Graphite naturel
Le graphite naturel est une forme de carbone présente dans la nature et caractérisée par ses propriétés physiques et chimiques, telles que sa conductivité thermique, son pouvoir lubrifiant et sa conductivité électrique élevés. Il se forme sur des millions d'années grâce à la lente décomposition des matières organiques et peut être extrait des mines et traité pour être utilisé dans diverses applications industrielles, notamment les batteries, les lubrifiants et les réfractaires.
Avantages du graphite naturel
Conductivité thermique élevée :Le graphite naturel est un excellent conducteur thermique en raison de ses propriétés de conductivité thermique élevées. Cela en fait un matériau privilégié dans une large gamme d’applications nécessitant une dissipation thermique.
Faible résistivité électrique :Le graphite a une très faible résistivité électrique et est un excellent conducteur électrique. Cela en fait un excellent choix dans les applications nécessitant une conductivité électrique telles que les contacts électriques et les électrodes.
Stabilité chimique:Le graphite naturel résiste à la plupart des réactions chimiques et est insensible aux attaques des acides et des alcalis. Cela en fait un excellent choix dans les applications de traitement chimique.
Lubricité:Le graphite naturel présente un bon pouvoir lubrifiant et constitue un excellent lubrifiant sec. Il est utilisé dans une large gamme d'applications comme matériau de revêtement, notamment pour les pièces de moteurs, les moules et les roulements.
Faible frottement:Le graphite naturel a un faible coefficient de friction, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans les applications où une faible friction est souhaitée, comme dans la construction de freins et d'embrayages.
Stabilité thermique:Le graphite peut conserver ses propriétés à haute température, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications à haute température, telles que les réfractaires et les éléments chauffants industriels.
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Types de graphite naturel
Graphite amorphe
Le graphite amorphe est le moins graphitique des trois types principaux. Il se forme lorsque le matériau carboné subit un métamorphisme de faible qualité, ce qui signifie que le matériau d'origine n'a pas été chauffé à une température suffisamment élevée pendant suffisamment longtemps pour former des cristaux. Le graphite amorphe se trouve généralement sous forme de petites particules sombres dans les roches sédimentaires comme le charbon et les schistes.
Graphite en flocons
Le graphite en paillettes se forme lorsque le matériau carboné est soumis à un métamorphisme de haut niveau. Ce type de graphite a une teneur en carbone plus élevée que le graphite amorphe et se forme généralement en paillettes ou en plaques. La taille, la forme et la pureté des flocons varient en fonction des conditions dans lesquelles le matériau d'origine a été métamorphosé.
Graphite veineux
Le graphite veineux, également connu sous le nom de graphite en morceaux, aurait des origines hydrothermales. Il se produit dans des fissures ou des fractures et apparaît sous la forme d'intercroissances massives de lamelles d'agrégats cristallins fibreux ou en forme d'aiguilles. La taille, la forme et la pureté du graphite veineux varient en fonction des conditions dans lesquelles le matériau d'origine a été métamorphosé. Comparé au graphite en paillettes et amorphe, le graphite veineux a une teneur en carbone plus élevée et constitue le type de graphite le plus recherché.
À quoi sert le graphite naturel
Le graphite naturel est principalement utilisé dans les réfractaires, les batteries, la sidérurgie, le graphite expansé, les plaquettes de frein, les surfaces de coulée et les lubrifiants.
Matériel réfractaire
L'utilisation du graphite comme matériau réfractaire (résistant à la chaleur) a commencé avant 1900 comme creuset en graphite pour contenir le métal en fusion ; c'est une petite partie des réfractaires d'aujourd'hui. Au milieu des années -1980, les briques en carbone-magnésie sont devenues importantes, suivies par les formes en alumine-graphite. Depuis 2017, l'ordre d'importance est celui des profilés alumine-graphite, des briques carbone-magnésite, des monolithiques (mélanges de gunitage et de bourrage), puis des creusets.
