Физические свойства и фото графита. Природный графит: структура, свойства и сферы применения породы

[содержание]

Такой распространенный химический элемент, как углерод, встречается в природе в виде двух полиморфных разновидностей. Эти разновидности – графит и алмаз. Хотя формулы графита и алмаза идентичны, и они являются природными проявлениями одного и того же химического элемента, они довольно резко отличаются по своим физическим свойствам и структуре.

Графит — камень, который используют в промышленности

Такие различия обусловлены особенностями строения кристаллической решетки графита. Наличие свободных электронов, которые имеет кристаллическая решетка графита, обуславливает его физические свойства.

Свойства графита

Природный графит представляет собой серое вещество, имеющее слабый металлический блеск. Он имеет высокую степень теплопроводности, которая составляет около 3,55 Вт/град/см. Этот показатель в несколько раз выше, нежели у простого глиняного кирпича. Такая высокая теплопроводность объясняется присутствием в его кристаллической решетке подвижных электронов.

Подвижные электроны обуславливают не только высокую теплопроводность элемента, но и такое физическое свойство, как высокая электропроводимость. Удельное сопротивление материала электрическому току составляет от 0,4 до 0,6 Ом. Такой низкий предел электрической сопротивляемости характерен для всех видов и агрегатных состояний, которые он имеет.

Если рассматривать его химические свойства, то он является инертным и неспособен растворяться в химически активных растворах. Его полное растворение может происходить только в металлах, имеющих высокую точку плавления. При этом процессе образуются карбиды. Такие химические соединения имеют очень разнообразные химические и физические свойства, которые используются для производства современных твердосплавных материалов.

Карбиды являются основой для производства всех твердых сплавов, которые известны на сегодняшний день. Наиболее часто используются соединения углерода с вольфрамом и титаном. Их применение дает возможность для производства режущего инструмента, который обладает такими эксплуатационными характеристиками, как термическая устойчивость и износостойкость.

Низкий коэффициент трения и устойчивость к действию высоких температур делает его незаменимым материалом для производства изделий, основной функциональной задачей которых является обеспечение герметичности различных соединений. Подобные изделия из графита позволяют изготавливать качественные уплотнительные материалы без применения смол и различных неорганических наполнителей.

Для этих целей промышленностью выпускается терморасширенный графит. Для его производства используется природный чешуйчатый графит, который обрабатывается неорганическими кислотами. В результате обработки природного чешуйчатого варианта материала получается эластичный и химически инертный образец, используемый для производства набивок и смазок, используемых для герметизации соединений.

Учитывая то, что аллотропная форма углерода характеризуется определенной кристаллической решеткой, он имеет следующие структурные формы:

• Явнокристаллические
• Скрытокристаллические
• Высокодисперсные материалы, называемые углями

Существует классификация, которая разделяет природные графиты по структуре и размерам кристаллов:

• Плотнокристаллические графиты
• Чешуйчатые графиты

Искусственный и природный варианты

Скопления этого минерала, которые имеют промышленное значение, находятся в Китае, Корее, Индии и Бразилии. Эти страны являются основными поставщиками природного графита на мировой рынок. Залежи графита разрабатываются на Украине, в России, Чехии. В связи с большой потребностью в данном минерале его природные месторождения неспособны удовлетворить возрастающую популярность.

Преимуществом графита, который получают искусственным путем, является его химическая чистота. Содержание углерода в нем составляет 99%. Наибольшая плотность графита наблюдается в рекристаллизованных вариантах. Этот вариант производится путем термомеханических и термохимических обработок. Благодаря таким способам обработки значительно повышаются показатели плотности. Этот показатель крайне важен для теплопроводности материалов.

Из искусственных вариантов этого материала нужно выделить силицированный графит. Этот современный материал получают путем пропитывания пористого графита кремнием. Процесс пропитки производится под действием высокой температуры и давления. В результате такой обработки получается материал, обладающий высокой степенью износостойкости.

Основным достоинством этого материала является низкий коэффициент трения. Этот искусственный вариант используется для производства деталей, работающих при воздействии больших температур, когда не требуется высокая механическая прочность и твердость.

Еще одной разновидностью данного минерала является изостатический графит, получаемый в результате прессования при больших температурах. Основное применение этой разновидности лежит в изготовлении литейных форм. Ее также применяют для производства приборов для нагревания.

