천연 흑연과 합성 흑연: 심층 비교

흑연은 에너지, 윤활유, 전자제품 등 다양한 산업 분야에서 사용되는 다목적 화합물입니다. 그럼에도 불구하고 대부분의 사람들은 천연 흑연과 합성 흑연의 두 가지 형태로 제공된다는 사실을 알지 못합니다. 이 가이드에서는 두 가지 흑연 유형을 비교 분석합니다. 구성, 용도 및 제조에 대해 명확하게 설명합니다.

네이처 그래파이트 개요

천연 흑연은 주로 탄소로 이루어진 유기 화합물입니다. 탄소가 풍부한 물질이 암석 내부의 고압과 열에 노출되면 흑연이 형성됩니다. 이 과정이 완료되는 데는 수백만 년이 걸립니다.

광부들은 다양한 형태로 지구에서 천연 흑연을 채굴합니다. 하지만 천연 흑연에는 크게 세 가지 형태가 있습니다:

무정형

비정질 흑연은 탄소 원자의 무작위 배열로 인해 무질서한 구조가 특징입니다. 이 천연 흑연은 무연탄층과 마그마 또는 지각 응력과 같은 변성제 사이의 접촉 변성 작용으로 인해 형성됩니다.

플레이크

천연 플레이크 흑연은 탄소가 높은 압력과 온도에 노출될 때 형성됩니다. 플레이크는 일반적으로 변성암 퇴적물에서 공급됩니다. 이 흑연 형태는 얇고 평평하며 육각형 층이 특징입니다.

결정체

결정성 흑연은 규칙적인 원자 구조로 잘 알려져 있습니다. 이 흑연의 탄소 원자는 육각형 격자로 배열되어 있습니다.

합성 흑연 개요

합성 흑연은 공장에서 제조된 인공 화합물입니다. 이 인공 흑연은 코크스, 콜타르 피치 등과 같은 탄소 함유 물질이 용광로에서 고온에 노출될 때 형성됩니다.

천연 흑연과 달리 이 화합물은 정밀한 특성을 가지고 있습니다. 인공 재료이기 때문에 입자 크기, 순도, 밀도를 제어할 수 있습니다.

합성 흑연의 모양이 더 일관적입니다. 또한 천연 흑연보다 플레이크가 더 부드럽습니다.

천연 흑연과 합성 흑연의 다양한 측면을 비교해 보겠습니다.

천연 흑연과 합성 흑연: 다양한 요소의 비교

구성

천연 흑연은 탄소와 다양한 불순물로 구성되어 있습니다. 주로 다음에서 발견됩니다. 변성암. 흑연은 메타모피즘 탄소가 풍부한 물질로 구성되어 있습니다.

천연 흑연의 탄소 함량은 15%에서 95% 사이입니다. 나머지 성분은 회분, 철, 실리카, 유황 등일 수 있습니다.

반면 합성 흑연은 99%의 탄소를 함유하고 있습니다. 나머지 1%에는 휘발성 물질과 회분 함량이 포함되어 있습니다.

색상

천연 흑연의 색조는 짙은 회색에서 검은색까지 다양합니다. 그 위에 금속 광택이 있는 것도 볼 수 있습니다.

일반적으로 이러한 색상 변화는 흑연에 존재하는 불순물 때문입니다. 이 흑연 형태는 상대적으로 더 불투명합니다.

합성 흑연은 순도가 높기 때문에 색이 더 어둡습니다. 실험실에서 만든 화합물이기 때문에 외관이 일관된 것이 특징입니다. 또한 표면이 균일하고 매끈합니다.

제조

위에서 언급했듯이 기업은 광산과 채석장에서 천연 흑연을 추출합니다. 이 원료는 품질을 개선하기 위해 다양한 처리를 거칩니다. 이러한 공정은 흑연에서 불순물을 제거하고 입자 크기를 유지합니다.

화학 엔지니어는 석유 코크스나 콜타르 피치를 섭씨 2,500도 이상의 온도에서 가열합니다. 이 흑연화 공정은 탄소 소재를 흑연으로 변환합니다.

또한 탄소 원자가 정렬되어 있어 합성 흑연의 결정 구조를 보장합니다.

