Graphit

Graphit ist ein kristallines Allotrop von Kohlenstoff, ein Halbmetall, ein natives Element Mineral und eine Form von Kohle. Graphit ist die stabilste Form von Kohlenstoff unter Standardbedingungen. Daher wird es in der Thermochemie als Standardzustand zur Definition der Bildungswärme von Kohlenstoffverbindungen verwendet.

Kristalline allotrope Form von Kohlenstoff, hauptsächlich als Zeichenmaterial in Form eines Bleistifts verwendet. Es ist eine bröckelige Substanz, zusammengesetzt aus flachen, flockigen Körnern, die auf die Oberfläche des Trägers (normalerweise Papier) übertragen werden, wenn der Künstler zeichnet und den Strichen einen zarten Glanz verleiht. Synthetischer Graphit, der seit 1897 kommerziell hergestellt wird, wird aus Karborund gewonnen. Graphit wurde zuerst im frühen 13. Jahrhundert in Bayern ausgegraben, aber sein Potential als Künstlermedium blieb bis zur Entdeckung von reinem Graphit in Borrowdale im englischen Cumbria in der Mitte des 16. Jahrhunderts ungenutzt. Die Borrowdale-Mine war in den 1580er Jahren in vollem Betrieb, als nativer Graphit aus der Mine entnommen, zu Blechen gesägt und dann zu schlanken, quadratischen Stäben geformt wurde, die das „Blei“ bildeten und dann in Holz eingeschlossen wurden, um den Bleistift zu bilden. Graphit scheint im 16. Jahrhundert zuerst für die Unterzeichnung verwendet worden zu sein und verdrängte den Bleistift, von dem der Begriff „Blei“ wahrscheinlich abgeleitet wurde.

Graphit bildet opake, graue bis schwarze Kristalle in hexagonaler, tafelförmiger, schuppiger oder gestielter Form mit metallischem Glanz auf den Kristalloberflächen. Massive oder körnige Aggregate sind jedoch stumpf.

Durch Carbonisieren kohlenstoffhaltiger Materialien entstehen graphitisierbare Kohlenstoffe. Ausgangsmaterialien sind beispielsweise Braunkohle, Steinkohle, Erdöl und Pech, aber auch Kunststoffe. Bei der Graphitisierung erfolgt durch Erhitzen unter Luftausschluß auf ca. 3000 ° C eine Umwandlung von amorphem Kohlenstoff zu polykristallinem Graphit.

Die wichtigsten Arten von natürlichem Graphit, die in verschiedenen Arten von Erzlagerstätten vorkommen, sind:
Kristalline kleine Flocken aus Graphit (oder Flockengraphit) treten als isolierte, flache, plattenartige Teilchen mit hexagonalen Rändern auf, wenn sie nicht gebrochen sind. Wenn sie gebrochen sind, können die Kanten unregelmäßig oder eckig sein;
Amorpher Graphit: Sehr feiner Lamellengraphit wird manchmal als amorph bezeichnet;
Klumpengraphit (oder Venengraphit) tritt in Fissuren oder Brüchen auf und erscheint als massive plättchenförmige Verwachsungen von faserigen oder nadelförmigen kristallinen Aggregaten und ist wahrscheinlich hydrothermalen Ursprungs.
Hoch geordneter pyrolytischer Graphit bezieht sich auf Graphit mit einer Winkelausdehnung zwischen den Graphitschichten von weniger als 1º.
Der Name „Graphitfaser“ wird manchmal verwendet, um sich auf Kohlenstofffasern oder kohlenstofffaserverstärktes Polymer zu beziehen.

Die Verwendung von Graphit in prähistorischen Zeiten kann auf eine lange Tradition in Europa zurückblicken. Die ersten Hinweise auf eine Verwendung sind aus dem Mesolithikum Norditaliens bekannt. Rohe Graphitstücke wurden als Farbstoffe verwendet und den Toten in den Gräbern gegeben. Für das Neolithikum gibt es in Böhmen zahlreiche Dokumente von Grafit und graphitisierter Keramik. In Bayern ist die Straubinger Kultur in der Frühbronzezeit aufgrund des starken Einsatzes von Graphit besonders ausgeprägt.