Сопротивление при механической резке у этого материала в несколько раз ниже, чем у стали и чугуна. Поэтому изготовление деталей из изостатического графита обходится намного дешевле, чем изготовление аналогичных деталей из других материалов. При этом эксплуатационные характеристики изостатического графита в несколько раз превышают аналоги, которые изготовлены из альтернативных материалов.

Каждая отрасль современной промышленности, которая потребляет этот минерал в качестве исходного сырья для производства определенных изделий, выдвигает свои требования к качеству графита. Поэтому современная промышленность производит достаточно большую номенклатуру сырья на его основе в зависимости от потребностей заказчиков.

Основные сферы применения

Высокая стойкость к температуре, которую имеет природный углерод, обуславливает его основную сферу применения. Это изделия, которые работают в условиях высокой температуры окружающей среды. Например, из них делаются формы, в которых производится закалка различных инструментов.

Природный минерал и препараты, его содержащие, являются основой для таких изделий, как формы для литья, огнеупорные лакокрасочные материалы, смазки для подшипников качения и пр.

При изготовлении электродов с положительным зарядом он способствует улучшению электропроводности. Химическая инертность минерала делает его идеальным сырьем для материалов, которые работают в агрессивных средах.

Материалы, изготовленные на его основе, способны без изменения эксплуатационных характеристик работать в тех сферах, где не могут работать другие конструкционные материалы.

Основные марки

Существует следующая классификация марок этого материала:

• Тигельный
• Литейный
• Элементный
• Карандашный
• Электроугольный
• Аккумуляторный

Каждая из этих марок отличается процентным содержанием чистого углерода. Современная промышленность выпускает на основе графита такой инновационный материал, как стеклоуглерод. Этот материал обладает практически нулевой пористостью. Этот показатель крайне важен для эксплуатационных характеристик.

Основная сфера применения лежит в изготовлении химически стойкой посуды. Он способен выдерживать температуры до 3000 градусов. Причем такую температуру он способен выдерживать как в условиях вакуума, так и в условиях агрессивной окружающей среды.

В последнее десятилетие интерес к этому минералу значительно возрос. На основе волокон углерода производятся следующие виды современных материалов:

• Углеродные волокнистые материалы
• Углеродные волокнистые сорбенты
• Углепластики
• Композиционные материалы на основе углеродного волокна

Особое внимание уделяется использованию углепластиков, которые находят все более широкое применение в машиностроении, химической промышленности и во многих других сферах. Их применяют в качестве альтернативы металлическим изделиям. По прочности они не уступают изделиям из металла, а вот по таким параметрам, как коррозионная стойкость и стойкость к высоким температурам, значительно их превосходят.

Графиты - вещества серого цвета с металлическим блеском, аморфного, кристаллического, или волокнистого сложения, жирные на ощупь, удельный вес от 1,9 до 2,6.
По внешнему виду графит, имеет металлический свинцово-серый цвет, колеблющейся от серебристого до черного, с характерным жирным блеском.
Поэтому потребители зачастую называют явнокристаллические графиты серебристыми, а скрытокристаллические - черными.
На ощупь графит жирен и отлично пачкается. На поверхностях он легко дает черту от серебристого до черной, блестящей. Графит отличается способностью прилипать к твердым поверхностям, что позволяет создавать тонкие пленки при натирании им поверхностей твердых тел.
Графит представляет собой алоторопную форму углерода, которая характеризуется определенной кристаллической структурой, имеющей своеобразное строение.

В зависимости от структурного строения графиты делятся на:
явнокристаллические,
скрытокристаллические,
графитоиды,
высокодисперсные графитовые материалы, обычно называемые углями.
В свою очередь, явнокристаллические графиты по величине и структуре кристаллов делятся на:
плотнокристаллические (Боготольское месторождение графита),
чешуйчатые (Тайгинское месторождение графита).

В чешуйчатых графитах кристаллы имеют форму пластинок или листочков. Чешуйки их жирные, пластичные и имеют металлический блеск.

