Плотные марки графитов. Получение. Применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

“Южно-Уральский государственный университет”

Институт “Естественных и точных наук”

Факультет “Химический”

Кафедра “Экология и химическая технология”

Направление 18.03.01 “Химическая технология”

ПЛОТНЫЕ МАРКИ ГРАФИТОВ. ПОЛУЧЕНИЕ. ПРИМЕНЕНИЕ

РЕФЕРАТ

по дисциплине “Топливно-энергетический комплекс России”

Проверил, с.н.с., д.т.н., профессор кафедры

_________________К.Р. Смолякова

Автор работы,

студент группы ЕТ-133

___________________А.Ю.Гутинский

Реферат защищен с оценкой

________________ К.Р. Смолякова

Челябинск 2018

АННОТАЦИЯ

Цель реферата - рассказать о графите, его получении и применении в промышленности.

Задачи реферата - рассказать, где находится месторождение графита, рассказать о его химических и физических свойствах. Показать какое место на рынке производства и потребления он занимает.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.1 Месторождение графита

1.2 Свойства графита

1.3 Требования промышленности к качеству товарного графита

1.4 Способы получения графита

1.5 Применение

1.6 Цена графита

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Графит является минералом, модификацией углерода. Внешне он бывает серого цвета с небольшим блеском. Минерал достаточно жирный, сильно пачкается. Структура минерала кристаллическая, хорошо прилипает к поверхностям твердых тел.

1.1 Месторождение графита

Месторождения чешуйчатого графита локализуются в гнейсах, кварцитах, мраморах. Образуются при метаморфизме древних осадочных толщ. Форма залежей пласто и линзообразная, выдержана по мощности и протяжённости. Графитовые чешуйки образуют рассеянную вкрапленность в породе. Содержание углерода в руде составляет в среднем 3-18%. Месторождения графита известны в CCCP, Австрии, ЧССР, ФРГ, Индии, на Мадагаскаре, в Бразилии, KHP, Канаде.

Плотнокристаллический графит слагает жилы и линзы в месторождениях гидротермально-пневмалитового генезиса или гнезда, линзы и вкрапленность в контактово реакционных месторождениях. Пневматолито - гидротермальные месторождения связаны с согласными, реже секущими пегматитовыми, кварцевыми, полевошпатовыми и кальцитовыми жилами. Контактово-реакционные месторождения приурочены к зонам контакта обогащенных углеродом карбонатных и сланцевых пород со щелочными и габброидными породами, реже гранитами. Руды сложены полевым шпатом, кварцем, реже слюдами, карбонатом; в скарновых зонах они обогащены гранатом, волластонитом, пироксеном, скаполитом, а также минералами щелочных и габбро-идных пород. Графит (от крупно- до тонкокристаллического) слагает чешуйчатые и волокнистые агрегаты. Содержание в рудах 15-40%, на некоторых месторождениях 60-90%. Разрабатывается обычно подземным способом. Известные месторождения -- Богала (Шри-Ланка) и Ботогольское (CCCP).

Скрытокристаллический графит отличается несовершенной текстурой, часто содержит примесь тонкодисперсного углеродистого вещества. Слагает мощные и протяжённые пластообразные залежи, иногда переходящие в угли. Содержание углерода составляет 80-90%. Основные породообразующие минералы: кварц, полевой шпат, серицит, хлорит, кальцит. Графит образуется при метаморфизме углей, углистых и битуминозных сланцев вблизи интрузий. Залежи разрабатываются открытым и подземным способами. Основные месторождения расположены в Мексике (штат Сонора), Южной Kopee, Австрии (рудник "Кайзерсберг"), CCCP (месторождение Ногинское).

1.2 Свойства графита

Графит очень мягкий материал, который легко поддается механической обработке. Удельный вес графита, в зависимости от разновидности, находится в пределах 1,84-2,23 г/см3.

Цвет графита может быть от черного до серо-стального, с характерным металлическим блеском. Химический состав природного графита редко отличается чистотой, как правило попутно в значительных количествах в нем присутствует зола, вода и смолистые вещества (битумы).

Графит химически инертен, его частицы не растворяются как в неорганических, так и в органических растворителях. Графит, благодаря особой плотной упаковке его атомов в молекулах, обладает высокой электропроводностью, теплопроводностью и огнестойкостью. Температура плавления графита 3,850 °С, а температура кипения - 4,250 °С.

Частицы графит обладают свойством плотно прилипать к поверхностям других твердых тел с образованием на них тонких пленок. Такое покрытие металлических поверхностей графитом в разы уменьшает коэффициент трения.

Графит имеет три разновидности структуры, которые определяют область его применения и способы переработки графитовых руд:

· плотнокристаллический графит;

· чешуйчатый графит;

· скрытокристаллический или аморфный графит.

Рис.1 Плотнокристалический графит

1.3 Требования промышленности к качеству товарного графита

Руды содержащие кристаллический графит относятся к промышленным при его наличии в 2,3-2,4%. Многие обогатительные фабрики способны перерабатывать руды содержащие и меньшее его количество. Само малое содержание кристаллического графита в руде не оказывает влияние на процесс обогащения, лишь только уменьшается выход концентрата и снижается экономическая целесообразность переработки.