In der späten Eisenzeit in Mitteleuropa (Latène-Zeit) wurde Graphit häufig verwendet, um Gefäße, insbesondere Töpfe, feuerfest zu machen. Während dieser Zeit gab es einen großen Handel, der die gesamte Verbreitung der Latène-Kultur abdeckte. Besonders wichtig waren hier die Vorkommen in Passau und Krummau. Nach dem Zusammenbruch der keltischen Kultur in Mitteleuropa im Zuge der römischen Eroberung und der germanischen Expansion dauerte es etwa 800 Jahre bis zum frühen Mittelalter, bis im slawischen Ostmitteleuropa in größerem Umfang Graphit wieder zum Einsatz kam. Erstaunlicherweise spielte Graphit in Asien (vor allem in China, das schon früh geschrieben wurde) keine Rolle als Schreibmaterial.

Im 16. Jahrhundert entdeckten die Engländer eine große Menge reinen Graphits, die sie jedoch als Blei Blei Bleiglanz (Plumbago) betrachteten. Nur Carl Wilhelm Scheele gelang es 1779 zu beweisen, dass Graphit reiner Kohlenstoff ist. Trotz Scheeles Beweis wird der Begriff Bleistift noch heute verwendet. Da sich Graphit nicht nur als gutes Schreibmaterial, sondern auch als perfektes Material zum Formen von Kanonenkugeln erwies, hatte es auch eine gewisse militärische Bedeutung. So wurde zum Beispiel während der Napoleonischen Kriege zu Beginn des 19. Jahrhunderts der Export von Bleistiften von Großbritannien nach Frankreich verboten.

Eigenschaften:
Struktur:
Graphit hat eine geschichtete, planare Struktur. Die einzelnen Schichten werden Graphen genannt. In jeder Schicht sind die Kohlenstoffatome in einem Wabengitter mit einem Abstand von 0,142 nm angeordnet, und der Abstand zwischen den Ebenen beträgt 0,335 nm. Atome in der Ebene sind kovalent gebunden, wobei nur drei der vier potentiellen Bindungsstellen erfüllt sind. Das vierte Elektron kann in der Ebene frei wandern, wodurch Graphit elektrisch leitfähig wird. Es leitet jedoch nicht in einer Richtung im rechten Winkel zur Ebene. Die Bindung zwischen den Schichten erfolgt über schwache Van-der-Waals-Bindungen, wodurch sich Graphitschichten leicht trennen oder aneinander vorbei gleiten können.

Die zwei bekannten Formen von Graphit, Alpha (hexagonal) und Beta (rhomboedrisch), haben sehr ähnliche physikalische Eigenschaften, abgesehen davon, dass die Graphenschichten leicht unterschiedlich gestapelt sind. Der Alpha-Graphit kann entweder flach oder geknickt sein. Die Alpha-Form kann durch mechanische Behandlung in die Beta-Form umgewandelt werden, und die Beta-Form kehrt zu der Alpha-Form zurück, wenn sie auf über 1300ºC erhitzt wird.

Die akustischen und thermischen Eigenschaften von Graphit sind sehr anisotrop, da Phononen sich schnell entlang der fest gebundenen Ebenen ausbreiten, aber langsamer von einer Ebene in die andere gelangen. Die hohe thermische Stabilität und die elektrische und thermische Leitfähigkeit des Graphits erleichtern seine weitverbreitete Verwendung als Elektroden und feuerfeste Materialien bei Hochtemperatur-Materialbearbeitungsanwendungen. In sauerstoffhaltigen Atmosphären oxidiert Graphit bei Temperaturen von 700 ° C und darüber jedoch leicht zu CO 2.

Graphit ist ein elektrischer Leiter, der folglich in solchen Anwendungen wie Bogenlampenelektroden nützlich ist. Es kann Elektrizität aufgrund der enormen Delokalisierung der Elektronen innerhalb der Kohlenstoffschichten leiten (ein Phänomen, das als Aromatizität bezeichnet wird). Diese Valenzelektronen sind frei beweglich und können somit Elektrizität leiten. Die Elektrizität wird jedoch hauptsächlich in der Ebene der Schichten geleitet. Die leitenden Eigenschaften von Graphitpulver erlauben seine Verwendung als Drucksensor in Kohlenstoffmikrofonen.