Графитовая шахта. Фото: born1945

Кристаллическая решетка графита состоит только из атомов углерода. Кристаллической решетке графита присуща ярко выраженная слоистая структура, расстояние между слоями 0,335 нм. В кристаллической решётке графита каждый атом углерода связан с тремя другими окружающими его атомами углерода. Кристаллическая решетка графита бывает двух типов: гексагональная (α-графит) и ромбоэдрическая (β-графит, метастабильная форма). Атомы углерода каждого слоя кристаллической решётки α-графита расположены напротив центров шестиугольников, находящихся в соседних (нижнем и верхнем) слоях; положение слоев повторяется через один, каждый слой сдвинут относительно другого в горизонтальном направлении на 0,1418 нм (укладка АВАВА). В ромбоэдрической решетке β-графита положение плоских слоев повторяется не через один слой, как в гексагональной решётке, а через два. Несмотря на то, что β-графит метастабилен, в природном графите его содержание может доходить до 30%. При температурах 2230-3030°С ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный. Альфа-графит и бета-графит обладают сходными физическими свойствами (за исключением несколько отличающейся структуры графена).
Электропроводность кристаллов графита анизотропна: близка к металлической в направлении, параллельном базисной плоскости, и на порядок меньше в перпендикулярном направлении. Анизотропия характерна также для звукопроницаемости (акустических свойств) и теплопроводных свойств графита.

Свойства графита

Широкое применение графита основывается на нескольких уникальных свойствах:
- хорошая электропроводность;
- устойчивость к агрессивным средам;
- устойчивость к высоким температурам;
- высокая смазывающая способность.

Электрические свойства
Электропроводность графита в 2,5 раза больше электропроводности ртути. При температуре 0 град. удельное сопротивление электрическому току находится в пределах от 0,390 до 0,602 ом. Низкий предел удельного сопротивления для всех видов графита одинаков и равен 0,0075 ом.

Термические свойства
Графит обладает большое теплопроводностью, которая равняется 3,55вт*град/см и занимает место между палладием и платиной.
Коэффициент теплопроводности 0,041(в 5 раз больше, чем у кирпича). У тонких графитовых нитей теплопроводность выше, чем у медных.
Температура плавления графита - 3845-3890 С при давлении от 1, до 0,9 атм.
Точка кипения доходит до 4200 С.
Температура воспламенения в струе кислорода составляет для явнокристаллических графитов 700-730С. Количество тепла, получаемого при сжигании графита, находится в пределах от 7832 до 7856 ккал.

Магнитные свойства
Графит считается диамагнитным.

Левитация графита. Фото: yellowcloud

Растворимость графита
Химически инертен и не растворяется ни в каких растворителях, кроме расплавленных металлов, особенно тех, у которых высокая точка плавления. При растворении образуются карбиды, наиболее важными свойствами которых являются карбиды вольфрама, титана, железа, кальция и бора.
При обычных температурах графит соединяется с другими веществами весьма трудно, но при высоких температурах он дает химические соединения со многими элементами.

Упругость графита
Графит не обладает эластичностью, но тем не менее он может быть подвергнут резанию и изгибанию. Графитовая проволока легко сгибается и закручивается в спираль, а при вальцевании дает удлинение около 10%. Сопротивление на разрыв такой проволоки равно 2 кг/мм 2 , а модуль изгиба равен 836 кг/мм 2 .

Оптические свойства
Коэффициент светопоглощения графита постоянен для всего спектра и не зависит от температуры лучеиспускания тела; для тонких графитовых нитей он равен 0,77, с увеличением кристаллов графита светопоглащение уже находится в пределах 0,52-0,55.
Жирность и пластичность графита являются важнейшими свойствами, которые дают возможность широко применять его в промышленности. Чем выше жирность графита, тем меньше коэффициент трения. От жирности графита зависит использование его в качестве смазочного материала, а также способность прилипания к твердым поверхностям.
Благодаря этим свойствам имеется возможность создавать тонкие пленки при натирании графитом поверхности твердых тел.

Низкий коэффициент теплового расширения графита и связанная с этим высокая стойкость к температурным напряжениям, является решающим фактором применения его, как важного и незаменимого вспомогательного материала в металлообрабатывающей, чугунолитейной и сталелитейной промышленности, т.е. всюду, где рабочие поверхности должны предохраняться от прямого воздействия расплавленного металла. Важным преимуществом при таком использовании является также его несмачиваемость, полностью восстановленными металлами и нейтральными шлаками, прочность при высоких температурах. Применение графита при отливе деталей повышает качество отливов, уменьшает количество брака, и предупреждает образование пригара, на удаление которого требуется большие усилия и затраты.

