Grafit Tozu Nasıl Yapılır?

Elektrik iletkenliği, yağlama ve yüksek sıcaklık direnci ile grafit tozu, piller gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretim süreci, malzeme ve endüstriyel teknolojik yeniliği bünyesinde barındıran hammaddelere bağlı olarak değişmektedir. Doğal grafitin saflaştırılmasını, yapay grafitin sentezini ve dönüşümünü ve yeni nano ölçekli grafitin hazırlanmasını içerir.

Grafit Tozu Üretimi için Hammaddeler

Doğal Grafit

Doğal grafit gnays ve şist gibi jeolojik yapılarda mineral formunda bulunur. Kaynaklarının dağılımı bölgeseldir ve kristal formuna göre şu şekilde sınıflandırılabilir:

Pul grafit

Kristaller katmanlar halinde düzenlenmiştir ve çapları birkaç mikrometre ile birkaç milimetre arasında değişmektedir. Yüksek saflık ve iyi elektrik iletkenliği nedeniyle, üst düzey piller ve esnek elektronik malzemeler için anot malzemeleri olarak kullanabilirsiniz.

Topraksı grafit

Kristal yapısı düzensizdir ve "kriptokristalin grafit" olarak da bilinir. Derin saflaştırma yoluyla performansını artırmanız gerekir. Ve refrakter malzemeler, döküm kaplamalar ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yapay Grafit için Hammaddeler

Yapay grafitin temel hammaddesi, genellikle aşağıdakileri içeren karbon içeren bir katıdır:

Petrol kok kömürü

Bu, karbon içeriği 90%'yi aşan petrol rafinasyonunun bir yan ürünüdür. Kalsinasyondan sonra grafitleşme öncüsü haline gelir ve lityum pillerin negatif elektrodu için ana hammaddedir.

Asfalt

Bağlayıcı ve karbon kaynağı olarak kullanılan kömür katranı zifti ve petrol zifti olarak ikiye ayrılır. Ve grafit katmanlı bir yapı oluşturmak için yüksek sıcaklıklarda karbonize edilirler.

Kola

Düşük maliyetli ancak daha fazla safsızlığa sahip bir kömür kuru damıtma ürünüdür. Ve refrakter malzemeler gibi orta ve düşük uç senaryolar için uygundur.

Karbon siyahı

Gözenek yapısını düzenlemek için bazı özel proseslerde yardımcı malzeme olarak kullanabilirsiniz.

Doğal Grafit Tozu Üretim Süreci

Birincil İşleme

Kırma ve Öğütme

Doğal grafit cevherini çeneli kırıcılar ve konik kırıcılar gibi ekipmanlar kullanarak milimetre seviyesine kadar kırmalısınız. Daha sonra bilyalı değirmenler, Raymond değirmenleri vb. ile mikron seviyesindeki parçacıklara öğütmelisiniz. Öğütme işlemi sırasında, aşırı öğütmeden kaynaklanan kristal yapının zarar görmesini önlemek için partikül boyutu dağılımını kontrol etmeniz gerekir.

Sınıflandırma ve Tarama

Titreşimli elekler ve hava akışlı sınıflandırıcılar gibi ekipmanlar kullanarak partikülleri partikül boyutuna göre sınıflandırın. İnce partiküller saflaştırma sürecine girerken kaba partikülleri yeniden öğütmek için geri gönderin. Hava sınıflandırma yöntemi, farklı uygulamaların gereksinimlerini karşılayan 1 ila 100μm aralığındaki partikül boyutunu hassas bir şekilde kontrol edebilir.

Arıtma İşlemi

Flotasyon Yöntemi

Bu yöntem grafit ile gang minerallerinin hidrofobikliği arasındaki farktan faydalanır. Önce gazyağı ve terebentin yağı gibi toplayıcıların yanı sıra köpürtücü maddeler eklenir. Daha sonra bir flotasyon makinesi aracılığıyla grafit parçacıklarının hava kabarcıklarına yapışması ve yüzmesi sağlanır. Böylece kuvars ve feldispat gibi safsızlıklardan ayrılma sağlanır ve saflık 85%-95%'ye ulaşabilir.

Alkali-Asit yöntemi

Alkali eritme

Grafit ve sodyum hidroksiti orantılı olarak karıştırmalı ve 500-700°C'de eritmelisiniz. Bundan sonra, safsızlıklar (SiO2) çözünebilir silikatlara dönüşür.

Asitleşme

Soğuduktan sonra, silikatı çözmek için hidroklorik asit veya sülfürik asit ekleyin. Yıkama ve kurutma yoluyla saflık, orta ve üst düzey pil malzemeleri için kullanılan 98%'nin üzerine çıkabilir.

Yüksek Sıcaklık Yöntemi

Grafit tozunu 2500-3000°C gibi yüksek bir sıcaklıkta inert atmosferli bir fırına yerleştirin. Bu işlem sırasında, safsızlıklar (bor ve alüminyum gibi) 99,9%'nin üzerinde bir saflıkla gaz halinde uçar. Yarı iletkenler ve nükleer endüstriler gibi üst düzey alanlarda kullanabilirsiniz, ancak enerji tüketimi nispeten yüksektir.

Hammadde Ön İşlemleri

Petrol kokunun kalsinasyonu

Yapay grafit tozu için önemli bir hammadde olan ham kok, kalsine edilmesi gereken hidrokarbon bileşikleri ve nem içerir. Uçucu bileşenlerin kaçmasına izin vermek için 1200-1400 ℃ sıcaklıkta bir tank kalsinasyon fırınına veya döner fırına yerleştirmelisiniz. Bu işlem karbon içeriğini artırabilir, yoğunluğu, mukavemeti ve elektrik iletkenliğini artırabilir ve safsızlıkları azaltabilir.

