Spiegare in dettaglio la differenza tra materiali in carbonio e materiali in grafite

Spiegare in dettaglio la differenza tra materiali in carbonio e materiali in grafite

Poiché i materiali in carbonio e i materiali in grafite presentano molte somiglianze nell'aspetto e nelle caratteristiche, molte persone non sanno come distinguere nella realtà la relazione tra i due. Questo articolo fa un'introduzione dettagliata.

Il carbonio esiste nei tre allotropi più comuni: carbonio amorfo, grafite e diamante.

Struttura molecolare e aspetto del diamante

Diamante

È un minerale composto da carbonio. Il diamante è la sostanza più dura in natura, conosciuta come il 'Re della durezza' e il 'Re delle gemme'. L'angolo del cristallo di diamante è di 54 gradi, 44 minuti e 8 secondi. Negli anni '50, gli Stati Uniti produssero con successo diamanti artificiali utilizzando la grafite come materia prima ad alta temperatura e pressione. Oggi, i diamanti artificiali sono stati ampiamente utilizzati nella produzione e nella vita.

Carbonio amorfo

Si riferisce generalmente a carbone, coke, salmerino osseo, carbone zuccherino, carbone attivo e nerofumo, ecc. Ad eccezione del salmerino osseo, che contiene circa il 10% di carbonio , gli altri componenti principali sono carbonio elementare. Il carbone è carbonio amorfo presente in natura che contiene alcuni composti composti da carbonio, idrogeno, azoto, ecc. Il cosiddetto carbonio amorfo non si riferisce alla forma in cui esistono queste sostanze, ma alla loro struttura interna. Infatti la loro struttura interna non è un vero e proprio corpo amorfo, ma un cristallo con struttura simile alla grafite, ma la struttura stratificata formata dal piano dell'anello esagonale degli atomi di carbonio è disordinata e irregolare, e la formazione dei cristalli è difettosa. Le particelle sono piccole e contengono una piccola quantità di impurità.

La maggior parte del carbonio amorfo è una struttura a strati grafitici in cui i frammenti molecolari sono approssimativamente paralleli tra loro e ammucchiati in modo irregolare, che può essere definita struttura turbostratica. Gli strati intermedi o frammenti sono collegati da legami di atomi di carbonio nella modalità di legame tetraedrico della struttura del diamante. Quando la proporzione di atomi di carbonio in questo tetraedro è grande, il carbonio amorfo sarà relativamente duro, come il coke e il carbonio vetroso.

Struttura molecolare e aspetto del carbonio amorfo

I prodotti di carbonio comunemente utilizzati nell'industria si riferiscono a prodotti di carbonio purificati da materie prime di carbonio amorfo (come carbone, coke di petrolio, pitch coke, ecc.). Con diverse materie prime e tecniche di lavorazione, la proporzione della struttura cristallina di grafite contenuta nella struttura cristallina dell'elemento di carbonio in tali prodotti di carbonio varierà. In generale, maggiore è il numero di componenti della struttura cristallina di grafite contenuti, maggiore è la purezza del carbonio e maggiori sono le prestazioni e il prezzo.

Poiché la differenza essenziale tra i materiali in carbonio e quelli in grafite non è grande, molti prodotti in carbonio sono anche chiamati ' grafite XX' . Questa è anche la fonte della confusione tra i due concetti del vocabolario di grafite e carbonio. Ad esempio, gli elettrodi di grandi dimensioni comunemente utilizzati nell'industria siderurgica sono chiamati ' elettrodi di grafite ' . In realtà si tratta di prodotti di carbonio e non di elettrodi di grafite nel vero senso della parola. In termini di aspetto, i comuni prodotti a base di carbonio sono di grandi dimensioni, come elettrodi per la metallurgia, mattoni di rivestimento (blocchi di carbonio) per forni fusori, radiatori a carbonio e così via.

Struttura molecolare e aspetto della grafite

Grafite

È un allotropo dell'elemento carbonio. Ogni atomo di carbonio è circondato da altri tre atomi di carbonio (disposti in più esagoni a nido d'ape) e combinati con legami covalenti per formare una molecola covalente. Poiché ogni atomo di carbonio rilascia un elettrone, questi elettroni possono muoversi liberamente,  quindi la grafite è un conduttore elettrico. La grafite può essere classificata come grafite naturale e grafite artificiale. Il minerale di grafite naturale è diviso in grafite terrosa e grafite in scaglie, tra cui la grafite in scaglie è una grafite naturale di qualità superiore.

