Grafit je jedním z nepostradatelných strategických zdrojů země a byl v různých zemích uveden jako důležitá ne{0}}kovová surovina a kritický nerost. Díky své dobré elektrické vodivosti, tepelné vodivosti, odolnosti proti korozi, odolnosti vůči záření a dalším vlastnostem je široce používán v chemickém průmyslu, letectví, atomové energii, nové energii a dalších špičkových-tech oborech.
Aplikace grafitu v tradičním průmyslu
V oblasti tradičních-kvalitních uhlíkatých žáruvzdorných materiálů lze grafit použít k výrobě nádob odolných vůči vysokým-teplotám-, jako jsou grafitové čluny a grafitové kelímky, a to díky své vysoké-teplotní odolnosti. Může být také použit jako přísada nebo plnivo v kombinaci s jinými materiály. Při procesu odlévání oceli je třeba přidat rekarburátor, aby se kompenzovaly ztráty uhlíku během lití, a jako rekarbonizátor lze použít grafit.
V průmyslu výroby diamantů se diamanty dělí na přírodní diamanty a syntetické diamanty. Přírodní diamanty mají vynikající vlastnosti, ale jejich zdroje jsou omezené a není snadné je získat. Syntetické diamanty vyrobené z grafitu jako zdroje uhlíku mají vlastnosti prakticky totožné s vlastnostmi přírodních diamantů, s nízkými náklady na syntézu a vysokou nákladovou-efektivitou. Proto jsou syntetické diamanty na trhu velmi oblíbené. Čím vyšší je čistota grafitu, tím je výhodnější pro syntézu diamantů.
V oblasti jaderných materiálů je jaderná energie čistým a účinným zdrojem energie. Rozvoj jaderné energetiky může vyřešit problém budoucího vyčerpání energie. Protože jaderné reaktory mají silný korozivní účinek na materiály a pracují při vysokých teplotách, ne všechny materiály jsou vhodné. Uhlíkové-grafitové materiály mají nízký koeficient tepelné roztažnosti, dobrou odolnost proti tepelným šokům a nízkou aktivaci neutronů, díky čemuž jsou vhodné jako materiály pro jaderné reaktory. Jako materiály používané v jaderném průmyslu, zejména v reaktorech chlazených vysokoteplotním plynem-, musí být obsah popela nižší než 50 ppm a boru 0,1 ppm.
V oblasti mazání je mazací olej v moderním životě nepostradatelnou látkou. Automobily, lodě, letadla, obráběcí stroje a další obory se bez mazacího oleje neobejdou. V některých speciálních prostředích, jako jsou vysoké-teplotní podmínky, je výkon mazacího oleje značně snížen a při používání se pravděpodobně vyskytnou problémy, jako je nedostatečné mazání. Vazebná síla mezi grafitovými vrstvami je malá a při působení vnější síly snadno dochází ke klouzání. Proto má grafit vynikající mazací výkon a je ideálním tuhým mazivem.
V oblasti těsnění lze flexibilní grafitové desky získat lisováním a lisováním expandovaného grafitu, který je volný, porézní a má vysokou povrchovou energii. Protože pružný grafit je odolný vůči vysokým teplotám a korozi, má stabilní chemické vlastnosti a má určitou pevnost, může hrát roli v některých speciálních prostředích. Flexibilní grafit se proto těší pověsti „King of Sealing“.
Metody čištění grafitu
Čistota grafitu má rozhodující vliv jak na oblasti použití, tak na ekonomickou hodnotu grafitu. V současnosti, ať už se používá k výrobě syntetických diamantů, lithiových-iontových materiálů pro baterie, flexibilních grafitových materiálů nebo špičkových{2}}grafitových materiálů používaných v leteckém a jaderném průmyslu, musí mít grafit pevný obsah uhlíku mezi 99 % a 99,99 %. Čím vyšší je čistota grafitu, tím stabilnější je jeho elektrická vodivost, mazací vlastnosti a další vlastnosti a tím větší je aplikační hodnota materiálu. Proto se čistota grafitu stala jedním z důležitých ukazatelů pro měření kvality grafitu a technologie čištění grafitu se stala klíčovou technologií v grafitovém průmyslu.
Flotační metoda
Flotace je nejzákladnější metodou čištění. K separaci využívá rozdíl v plovoucí schopnosti mezi užitečnými minerály a minerály hlušiny. Pomocí flotace lze pevný obsah uhlíku v grafitu zvýšit na přibližně 80 %–95 %. Flotační čištění grafitu je-nejnákladnější metoda.