Сырые литейные формы и стержни покрываются слоем сухого графитового порошка. Чистый графит имеет низкий коэффициент поглощения нейтронов и самый высокий коэффициент замедления, благодаря чему он незаменим в атомных реакторах. Без графитовых электродов немыслимо развитие черной и цветной, химической промышленности.
Графит прекрасный футеровочный материал электролизеров для получения алюминия. Углеродосодержащие материалы применяются для строительства электропечей и других тепловых агрегатов.

Применение графита

Природные графиты применяются во многих технологических и производственных процессах: огнеупоры (высококачественные, графито-магниевые, алюмо-графитовые), литейное производство, тормозные накладки, смазки, карандашное производство, тигли, гальванические батареи, щелочные аккумуляторы, порошковая металлургия, углеграфитовая материалы (электрощетки, электроугольные изделия, антифрикционные материалы), производство стали, терморасширенный графит, другие области (красящие и полирующие вещества),противоугарные материалы, детали для электротехники, магнитные ленты, производство промышленных алмазов, суспензии охлаждающие и смазывающие).

Графиты искусственные измельченные - предназначены для науглероживания чугуна и стали в мартеновском, кислородно-конверторном и электросталеплавильном процессах при выплавке стали с пониженной долей чугуна в шихте, для вспенивания шлаков в металлургических процессах, при изготовлении углеграфитовых материалов и изделий, в качестве наполнителя для графитопластов и как самостоятельные продукты в других потребляющих производствах.

Из графита готовятся тигли, лодочки для производства сверхтвердых сплавов.
В химической промышленности материалы из графита незаменимы для производства теплообменников, работающих в агрессивных средах.
А так же для изготовления нагревателей, конденсаторов, испарителей, холодильников, скрубберов, дистилляционных колонн, форсунок, сопел, кранов, деталей для насосов, фильтров.
Отечественная промышленность в большом ассортименте выпускает графитовые электрощетки для различных электрических машин, электрические осветительные угли для прожекторов и для демонстрации и съемок кинофильмов, элементные - гальванических батарей, сварочные и для спектрального анализа, изделия для электровакуумной техники и техники связи.

В машиностроении графит используется как антифрикционный материал для подшипников, колец трения, торцевых и поршневых уплотнений, подпятников.

Графит служит высокоогнеупорной отощающей добавкой в керамических массах. Тигельной массе он сообщает высокую огнеупорность, теплопроводность и термическую стойкость, придает тиглям гладкую поверхность, к которой плохо пристает расплавленный металл. Он восстанавливает при высоких температурах металлические окисли и препятствует окислению металла.

Наибольшее значение имеет производство графитовых плавильных тиглей, а также крышек к ним. Кроме того, из графита изготавливаются надставки и подставки к тиглям, тигли для специальных печей, реторты. Ванны для пайки, ванны для обжига карандашных стержней, графитокарборундовые муфели и другие изделия. В качестве высокоогнеупорного материала кристаллический графит применяется при изготовлении высококачественных высокоогнеупорных облицовочных изделий для кладки доменных печей, топок, паровых котлов.



). Кристаллическая решетка графита - слоистого типа. В слоях атомы С расположены в узлах гексагональных ячеек слоя. Каждый атом С окружен тремя соседними с расстоянием 1,42Α.

Свойства

Хорошо проводит электрический ток. В отличие от алмаза обладает низкой твёрдостью (1-2 по шкале Мооса). Плотность 2,08 - 2,23 г/см 3 . Цвет чёрно-серый, блеск металлический до жирного. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствии кислорода. В кислотах не растворяется. Жирный на ощупь. Природный графит содержит 10-12 % примесей глин и окислов железа.

