Mae graffit, fel allotrope o garbon, yn meddu ar lawer o briodweddau arbennig oherwydd ei strwythur grisial unigryw. Mae crisialau graffit yn perthyn i'r system hecsagonol ac mae ganddynt drefniant haenog. Ym mhob haen, mae atomau carbon wedi'u cysylltu â'i gilydd mewn trefniant unigryw, gyda chwe atom carbon yn ffurfio cylchoedd hecsagonol rheolaidd ar yr un awyren, a phob atom carbon yn cael ei amgylchynu gan dri atom carbon cyfagos. Gall y ddau electron 2c sy'n berpendicwlar i'r awyrennau atom carbon, nad ydynt yn ymwneud â hybridization, symud yn rhydd o fewn y dellt grisial a gorgyffwrdd i ffurfio bondiau π, gan roi dargludedd trydanol a thermol da i graffit.
Mae graffit yn ddargludydd rhagorol, sy'n meddu nid yn unig dargludedd thermol da ond hefyd dargludedd trydanol rhagorol. Ar yr un pryd, mae'n arddangos anystwythder a chryfder rheolaidd uchel, gan gynnal ei nodweddion cadarn a sefydlog hyd yn oed mewn amgylcheddau tymheredd uchel sy'n fwy na 3600 gradd. Mae graffit hefyd yn cael ei ffafrio'n fawr am ei briodweddau iro rhagorol, anadweithiolrwydd cemegol, a'i wrthwynebiad cyrydiad, gan ei wneud yn berthnasol iawn mewn sawl maes [3].
Yn seiliedig ar y gwahanol ffurfiau crisialog o graffit naturiol, gellir ei ddosbarthu'n ddiwydiannol yn graffit crisialog a graffit aphanitig (amorffaidd). Ymhlith y rhain, gellir isrannu graffit crisialog gyda gwell crisialu ymhellach yn graffit lwmp (graffit crisialog enfawr) a graffit naddion.
Mae graffit fflawiau fel arfer yn digwydd fel crisialau unigol neu fel rhyng-dyfiannau crisial cyfochrog ar ffurf dalennau tenau a naddion. Mae ei ffurf grisialog fel arfer wedi datblygu'n dda ac yn aml yn digwydd fel agregau, gyda meintiau grawn grisial yn gyffredinol yn fwy nag 1 μm. Mae gan fwyn graffit naddion wedi'i gloddio'n naturiol radd gymharol isel, ond o'i gymharu â mathau eraill o graffit, mae'n dangos gallu floatability, lubricity a phlastigrwydd uwch, sydd yn gyffredinol yn rhoi gwerth economaidd uwch i graffit naddion. Mae gan graffit lwmp fel arfer gynnwys carbon o tua 60% -65%, gyda rhai yn cyrraedd dros 80%, ond mae ei blastigrwydd a'i lubricity yn israddol i rai graffit naddion.
Oherwydd ei grisialu gwael, dim ond o dan ficrosgop electron y mae morffoleg grisial graffit aphanitig i'w weld, ac mae'n ymddangos yn ddaearol i'r llygad noeth; felly, fe'i gelwir hefyd yn graffit priddlyd, amorffaidd, neu ficrogrisialog. Mae gan graffit aphanitig llewyrch cymharol isel, ac ni all ei lubricity gymharu â graffit naddion. Fodd bynnag, mae ei radd yn gyffredinol uwch, gyda rhai hyd yn oed yn cyrraedd dros 90% [4].
2. Cymwysiadau Graffit
Mae gan graffit naturiol briodweddau ffisiocemegol rhagorol, gan arwain at ystod eang o gymwysiadau. Mae'n chwarae rhan unigryw ac arwyddocaol mewn nifer o ddiwydiannau, gan gynnwys meteleg, iro, selio, ynni niwclear, a storio ynni.
