Graphite

Graphite c'est comme diamant noir, C'est une forme de carbone natif cristallin avec ses atomes disposés dans une structure hexagonale opaque et gris foncé à noir. Il se présente sous forme de cristaux hexagonaux, de feuilles flexibles, d'écailles ou de grandes masses. Il peut être terreux, granuleux ou compact. Le graphite se forme à partir du métamorphisme des sédiments carbonés et de la réaction des composés carbonés avec les solutions hydrothermales. Il se produit naturellement sous cette forme et est la forme de carbone la plus stable dans des conditions standard. Sous des pressions et des températures élevées, il se transforme en diamant noir. Il est radicalement différent du diamant et se situe à l'autre extrémité de l'échelle de dureté. Sa douceur est due à la façon dont les atomes de carbone sont liés les uns aux autres. Des anneaux de six atomes de carbone sont disposés en feuilles horizontales largement espacées. Les atomes sont fortement liés à l'intérieur des anneaux mais très faiblement liés entre les feuillets. Il est utilisé dans les crayons et les lubrifiants. Sa conductivité élevée le rend utile dans les produits électroniques tels que les électrodes, les batteries et les panneaux solaires.

Nom: Du grec écrire, en allusion à son utilisation comme crayon.

Association: Une grande variété de minéraux stable dans les conditions métamorphiques dans lesquelles se forme le graphite. Dans les météorites, dans les nodules avec troïlite, silicates

Polymorphisme et séries: Polymorphe à chaoïte, diamant noir, et la lonsdaleite.

Propriétés chimiques

Classification chimique Élément natif
Laits en poudre C

Propriétés physiques du graphite

Couleur Gris acier à noir
Traînée Noir
Lustre Métallique, parfois terreux
Décolleté Parfait dans un sens
Diaphanéité Opaque
Dureté de Mohs Entre 1 et 2
Système cristallin Hexagonal
Ténacité Sources
Densité 2.09 – 2.23 g/cm3 (mesuré) 2.26 g/cm3 (calculé)
Fracture Micacé

Propriétés optiques du graphite

Anisotropisme Extrême
Couleur / Pléochroïsme Fort
Signe optique Uniaxial (-)
Biréfringence biréfringence extrême

Occurrence de graphite

Il est formé par métamorphisme de matière carbonée sédimentaire par réduction de composés carbonés ; composant principal dans roches ignées. Il se produit dans roches métamorphiques en raison de la réduction des composés carbonés sédimentaires au cours du métamorphisme roches. On le voit également dans les roches magmatiques et les météorites. Les minéraux liés à l'informatique sont quartz, calcite, petit et tourmaline. La Chine, le Mexique, le Canada, le Brésil et Madagascar sont les principales sources d'exportation de minerais.

Graphite synthétique

Le graphite synthétique est un matériau constitué de carbone graphitique qui a été obtenu par graphitisation de carbone non graphitique, par CVD à partir d'hydrocarbures à des températures supérieures à 2500 K, par décomposition de carbures thermiquement instables ou par cristallisation à partir de métaux fondus sursaturés en carbone.

Le terme artificiel est souvent utilisé comme synonyme de graphite synthétique. Cependant, le terme graphite synthétique est préféré car on pense que leurs cristaux sont composés de macromolécules de carbone. Le terme graphite synthétique est utilisé principalement pour le carbone graphitisé, bien que le terme CVD comprenne le graphite pyrolytique ainsi que les résidus de décomposition de carbure. Ces utilisations courantes sont les mêmes que la définition ci-dessus. Les synonymes de ce type de graphite synthétique le plus important sont le graphite d'Acheson et l'électrographe.

Zone d'utilisation

  • Le graphite naturel est principalement utilisé pour les réfractaires, les batteries, la sidérurgie, le graphite expansé, les garnitures de frein, les revêtements de fonderie et les lubrifiants.
  • Les creusets ont commencé à utiliser de très gros flocons de graphite et des briques de carbone-magnésite nécessitant un graphite en flocons pas si gros; pour ceux-ci et d'autres, il y a maintenant beaucoup plus de flexibilité dans la taille des flocons requis, et le graphite amorphe n'est plus limité aux réfractaires bas de gamme.
  • L'utilisation du graphite dans les batteries a augmenté au cours des 30 dernières années. Naturel et synthétique sont utilisés pour construire des électrodes dans les principales technologies de batterie.
  • La demande de batteries, A titre d'exemple, une batterie lithium-ion dans une Nissan Leaf entièrement électrique contient près de 40 kg de graphite.
  • Le graphite naturel dans la fabrication de l'acier sert principalement à augmenter la teneur en carbone de l'acier en fusion et peut également être utilisé pour lubrifier les matrices utilisées pour extruder l'acier à chaud.
  • Le graphite naturel amorphe et en flocons fins est utilisé dans les garnitures de frein ou les mâchoires de frein des véhicules plus lourds (non automobiles) et est devenu important avec la nécessité de remplacer l'amiante.
  • Un lavage de moule de parement de fonderie est une peinture à l'eau sous forme de flocons amorphes ou fins. Peindre l'intérieur d'un moule avec et laisser sécher laisse une fine couche de graphite qui facilitera la séparation de l'objet coulé après le refroidissement du métal chaud.

