自然黒鉛と合成黒鉛：徹底比較

黒鉛は、エネルギー、潤滑油、エレクトロニクスなど、さまざまな産業で使用される多目的化合物である。 とはいえ、ほとんどの人は、黒鉛には天然黒鉛と人造黒鉛の2種類があることを知らない。 このガイドでは、両タイプのグラファイトを比較分析している。両者の組成、用途、製造方法を明確にします。

ネイチャーグラファイトの概要

天然黒鉛は、炭素を主成分とする有機化合物である。炭素を多く含む物質が岩石内部で高圧と熱にさらされると、黒鉛が形成される。このプロセスが完了するには数百万年かかる。

採掘業者は、様々な形で地球から天然黒鉛を掘り出す。しかし、天然黒鉛の主な形態は以下の3つである：

アモルファス

アモルファス黒鉛は、炭素原子のランダムな配列による無秩序構造を特徴とする。この天然黒鉛は、無煙炭層とマグマや地殻応力などの変成作用物質との間の接触変成作用によって形成される。

フレーク

天然の薄片状黒鉛は、炭素が高圧と高温にさらされたときに形成される。薄片状黒鉛は一般に変成岩の堆積物から得られる。この黒鉛は薄く、平らで、六角形の層が特徴である。

結晶性

結晶性黒鉛は、その規則正しい原子構造で知られている。このグラファイトの炭素原子は六角形格子に配列している。

人造黒鉛の概要

人造黒鉛は工場で作られる人工化合物である。この人造黒鉛は、コークス、コールタールピッチなどの炭素含有物質が炉の中で高温にさらされることによって形成される。

天然黒鉛とは異なり、この化合物は精密な特性を持っている。人工物であるため、粒度、純度、密度をコントロールできる。

人造黒鉛の外観はより安定している。さらに、その薄片は天然黒鉛よりも柔らかい。

天然黒鉛と人造黒鉛のさまざまな側面を比較してみよう。

天然黒鉛と合成黒鉛：さまざまな要因の比較

構成

天然黒鉛は炭素と様々な不純物からなる。主に 変成岩.グラファイトが形成されるのは 変成作用 炭素を多く含む物質の。

天然黒鉛中の炭素含有量は15%から95%の間である。残りの成分は灰分、鉄分、シリカ、硫黄などである。

一方、人造黒鉛は99%の炭素を含む。残りの1%は揮発性物質と灰分である。

カラー

ナチュラル・グラファイトの色合いは、ダークグレーからブラックまで幅広い。メタリックな光沢も見られます。

一般的に、この色の変化は黒鉛に含まれる不純物によるものである。この黒鉛は比較的不透明である。

人造黒鉛は純度が高いため、色が濃い。人造黒鉛は実験室で製造されるため、外観が一定している。また、表面は均一で滑らかである。

製造業

前述のように、企業は鉱山や採石場から天然黒鉛を採取する。この原料は、その品質を向上させるために様々な処理を受ける。これらの処理により、黒鉛から不純物が取り除かれ、粒子径が維持される。

化学技術者は石油コークスやコールタールピッチを摂氏2500度以上で加熱する。この 黒鉛化 プロセスは炭素材料をグラファイトに変換する。

さらに、炭素原子が整列しているため、人造黒鉛の結晶構造を確実にする。

化学的性質

天然黒鉛は室温で安定である。標準的な条件下では、化学的に不活性です。つまり、黒鉛は酸、アルカリ、その他の溶媒に反応しない。しかし、有機黒鉛は600℃前後の温度で酸化する可能性がある。

人造黒鉛は化学薬品に対して極めて高い耐性を持っています。密度が高く、気孔率が低いため、様々な物質に対して耐性がある。

物理的性質/密度

天然黒鉛の密度は、その種類によって1.5～1.8g/cm³である。片状黒鉛と非晶質黒鉛は、その構造と組成に若干の違いがある。

人造黒鉛は天然黒鉛よりわずかに緻密である。その固さは1.6～1.9g/cm³である。また、純度が高いため、熱伝導率や電気伝導率が高い。

価格

黒鉛の価格は様々な要因によって変動する。天然黒鉛の価格は、種類、品位、市場の需要により、1トン当たり500米ドルから2000米ドルの間である。

人造黒鉛は高価である。価格は1トン当たり3,000米ドルから。一部の高級合成グレードの価格は、1トン当たり20,000米ドルに達することもある。

自然黒鉛と合成黒鉛の比較：用途

ナチュラル・グラファイト

耐火物

天然黒鉛はレンガやるつぼの製造によく使われる。このほか、鉄鋼やガラスなどの産業で金型を作る際にも使われている。なんといっても耐熱性が高い。

潤滑油

天然黒鉛は滑りやすい層状構造を特徴とする。そのため、企業は潤滑油やグリースの主成分として使用している。

鉛筆

天然黒鉛は鉛筆の芯にも使われる。結局のところ、この化合物は紙に跡を残す。

バッテリー

電池メーカーは、一部のリチウムイオン電池の負極材として天然黒鉛を使用している。パワーや性能をそれほど必要としない低価格のバッテリーでは一般的である。

ファウンドリー

天然黒鉛は、鋳造および鋳物産業における主要成分である。鋳造の際、鋳型が金属にくっつくのを防ぐための離型剤として使用される。

ブレーキ・ライニング

天然黒鉛は優れた摩擦特性を持つ。そのため、自動車メーカーはブレーキライニングやガスケットの材料として使用している。

人造黒鉛の用途

電極

人造黒鉛は高温に耐えることができる。しかも導電性が高い。そのため、電極メーカーは人造黒鉛を使って 黒鉛電極 電気アーク炉用。

リチウムイオン電池

EV用リチウムイオン電池の負極材には人造黒鉛が使われている。この黒鉛は純度が高く、構造が安定しているため、電池性能が向上する。

燃料電池

合成グラファイトは、固体高分子形燃料電池のバイポーラ・プレートの製造にも使用されている。PEMFC).

原子力産業

この人造黒鉛は熱安定性が高い。原子力技術者が原子炉の減速材や反射材として使用している。

合成黒鉛は中性子を減速させ、核分裂を持続させる。

結論

天然黒鉛と人造黒鉛の比較を包括的に紹介する。どちらも様々な産業で使用される貴重な化合物である。

自然黒鉛は手頃な価格で、高純度の黒鉛を必要としない用途に適している。一方、人造黒鉛は高価である。しかし、最も純度の高い黒鉛を必要とする用途には適している。なんといっても、安定した性能を発揮するからだ。