Yn y diwydiant metelegol, mae graffit naturiol yn ddeunydd crai craidd ar gyfer cymwysiadau gwrthsafol a ffowndri. Gan ddefnyddio ei ddargludedd trydanol da a'i wrthwynebiad tymheredd uchel, mae electrodau graffit yn gydrannau allweddol mewn gwneud dur ffwrnais arc trydan, gan addasu'n ddibynadwy i amodau mwyndoddi tymheredd uchel. Ar yr un pryd, mae deunyddiau anhydrin graffit, gyda'u gwrthiant tymheredd uchel dibynadwy a'u gwrthiant erydiad, yn cael eu defnyddio'n eang fel adeileddau leinio mewn dur, mwyndoddi metel anfferrus, ac amrywiol ffwrneisi metelegol tymheredd uchel, sy'n eu gwneud yn ddeunyddiau sylfaenol anhepgor ar gyfer y diwydiant metelegol5.
Ym maes iro, mae ireidiau yn anhepgor mewn bywyd modern, a ddefnyddir mewn automobiles, llongau, awyrennau ac offer peiriant. O dan rai amodau arbennig, megis tymheredd uchel, gellir lleihau perfformiad olewau iro yn sylweddol, gan arwain yn aml at lubricity annigonol. Mae'r grym bondio rhwng haenau graffit yn wan, gan ganiatáu llithro'n hawdd o dan rym allanol; felly, mae graffit yn arddangos priodweddau iro rhagorol ac mae'n iraid solet delfrydol. Ar ben hynny, oherwydd ei-wrthiant tymheredd uchel, gall ireidiau sy'n seiliedig ar graffit weithio'n effeithiol mewn amgylcheddau eithafol fel tymereddau uchel, gan gyflawni canlyniadau da [6].
Yn y maes selio, mae deunyddiau selio graffit, oherwydd eu gwrthiant cyrydiad rhagorol, ymwrthedd tymheredd uchel, a sefydlogrwydd strwythurol, yn cael eu cymhwyso'n eang mewn diwydiannau fel peirianneg gemegol, peiriannau ac electroneg. Yn seiliedig ar ei strwythur haenog unigryw a'i briodweddau selio da, gall graffit naturiol addasu'n effeithiol i amodau selio mewn amrywiol offer mecanyddol, gan gynnal perfformiad sefydlog mewn amgylcheddau cymhleth a llym ac ymestyn bywyd gwasanaeth cydrannau selio yn sylweddol [5]. Yn ogystal, gall cywasgu graffit mandyllog, uchel-ynni wedi'i ehangu, gynhyrchu dalennau graffit hyblyg. Oherwydd eu gwrthiant tymheredd uchel, ymwrthedd cyrydiad, sefydlogrwydd cemegol, a chryfder mecanyddol penodol, gall y taflenni hyn weithredu'n effeithiol o dan amodau arbennig, gan ennill enw da "brenin selio" graffit hyblyg [6].
Yn y sector ynni niwclear, graffit naturiol purdeb uchel yw'r deunydd crai craidd ar gyfer gweithgynhyrchu cymedrolwyr niwtronau mewn adweithyddion niwclear. Mae ei berfformiad safoni niwtronau rhagorol a'i sefydlogrwydd adeileddol tymheredd uchel yn ei wneud yn ddeunydd allweddol ar gyfer gorsafoedd ynni niwclear a chyfleusterau ymchwil niwclear. Mewn mathau penodol o adweithyddion niwclear, gall graffit naturiol hefyd wasanaethu fel deunydd strwythurol, gan ddefnyddio ei gryfder mecanyddol da, ei wrthwynebiad ymbelydredd, a'i wrthwynebiad tymheredd uchel i gynnal gwasanaeth sefydlog hirdymor o dan amodau eithafol tymheredd uchel ac ymbelydredd dwys, heb ddadffurfio na methu'n hawdd, a thrwy hynny sicrhau gweithrediad diogel offer niwclear [5].
