Natuurgrafiet vs Synthetisch Grafiet: Een diepgaande vergelijking

Grafiet is een multifunctionele verbinding die wordt gebruikt in verschillende industrieën, zoals energie, smeermiddelen en elektronica. Toch weten de meeste mensen niet dat het in twee vormen verkrijgbaar is: natuurlijk grafiet en synthetisch grafiet. Deze gids geeft een vergelijkende analyse van beide soorten grafiet. Het geeft je duidelijkheid over hun samenstellingen, toepassingen en productie.

Overzicht van Nature Graphite

Natuurlijk grafiet is een organische verbinding die voornamelijk uit koolstof bestaat. Wanneer koolstofrijk materiaal wordt blootgesteld aan hoge druk en hitte binnenin het gesteente, vormt zich grafiet. Dit proces duurt miljoenen jaren.

Mijnwerkers halen natuurlijk grafiet in verschillende vormen uit de aarde. Er zijn echter drie hoofdvormen van natuurlijk grafiet:

Amorf

Amorf grafiet heeft een ongeordende structuur door de willekeurige rangschikking van koolstofatomen. Dit natuurlijke grafiet wordt gevormd door contactmetamorfisme tussen een antracietkoollaag en een metamorfisemiddel, zoals magma of tektonische spanning.

Vlok

Natuurlijk grafiet in vlokken wordt gevormd wanneer koolstof wordt blootgesteld aan hoge druk en temperatuur. De schilfers zijn meestal afkomstig uit metamorfe gesteenteafzettingen. Deze grafietvorm is dun, plat en heeft een zeshoekige laag.

Kristallijn

Kristallijn grafiet staat bekend om zijn regelmatige atoomstructuur. De koolstofatomen van dit grafiet zijn gerangschikt in een hexagonaal rooster.

Overzicht van synthetisch grafiet

Synthetisch grafiet is een door de mens gemaakte verbinding die in een fabriek wordt gemaakt. Dit kunstmatige grafiet wordt gevormd wanneer koolstofhoudende materialen, zoals cokes, koolteerpek, enz., in een oven worden blootgesteld aan hoge temperaturen.

In tegenstelling tot natuurlijk grafiet heeft deze samenstelling nauwkeurige eigenschappen. Omdat het door de mens is gemaakt, kun je de korrelgrootte, zuiverheid en dichtheid controleren.

Synthetisch grafiet ziet er consistenter uit. Bovendien zijn de vlokken zachter dan die van natuurlijk grafiet.

Laten we verschillende aspecten van natuurlijk grafiet en synthetisch grafiet vergelijken.

Natuurgrafiet vs Synthetisch Grafiet: Vergelijking van verschillende factoren

Samenstelling

Natuurlijk grafiet bestaat uit koolstof en verschillende onzuiverheden. Het komt voornamelijk voor in metamorfe gesteenten. Het grafiet vormt zich door de metamorfisme van koolstofrijk materiaal.

Het koolstofgehalte in natuurlijk grafiet ligt tussen 15% en 95%. De resterende samenstelling kan bestaan uit as, ijzer, silica, zwavel, enz.

Synthetisch grafiet daarentegen bevat 99% koolstof. De resterende 1% bevat vluchtig materiaal en as.

Kleur

De tint van natuurlijk grafiet varieert van donkergrijs tot zwart. Je kunt er ook een metallic glans overheen zien.

Over het algemeen is deze kleurvariatie te wijten aan onzuiverheden in grafiet. Deze grafietvorm is relatief ondoorzichtiger.

De kleur van synthetisch grafiet is donkerder door de hoge zuiverheid. Omdat het een in het laboratorium gemaakte samenstelling is, ziet het er consistent uit. Het heeft ook een uniform en glad oppervlak.

Productie

Zoals hierboven vermeld, halen bedrijven natuurlijk grafiet uit mijnen en groeven. Deze grondstof ondergaat verschillende behandelingen om de kwaliteit te verbeteren. Deze processen elimineren onzuiverheden uit grafiet en zorgen ervoor dat de deeltjesgrootte behouden blijft.

Chemische ingenieurs verhitten petroleumcoke of koolteerpek bij temperaturen boven 2500 graden Celsius. Dit grafitisatie proces zet koolstofmaterialen om in grafiet.

Bovendien zorgt het voor een kristallijne structuur in synthetisch grafiet vanwege de uitgelijnde koolstofatomen.