Graphit und Graphitpulver werden in industriellen Anwendungen wegen ihrer selbstschmierenden und trockenschmierenden Eigenschaften geschätzt. Es gibt eine allgemeine Annahme, dass die Schmiereigenschaften von Graphit ausschließlich auf die lose interlamellare Kopplung zwischen den Blechen in der Struktur zurückzuführen sind. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Graphit in einer Vakuumumgebung (wie in Technologien zur Verwendung im Weltraum) aufgrund der hypoxischen Bedingungen als Schmiermittel abgebaut wird. Diese Beobachtung führte zu der Hypothese, dass die Schmierung auf das Vorhandensein von Flüssigkeiten zwischen den Schichten, wie Luft und Wasser, zurückzuführen ist, die auf natürliche Weise von der Umgebung adsorbiert werden. Diese Hypothese wurde durch Studien widerlegt, die zeigen, dass Luft und Wasser nicht absorbiert werden. Jüngste Studien legen nahe, dass ein Effekt, der als Superschmierung bezeichnet wird, auch die Schmiereigenschaften von Graphit erklären kann. Die Verwendung von Graphit ist begrenzt durch seine Neigung, die Lochkorrosion in einigen rostfreien Stählen zu erleichtern und die galvanische Korrosion zwischen unähnlichen Metallen zu fördern (aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit). Es ist auch korrosiv gegenüber Aluminium in Gegenwart von Feuchtigkeit. Aus diesem Grund verbot die US Air Force ihren Einsatz als Schmiermittel in Aluminiumflugzeugen und entmutigte ihren Einsatz in aluminiumhaltigen automatischen Waffen. Sogar Graphitstiftflecken auf Aluminiumteilen können die Korrosion erleichtern. Ein anderes Hochtemperaturschmiermittel, hexagonales Bornitrid, hat die gleiche Molekularstruktur wie Graphit. Aufgrund seiner ähnlichen Eigenschaften wird es manchmal weißer Graphit genannt.

Wenn eine große Anzahl kristallographischer Defekte diese Ebenen miteinander verbindet, verliert Graphit seine Schmiereigenschaften und wird zu sogenanntem pyrolytischem Graphit. Es ist auch sehr anisotrop und diamagnetisch, daher wird es in der Luft über einem starken Magneten schweben. Wenn es in einem Wirbelbett bei 1000-1300ºC hergestellt wird, ist es isotrop turbostratisch und wird in blutkontaktierenden Vorrichtungen wie mechanischen Herzklappen verwendet und wird pyrolytischer Kohlenstoff genannt und ist nicht diamagnetisch. Pyrolytischer Graphit und pyrolytischer Kohlenstoff sind oft verwechselt, sind aber sehr unterschiedliche Materialien.

Natürliche und kristalline Graphite werden wegen ihrer Scherflächen, Sprödigkeit und inkonsistenten mechanischen Eigenschaften nicht oft in reiner Form als Strukturmaterialien verwendet.

Anwendung:
Natürlicher Graphit wird hauptsächlich für feuerfeste Materialien, Batterien, Stahlerzeugung, expandierten Graphit, Bremsbeläge, Gießereibeläge und Schmiermittel verwendet. Graphen, das natürlich in Graphit vorkommt, hat einzigartige physikalische Eigenschaften und gehört zu den stärksten bekannten Substanzen. Der Prozess der Trennung von Graphit erfordert jedoch mehr technologische Entwicklung.

Feuerfest:
Die Verwendung von Graphit als Feuerfestmaterial begann vor 1900 mit dem Graphittiegel, der zum Halten von geschmolzenem Metall verwendet wurde; das ist jetzt ein kleiner Teil von feuerfesten Materialien. In der Mitte der 1980er Jahre wurde der Kohlenstoff-Magnesit-Ziegel wichtig, und etwas später die Aluminiumoxid-Graphit-Form. Ab 2017 ist die Reihenfolge der Wichtigkeit: Aluminiumoxid-Graphit-Formen, Kohlenstoff-Magnesit-Ziegel, Monolithics (Spritz-und Ramming-Mischungen) und dann Tiegel.

