi a temperature di circa 600°C.
La grafite sintetica ha una tolleranza estremamente elevata nei confronti degli agenti chimici. L'alta densità e la bassa porosità la rendono resistente a diversi tipi di sostanze.
Proprietà fisiche/densità
La densità della grafite naturale varia da 1,5 a 1,8 g/cm³, a seconda del tipo. La grafite in fiocchi e quella amorfa possono presentare leggere variazioni nella loro struttura e composizione.
La grafite sintetica è leggermente più densa di quella naturale. La sua solidità varia da 1,6 a 1,9 g/cm³. Inoltre, poiché il livello di purezza è più elevato, questa grafite presenta una migliore conducibilità termica ed elettrica.
Prezzo
Il prezzo della grafite può variare in base a diversi fattori. A seconda del tipo, del grado e della domanda di mercato, il prezzo della grafite naturale può variare da 500 a 2000 dollari per tonnellata.
La grafite sintetica è costosa. Il suo prezzo parte da 3.000 dollari per tonnellata. Il costo di alcuni gradi sintetici premium può arrivare a 20.000 dollari per tonnellata.
Grafite naturale vs grafite sintetica: Applicazioni
Grafite naturale
Refrattari
La grafite naturale è comunemente utilizzata per la produzione di mattoni e crogioli. Oltre a questo, si può notare il suo utilizzo nella realizzazione di stampi in settori come l'acciaio e il vetro. Infatti, ha un'elevata resistenza al calore.
Lubrificanti
La grafite naturale presenta una struttura stratificata e scivolosa. Di conseguenza, le aziende la utilizzano nei lubrificanti e nei grassi come ingrediente principale.
Matite
La grafite naturale viene utilizzata anche per produrre le mina delle matite. Dopo tutto, questo composto lascia un segno sulla carta.
Batterie
I produttori di batterie utilizzano la grafite naturale come materiale anodico in alcune batterie agli ioni di litio. È comune nelle batterie a basso costo che non necessitano di una potenza o di prestazioni elevate.
Fonderia
La grafite naturale è un ingrediente primario nell'industria della fusione e della fonderia. Le aziende la utilizzano come agente di separazione per evitare che gli stampi si attacchino al metallo durante la fusione.
Guarnizioni dei freni
La grafite naturale ha eccezionali proprietà di attrito. Di conseguenza, le aziende automobilistiche la utilizzano per produrre guarnizioni e guaine dei freni.
Applicazioni della grafite sintetica
Elettrodi
La grafite sintetica è in grado di resistere alle alte temperature. Inoltre, è altamente conduttiva. Di conseguenza, i produttori di elettrodi la utilizzano per realizzare elettrodi di grafite per forni elettrici ad arco.
Batterie agli ioni di litio
La grafite sintetica è utilizzata come materiale anodico nelle batterie agli ioni di litio per i veicoli elettrici. Questa grafite è più pura e più coerente nella struttura, il che migliora le prestazioni della batteria.
Celle a combustibile
La grafite sintetica è utilizzata anche nella produzione di piastre bipolari nelle celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEMFC).
Industria nucleare
Questa grafite sintetica artificiale ha un'elevata stabilità termica. Gli ingegneri nucleari la utilizzano come moderatore e riflettore nei reattori nucleari.
La grafite sintetica rallenta i neutroni e sostiene la fissione nucleare.
Conclusione
Questo è uno sguardo completo su come la grafite naturale si confronta con la grafite sintetica. Entrambi sono composti preziosi utilizzati in vari settori industriali.
La grafite naturale è conveniente e adatta ad applicazioni in cui non è richiesta un'elevata purezza della grafite. Al contrario, la grafite sintetica è costosa. Tuttavia, è adatta per le applicazioni che richiedono la forma più pura di grafite. In fin dei conti, fornisce prestazioni costanti.
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