화학적 특성

천연 흑연은 실온에서 안정적으로 유지됩니다. 표준 조건에서는 화학적으로 불활성입니다. 즉, 흑연은 산, 알칼리 및 기타 용매에 반응하지 않습니다. 하지만 유기 흑연은 약 600°C의 온도에서 산화될 수 있습니다.

합성 흑연은 화학 물질에 대한 내성이 매우 높습니다. 밀도가 높고 다공성이 낮아 다양한 종류의 물질에 대한 내성이 있습니다.

물리적 특성/밀도

천연 흑연의 밀도는 종류에 따라 1.5~1.8g/cm³입니다. 플레이크와 비정질 흑연은 구조와 구성에 약간의 차이가 있을 수 있습니다.

합성 흑연은 천연 흑연보다 밀도가 약간 높습니다. 견고성은 1.6~1.9g/cm³입니다. 또한 이 흑연은 순도가 높기 때문에 열 및 전기 전도성이 더 우수합니다.

가격

흑연의 가격은 다양한 요인에 따라 달라질 수 있습니다. 천연 흑연의 가격은 종류, 등급, 시장 수요에 따라 톤당 500달러에서 2000달러 사이로 다양합니다.

합성 흑연은 비쌉니다. 가격은 톤당 3,000달러부터 시작합니다. 일부 프리미엄 합성 흑연의 가격은 톤당 20,000달러까지 올라갈 수 있습니다.

천연 흑연 대 합성 흑연: 애플리케이션

천연 흑연

내화물

천연 흑연은 일반적으로 벽돌과 도가니를 만드는 데 사용됩니다. 이 외에도 강철 및 유리와 같은 산업에서 금형을 제작하는 데 사용되기도 합니다. 결국 내열성이 높기 때문입니다.

윤활유

천연 흑연은 미끄러운 층상 구조가 특징입니다. 따라서 기업들은 윤활유와 그리스의 주원료로 천연 흑연을 사용합니다.

연필

천연 흑연은 연필심을 만드는 데도 사용됩니다. 결국 이 화합물은 종이에 자국을 남깁니다.

배터리

배터리 제조업체는 일부 리튬 이온 배터리의 양극 재료로 천연 흑연을 사용합니다. 이는 전력이나 성능이 많이 필요하지 않은 저가형 배터리에서 흔히 사용됩니다.

파운드리

천연 흑연은 주조 및 파운드리 산업의 주요 재료입니다. 기업들은 주조 시 금형이 금속에 달라붙는 것을 방지하기 위해 이형제로 사용합니다.

브레이크 라이닝

천연 흑연은 뛰어난 마찰 특성을 가지고 있습니다. 따라서 자동차 회사에서는 브레이크 라이닝과 개스킷을 만드는 데 이 소재를 사용합니다.

합성 흑연의 응용 분야

전극

합성 흑연은 고온을 견딜 수 있습니다. 또한 전도성이 높습니다. 따라서 전극 제조업체는 이를 사용하여 다음과 같은 제품을 만듭니다. 흑연 전극 전기 아크 용광로용

리튬 이온 배터리

합성 흑연은 전기차용 리튬 이온 배터리의 음극재로 사용됩니다. 이 흑연은 더 순수하고 구조가 일정하여 배터리 성능을 향상시킵니다.

연료 전지

합성 흑연은 양성자 교환막 연료 전지의 양극판 생산에도 사용됩니다(PEMFC).

원자력 산업

이 인공 합성 흑연은 열 안정성이 높습니다. 원자력 엔지니어는 원자로의 중재자 및 반사체로 사용합니다.

합성 흑연은 중성자의 속도를 늦추고 핵분열을 지속시킵니다.

결론

천연 흑연과 합성 흑연을 비교하여 종합적으로 살펴봅니다. 둘 다 다양한 산업에서 사용되는 귀중한 화합물입니다.

천연 흑연은 저렴하며 고순도의 흑연이 필요하지 않은 용도에 적합합니다. 반대로 합성 흑연은 가격이 비쌉니다. 그러나 가장 순수한 형태의 흑연이 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 결국, 일관된 성능을 제공합니다.