Tiegel begannen, sehr großen Flockengraphit zu verwenden, und Kohlenstoff-Magnesit-Ziegel, der nicht ganz so großen Flockengraphit verlangte; für diese und andere ist nun eine viel größere Flexibilität in Bezug auf die Größe der Flocken erforderlich, und amorpher Graphit ist nicht länger auf feuerfeste Materialien mit niedrigem Niveau beschränkt. Aluminiumoxid-Graphit-Formen werden als Stranggussware, wie Düsen und Tröge, verwendet, um den geschmolzenen Stahl von Pfanne zu Form zu befördern, und Kohlenstoff-Magnesit-Brick-Line-Stahl-Konverter und Elektrolichtbogenöfen widerstehen extremen Temperaturen. Graphitblöcke werden auch in Teilen von Hochofenauskleidungen verwendet, wo die hohe Wärmeleitfähigkeit des Graphits kritisch ist. Hochreine Monolithen werden oft als kontinuierliche Ofenauskleidung anstelle von Kohlenstoff-Magnesit-Steinen verwendet.

Die Feuerfestindustrie in den USA und in Europa hatte in den Jahren 2000-2003 eine Krise mit einem indifferenten Markt für Stahl und einem rückläufigen Feuerfestverbrauch pro Tonne Stahl, was zu Firmenübernahmen und vielen Werksschließungen führte. Viele der Werksschließungen resultierten aus der Übernahme von Harbison-Walker Refractories durch die RHI AG, und einige Anlagen wurden versteigert. Da ein Großteil der verlorenen Kapazität für Kohlenstoff-Magnesit-Steine ​​war, bewegte sich der Graphitverbrauch innerhalb des feuerfesten Bereichs zu Aluminiumoxid-Graphit-Formen und Monolithen und von Ziegeln weg. Die Hauptquelle von Kohlenstoff-Magnesit-Ziegeln sind jetzt Importe aus China. Fast alle der obigen Feuerfestmaterialien werden zur Herstellung von Stahl verwendet und machen 75% des Feuerfestverbrauchs aus; Der Rest wird von einer Vielzahl von Industrien wie Zement verwendet.

Der US-amerikanische Naturgraphitverbrauch im Feuerfestbereich lag laut USGS im Jahr 2010 bei 12.500 Tonnen.

Batterien:
Die Verwendung von Graphit in Batterien hat in den letzten 30 Jahren zugenommen. Natürlicher und synthetischer Graphit wird verwendet, um die Anode aller wichtigen Batterietechnologien zu konstruieren. Die Lithium-Ionen-Batterie nutzt etwa doppelt so viel Graphit wie Lithiumcarbonat.

Die Nachfrage nach Batterien, vor allem nach Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Batterien, hat in den späten 1980er und frühen 1990er Jahren zu einem Anstieg der Nachfrage nach Graphit geführt. Dieses Wachstum wurde durch tragbare Elektronik, wie tragbare CD-Player und Elektrowerkzeuge, vorangetrieben. Laptops, Mobiltelefone, Tablets und Smartphones haben die Nachfrage nach Batterien erhöht. Es wird erwartet, dass Batterien von Elektrofahrzeugen den Graphitbedarf erhöhen. Beispielsweise enthält eine Lithium-Ionen-Batterie in einem vollelektrischen Nissan Leaf fast 40 kg Graphit.

Stahlerzeugung:
Natürlicher Graphit in dieser Endverwendung geht hauptsächlich in die Kohlenstoffbildung in geschmolzenem Stahl über, obwohl er verwendet werden kann, um die zum Extrudieren von heißem Stahl verwendeten Düsen zu schmieren. Die Lieferung von Carbon-Raisers ist sehr wettbewerbsintensiv und unterliegt daher drastischen Preiskalkulationen durch Alternativen wie synthetisches Graphitpulver, Petrolkoks und andere Formen von Kohlenstoff. Ein Carbon-Raiser wird hinzugefügt, um den Kohlenstoffgehalt des Stahls auf das spezifizierte Niveau zu erhöhen. Eine Schätzung auf der Grundlage der USGS-US-Graphitverbrauchsstatistik zeigt, dass im Jahr 2005 auf diese Weise 10.500 Tonnen verbraucht wurden.