Формы нахождения

Графит (англ. GRAPHITE) - C

КЛАССИФИКАЦИЯ

Strunz (8-ое издание)	1/B.02-10
Dana (7-ое издание)	1.3.5.2
Dana (8-ое издание)	1.3.6.2
Hey"s CIM Ref.	1.25

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цвет минерала
Цвет черты	чёрный переходящий в стально-серый
Прозрачность	непрозрачный
Блеск	полуметаллический
Спайность	весьма совершенная по {0001}
Твердость (шкала Мооса)	1 - 2
Микротвердость	VHN10=7 - 11 kg/mm2
Излом	слюдоподобный
Прочность	гибкий
Плотность (измеренная)	2.09 - 2.23 g/cm3
Плотность (расчетная)	2.26 g/cm3
Радиоактивность (GRapi)	0

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Тип	одноосный (-)
Оптическая анизотропия	чрезвычайная
Цвет в отраженном свете	железно-чёрный переходящий в стально-серый
Плеохроизм	сильный

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Точечная группа	6mm - Дигексагонально-пирамидальный
Пространственная группа	P63mc
Сингония	Гексагональная
Параметры ячейки	a = 2.461Å, c = 6.708Å
Отношение	a:c = 1: 2.726
Объем элементарной ячейки	V 35.18 ų (рассчитано по параметрам элементарной ячейки)
Двойникование	по {1121}