Yn y maes storio ynni, gyda datblygiad cyflym y diwydiant ynni newydd, mae galw'r farchnad am graffit naturiol yn parhau i ehangu. Mae twf cyflym y diwydiant batri lithiwm wedi gyrru galw'r farchnad am ddeunyddiau anod yn sylweddol, ac mae graffit naturiol, gyda'i briodweddau electrocemegol unigryw, yn ddeunydd crai a ffefrir ar gyfer gweithgynhyrchu anodau batri lithiwm. Ar hyn o bryd, mae nifer o feysydd megis cerbydau ynni newydd, gorsafoedd sylfaen cyfathrebu symudol, a microgrids yn dibynnu ar batris lithiwm fel eu ffynhonnell pŵer craidd, sy'n sicrhau y bydd deunyddiau anod batri lithiwm graffit yn parhau i feddu ar gystadleurwydd cryf yn y diwydiant yn y farchnad ynni newydd yn y dyfodol [7].
3. Dulliau Puro Graffit
Ar hyn o bryd, gellir categoreiddio dulliau puro graffit naturiol yn ddulliau ffisegol a chemegol. Yn eu plith, mae dulliau puro ffisegol yn bennaf yn cynnwys dulliau arnofio a thymheredd uchel; mae dulliau puro cemegol yn cynnwys y dull asid alcali, dull asid hydrofflworig, a dull rhostio clorineiddio.
3.1 Dull Arnofio
Mae'r dull arnofio yn broses brosesu mwynau sy'n gwahanu mwynau solet oddi wrth ataliad dyfrllyd yn seiliedig ar wahaniaethau yn eu priodweddau ffisegol a chemegol arwyneb. Nid yw wyneb graffit yn cael ei wlychu'n hawdd gan ddŵr, gan roi gallu arnofio da a chaniatáu gwahanu amhureddau yn hawdd, gan ei wneud yn addas i'w buro trwy arnofio [8].
Mae llif proses gyffredinol y dull arnofio yn bennaf yn cynnwys tri cham craidd: malu, gwahanu arnofio, ac ail-gylchredeg middlings. Yn gyntaf, mae'r mwyn graffit naturiol amrwd yn cael ei falu a'i ddaearu. Trwy malu mecanyddol, cyflawnir rhyddhad rhagarweiniol monomerau graffit rhag amhureddau gangue, gan osod y sylfaen ar gyfer gweithrediadau gwahanu dilynol. Ar ôl malu, mae'r mwydion graffit yn cael ei gymysgu a'i socian ag adweithyddion cemegol penodol. Trwy addasu adweithydd, mae gwahaniaethau tensiwn arwyneb y graffit yn cael eu hoptimeiddio, gan ehangu'r bwlch floatability rhwng graffit a mwynau amhuredd a chreu amodau ar gyfer tynnu amhuredd yn effeithlon. Yn dilyn hynny, defnyddir proses arnofio gyfunol sy'n cynnwys camau lluosog o garwio, chwilota a glanhau i dynnu cydrannau amhuredd o'r mwydion yn raddol, gan gynyddu purdeb y dwysfwyd graffit yn effeithiol. Yn ystod y broses arnofio, ychwanegir adweithyddion arnofio priodol i wella ymhellach floatability graffit a gwella effeithlonrwydd gwahanu. Mae casglwyr diwydiannol a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys olew disel, cerosin, olew pinwydd, ac ati [9].