Le creuset commence à utiliser de très gros graphite en flocons, tandis que les briques carbone-magnésie n'ont pas besoin de ce gros graphite en flocons ; pour ces aspects et d’autres, la taille de feuille requise est désormais plus flexible et le graphite amorphe n’est plus limité aux réfractaires bas de gamme. Les profilés en alumine-graphite sont utilisés en coulée continue, tels que les buses et les rainures, pour transporter l'acier en fusion de la poche au moule, et les briques de magnésie sont disposées dans des convertisseurs et des fours à arc électrique pour résister à des températures extrêmes. Les blocs de graphite sont également utilisés dans les composants de revêtement des hauts fourneaux, dans lesquels la conductivité thermique élevée du graphite est très importante pour assurer le refroidissement complet du fond et du four. Les monolithes de haute pureté sont généralement utilisés comme revêtement continu plutôt que comme briques carbone-magnésie.
Batterie
L’utilisation du graphite dans les batteries a augmenté depuis les années 1970. Le graphite naturel et synthétique est utilisé comme matériau d'anode pour la construction d'électrodes dans les principales technologies de batteries.
La demande de batteries, principalement de batteries Ni-MH et Li-ion, a entraîné une augmentation de la demande de graphite à la fin des années 1980 et au début des années 1990, une augmentation tirée par les appareils électroniques portables, tels que les lecteurs de CD portables et les outils électriques. Les ordinateurs portables, les téléphones mobiles, les tablettes et les smartphones ont accru la demande de batteries. Les batteries des véhicules électriques devraient augmenter la demande de graphite. Par exemple, la batterie lithium-ion de la Nissan Leaf entièrement électrique contient près de 40 kilogrammes de graphite.
Le graphite radioactif provenant d'anciens réacteurs nucléaires est étudié comme combustible. Les batteries nucléaires au diamant ont le potentiel de fournir de l’énergie à long terme pour les produits électroniques et l’Internet des objets.
Sidérurgie
Le graphite naturel utilisé dans la fabrication de l'acier est principalement utilisé pour augmenter la teneur en carbone de l'acier en fusion ; il peut également être utilisé pour lubrifier les matrices utilisées pour extruder l'acier chaud. Les additifs carbonés sont confrontés à des prix compétitifs par rapport à des alternatives telles que la poudre de graphite synthétique, le coke de pétrole et d’autres formes de carbone. Un carburateur est ajouté pour augmenter la teneur en carbone de l'acier à un niveau spécifié.
Les plaquettes de frein
Le graphite naturel amorphe et en fines paillettes est utilisé pour les garnitures de frein ou les mâchoires de frein des véhicules plus lourds (non automobiles) et devient important car une alternative à l'amiante est nécessaire. Cette utilisation est importante depuis longtemps, mais les composants organiques sans amiante (NAO) ont commencé à réduire la part de marché du graphite.
Surface de moulage et lubrifiant
La solution de nettoyage des moules pour la coulée est une sorte de revêtement de graphite amorphe ou en fines paillettes à base d'eau. Utilisez-le pour peindre l'intérieur du moule et laissez-le sécher, laissant une fine couche de graphite pour faciliter la séparation de la pièce moulée une fois le métal chaud refroidi. Le lubrifiant graphite est un produit spécial utilisé à très hautes ou très basses températures. Il est utilisé comme lubrifiant pour matrices de forgeage, agent anti-blocage, lubrifiant pour engrenages pour machines minières et serrures lubrifiantes. Il existe un grand besoin de graphite à faible grain ou, mieux encore, de graphite sans grain (ultra haute pureté). Il peut être utilisé sous forme de poudre sèche dans l'eau ou l'huile, ou sous forme de graphite colloïdal (suspension permanente dans un liquide). Le métal peut également être imprégné de graphite pour former un alliage autolubrifiant destiné aux applications dans des conditions extrêmes, telles que les roulements de machines exposés à des températures élevées ou basses.
La différence entre le graphite artificiel et le graphite naturel
Le développement du cristal de graphite naturel est plus parfait et le degré de graphitisation du graphite écaillé est supérieur à 98 %, tandis que le degré de graphitisation du graphite microcristallin naturel est généralement inférieur à 93 %.
Le degré de développement des cristaux de graphite artificiel dépend de la matière première et de la température du traitement thermique. En général, plus la température du traitement thermique est élevée, plus le degré de graphitisation est élevé. À l'heure actuelle, le degré de graphitisation du graphite artificiel produit par l'industrie est généralement inférieur à 90 %.