Flotace má také svá omezení. Během procesu kontinuálního mletí a flotace se užitečné minerály a minerály hlušiny postupně uvolňují jako jednotlivé částice a většina je odstraněna flotací. Při kontinuálním mletí je však účinek mletí na uvolňování nerostů hlušiny neustále slábnut a zvyšování obsahu pevného uhlíku v grafitu je omezeno. Flotaci lze proto použít pouze pro primární čištění grafitu, zatímco vysoce čistý grafit vyžaduje chemické metody čištění.
Vysokoteplotní{0}}metoda
Vysokoteplotní-metoda využívá především skutečnosti, že grafit má vyšší bod varu než jiné nečistoty v grafitové rudě. Prostřednictvím ultra-vysoko{3}}kalcinace se nečistoty odpaří a odstraní, čímž se získá ultra-vysoko{5}}čistý produkt čištění grafitu. Je to proto, že bod varu grafitu je 4500 stupňů, což v podstatě překračuje body varu všech nečistot. Ve skutečné výrobě se obvykle používá grafitový kelímek k uchovávání grafitového prášku, který se pak umístí do vysokoteplotní pece a nastaví se na teplotu. Teplota se zvýší nad teplotu odpařování nečistot (se zavedeným ochranným plynem, aby se zabránilo oxidaci materiálu), a poté se materiál udržuje na vysoké teplotě, aby se nečistoty s nízkým bodem -bodu varu- vypařovaly z kelímku, čímž se dosáhne čištění grafitu. Vysokoteplotní{14}}metoda dokáže vyčistit suroviny z 95–99 % až 99,99 %.
Vysokoteplotní metoda může dosáhnout čistoty grafitu přibližně 99,995 % a může chránit strukturu grafitu a zlepšit kvalitu grafitových produktů. Tyto produkty lze použít v národní obraně, jaderném průmyslu, letectví a dalších špičkových-tech oblastech.
Metoda kyseliny fluorovodíkové
Metoda kyseliny fluorovodíkové má výhody nízké spotřeby energie, jednoduchého procesního toku, vysoké účinnosti čištění, vysokého obsahu pevného uhlíku v získaném grafitu a malého dopadu na výkonnost grafitových produktů. Má však přísné požadavky na zařízení a výrobní podmínky a odpadní vody se obtížně čistí, což má za následek vysoké náklady na ochranu životního prostředí. Řízením množství a způsobu působení kyseliny fluorovodíkové byla optimalizována metoda čištění kyseliny fluorovodíkové. Během procesu čištění může kyselina fluorovodíková chemicky reagovat s téměř všemi nečistotami a přeměnit je na rozpustné látky. Aby se tyto nečistoty účinně odstranily, lze je vyčistit jednoduchým mytím vodou, čímž se dosáhne čištění grafitu. Tento proces pomáhá zlepšit čistotu grafitu a vyhovuje tak potřebám různých průmyslových aplikací.
Alkalická-kyselinová metoda
Alkalická-kyselina metoda zahrnuje dva procesy: alkalickou fúzi a kyselou digesci. To znamená, že kyselé nečistoty v grafitu, jako jsou křemičitany, hlinitokřemičitany a křemen, nejprve chemicky reagují s alkalickými látkami v roztaveném stavu za vzniku rozpustných solí, které jsou následně odstraněny promýváním vodou. Poté nečistoty, které nereagovaly s alkálií během alkalické fúze, jako jsou oxidy kovů, reagují s kyselinou za vzniku sloučenin rozpustných v kyselině-, které jsou následně podrobeny promývání vodou a filtraci, aby se dosáhlo konečného čištění grafitu. V procesu alkalické fúze se jako alkalická látka obvykle volí NaOH, protože má nízký bod tání (bod tání 318 stupňů), silnou zásaditost a nízkou cenu. Kyselina použitá v procesu kyselého štěpení může být HCl, H2S04, HNO3 nebo směsná kyselina připravená z nich, z nichž se nejčastěji používá HCl.
Chlorační metoda pražení
Aby se snížila teplota potřebná pro vysokoteplotní kalcinaci{0}}, používá se také metoda zavádění plynného chloru, aby se nečistoty přeměnily na chloridy, a poté se oddělily. Tento poměrně dobře-zavedený systém se nazývá metoda chloračního pražení. Při metodě chloračního pražení se grafit v určitém poměru smíchá s redukčním činidlem a kalcinuje při vysoké teplotě pod ochranou inertním plynem, přičemž se nečistoty v grafitu rozkládají na oxidy, jako je Si02, Fe203 a Al203. Poté se zavede plynný chlor a při vysoké teplotě 400–1200 stupňů se oxidy přemění na chloridy a komplexy s nižšími teplotami tání a varu, které se vypařují a unikají, čímž se dosáhne účelu čištění.