Bremsbeläge:
Natürlicher amorpher und feiner Lamellengraphit werden in Bremsbelägen oder Bremsbacken für schwerere (nicht automotive) Fahrzeuge verwendet und wurden wichtig, um Asbest zu ersetzen. Diese Verwendung ist seit geraumer Zeit wichtig, aber nichtasbestorganische (NAO) Zusammensetzungen fangen an, den Marktanteil von Graphit zu reduzieren. Ein Ausbrechen der Bremsbelagindustrie mit einigen Anlagenschließungen war weder vorteilhaft noch hat es einen gleichgültigen Automobilmarkt. Laut USGS lag der US-Verbrauch von Naturgraphit bei Bremsbelägen im Jahr 2005 bei 6.510 Tonnen.

Gießereioberflächen und Schmiermittel:
Eine Gießform, die der Formwäsche zugewandt ist, ist eine Farbe auf Wasserbasis aus amorphem oder feinem Lamellengraphit. Die Innenseite einer Form damit zu bemalen und trocknen zu lassen, hinterlässt eine feine Graphitschicht, die das Ablösen des gegossenen Objekts erleichtert, nachdem das heiße Metall abgekühlt ist. Graphitschmierstoffe sind Spezialartikel für den Einsatz bei sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen, als Schmierstoff für Schmiedewerkzeuge, als Gleitmittel, Getriebeschmiermittel für Bergbaumaschinen und zum Schmieren von Schlössern. Es ist sehr wünschenswert, Graphit mit geringer Körnung oder noch besser Graphit ohne Körnung (sehr hohe Reinheit) zu haben. Es kann als trockenes Pulver, in Wasser oder Öl oder als kolloidaler Graphit (eine permanente Suspension in einer Flüssigkeit) verwendet werden. Eine Schätzung auf der Grundlage der USGS-Graphitverbrauchsstatistik zeigt, dass im Jahr 2005 auf diese Weise 2.200 Tonnen verbraucht wurden.

Bleistifte:
Die Fähigkeit, Spuren auf Papier und anderen Gegenständen zu hinterlassen, gab Graphit seinen Namen, der 1789 vom deutschen Mineralogen Abraham Gottlob Werner gegeben wurde. Es stammt von Graphein, was bedeutet, auf Altgriechisch zu schreiben / zeichnen.

Ab dem 16. Jahrhundert wurden alle Bleistifte mit Blei aus englischem Naturgraphit hergestellt, aber moderne Bleimine ist meistens eine Mischung aus pulverisiertem Graphit und Ton; Es wurde 1795 von Nicolas-Jacques Conté erfunden. Es ist chemisch nicht verwandt mit dem Metall Blei, dessen Erze ein ähnliches Aussehen hatten, daher die Fortsetzung des Namens. Plumbago ist eine andere ältere Bezeichnung für natürlichen Graphit, der zum Ziehen verwendet wird, typischerweise als ein Stück des Minerals ohne eine Holzhülle. Der Begriff Plumbago-Zeichnung beschränkt sich normalerweise auf Werke des 17. und 18. Jahrhunderts, meist Portraits.

Heute sind Bleistifte noch ein kleiner, aber bedeutender Markt für Naturgraphit. Rund 7% der im Jahr 2011 produzierten 1,1 Millionen Tonnen wurden für die Herstellung von Bleistiften verwendet. Es wird minderwertiger amorpher Graphit verwendet und hauptsächlich aus China bezogen.

Expandierter Graphit:
Expandierter Graphit wird durch Eintauchen von natürlichem Lamellengraphit in ein Bad aus Chromsäure und anschließend konzentrierter Schwefelsäure hergestellt, die die Kristallgitterebenen auseinanderdrückt und so den Graphit expandiert. Der expandierte Graphit kann verwendet werden, um Graphitfolie herzustellen, oder er kann direkt als „heiße“ Verbindung verwendet werden, um geschmolzenes Metall in einer Pfanne oder glühenden Stahlbarren zu isolieren und Wärmeverluste zu verringern, oder als Feuerklappen um eine Feuerschutztür oder in Blechmanschetten umgebendes Plastikrohr (während eines Feuers dehnt sich der Graphit und die Zeichen aus, um Feuerbrand einzudämmen und zu verbreiten), oder um Hochleistungs- Dichtungsmaterial für Hochtemperaturgebrauch zu bilden. Nach der Herstellung in Graphitfolie wird die Folie maschinell zu den Bipolarplatten in Brennstoffzellen verarbeitet. Die Folie wird zu Kühlkörpern für Laptop-Computer verarbeitet, die sie kühl halten und dabei Gewicht sparen. Sie wird zu einem Folienlaminat verarbeitet, das in Ventilpackungen oder zu Dichtungen verarbeitet werden kann. Old-Style-Packungen sind jetzt ein kleineres Mitglied dieser Gruppierung: Feinflockengraphit in Ölen oder Fetten für Anwendungen, die Wärmebeständigkeit erfordern. Eine GAN-Schätzung des aktuellen US-Verbrauchs von Naturgraphit bei dieser Endnutzung beträgt 7.500 Tonnen.