Chemische eigenschappen

Natuurlijk grafiet blijft stabiel bij kamertemperatuur. Onder standaardomstandigheden is het chemisch inert. Dit betekent dat grafiet niet reageert op zuren, basen en andere oplosmiddelen. Organisch grafiet kan echter oxideren bij temperaturen rond 600 °C.

Synthetisch grafiet heeft een extreem hoge tolerantie tegen chemicaliën. Door de hoge dichtheid en lage porositeit is het bestand tegen verschillende soorten stoffen.

Fysieke eigenschappen/dichtheid

De dichtheid van natuurlijk grafiet ligt tussen 1,5 en 1,8 g/cm³, afhankelijk van het type. Vlok- en amorf grafiet kunnen kleine variaties hebben in hun structuur en samenstelling.

Synthetisch grafiet is iets dichter dan natuurlijk grafiet. De vastheid ligt tussen 1,6 en 1,9 g/cm³. Bovendien heeft dit grafiet een hogere zuiverheidsgraad, waardoor het een betere thermische en elektrische geleidbaarheid heeft.

Prijs

De prijs van grafiet kan variëren op basis van verschillende factoren. Afhankelijk van het type, de kwaliteit en de marktvraag kan de prijs van natuurlijk grafiet variëren tussen 500 en 2000 dollar per ton.

Synthetisch grafiet is duur. De prijs begint bij USD 3.000 per ton. De prijs van sommige synthetische topkwaliteiten kan oplopen tot 20.000 dollar per ton.

Natuurgrafiet vs Synthetisch grafiet: Toepassingen

Natuurlijk grafiet

Vuurvaste materialen

Natuurlijk grafiet wordt vaak gebruikt bij het maken van bakstenen en smeltkroezen. Daarnaast kun je het gebruiken voor het maken van mallen in de staal- en glasindustrie. Het heeft immers een hoge hittebestendigheid.

Smeermiddelen

Natuurlijk grafiet heeft een gladde gelaagde structuur. Daarom gebruiken bedrijven het als hoofdingrediënt in smeermiddelen en vetten.

Potloden

Natuurlijk grafiet wordt ook gebruikt om potloodstiften van te maken. Deze verbinding laat immers sporen achter op papier.

Batterijen

Batterijfabrikanten gebruiken natuurlijk grafiet als anodemateriaal in sommige lithium-ionbatterijen. Het is gebruikelijk in goedkopere batterijen die niet zoveel vermogen of prestaties nodig hebben.

Gieterij

Natuurlijk grafiet is een belangrijk ingrediënt in de giet- en gieterij-industrie. Bedrijven gebruiken het als scheidingsmiddel om te voorkomen dat mallen aan het metaal blijven kleven tijdens het gieten.

Remvoeringen

Natuurlijk grafiet heeft uitstekende wrijvingseigenschappen. Daarom gebruiken autobedrijven het om remvoeringen en pakkingen te maken.

Toepassingen van synthetisch grafiet

Elektroden

Synthetisch grafiet is bestand tegen hoge temperaturen. Bovendien is het zeer geleidend. Daarom gebruiken elektrodefabrikanten het om grafietelektroden voor vlamboogovens.

Lithium-ion batterijen

Synthetisch grafiet wordt gebruikt als anodemateriaal in lithium-ionbatterijen voor elektrische voertuigen. Dit grafiet is zuiverder en consistenter van structuur, wat de prestaties van de accu verbetert.

Brandstofcellen

Synthetisch grafiet wordt ook gebruikt bij de productie van bipolaire platen in protonuitwisselingsmembraanbrandstofcellen (PEMFC).

Nucleaire industrie

Dit kunstmatig synthetisch grafiet heeft een hoge thermische stabiliteit. Nucleaire ingenieurs gebruiken het als moderator en reflector in kernreactoren.

Synthetisch grafiet vertraagt neutronen en ondersteunt kernsplijting.

Conclusie

Dit is een uitgebreide kijk op hoe natuurlijk grafiet zich verhoudt tot synthetisch grafiet. Beide zijn waardevolle verbindingen die in verschillende industrieën worden gebruikt.

Natuurgrafiet is betaalbaar en geschikt voor toepassingen waarbij geen hoge zuiverheid van grafiet vereist is. Synthetisch grafiet is daarentegen duur. Het is echter wel geschikt voor toepassingen waarbij de zuiverste vorm van grafiet nodig is. Het levert immers consistente prestaties.