La grafite artificiale si riferisce a materiali di grafite ottenuti mediante ulteriore lavorazione di materiali di carbonio appartenenti alla classificazione del carbonio amorfo per migliorare la purezza del carbonio e aumentare ulteriormente la percentuale di struttura cristallina simile alla grafite. Come i materiali in carbonio, i materiali in grafite possono essere trasformati in prodotti industriali come elettrodi e materiali refrattari. Tuttavia, grazie alle sue caratteristiche più eccellenti, viene utilizzato in molti campi di fascia alta. Ad esempio, lubrificanti resistenti alle alte temperature, modifiche del rivestimento dei materiali delle batterie, ecc.

I materiali in carbonio e grafite sono materiali solidi non metallici composti principalmente da elementi di carbonio. I materiali in carbonio sono fondamentalmente composti da carbonio non grafitico, mentre i materiali in grafite sono fondamentalmente composti da carbonio grafite. Per semplicità, i materiali in carbonio e grafite sono talvolta indicati collettivamente come materiali in carbonio.

I prodotti al carbonio possono essere suddivisi in elettrodi di grafite, blocchi di carbonio, anodi di grafite, elettrodi di carbonio, paste, carboni elettrici, fibre di carbonio, grafiti speciali, scambiatori di calore in grafite, ecc. in base agli usi del prodotto. Gli elettrodi di grafite possono essere suddivisi in elettrodi di grafite di potenza ordinaria, elettrodi di potenza elevata, elettrodi di potenza ultra elevata in base alla densità di corrente consentita. I blocchi di carbone possono essere suddivisi in blocchi di carbone d'altoforno, blocchi di carbone di alluminio, blocchi di forno elettrico, ecc. in base al loro utilizzo.

I prodotti in carbonio possono essere suddivisi in prodotti in carbonio, prodotti in grafite, fibre di carbonio e fibre di grafite in base alla profondità di lavorazione. I prodotti in carbonio possono essere suddivisi in prodotti in grafite, prodotti in carbonio, fibre di carbonio, prodotti speciali in grafite, ecc. in base alle diverse materie prime e processi di produzione. I prodotti a base di carbonio possono essere suddivisi in prodotti con più ceneri e prodotti con meno ceneri (con contenuto di ceneri inferiore all'1%) a seconda della dimensione del contenuto di ceneri.

La grafite è ampiamente utilizzata nell'industria e viene utilizzata in quasi tutti i settori. La grafite artificiale è utilizzata principalmente nell'industria, nota come grafite speciale. Secondo il modo in cui è formato, può essere suddiviso nelle seguenti tipologie.

1. Grafite isostatica . Questo è ciò che molti chiamano grafite tre alta, ma tre alta non equivale a pressatura isostatica.

2. Grafite stampata

3. Grafite estrusa, principalmente materiale per elettrodi.

In base alla dimensione delle particelle di grafite, può anche essere divisa in : grafite a struttura fine, grafite medio-grossolana ( la dimensione generale delle particelle è di circa 0,8 mm) e grafite per elettrodi (2-4 mm). .

Le norme tecniche nazionali cinesi e le norme tecniche ministeriali per i prodotti al carbonio sono classificate in base ai diversi usi dei prodotti e ai diversi processi produttivi. Questo metodo di classificazione riflette fondamentalmente i diversi usi e processi di produzione dei prodotti ed è utile anche per la contabilità, quindi anche il suo metodo di calcolo adotta questo standard di classificazione. La classificazione e la descrizione dei prodotti del carbonio sono introdotte di seguito.

I.  Prodotti in carbonio e grafite

(1) Elettrodi di grafite

È costituito principalmente da coke di petrolio e coke ad aghi e come legante viene utilizzata la pece di catrame di carbone. È prodotto mediante calcinazione, dosaggio, impasto, pressatura, tostatura, grafitizzazione e lavorazione. Rilascia energia elettrica sotto forma di arco elettrico in un forno ad arco elettrico. I conduttori riscaldati e fusi possono essere suddivisi in potenza ordinaria, alta potenza e altissima potenza in base ai loro indicatori di qualità. Gli elettrodi di grafite includono:

（1） Elettrodo di grafite di potenza ordinario. È consentito utilizzare elettrodi di grafite con una densità di corrente inferiore a 17 A / cm2, che vengono utilizzati principalmente nei normali forni elettrici di potenza per la produzione dell'acciaio, fusione del silicio, fusione del fosforo giallo, ecc.

（2） Elettrodo in grafite con rivestimento antiossidante. Un elettrodo di grafite rivestito con uno strato protettivo antiossidante forma uno strato protettivo che è conduttivo e resistente all'ossidazione ad alta temperatura, riducendo il consumo dell'elettrodo durante la produzione dell'acciaio.