Interkalierter Graphit:
Graphit bildet Interkalationsverbindungen mit einigen Metallen und kleinen Molekülen. In diesen Verbindungen wird das Wirtsmolekül oder -atom zwischen die Graphitschichten „eingeklemmt“, was zu einer Art von Verbindungen mit variabler Stöchiometrie führt. Ein prominentes Beispiel für eine Interkalationsverbindung ist Kaliumgraphit, bezeichnet mit der Formel KC8. Graphit-Interkalationsverbindungen sind Supraleiter. Die höchste Übergangstemperatur (bis Juni 2009) Tc = 11,5 K wird in CaC6 erreicht und unter Anpressdruck (15,1 K bei 8 GPa) weiter erhöht.

Synthetischer Graphit:
Erfindung eines Verfahrens zur Herstellung von synthetischem Graphit
Im Jahr 1893 entdeckte die Charles Street von Le Carbone ein Verfahren zur Herstellung von künstlichem Graphit. Ein anderes Verfahren zur Herstellung von synthetischem Graphit wurde versehentlich von Edward Goodrich Acheson (1856-1931) erfunden. In der Mitte der 1890er Jahre entdeckte Acheson, dass überhitzendes Carborundum fast reinen Graphit produzierte. Während er die Auswirkungen von hohen Temperaturen auf Carborundum studierte, hatte er herausgefunden, dass Silizium bei etwa 4.150 ° C (7.500 ° F) verdampft, wobei der Kohlenstoff in graphitischem Kohlenstoff zurückbleibt. Dieser Graphit war eine weitere große Entdeckung für ihn, und er wurde äußerst wertvoll und hilfreich als Schmiermittel.

Im Jahr 1896 erhielt Acheson ein Patent für seine Methode zur Synthese von Graphit, und im Jahr 1897 begann die kommerzielle Produktion. Die Acheson Graphite Co. wurde 1899 gegründet.

Wissenschaftliche Forschung:
Hochorientierter pyrolytischer Graphit (HOPG) ist die hochwertigste synthetische Form von Graphit. Es wird insbesondere in der wissenschaftlichen Forschung als Längenstandard für die Scannerkalibrierung von Rastersondenmikroskopen verwendet.

Elektroden:
Graphitelektroden transportieren die Elektrizität, die Schrott und Stahl und manchmal direkt reduziertes Eisen (DRI) in Elektrolichtbogenöfen schmilzt, die die überwiegende Mehrheit von Stahlöfen sind. Sie werden aus Petrolkoks hergestellt, nachdem es mit Steinkohlenteerpech vermischt wurde. Sie werden dann extrudiert und geformt, gebrannt, um das Bindemittel (Pech) zu carbonisieren, und schließlich graphitiert, indem sie auf Temperaturen von annähernd 3000ºC erhitzt werden, bei denen sich die Kohlenstoffatome zu Graphit anordnen. Sie können in der Größe bis zu 11 Fuß lang und 30 Zoll im Durchmesser variieren. Ein wachsender Anteil des globalen Stahls wird mit Elektrolichtbogenöfen hergestellt, und der Elektrolichtbogenofen selbst wird effizienter und produziert mehr Stahl pro Tonne Elektrode. Eine Schätzung auf der Grundlage von USGS-Daten zeigt, dass der Verbrauch von Graphitelektroden im Jahr 2005 197.000 Tonnen betrug.

Beim elektrolytischen Aluminiumschmelzen werden auch graphitische Kohlenstoffelektroden verwendet. In einem viel kleineren Maßstab werden synthetische Graphitelektroden in der Funkenerosion (EDM) verwendet, um gewöhnlich Spritzgussformen für Kunststoffe herzustellen.