Mae'r dull arnofio, fel y cam cyntaf mewn puro graffit, yn berthnasol yn bennaf i drin ymlaen llaw graffit naddion carbon isel, mawr. Mae gan y broses hon system dechnoleg aeddfed, offer ategol syml, defnydd cyffredinol isel o ynni, a chostau cynhyrchu y gellir eu rheoli, gan gynnig manteision economaidd sylweddol. Mae'n dechnoleg puro garw graffit hynod gost effeithiol mewn cymwysiadau diwydiannol. Fodd bynnag, mae gan y dull arnofio gyfyngiadau nodedig ac nid yw'n addas ar gyfer puro graffit microcrystalline yn effeithlon. O'i gymharu â graffit crisialog, yn gyffredinol mae gan graffit microcrystalline gynnwys amhuredd cyffredinol is, ond mae ei gyflwr digwyddiad amhuredd unigryw yn cyfyngu'n sylweddol ar effeithiolrwydd tynnu amhuredd arnofio. Mae gronynnau graffit microgrisialog yn fân iawn ac yn gysylltiedig yn agos â mwynau gangue, yn aml wedi'u hymgorffori mewn mwynau clai. Yn ystod malu, mae'n anodd rhyddhau monomerau graffit yn ddigonol rhag amhureddau, gan arwain at ostyngiad sylweddol mewn effeithlonrwydd gwahanu arnofio. Yn y pen draw, mae'n anodd cael crynodiadau graffit purdeb uchel, sy'n methu â bodloni gofynion cymwysiadau diwydiannol pen uchel. I grynhoi, gall y broses arnofio graffit wasanaethu fel dull puro sylfaenol yn unig, a ddefnyddir yn bennaf i gael gwared ar y rhan fwyaf o'r amhureddau y gellir eu gwahanu'n hawdd o fwyn graffit amrwd, gan leihau'r defnydd o adweithyddion a cholli ynni yn effeithiol mewn prosesau puro dwfn dilynol a darparu sylfaen deunydd crai o ansawdd uchel ar gyfer mireinio pellach [10-11].
3.2 -Dull Tymheredd Uchel
Mae'r dull tymheredd uchel yn defnyddio'r gwahaniaeth mewn berwbwyntiau rhwng graffit (pwynt toddi uchel) ac amhureddau (berwbwyntiau is). O dan amddiffyniad atmosffer anadweithiol, mae'r tymheredd yn cael ei reoli o fewn ystod addas, gan achosi amhureddau pwynt berwi is fel ocsidau metel a silicadau i anweddu a dianc yn gyntaf, tra bod y carbon pwynt toddi uchel yn parhau ar ffurf solet, gan gyflawni gwahaniad a phuro dwfn [12].
Mae'r deunyddiau crai a ddefnyddir yn y dull tymheredd uchel yn nodweddiadol yn grynodiadau graffit a geir ar ôl puro arnofio neu graffit carbon uchel a geir ar ôl puro cemegol, gyda chynnwys carbon yn gyffredinol yn amrywio o 95% i 99% [13]. Gall y dull hwn gyflawni purdeb graffit o tua 99.995%. Er y gall gael gwared ar amhureddau sydd wedi'u hymgorffori yn y dellt graffit yn effeithiol heb ddinistrio'r strwythur graffit, gan wella ansawdd y cynnyrch yn effeithlon, yn aml nid yw ond yn berthnasol i sectorau technoleg diwedd uchel megis amddiffyn, diwydiant niwclear, ac awyrofod. Mae hyn oherwydd bod anfanteision y dull yn sylweddol: mae angen offer heriol, defnydd uchel o ynni, ac mae'n golygu buddsoddiad sylweddol a chostau gweithredu, gan ei wneud yn anffafriol ar gyfer cynhyrchu ar raddfa fawr ac yn bennaf yn gwasanaethu cynhyrchion graffit pen uchel [12].
3.3 Alcali-Dull Asid
Mae'r dull asid alcali, sy'n cynnwys dwy broses-ymasiad alcali a thrwytholch asid-mewn trefn yn ôl y llif diwydiannol, yn ddull cymharol effeithiol o buro graffit naturiol. Proses ymasiad alcali: Gan ddefnyddio ymwrthedd graffit i asidau ac alcalïau, mae graffit ac alcali yn cael eu cymysgu'n unffurf mewn cyfran benodol ac yna'n cael eu calchynnu ar dymheredd uchel. Yn y cyflwr tawdd, mae amhureddau fel aluminosilicates, cwarts, a silicadau yn y graffit yn adweithio'n gemegol â'r alcali, gan ffurfio silicadau hydawdd asid neu ddŵr, sydd wedyn yn cael eu tynnu trwy olchi dŵr. Proses trwytholchi asid: Mae'r alcali graffit a hydrocsidau alcali yn cael eu trwytholchi'n boeth gyda hydoddiant asid hydroclorig o grynodiad penodol, gan drawsnewid ocsidau metel yn halwynau hydawdd. Yn olaf, trwy brosesau fel golchi a dad-ddyfrio, ceir graffit wedi'i buro.
