Saflaştırılmış Grafit Nedir?

Malzeme bilimi alanında grafit, kalem uçlarından yüksek teknoloji ürünlerine kadar benzersiz fiziksel ve kimyasal özellikleriyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, doğal grafitte performansı ciddi şekilde etkileyen birçok safsızlık vardır. Ve saflaştırılmış grafit, daha büyük bir değer oynamasına yardımcı olabilecek, teknolojinin gelişimini teşvik edebilecek anahtar haline gelmiştir.

Saflaştırılmış grafit hazırlama yöntemi

Fiziksel yöntem

Flotasyon yöntemi:

Ayırma, grafit ve safsızlıkların yüzeyinin fiziksel özelliklerindeki farklılığa dayanarak elde edilir. Özellikle farklı ıslanabilirlik. Grafitin doğal hidrofobikliği iyidir ve safsızlık mineralleri hidrofiliktir. Grafit cevheri öğütülür ve hamur oluşturmak için su ile karıştırılır ve toplayıcı ve köpürtücü madde eklenir. Toplayıcı, grafiti daha hidrofobik hale getirir ve kabarcıklara yapışmasını kolaylaştırır. Köpürtücü madde stabil kabarcıklar üretir. Havadan hamura geçen grafit, bir köpük tabakası oluşturmak için kabarcıklarla birlikte yüzer. Safsızlıklar ise ayrışmayı sağlamak için altta kalır.

İşlem basit, düşük maliyetli ve grafit cevherinin büyük ölçekli işlenmesi için uygundur. Ancak ince taneli gömülü safsızlıkları gidermek zordur, saflaştırma etkisi sınırlıdır. Genel olarak grafitin saflığını yalnızca 80%-90%'ye yükseltebilir.

Yüksek sıcaklıkta süblimasyon yöntemi:

Grafit kullanımı ve safsızlıkların süblimasyon sıcaklığı farklı saflaştırmadır. Grafitin erime noktası 3652 ℃ kadar yüksektir, atmosferik basınç altında erimesi zordur. Yüksek sıcaklık altında vakumsıcaklık 2700°C'nin üzerindedir. Silikon, alüminyum ve demir gibi safsızlıklar tercihen süblimleşir ve grafit temelde katı kalır. Grafiti özel bir yüksek sıcaklık fırınına koyun. 10°C'de^–3 -10^–5 Pa yüksek vakum sıcaklığı 2800-3000 ℃, safsızlıklar vakum pompası ile çıkarıldıktan sonra süblimleşir. Bu, 99.99%'den daha fazla saflıkta grafit elde edebilir. Bununla birlikte, ekipman pahalıdır, enerji tüketimi büyüktür ve üretim ölçeği sınırlıdır.

Kimyasal yöntem

Alkali asit yöntemi:

Genellikle kimyasal saflaştırma yöntemi kullanılarak, safsızlıkları gidermek için çözünebilir maddelere dönüştürmek için alkali ve asit ile reaksiyona sokulur. İlk olarak, grafit ve sodyum hidroksiti orantılı olarak karıştırın, 500-700 ℃'de kavurun. Silika ve alümina gibi safsızlıklar sodyum silikat ve sodyum metaalüminat üretmek için reaksiyona girer. Kavrulmuş ürünler suya daldırılmış ve çözünür tuzu uzaklaştırmak için süzülmüştür. Ardından, çözünür klorür üretmek için filtre kalıntısına, demir, kalsiyum ve diğer metal safsızlıklarına hidroklorik asit ekleyin. Filtrasyondan sonra saflaştırılmış grafit yıkanır. Süreç olgun, ekipman basit, arıtma etkisi iyi, grafitin saflığını 95%-99%'ye yükseltebilir. Ancak çevreyi kirleten çok fazla atık su atık kalıntısı üretecektir.

Hidroflorik asit yöntemi:

Hidroflorik asit kullanımı ve safsızlıkların arıtılması. Hidroflorik asit, uçucu silisyum tetraflorür gazı oluşturmak için silisyum dioksit gibi safsızlıklarla reaksiyona girer. Grafit, hidroflorik asit ile orantılı olarak karıştırılır, uygun sıcaklıkta reaksiyona girer, filtrelenir ve sonunda yüksek saflıkta grafit elde etmek için yıkanır. Bu, grafitin saflığını 99%'den daha fazla artırabilir. Bununla birlikte, hidroflorik asit oldukça aşındırıcı ve toksiktir, ekipman ve personel için yüksek güvenlik gereksinimlerine sahiptir. Flor içeren atık suyun arıtılması zordur ve çevre koruma maliyeti yüksektir.

Saflaştırılmış grafit performans karakterizasyonu

Saflık testi şu anlama gelir

Kimyasal analiz:

Saflığı belirlemek için grafit safsızlık elementlerini kantitatif olarak analiz etmek için aletler kullanma. ICP-MS gibi çeşitli eser elementleri aynı anda ölçebilir, ultra yüksek hassasiyet, çok düşük safsızlık içeriğini tespit edebilir. AAS, numuneyi atomize ederek ve ışık absorpsiyon derecesini ölçerek esas olarak metal safsızlıklarına odaklanır. Safsızlık konsantrasyonu doğru bir şekilde hesaplanır ve ardından grafitin saflığı elde edilir.