Pulver und Schrott:
Das Pulver wird durch Erhitzen von pulverförmigem Petrolkoks über die Temperatur der Graphitierung hergestellt, manchmal mit geringfügigen Modifikationen. Der Graphitschrott stammt aus Stücken von unbrauchbarem Elektrodenmaterial (in der Herstellungsphase oder nach Gebrauch) und Drehspänen, normalerweise nach dem Brechen und Leimschneiden. Das meiste synthetische Graphitpulver wird Kohlenstoff in Stahl gefördert (konkurriert mit natürlichem Graphit), einige werden in Batterien und Bremsbelägen verwendet. Laut USGS lag die US-Produktion von synthetischem Graphitpulver und Schrott im Jahr 2001 bei 95.000 Tonnen (neueste Daten).

Neutronenmoderator:
Hauptartikel: Kerngraphit
Spezielle Grade von synthetischem Graphit, wie beispielsweise Gilsocarbon, finden ebenfalls Verwendung als Matrix- und Neutronenmoderator in Kernreaktoren. Sein niedriger Neutronenquerschnitt empfiehlt es auch für die Verwendung in vorgeschlagenen Fusionsreaktoren. Es muss darauf geachtet werden, dass Graphit in Reaktorqualität frei von Neutronen absorbierenden Materialien wie Bor ist, das weit verbreitet als Keimelektrode in kommerziellen Graphitabscheidungssystemen verwendet wird – dies verursachte das Scheitern der Graphit-basierten Kernreaktoren der Deutschen im Zweiten Weltkrieg. Da sie die Schwierigkeit nicht isolieren konnten, mussten sie viel teurere Schwerwassermoderatoren einsetzen. Graphit, der für Kernreaktoren verwendet wird, wird oft als Kerngraphit bezeichnet.

Andere Verwendungen:
Graphit- (Kohlenstoff-) Fasern und Kohlenstoff-Nanoröhren werden auch in kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen und in hitzebeständigen Verbundwerkstoffen wie verstärktem Kohlenstoff-Kohlenstoff (RCC) verwendet. Gewerbliche Strukturen aus Kohlefaser-Graphit-Verbundwerkstoffe gehören Angelruten, Golfschlägerschäfte, Fahrradrahmen, Sportwagen Karosserieteile, der Rumpf des Boeing 787 Dreamliner und Pool Queues und wurden erfolgreich in Stahlbeton, Die mechanischen Eigenschaften von Kohlefaser eingesetzt Graphit-verstärkte Kunststoff-Verbundwerkstoffe und Grauguss werden stark von der Rolle von Graphit in diesen Materialien beeinflusst. In diesem Zusammenhang wird der Ausdruck „(100%) Graphit“ oft nur lose verwendet, um sich auf eine reine Mischung aus Kohlenstoffverstärkung und Harz zu beziehen, während der Begriff „Verbundstoff“ für Verbundmaterialien mit zusätzlichen Bestandteilen verwendet wird.

Modernes rauchloses Pulver ist mit Graphit beschichtet, um den Aufbau statischer Ladung zu verhindern.

Graphit wurde in mindestens drei radarabsorbierenden Materialien verwendet. Es wurde in Sumpf und Schornsteinfeger mit Gummi gemischt, die bei U-Boot-Schnorcheln zum Reduzieren ihres Radarquerschnitts verwendet wurden. Es wurde auch in Fliesen auf frühen F-117 Nighthawk (1983) s verwendet.

Graphite Mining und Recycling:
Graphit wird sowohl im Tagebau als auch unter Tage abgebaut. Graphit muss normalerweise aufbereitet werden. Dies kann durchgeführt werden, indem die Stücke der Gangart (Gestein) von Hand geerntet werden und das Produkt manuell gesiebt wird oder indem das Gestein zerkleinert und der Graphit ausgetrieben wird. Flotationsbehandlung kommt der Schwierigkeit entgegen, dass Graphit sehr weich ist und die Gangartpartikel „markiert“ (überzieht). Dadurch „schwimmen“ die „markierten“ Gangartpartikel mit dem Graphit und ergeben unreines Konzentrat. Es gibt zwei Möglichkeiten, ein kommerzielles Konzentrat oder Produkt zu erhalten: wiederholtes Nachschleifen und Aufschwimmen (bis zu sieben Mal), um das Konzentrat zu reinigen, oder durch Säureauslaugung (Auflösen) der Gangart mit Fluorwasserstoffsäure (für eine silikatische Gangart) oder Salzsäure (z ein Carbonat Gangart).