Le graphite à l'échelle naturelle est un monocristal avec une structure tissulaire simple, uniquement des défauts cristallographiques et une macro anisotropie. Les grains de graphite microcristallin naturel sont petits, et les grains sont désordonnés et présentent des trous après élimination des impuretés, qui sont isotropes macroscopiquement.
Le graphite artificiel peut être considéré comme un matériau multiphasé, comprenant la phase graphite transformée par des particules de carbone telles que le coke de pétrole ou le coke d'asphalte, le liant d'asphalte de charbon, l'accumulation de particules ou les pores formés par le liant d'asphalte de charbon après traitement thermique ; Le graphite naturel existe généralement sous forme de poudre et peut être utilisé seul, mais généralement en combinaison avec d'autres matériaux. Il existe de nombreuses formes de graphite artificiel, à la fois en poudre, fibreux et en blocs, tandis que le graphite artificiel étroit est généralement un bloc qui doit être transformé en une certaine forme lorsqu'il est utilisé.
Comment est produit le graphite naturel
Le graphite naturel est transformé à partir du carbone contenu dans la roche, le charbon et les dépôts en fusion. La principale méthode de production de graphite naturel repose sur l'activité volcanique et magmatique à l'intérieur de la terre, qui convertit la célestite et le lignite des roches et du charbon en graphite sous haute température et pression. Au cours de ce processus, des températures et des pressions élevées provoquent la formation progressive de cristaux de graphite, qui se déposent ensuite dans la roche ou le charbon.
L’extraction du graphite naturel est également un processus complexe. Initialement, le graphite a été découvert grâce à l’exploration géologique et à la prospection. Les ouvriers foraient la roche ou le charbon et utilisaient des outils de dynamitage pour exposer les cristaux de graphite. Ensuite, les ouvriers séparent les cristaux de graphite du charbon ou de la roche, puis les écrasent et les criblent en particules allant de quelques millimètres à plusieurs centimètres.
Le graphite naturel doit être traité et raffiné davantage pour diverses utilisations industrielles et manufacturières. Le traitement comprend le broyage, le criblage, le trempage, le lavage, la concentration et la filtration. Au cours de ces processus, le graphite est séparé et purifié pour en éliminer les impuretés et les impuretés. Après une série de traitements et de transformations, le graphite naturel est transformé en produits de différentes formes et tailles, tels que des flocons, des poudres, des blocs et des tiges, etc., qui peuvent être utilisés pour fabriquer des mines de crayon, des revêtements, des piles, des céramiques, du graphène et autres produits.
Méthodes pour améliorer les performances de l'anode du graphite naturel
Sphérification
Le graphite naturel en flocons est anisotrope et l'espacement intercouche est faible, et ces défauts peuvent être améliorés par sphéroïdisation. Le processus de sphéroïdisation est en fait équivalent au processus de granulation du graphite naturel en paillettes. Le graphite en flocons entre en collision, se brise et s'enroule sous l'impact du flux d'air pour former un noyau, et les fines écailles avec des particules plus petites adhèrent à la surface du noyau pour former du graphite sphérique. À l'heure actuelle, dans l'industrie du graphite, la taille des particules du graphite sphérique est principalement contrôlée à 8-23 μm.
Une taille de particule trop petite conduit à une surface spécifique trop grande, provoquant des réactions secondaires excessives dans le processus de formation du matériau d'anode, une consommation excessive d'ions lithium et une efficacité initiale réduite de charge et de décharge. À l’inverse, si la taille des particules est trop grande, la zone de contact entre les particules de graphite et l’électrolyte est petite et la distance de diffusion des ions lithium est trop grande, ce qui affectera sa capacité spécifique.