Utilisation de graphite synthétique

  • Le graphite pyrolytique à haute focalisation (HOPG) est la forme de graphite synthétique de la plus haute qualité. Dans la recherche scientifique, il est utilisé comme étalon de longueur pour l'étalonnage du scanner, en particulier sur un microscope à sonde à balayage.
  • Ses électrodes transportent de l'électricité qui fait fondre la ferraille fonte et l'acier dans les fours à arc électrique, la majorité des fours sidérurgiques, et fond parfois le fer directement réduit (DRI). Ils sont fabriqués à partir de pétrole coke après avoir été mélangé avec charbon goudron goudron.
  • Électrolytique aluminium la fusion utilise également des électrodes de carbone graphite. À une échelle beaucoup plus petite, les électrodes de décharge synthétiques sont utilisées pour fabriquer des moules d'injection pour les plastiques dans le procédé de décharge électrique (EDM).
  • Des qualités spéciales de graphite synthétique, telles que le gilsocarbone, trouvent une utilité en tant que matrice et modérateur de neutrons dans les réacteurs nucléaires. La faible section efficace de neutrons recommande également l'utilisation dans les réacteurs de fusion recommandés.
  • La fibre (de carbone) et les nanotubes de carbone sont également utilisés dans les plastiques renforcés de fibres de carbone et les composites résistants à la chaleur tels que le carbone-carbone renforcé (RCC). Les structures commerciales en composites de fibre de carbone et de graphite comprennent des cannes à pêche, des manches de clubs de golf, des cadres de vélos, des panneaux de carrosserie de voitures de sport, le corps du Boeing 787 Dreamliner et le corps des barres de marqueur de piscine.
  • La poudre moderne sans fumée est recouverte de graphite pour empêcher l'accumulation de charge statique.
  • Il a été utilisé dans au moins trois matériaux absorbant les radars. Sumpf et Schornsteinfeger utilisés dans les tubas des sous-marins pour réduire les sections transversales radar ont été mélangés avec du caoutchouc. Le F-117 Nighthawk a également été utilisé sur les tuiles des chasseurs d'attaque secrète.
  • Les composites de graphite sont utilisés comme absorbeurs de particules à haute énergie (par exemple, dans l'arrêt de faisceau du LHC).

Recyclage du graphite

La manière la plus courante de recyclage du graphite se produit lorsque des électrodes en graphite synthétique sont produites et coupées en morceaux ou jetées sur des tours, ou lorsque l'électrode (ou autre) est utilisée jusqu'au porte-électrode. Une nouvelle électrode remplace l'ancienne, mais la majeure partie de l'ancienne reste. Celui-ci est broyé et calibré et la poudre de graphite résultante est principalement utilisée pour augmenter la teneur en carbone de l'acier fondu. Les réfractaires contenant de l'it sont parfois recyclés, mais souvent pas à cause du graphite: les plus gros matériaux en vrac tels que les briques de carbone-magnésite contenant seulement 15 à 25% de graphite contiennent souvent très peu de graphite. Cependant, certaines briques de carbone-magnésite recyclées sont utilisées comme base pour les matériaux de réparation des fours, tandis que les briques de carbone-magnésite brisées sont utilisées dans les climatiseurs à scories. Les creusets ont une forte teneur en graphite, tandis que les creusets utilisés puis recyclés ont un faible volume.

Un produit en graphite lamellaire de haute qualité très similaire au graphite en feuille naturel peut être fabriqué à partir de la fabrication de l'acier. Kish est un grand volume de déchets fondus filtrés de l'alimentation en fer fondu dans un four à oxygène basique et se compose d'un mélange de graphite (précipité à partir de fer sursaturé), de laitier riche en chaux et d'un peu de fer. Le fer est recyclé sur place et il reste un mélange de graphite et de laitier. Le meilleur procédé de récupération utilise le calibrage hydraulique (utilisant le débit d'eau pour séparer les minéraux par gravité spécifique : le graphite est léger et précipite presque) pour obtenir un concentré de graphite à 70 %. La lixiviation de ce concentré avec de l'acide chlorhydrique donne un produit à 95% de graphite avec une taille de flocons jusqu'à 10 tamis.

Distribution

De nombreuses localités, mais quelques-unes seulement offrent des exemples bien cristallisés.

  • Aux États-Unis, à Monroe et Ticonderoga, Essex Co., New York ; à Franklin et Sterling Hill, Ogdensburg, Sussex Co., New Jersey.
  • Au Canada, occurrences importantes sur le plan commercial au Québec, à Buckingham et Grenville, et dans les régions adjacentes de l'Ontario.
  • En Russie, de Nizhni Tunguski, à l'est de Turukhansk, près du fleuve Ienisseï, en Sibérie ; à Shunga, Carélie.
  • Autour de Ratnapura, Matara et Kurunegale, Sri Lanka, grand Cautions de matière pure.
  • À Passau, Bavière, Allemagne.
  • De Pargas, Finlande.
  • En Angleterre, à Barrowdale, près de Keswick, Cumbria.
  • Au Mexique, à Santa Maria, Sonora, formée par métamorphisme de couches de houille.

Bibliographie

  • En ligneBonewitz, R. (2012). Roches et minéraux. 2e éd. Londres : DK Publishing.
  • Manuel de minéralogie.org. (2019). Manuel de Minéralogie. [en ligne] Disponible sur : http://www.handbookofmineralogy.org [Consulté le 4 mars 2019].
  • Mindat.org. (2019). Graphite : Informations minérales, données et localités.. [en ligne] Disponible sur : https://www.mindat.org/ [Accessed. 2019].
  • Smith.edu. (2019). Géosciences | Collège Smith. [en ligne] Disponible sur : https://www.smith.edu/academics/geosciences [Consulté le 15 mars 2019].
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