Beim Mahlen können die eingehenden Graphitprodukte und -konzentrate gemahlen werden, bevor sie klassiert (klassiert oder gesiebt) werden, wobei die gröberen Flockengrößenfraktionen (unter 8 mesh, 8-20 mesh, 20-50 mesh) sorgfältig konserviert werden und dann der Kohlenstoffgehalt sind bestimmt. Einige Standardmischungen können aus den verschiedenen Fraktionen mit jeweils einer bestimmten Flockengrößenverteilung und einem bestimmten Kohlenstoffgehalt hergestellt werden. Kundenspezifische Mischungen können auch für individuelle Kunden hergestellt werden, die eine bestimmte Flockengrößenverteilung und einen bestimmten Kohlenstoffgehalt wünschen. Wenn die Flockengröße unwichtig ist, kann das Konzentrat freier gemahlen werden. Typische Endprodukte umfassen ein feines Pulver zur Verwendung als eine Aufschlämmung bei Ölbohrungen und Beschichtungen für Gießereiformen, Kohlenstoffbeschleuniger in der Stahlindustrie (synthetisches Graphitpulver und pulverförmiger Petrolkoks können ebenfalls als Kohlenstofferzeuger verwendet werden). Die Umweltauswirkungen von Graphitmühlen bestehen in der Luftverschmutzung, einschließlich Feinstaubbelastung der Arbeiter, und auch in der Verschmutzung des Bodens durch ausgelaufenes Pulver, was zu einer Schwermetallkontamination des Bodens führt.

Die gebräuchlichste Art des Recycelns von Graphit tritt auf, wenn synthetische Graphitelektroden entweder hergestellt werden und Stücke abgeschnitten werden oder Drehspäne weggeworfen werden oder die Elektrode (oder andere) bis zum Elektrodenhalter hinunter verwendet werden. Eine neue Elektrode ersetzt die alte, aber ein großes Stück der alten Elektrode bleibt übrig. Dieses wird zerkleinert und klassiert, und das resultierende Graphitpulver wird hauptsächlich verwendet, um den Kohlenstoffgehalt von geschmolzenem Stahl zu erhöhen. Graphithaltige Feuerfestmaterialien werden manchmal auch recycelt, aber oft nicht wegen ihres Graphits: die großvolumigsten Teile, wie Kohlenstoff-Magnesit-Steine, die nur 15-25% Graphit enthalten, enthalten gewöhnlich zu wenig Graphit. Jedoch werden einige recycelte Kohlenstoff-Magnesit-Steine ​​als Basis für Ofenreparaturmaterialien verwendet, und auch zerkleinerte Kohlenstoff-Magnesit-Steine ​​werden in Schlacken-Konditionierern verwendet. Während Tiegel einen hohen Graphitgehalt aufweisen, ist das Volumen der verwendeten Tiegel sehr gering.

Ein qualitativ hochwertiges Flockengraphitprodukt, das dem natürlichen Flockengraphit sehr ähnlich ist, kann aus Stahlkies hergestellt werden. Kish ist ein großvolumiger, fast geschmolzener Abfall, der aus der Eisenschmelze in einen Sauerstoff-Grundofen abgeschöpft wird und aus einer Mischung von Graphit (aus dem übersättigten Eisen ausgeschieden), kalkreicher Schlacke und etwas Eisen besteht. Das Eisen wird vor Ort recycelt und hinterlässt eine Mischung aus Graphit und Schlacke. Der beste Wiederherstellungsprozess verwendet eine hydraulische Klassifizierung (die einen Wasserfluss nutzt, um Mineralien durch spezifisches Gewicht zu trennen: Graphit ist leicht und setzt sich fast zuletzt ab), um ein 70% Graphit-Rohkonzentrat zu erhalten. Das Auslaugen dieses Konzentrats mit Salzsäure ergibt ein 95% -iges Graphitprodukt mit einer Flockengröße, die von 10 mesh herunter reicht.