Cependant, le graphite en flocons produira certains pores au cours du processus de sphéroïdisation, ce qui affecte dans une certaine mesure la durée de vie et les performances du matériau d'anode. D'autre part, l'enroulement, le pliage et l'empilement serré des flocons de graphite à l'intérieur du graphite sphérique provoqueront un certain degré de concentration de contraintes à l'intérieur, ce qui intensifiera dans une certaine mesure la dissociation et la perte des flocons de graphite, provoquant ainsi un phénomène anormal de stockage du lithium. À l'heure actuelle, la qualité du graphite sphérique est principalement jugée par des indicateurs physiques tels que la densité après tassement, la distribution granulométrique et la surface spécifique.
enrobage
La sphérification seule ne suffit pas, car après la sphéroïdisation, les bords des flocons de graphite naturel en flocons sont directement exposés à la surface du graphite sphérique, affectant ainsi la stabilité des matériaux d'anode. Par conséquent, il est également nécessaire de déposer une couche modifiée de matériau carboné amorphe ou de métal et de son oxyde sur la surface du graphite sphérique pour améliorer la compacité et la stabilité du film interfacial d'électrolyte solide (SEI).
À l’heure actuelle, le matériau de revêtement est généralement de l’asphalte. Le bitume est un mélange de composants complexes, avec différents composants, des insolubles dans le toluène et des insolubles dans la quinoléine. Le point de ramollissement, le taux de résidus de carbone et la microstructure de la couche de revêtement après carbonisation sont très différents, ce qui a une grande influence sur les performances du cycle. De plus, des matériaux résineux, du maléate de sodium, de l'oxyde d'aluminium, etc. peuvent être utilisés comme matériaux de revêtement.
En raison du grand espacement entre les couches de carbone amorphe et de la diffusion relativement facile des ions lithium, cela équivaut à construire une couche tampon pour la diffusion des ions lithium à la surface du graphite sphérique. Après sphéroïdisation et modification du revêtement, la capacité spécifique, l'efficacité du premier cycle et les performances du cycle du matériau d'anode en graphite naturel ont été considérablement améliorées. À ce stade, il est principalement utilisé dans le domaine des produits électroniques numériques 3C et de petite puissance.
Autres
À l'heure actuelle, l'augmentation du canal de migration rapide des ions lithium en construisant une structure de pores sur la surface du graphite est également l'un des moyens efficaces pour améliorer les performances du graphite naturel. De plus, le traitement de micro-expansion est une autre méthode courante pour améliorer les performances du graphite naturel, qui réduit la résistance à la diffusion des ions lithium en régulant l'espacement intercouche du graphite. À l’heure actuelle, le processus de traitement de micro-expansion le plus courant est l’oxydation chimique. Outre le processus, la sélection des réactifs et l'optimisation des conditions de fonctionnement sont également l'une des orientations importantes pour améliorer les performances des matériaux anodiques.
Comment le graphite naturel est-il extrait
L’exploitation minière du graphite naturel est principalement divisée en deux méthodes : l’exploitation minière à ciel ouvert et l’exploitation minière souterraine.
L’exploitation à ciel ouvert fait principalement référence à l’exploitation minière où les gisements de graphite sont exposés en surface. Le minerai de graphite est généralement secoué par dynamitage, puis chargé et transporté à l'aide d'un chargeur. Enfin, le concentré est obtenu après concassage, broyage et autres procédés.
L'exploitation minière souterraine fait référence à l'excavation de gisements de graphite par des méthodes d'excavation souterraine. L'exploitation minière souterraine est divisée en deux méthodes : la méthode de travail en longue taille et la méthode de travail en chambres et piliers. La méthode de travail en taille longue utilise une méthode d'exploitation minière à longue bande, et la méthode de travail en pièces et piliers utilise une méthode d'alternance de pièces et de piliers pour l'exploitation minière. Dans l'exploitation minière souterraine, des machines et équipements miniers, tels que des tunneliers, des grattoirs rotatifs, etc., sont généralement nécessaires pour l'excavation et le transport.
Quelles sont les perspectives d’avenir du graphite naturel
Le graphite naturel a une bonne conductivité électrique, une bonne conductivité thermique et une bonne stabilité chimique. Il s'agit d'un matériau industriel important qui présente de larges perspectives d'application. Voici les perspectives d’avenir du graphite naturel
Batteries lithium-ion
Le graphite naturel est actuellement le principal matériau d’anode des batteries lithium-ion. À l'avenir, avec l'augmentation de la demande du marché pour les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie, le marché des batteries lithium-ion continuera de se développer et la demande de graphite naturel continuera également de croître.