Перевод на другие языки

Ссылки

• См. также: Алмаз

Список литературы

• Лобзова Р.В. Графит и щелочные породы района Ботогольского массива. М., 1975. 124 с.
• Weinschenk, E. (1900) Zur Kenntniss der Graphitlagerstatten. III. Die Graphitlagerstatten der Insel Ceylon. Bayerischen Akademie der Wissenschaft, 21(2), 281-334.
• Cirkel, Fritz (1907), Graphite: its properties, occurrence, refining and uses: Department of Mines, Mines Branch, Ottawa, Canada, 307pp.
• Alling, Harold L. (1917), The Adirondack graphite deposits, New York State Museum Bulletin 199: 7-150.
• Spence, Hugh S. (1920), Graphite Mines, Branch Report No. 511: Canada Department of Mines, Ottawa: 202pp. + photos.
• Wesselowski and Wassiliew (1934) Zeitschrift für Kristallographie: 89: 494.
• Palache, Charles (1941), Contributions to the mineralogy of Sterling Hill, New Jersey: Morphology of graphite, arsenopyrite, pyrite and arsenic: American Mineralogist: 26(12): 709-717.
• Palache, Charles, Harry Berman & Clifford Frondel (1944), The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana Yale University 1837-1892, Volume I: Elements, Sulfides, Sulfosalts, Oxides. John Wiley and Sons, Inc., New York. 7th edition, revised and enlarged, 834pp.: 152-154.
• Cameron, Eugene N. and Weis, Paul L. (1960), Strategic graphite - a survey, U.S. Geological Survey Bulletin 1082-E: 201-321.
• Taylor, R., Gilchris, Ke, and Poston, L.J. (1968) Thermal conductivity of polycrystalline graphite. Carbon: 6: 537-544.
• Kwiecinska, Barbara (1980), Mineralogy of Natural Graphites: Zaklad Narodowy imienia Ossolinskich; Polska Akademia Nauk: 67: Jun-87.
• Weis, Paul L. (1980), Graphite skeleton crystals - A newly recognized morphology of crystalline carbon in metasedimentary rocks: Geology: 8: 296-297.
• Shafranovskii, G.I. (1981), New graphite twins: Zapiski Vsesoyuznogo Mineralogicheskogo Obschestva: 110(6): 716-720.
• Shafranovskii, G. I. (1982), Crystallomorphology of graphite from the Ilmen Mountains; Mineralogical Research of Endogenic Deposits of the Urals: Academy Nauk CCCP- Uralskii Nauchnuri Tsentr: 44-53.
• Shafranovskii, G.I. (1982), Graphite twins and triads: Mineralogicheskii Zhurnal: 4(1): 74-81.
• Shafranovskii, G.I. (1983), Classical and non-classical twinning in graphite: Zapiski Vsesoyuznogo Mineralogicheskogo Obschestva: 112(5): 577-581.
• Gohla, Karl-Heinz (1984), Graphit aus Kropfmuhl: Magma: 4: 26-51.
• Jedwab, Jacques and Boulègue, Jacques (1984): Graphite crystals in hydrothermal vents: Nature: 310: 41-43.
• Weinelt, Winfried (1984), Die Geologie der Graphit- Lagerstatte Kropfmuhl: Magma: 4: 52-56.
• Weiner, Karl-Ludwig and Hager, Harald (1987), Growth spirals on graphite crystals: Lapis: 12(1): 31-33.
• Rumble, D. and Chamberlain, C.P. (1988), Graphite vein deposits of New Hampshire: New England Intercollegiate Geologic Conference Guidebook: 241-255.
• Pearson, D.G., Davies, G.R., Nixon, P.H. and Milledge, H.J. (1989), Graphitized diamonds from a peridotite massif in Morocco and implications for anomalous diamond occurrences: Nature (London): 338 210: 60-62.
• Bernatowicz, Thomas J.; Amari, Sachiko; Zinner, Ernst K.; and Lewis, Roy S. (1991), Interstellar grains within interstellar grains: Astrophysical Journal: 373: L73-L76.
• Jaszczak, John A. (1991), Graphite from Crestmore, California: Mineralogical Record: 22(6): 427-432.
• Kvasnitsa, V.N. and Yatsenko, V.G. (1991), Spherical graphite from the Azov Sea region: Mineralogicheskii Zhurnal: 13(1): 95-101.
• Lemanski, Chester S. Jr. (1991), Graphite in ore: The Picking Table: 32(1): 13-Nov, 1991.
• Tsuchiya, Noriyoshi; Suzuki, Shunichi; and Chida, Tadashi (1991), Origin of graphite in the Oshirabetsu gabbroic body, Hokkaido Japan: Journal of Mineralogy, Petrology, and Economic Geology; Japanese Association of Mineralogists, Petrologists and Economic Geologists, Tohoku University, Sendai 980, Japan: 86(6): 264-272.
• Kvasnitsa, V.N. and Yatsenko, V.G. (1992), Mechanisms of natural graphite crystals growth in the Ukraine: Doklady Academuu Nauk: 4: 73-76.
• Dissanayake, C.B. (1994), Origin of vein graphite in high-grade metamorphic terrains: Role of organic matter and sediment subduction: Mineralium Deposita: 29: 57-67.
• Jaszczak, John A. (1994), Famous graphite crystals from Sterling Hill, New Jersey: The Picking Table: 35(2).
• Semenenko, V. P. and Girich, A. L. (1995), Mineralogy of a unique graphite-containing fragment in the Krymka chondrite (LL3): Mineralogical Magazine: 59: 443-454.
• Tyler, Ian (1995), Seathwaite Wad and the Mines of the Borrowdale Valle "Blue Rock Publications, Carlisle, England": 220.
• Jaszczak, John A. (1997), Unusual graphite crystals from the Lime Crest quarry, Sparta, New Jersey: Rocks & Minerals: 72(5): 330-334.
• Kvasnitsa, V.N. and Yatsenko, V.G. (1997), Growth spirals on graphite crystals from Ukraine: Mineralogicheskii Zhurnal: 19(6): 43-48.
• Jaszczak, John A. (1998), Unusual graphite crystals from the Lime Crest quarry, Sparta, New Jersey: The Picking Table: 39(1): 20-24.
• Kvasnitsa, V.N.; Yatsenko, V.G.; and Zagnitko, V.M. (1998), Varieties of Graphite Spherulites from Deposits and Ore Occurrences of Ukraine: Mineralogicheskii Zhurnal, Akademiya Nauk Ukrainy, Kiev, Ukraine: 20(2): 34-39.
• Hanna, George A. and Jaszczak, John A. (1999), A new find of spherical graphite from Sterling Hill, New Jersey: The Picking Table: 40: 27-30.
• Kvasnitsa, Victor N.; Yatsenko, Victor G.; and Jaszczak, John A.(1999), Disclinations in unusual graphite crystals from anothosites of Ukraine: Canadian Mineralogist: 37(4): 951-960.
• Jaszczak, John A. (2000), Palache"s "Contributions to the mineralogy of Sterling Hill, New Jersey": The 900-foot level revisited: Matrix, A Journal of the History of Minerals: 8(3): 137-149.
• Jaszczak, John A. and Robinson, George W. (2000), Spherical and triskelial graphite from совершеннаяerham, Ontario, Canada: Rocks & Minerals: 75(3): 172-173.
• Satish-Kumar, M. and Wada, Hideki (2000), Carbon isotope equilibrium between calcite and graphite in Skallen Marbles, East Antarctica: evidence for the preservation of peak metamorphic temperatures: Chemical Geology: 166: 173-182.
• El Goresy, Ahmed; Gillet, Philippe; Chen, Ming; Künstler, Friedel; and Graup, Günther and Volker, Stähle (2001), In situ discovery of shock-induced graphite-diamond phase transition in gneisses from the Ries Crater, Germany: American Mineralogist: 86: 611-621.
• Jaszczak, John A. (2001), Palache"s "Contributions to the Mineralogy of Sterling Hill, New Jersey", The 900-foot level revisited: The Picking Table: 42(1).
• Jaszczak, John A. and Rakovan, John (2002), Growth spirals on graphite crystals from the Trotter Mine dump, Franklin, New Jersey: The Picking Table: 43(2).
• Rakovan, John and Jaszczak, John A.(2002), Multiple length scale growth spirals on metamorphic graphite {001} surfaces studied by atomic force microscopy: American Mineralogist: 87: 17-24.
• Jaszczak, John A.; Robinson, George W.; Dimovski, Svetlana; Gogotsi, Yury (2003), Naturally Occurring Graphite Cones: Carbon: 41(11): 2085-2092.
• Santosh, M.; Wada, H.; Satish-Kumar, M.; And Binu-Lal, S.S. (2003), Carbon isotope "stratigraphy" in a single graphite crystal: Implications for the crystal growth mechanism of fluid-deposited graphite: American Mineralogist: 88: 1689-1696.
• Stadermann, F. J., Croat, T. K., and Bernatowicz, T. (2004) "NanoSIMS Determination of Carbon and Oxygen Isotopic Compositions of Presolar Graphites from the Murchison Meteorite", 35th Lunar and Planetary Science Conference, March 15-19, League City, Texas, abstract no.1758.