Asfalt yoğurma

Kalsinasyondan sonra, petrol kokunu kömür katranı zifti ile orantılı olarak karıştırmanız gerekir. Daha sonra karışımı güçlü bir yoğurucuya koyun ve iyi plastikliğe sahip bir karışım oluşturmak için belirli bir sıcaklıkta karıştırın ve yoğurun. Viskozitesi ve plastisitesi hassas bir şekilde kontrol edilir, bu da kalıplama işleminin gereksinimlerini karşılayabilir.

Şekillendirme ve Isıl İşlem

Şekillendirme Süreci

Üç yaygın yöntem vardır: ekstrüzyon kalıplama, sıkıştırma kalıplama ve izostatik presleme. Ekstrüzyon kalıplama, sürekli üretim için uygun olan bir kalıptan işlenmemiş parçayı ekstrüde eder. Sıkıştırmalı kalıplama, silindir ve levha gibi ürünler oluşturmak için bir kalıpta basınç uygulanmasını içerir. İzostatik presleme, yoğunluğu artırmak için yüksek basınç altında izotropik sıkıştırma işlemidir ve yüksek performanslı ürünler için kullanılır.

Karbonizasyon süreci

Bağlayıcıyı karbonize etmek ve ilk karbon yapısını oluşturmak için inert bir gaz içinde 800-1200°C'ye kadar yavaşça ısıtın. Daha sonra organik madde karbon ve uçucu gazlar üretmek üzere ayrışarak nihai ürünün performansını etkileyen bir gözenek yapısı oluşturur.

Grafitleştirme süreci

2000-3000°C'lik yüksek sıcaklıklarda, karbonize yeşil gövdedeki amorf karbon altıgen kafes grafit kristalleri halinde yeniden düzenlenir. Bu, elektrik iletkenliği, kayganlık ve yüksek sıcaklık direnci gibi temel özellikleri önemli ölçüde geliştirir.

İşlem sonrası

Kırma ve Öğütme

Grafit bloklar, farklı partikül boyutları elde etmek için bilyalı değirmenler, titreşimli değirmenler ve jet değirmenler gibi ekipmanlar kullanılarak kırılmıştır.

Sınıflandırma ve Paketleme

Ezilmiş grafit tozunu sınıflandırın ve partikül boyutu özelliklerine göre farklı ürünler üretin. Kalite kontrolünden geçtikten sonra plastik dokuma torbalarda, kağıt torbalarda veya mühürlü varillerde paketlenir. Taşıma ve depolamanın kirlenmemesini sağlar.

Yeni grafit tozu hazırlama teknolojisi

Nano-Grafit Tozunun Hazırlanması

5.1.1 Kimyasal Buhar Biriktirme

CVD yöntemi, nano-grafit katmanlar oluşturmak için metan ve diğer gaz halindeki karbon kaynaklarını kullanır. Bu işlem, karbon kaynağının 800-1200°C'de ve bir katalizörün etkisi altında substrat üzerinde ayrıştırılmasını ve biriktirilmesini gerektirir. Ürün, üst düzey elektronik alan için uygun olan yüksek saflığa sahiptir, ancak verimlilik düşüktür.

5.1.2 Ultrason destekli sıvı faz eksfoliasyon yöntemi

Bu, doğal grafiti NMP gibi çözücüler içinde dağıtmak, grafitin ara katman kuvvetlerini kırmak ve nano toz elde etmek için soymaktır. Süreç basittir ve düşük enerji tüketimine sahiptir, seri üretime izin verir, düşük homojenlik gereksinimleri olan senaryolar için uygundur.

Kompozit Grafit Tozu Üretimi

Metaller ve polimerler ile kompozit proses

Metal kompozit

Toz metalurjisi karışık sinterleme, daha sonra kendinden yağlamalı bileşenler için kullanılan yağlama ve metal mukavemetine sahiptir.

Polimer birleştirme

Grafit tozu polimerlerle birleştirildiğinde, yaygın olarak kullanılan yöntemler arasında çözelti harmanlama ve eriyik harmanlama bulunur. Elektrik ve ısıyı ileten endüstriyel ürünlerde kullanılan elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir.

Üretim Sürecinde Kalite Kontrol ve Çevre Koruma Önlemleri

Kalite Denetimi

Nihai bitmiş ürünün partikül boyutu, saflık ve elektrik iletkenliği gibi özellikler açısından test edilmesi gerekir. Ve bitmiş ürünün standartları karşıladığından emin olmak için görünüm kusurları cihazlarla analiz edilmelidir.

Çevre Koruma Arıtma

Grafit tozu ürettikten sonra, hava kirliliğini, su kirliliğini vb. önlemek için çevre koruma işlemi yapmanız gerekir. Örneğin, atık suyu arıtmak için nötralize edebilir, çökeltebilir ve filtreleyebilirsiniz. Çevresel etkiyi azaltmak için torba filtreler, elektrostatik çökelticiler ve yıkayıcılar kullanarak tozu ve zararlı gazları giderin.

Sonuç

Grafit tozu üretimi, hammaddelerin özelliklerine göre işlemlerin seçilmesini gerektirir. Doğal grafit saflaştırmaya odaklanır, yapay grafit grafitleştirmeyi vurgular ve yeni teknolojiler nano ölçekli ve kompozit süreçleri teşvik eder. Bu arada, hem kalite kontrol hem de çevre koruma gereksinimlerini dikkate almanız gerekir.