Kül belirleme yöntemi:

Grafit numunesi 950-1000 ℃'de sabit ağırlık, uçucu organik madde vb. için yakılır. Kalan kül kütlesi fraksiyonu dolaylı olarak grafitin saflığını yansıtabilir. İşlem basittir, ancak yalnızca toplam kirlilik içeriği bilinebilir. Ve spesifik kirlilik türleri tanımlanamaz.

Mikroyapı gözlemi

Taramalı elektron mikroskobu (SEM)

Katmanlı yapıyı, kristal morfolojisini ve safsızlık dağılımını açıkça gösterebilen grafitin mikroskobik durumunu gözlemlemek için kullanılır. Yüksek çözünürlükte, kristal kusurları gibi mikroskobik özellikleri bile görebilirsiniz. Grafitin özelliklerini ve saflaştırmanın yapısı üzerindeki etkilerini anlamamıza yardımcı olur.

Geçirimli elektron mikroskobu (TEM) :

Kafes yapısı gibi grafit mikroyapısının derinlemesine incelenmesini sağlar. İnce numunelere nüfuz eder ve atomik düzenlemeleri ortaya çıkarmak için elektron kırınımı ve görüntüleme tekniklerini kullanır. Saflaştırma sırasında grafit kristal yapısındaki değişiklikleri incelemeye yardımcı olur.

Performans Testi

İletkenlik testi:

Grafitin iletkenliği iyidir ve saflaştırmadan sonra daha iyidir. Dört prob yöntemi, elektrik direncini ölçmek ve ölçmenin anahtarı olan elektrik iletkenliğini hesaplamak için yaygın olarak kullanılır. Lityum-iyon pillerde, yüksek iletkenliğe sahip grafit anot, pil şarj ve deşarj verimliliğini artırabilir.

Termal kararlılık testi:

Termal kararlılık, yüksek sıcaklık uygulamalarında grafit için kritik öneme sahiptir. Kütle ve ısı değişimleri sırasıyla termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ile analiz edilmiştir. Grafitin farklı sıcaklıklardaki performans kararlılığını değerlendirmek.

Saflaştırılmış grafit uygulamaları

Lityum-iyon piller

Lityum-iyon pillerde grafit yaygın olarak kullanılan bir anot malzeme. Saflaştırılmış grafit daha yüksek teorik özgül kapasiteye ve daha iyi döngü stabilitesine sahiptir, bu da safsızlıkların lityum-iyon faaliyetlerine engel olmasını azaltabilir. İç direnci azaltabilir, pil enerji yoğunluğunu, şarj ve deşarj verimliliğini ve hız performansını iyileştirebilir, döngü ömrünü uzatabilir. Ve elektrikli araçlar gibi yüksek performanslı bataryalara olan talebi karşılayabilir.

Yarı iletken üretimi

Yarı iletken üretimi çok yüksek malzeme saflığı gerektirir. Saflaştırılmış grafiti üretim ekipmanlarında kullanabilirsiniz grafit teknelerarmatürler ve diğer bileşenler. Çok düşük safsızlık içeriği nedeniyle, yarı iletken cihazların kirlenmesini önleyebilir. Yüksek saflığı ve termal kararlılığı, yüksek sıcaklık, yüksek hassasiyetli proses gereksinimlerini karşılayabilir. Yarı iletken cihazların yüksek kaliteli üretimini sağlamak için.

Nükleer endüstri

Nükleer endüstride grafit, nötron moderatörü ve yansıtıcı malzeme olarak kullanılır. Saflaştırılmış grafit nötron yavaşlatma performansı iyidir, kimyasal stabilitesi güçlüdür. Nötronların hızını ve dağılımını etkili bir şekilde kontrol edebilir, safsızlıkların nükleer reaksiyonlar üzerindeki girişimini azaltabilir. Reaktör güvenliğini ve çalışma verimliliğini artırır ve gelişmiş nükleer reaktörlerde büyük öneme sahiptir.

Yüksek kaliteli yağlama malzemeleri

Grafit iyi bir yağlama performansına sahiptir ve üst düzey yağlama malzemeleri için önemli bir hammaddedir. Saflaştırılmış grafitten yapılan yağlama malzemeleri, yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve yüksek vakum gibi aşırı koşullar altında mükemmel yağlama performansını koruyabilir. Havacılık ve uzay alanındaki ekipmanların zorlu ihtiyaçlarını karşılayabilir, bileşen aşınmasını azaltabilir.

Sonuç

Saflaştırılmış grafit, safsızlıkları etkili bir şekilde giderebilir ve performansı artırabilir. Ve farklı saflaştırma yöntemlerinin, kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi gereken avantajları ve dezavantajları vardır. Birçok alanda büyük uygulama değerine sahiptir ve endüstriyel gelişimi teşvik eder. Gelecekte, daha verimli, çevre dostu ve düşük maliyetli arıtma teknolojileri geliştirilecek ve uygulanacaktır.