Руды содержащие скрытокристаллический (аморфный) графит не поддаются обогащению. Процесс переработки таких руд состоит из сушки, измельчения и разделению по крупности (классификации). Поэтому целесообразность переработки таких руд зависит от среднего содержания графита

Графитовые руды подразделяются в соответствии со структурными разновидностями графита. Поэтому различают три типа руд:

· руды содержащие чешуйчатый графит,

· руды плотнокристаллических графитов,

· метаморфизованные угли, содержащие скрытокристаллические графиты.

1.4 Способ получения графита

Кристаллический графит извлекают из руд методом флотации, руды скрытокристаллический графит используют без обогащения.

Исходное сырье для получения графита - нефтяной или металлургический кокс, антрацит, и пек. Отдельные частицы исходных углеродных материалов в результате карбонизации при обжиге связываются в монолитное твердое тело, которое затем подвергают графитизации (кристаллизации). По одному из методов кокс или антрацит измельчают и смешивают с пеком в определенных соотношениях, прессуют при давлении до 250 МПа, а затем подвергают обжигу при 1200С и графитации при нагреве до 2600-3000С. Для уменьшения пористости полученный графит пропитывают синтетической смолой или жидким пеком, после чего снова подвергают обжигу и графитации. В производстве графита повышенной плотности пропитку, обжиг и графитацию повторяют до пяти раз.

Из смеси, содержащей кокс, пек, природный графит и до 20% тугоплавких карбидообразующих элементов (например Ti, Zr, Si, Nb, W, Ta, Mo, B), получают рекристаллизованный графит. Исходную шихту нагревают в графитовых пресс-формах до температуры, на 100-150оС превышающей температуру плавления эвтектической смеси карбида с углеродом, под давлением 40-50 МПа в течении нескольких десятков минут.

Пирографит получают пиролизом газообразных углеводородов с осаждением образовавшегося углерода из газовой фазы нам подложку из графита. Осадки имеют кристаллическую структуру различной степени совершенства - от турбостратной неупорядоченной (пироуглерод) до упорядоченной графитовой (пирографит).

1.5 Применение

Использование графита основано на ряде его уникальных свойств.

· Для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит -- применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов.

· электродов, нагревательных элементов -- благодаря высокой электропроводности и химической стойкости к практически любым агрессивным водным растворам (намного выше, чем у благородных металлов).

· Для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита:

1. Хорошая электропроводность, и как следствие -- его пригодность для изготовления электрода

2. Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде -- это углекислый газ. Газообразность продукта означает, что он выходит из электролизёра сам, и не требует специальных мер по его удалению из зоны реакции. Это свойство существенно упрощает технологию производства алюминия.

· твёрдых смазочных материалов, в комбинированных жидких и пастообразных смазках.

· наполнитель пластмасс.

· замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.

· компонент состава для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей (в смеси с каолином).

· для получения синтетических алмазов.

· в качестве эталона длины нанометрового диапазона для калибровки сканеров сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа.

· для изготовления контактных щёток и токосъёмников для разнообразных электрических машин, электротранспорта.

· Для изготовления тепловой защиты носовой части боеголовок баллистических ракет и возвращаемых космических аппаратов.

· как токопроводящий компонент высокоомных токопроводящих клеёв.

графит товарный синтетический алмаз

1.6 Цена графита

Продажей графита занимаются специализированные компании, занимающиеся добычей и переработкой графита, цены на который достаточно приемлемы. Ценовая категория природного графита зависит от размеров его кристаллов и содержания углерода. Каждый сорт графита имеетсвою стоимость - чем выше содержание углерода, тем лучше технические свойства, и тем он дороже.

Реализация данного минерала производится как в розницу, так и оптом. Потребитель может графит купить на выгодных для него условиях. При покупке оптом делается скидка, обеспечивается его доставка. Стоимость зависит и от региональной принадлежности. Средняя цена на графит примерно 45 руб/кг. Готовая продукция стоит дороже.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вообще графит является важным материалом, используемым в промышленности. Его используют для отлива деталей, чтобы сократить количество брака. Им смазывают детали для уменьшения пригара. Он используется в атомной промышленности, незаменим в цветной и химической промышленности. Также из этого природного минерала добывают алюминий и его используют для строения электрических печей. Современная промышленность не видит аналога графиту. Его применяют для изготовления важнейших запасных частей для бытовой техники. В отечественном производстве графит используется при производстве подшипников, электрических щеток, гальванических батарей, колец трения и многих других.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 http://www.findpatent.ru/patent/238/2385290.html.

2 Марки графита и их использование в промышленности - http://www.pogar-bezopasnost.ru/technology/415-marki-grafita.

3 Справочник по маркам графита - https://carbon-ug.ru/digest.

4 Островский В.С., Виргильев Ю.С., Костиков В.И., Шипков Н.Н. Искусственный графит // М.: Металлургия. 1986. 272 с.

Размещено на Allbest.ru