Ar hyn o bryd, y dull alcali-asid yw'r dull puro a ddefnyddir yn gyffredin gan gynhyrchwyr graffit purdeb uchel yn Tsieina. Mae ei fanteision mwyaf yn cynnwys buddsoddiad cychwynnol isel, offer adwaith syml, amlochredd cryf, addasrwydd proses dda, a phurdeb a gradd gymharol uchel o'r cynhyrchion a gafwyd. Yr anfanteision yw'r angen i galchynnu ar dymheredd uchel, traul ynni a chyfarpar sylweddol, effeithlonrwydd puro cymharol isel, colled sylweddol o fwynau gwerthfawr, a'r potensial ar gyfer llygredd amgylcheddol [14].
3.4 Dull Asid Hydrofluorig
Mae asid hydrofluorig (HF) yn asid cryf sy'n gallu adweithio â'r rhan fwyaf o amhureddau mewn graffit. Fodd bynnag, fel arfer mae gan graffit ymwrthedd asid da ar dymheredd ystafell ac mae'n sefydlog yn gemegol, yn enwedig gan nad yw'n adweithio ag asid hydrofluorig. Trwy socian graffit mewn asid hydrofflworig, gan ganiatáu adwaith dros amser, ac yna golchi a hidlo, gweddillion graffit purdeb cymharol uchel.
Gall puro gan ddefnyddio'r dull asid hydrofluorig ddileu'r rhan fwyaf o amhureddau o graffit, gan gynhyrchu graffit purdeb uchel am gost isel. Mae'n un o'r dulliau symlach a mwy effeithiol ar gyfer puro graffit. Fodd bynnag, mae asid hydrofluorig yn wenwynig iawn, gan achosi peryglon diogelwch sylweddol yn ystod y broses gynhyrchu, sy'n atal ei fabwysiadu a'i gymhwyso'n eang mewn cynhyrchu diwydiannol [15].
3.5 Dull Rhostio Clorineiddio
Mae'r dull rhostio clorineiddio yn golygu ychwanegu rhywfaint o reductant (nwy clorin, carbon tetraclorid) i graffit a rhostio ar dymheredd uchel o dan atmosffer penodol. Mae amhureddau ocsid yn adweithio â nwy clorin mewn adwaith clorineiddio, gan eu trosi'n gloridau. Mae amhureddau fel silicadau, aluminosilicates, a chwarts yn y graffit yn dadelfennu i ocsidau fel silicon deuocsid, alwminiwm ocsid, haearn ocsid, a chalsiwm ocsid o dan wres tymheredd uchel. Gan fod berwbwyntiau'r cloridau hyn yn gymharol isel, maent yn anweddu ac yn dianc yn ystod y broses rostio tymheredd uchel, a thrwy hynny'n cael gwared ar amhuredd a'i buro.
Mae'r dull rhostio clorineiddio yn dileu amhureddau trwy ychwanegu nwyon lleihau fel clorin i drosi amhureddau yn ffurfiau clorid. Mae'r dull hwn yn cynnig effeithlonrwydd puro uchel a chyfraddau adfer da. Fodd bynnag, mae nwy clorin yn nwy peryglus sy'n niweidiol i'r amgylchedd, a nodweddir y broses gan ansefydlogrwydd, sy'n cyfyngu ar ei ddatblygiad [16].