(карбид железа; Fe 3 C метастабильная высокоуглеродистая фаза)
Графит стабильная высокоуглеродистая фаза

Структуры железоуглеродистых сплавов Чугуны

Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
Серый чугун (графит в форме пластин)
Ковкий чугун (графит в хлопьях)
Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Электрическая проводимость монокристаллов графита анизотропна , в направлении, параллельном базисной плоскости, близка к металлической, в перпендикулярном - в сотни раз меньше. Минимальное значение проводимости наблюдается в интервале 300-1300 К, причем положение минимума смещается в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит.

Применение

Cувенирный графитовый блок.

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

• для изготовления контактных щёток и токосъёмников для разнообразных электрических машин , электротранспорта и мостовых подъёмных кранов с троллейным питанием, мощных реостатов , а также прочих устройств, где требуется надёжный подвижный электрический контакт.

• как токопроводящий компонент высокоомных токопроводящих клеёв

Литература

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
• Klein, Cornelis and Cornelius S. Hurlbut, Jr. (1985) Manual of Mineralogy: after Dana 20 th ed. ISBN 0-471-80580-7

Примечания

Ссылки

Трудно сказать, когда именно человечеству стало известно об этом минерале. Многие ученые считают, что осложнение в этом вопросе связано с тем, что графит похож на другие минералы, которые обладают красящими свойствами. Но археологи нашли глиняную посуду, которая использовалась около 4000 лет назад, и раскрашена была графитом.

Графит - это минерал, который принадлежит классу самородных элементов, относится к одной из модификаций углерода. Структура минерала слоистая, слои сами по себе слабовыраженные, почти плоские и состоят из шестиугольных слоев атомов углерода. Сам по себе графит - мягкий материал, который легко поддается механическому воздействию, а графитовая формула довольна проста С - углерод.

В природе минерал встречается наравне с сопутствующими: пирит, гранат, шпинель. Крупные залежи графита расположены в Тунгусском бассейне, а также таких породах как: кристаллические сланцы, гнейсы и мрамор. Образование графита зависит от высокой температуры вулканических и магматических пород и от пиролиза каменного угля. Графит также являются частью состава метеоритов. И занятный факт: в графите в очень незначительных долях присутствуют золото, серебро и металлы платиновой группы.

Месторождение графита

Графит очень востребован в промышленной сфере . Около 600 млн тонн считаются запасами всего мира, а ежегодно его добывают 600 тысяч. Самыми крупными странами, которые занимаются добычей этого минерала являются: Мексика, Россия, Китай, Чехия, Южная Корея, Канада и др.