Nouvelle énergie
Le graphite naturel est largement utilisé dans les nouveaux domaines énergétiques tels que les cellules solaires, les piles à combustible et les supercondensateurs. Le développement futur de ces champs offrira également davantage d’opportunités de développement pour le graphite naturel.
Revêtements haute performance
Le graphite naturel peut être utilisé pour produire des revêtements hautes performances. À l’avenir, avec l’expansion continue du marché des revêtements et l’amélioration des exigences de performance des produits, la demande du marché en graphite naturel augmentera également.
Aérospatial
Le graphite naturel est largement utilisé dans le domaine aérospatial. Avec le développement futur du marché aérospatial, les perspectives d’application du graphite naturel continueront de s’élargir.
Quels facteurs doivent être pris en compte lors du choix du graphite naturel
Lorsque vous choisissez du graphite naturel, vous devez prendre en compte les facteurs suivants
Pureté:Les produits en graphite disponibles sur le marché peuvent contenir des impuretés, ce qui affecte leur efficacité et leur qualité. Le graphite de haute pureté peut fournir de meilleures performances et plus longtemps.
Structure:La structure cristalline du graphite affectera directement ses propriétés, telles que la conductivité, la résistance à l'usure, etc. Choisir la bonne structure peut améliorer la praticité et la stabilité du produit.
Qualité:La qualité du graphite naturel est le principal facteur affectant sa valeur. Le graphite de haute qualité présente un degré élevé de pureté et une granulométrie uniforme et n'est pas affecté par les impuretés.
Formulaire:Le graphite peut se présenter sous différentes formes, telles que poudre, pellets, blocs, etc. Choisir la forme appropriée en fonction des besoins réels peut faciliter la production et l'application.
Champs d'application :Différents domaines ont des exigences différentes en matière de graphite, tels que les batteries, les batteries au lithium, les cellules solaires, les récipients sous pression, le chauffage électromagnétique, etc. Choisir le bon graphite garantit des performances optimales du produit dans l'application.
Prix:Le prix est également l’un des facteurs à prendre en compte lors du choix du graphite. Dans le but de garantir la qualité des produits, choisir le bon prix peut réduire les coûts de production et améliorer les avantages économiques.
Notre usine
Anyang Jiashike Metal Co., LTD, en tant que principal fabricant de matériaux en ferro-alliage. Il s'agit d'une entreprise complète intégrant la recherche scientifique, la transformation et la production, ainsi que le commerce d'importation et d'exportation. Elle a plus de 20 ans d'expérience dans le domaine professionnel et utilise technologie de pointe et équipement professionnel. , produit des métaux et des alliages de haute qualité, et son champ d'activité comprend le silicium métallique, le ferrosilicium, l'alliage silicium-calcium, l'alliage silicium-carbone, la poudre de graphite naturel et d'autres produits.
FAQ
Q : Qu’est-ce qui fait du graphite naturel un bon lubrifiant ?
Q : Comment le graphite naturel est-il utilisé dans les batteries ?
Q : Quelle est la différence entre le graphite naturel et le graphite synthétique ?
Q : Quelle est la qualité du graphite naturel ?
Q : Comment le graphite naturel est-il extrait ?
Q : Quelles sont les applications du graphite naturel ?
Q : Quels sont les avantages du graphite naturel par rapport au graphite synthétique ?
Q : Quelles sont les utilisations du graphite naturel ?
Q : Quels sont les types de graphite naturel ?
Q : Qu’est-ce que le graphite naturel ?
Q : Quelles sont les alternatives au graphite naturel ?
Q : Quelles sont les propriétés du graphite naturel ?
Q : Quel est l’avenir du graphite naturel ?
Q : Quelle est la différence entre le graphite en paillettes et le graphite en veines ?
Q : Le graphite naturel peut-il être recyclé ?
Q : Comment le graphite naturel se compare-t-il aux autres matériaux ?
Q : Comment le graphite naturel est-il traité ?
Q : Quelle est la différence entre le graphite synthétique et le graphite naturel ?
Q : Comment le graphite naturel est-il extrait ?
Q : Quels sont les avantages du graphite naturel ?
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