Помимо стран, указанных выше, существуют и другие крупные месторождения графита. Например, остров Шри-Ланка, с 1834 года - это крупный производитель и поставщик данного минерала. Точки полезных ископаемых находятся по всему острову, а залежи графита сконцентрированы в центральной и юго-восточной частях. Представлены две добываемые породы: Хайленд (гранулиты, кварцы, чарнокиты) и Саутвест (гнейсы, кальцифиры).

Чешуйчатые залежи графита в огромной доле находятся на Украине, в Завальевском месторождении. Эта доля связана с архейскими образованиями Тетерево-Бугской серии. Серия представлена силлиманитовыми и гранатовыми гнейсами, кварцами, кристаллическим известняком и т.д. Добываемые минералы имеют промышленное значение и так же пользуются спросом.

Свойства графита

Физические свойства:

• Электропроводность.
• Обладает низкой твердостью, разница с алмазом колоссальная, хотя оба элемента - углеродные подвиды. При закале высокой температурой уровень твердости увеличивается, однако, графит становится более хрупким материалом;
• Теплопроводность графита варьируется от 100 до 357,7 Вт;
• Теплоемкость.

Химические свойства:

• Не растворяется в неокисляющих кислотах;
• При высокой температуре реагирует с кислородом, сгорая до углекислого газа;
• Образует соединение включения с щелочными металлами, солями.

Как физические, так и химические свойства в процессе обработки могут видоизменяться, поэтому графит имеет специальные марки, которые обозначают различия.

Виды графит

В природе графит встречается двух видов:

• Гексагональный, отличительная его черта заключается в кристаллической решетке, в которой половина атомов находится строго над и под центром шестиугольника;
• Ромбоэдрический, его особенность в том, что каждый четвертый слой повторяет первый, а при нагревании 1000° графит принимает гексагональный вид.

Для ведения промышленных работ обязательно учитывать плотность графита, но высокий уровень этого показателя достигается путем создания искусственных видов минерала:

1. Ачесонофский графит: получение через нагревание смеси из кокса и пека до 2800°;
2. Рекристаллизованный графит: термомеханическая обработка смеси кокса, пека и природного графита;
3. Пирографит: пиролиз из газообразных углеродов;
4. Доменный графит: охлаждение большого объема чугуна;
5. Карбидный графит: термическое разложение карбидов.

Производство и применение графита

В основном графит применяется в промышленной сфере:

1. При изготовлении плавильных тиглей из-за стойкости графита к повышенным температурам;
2. В нагревательных элементах, так как данный минерал обладает химической стойкостью к агрессивным водным растворам, а также электропроводностью;
3. Для получения алюминия;
4. В твердых смазочных материалах, для образования густых масс и паст;
5. Графит выступает наполнителем пластмасс;
6. Замедлитель нейронов в ядерных реакциях;
7. При производствн синтетических алмазов;
8. При изготовлении "простых" карандашей;
9. Также графит использует при обработке носовой части баллистических ракет и космических аппаратов для тепловой защиты;
10. Для производства различных элементов и инструментов электрических машин (щетки), электротранспорта, насосного оборудования (лопасти, лопатки) и т.п.
11. Применение в пищевой промышленности.

Последний пункт заставляет обратить на себя внимание. Прежде чем минерал будет использован в пищевых продуктах, он проходит тщательную обработку. Графит входит в состав парафинов, спиртов, эфирах и сахаре. Насчет сахара достаточно легко убедиться и самостоятельно, если провести небольшой и несложный опыт.

Кусочек сахара нужно положить на твердую поверхность, а сверху плотно закрывают металлическим колпаком. Колпак нагревают, и из-под него должен начать выделяться газ, который нужно поджечь. После того, как газ полностью выгорит, можно поднять колпачок. На поверхности, где был сахар, останется черная масса, которая является углем. Ну а уголь - это и есть углерод, из которого состоит графит.

Графит - важный и ценный материал, который достаточно легко добыть и обработать, но несмотря на это обладает удивительными свойствами. Минерал широко применяется во всех промышленных отраслях и встречается в переработанном виде ежедневно в повседневной жизни.