（3） Elettrodo in grafite ad alta potenza. È consentito l'uso di elettrodi di grafite con una densità di corrente di 18-25 A/cm2, utilizzati principalmente nei forni elettrici ad arco ad alta potenza per la produzione dell'acciaio.

（4） Elettrodo in grafite ad altissima potenza. È consentito utilizzare elettrodi di grafite con una densità di corrente superiore a 25 A/cm2. Utilizzato principalmente nei forni elettrici ad arco per la produzione di acciaio ad altissima potenza.

(2) Anodi di grafite

È costituito principalmente da coke di petrolio come materia prima e pece di carbone come legante e viene prodotto mediante calcinazione, dosaggio, impasto, pressatura, tostatura, impregnazione, grafitizzazione e lavorazione. Generalmente utilizzati come anodi conduttivi per apparecchiature di elettrolisi nell'industria elettrochimica. includere:

（1） Piastre anodiche per varie industrie chimiche.

（2） Varie aste anodiche.

(3) Grafite speciale

Utilizzare principalmente coke di petrolio di alta qualità come materia prima, pece di catrame di carbone o resina sintetica come legante, dopo la preparazione della materia prima, il dosaggio, l'impasto, la compressione, la frantumazione, il reimpasto, lo stampaggio, la tostatura multipla, l'impregnazione multipla, la purificazione e la grafitizzazione, realizzati mediante lavorazione meccanica. Generalmente utilizzato nei settori dell'industria aerospaziale, elettronica e nucleare.

Include grafite spettralmente pura, di elevata purezza, ad alta resistenza, ad alta densità e pirolitica.

(4) Scambiatore di calore in grafite

È un prodotto in grafite impermeabile per lo scambio termico realizzato trasformando la grafite artificiale nella forma richiesta, impregnandola e solidificandola con resina. È un'apparecchiatura per lo scambio di calore lavorata con grafite artificiale impermeabile. Utilizzato nell'industria chimica. includere:

（1） scambiatore di calore a foro bloccato;

（2） Scambiatore di calore radiale;

（3） Scambiatore di calore a film cadente;

（4） Scambiatore di calore a tubi.

(5) Elettrodi di carbonio

Utilizzando materiali carboniosi come antracite e coke metallurgico (o coke di petrolio) come materie prime, pece di catrame di carbone come legante, elettrodi conduttivi cotti mediante stampaggio a compressione senza grafitizzazione. Non è adatto per forni elettrici che fondono acciaio legato di alta qualità. includere:

 (1) Elettrodi di cenere (elettrodi prodotti da antracite, coke metallurgico e coke di pece);

（2） Elettrodi rigenerativi (elettrodi prodotti da grafite artificiale e grafite naturale);

（3） Aste di resistenza al carbonio (ovvero mattoni a griglia di carbonio);

（4） Anodi di carbonio (anodi precotti prodotti da coke di petrolio);

（5） Elettrodo di cottura grezzo.

(6) Blocchi di carbonio

Con antracite e coke metallurgico come materie prime principali e pece di catrame di carbone come legante, viene prodotto attraverso la preparazione, il dosaggio, la miscelazione, lo stampaggio, la tostatura e la lavorazione della materia prima. Tra questi, i blocchi di carbonio degli altiforni vengono utilizzati come materiali resistenti alle alte temperature e alla corrosione per i rivestimenti degli altiforni; i blocchi di carbonio inferiori, i blocchi di carbonio laterali e i blocchi di forno elettrico vengono utilizzati nelle celle elettrolitiche di alluminio e nei forni elettrici di ferroleghe. includere:

（1） Carbone d'altoforno;

（2） Blocchi di carbonio per serbatoio in alluminio (blocchi di carbonio inferiori e blocchi di carbonio laterali);

（3） Fornello elettrico a carbone.

(7) Pasta di carbone

È costituito da coke di petrolio, antracite e coke metallurgico come materie prime principali e pece di catrame di carbone come legante. Alcuni sono utilizzati come paste per elettrodi per vari forni elettrici autocottura continui come elettrodi conduttivi; alcuni vengono utilizzati come paste anodiche per serbatoi di alluminio autocottura continui come anodi conduttivi; alcuni sono usati come riempitivi per murature di altiforni e fanghi refrattari grossolani. Calafataggio delle cuciture e delle cuciture. Sebbene i blocchi di carbone autocotto per altiforni abbiano usi diversi, il loro processo di produzione è simile a quello dei prodotti in pasta, quindi vengono temporaneamente inclusi nei prodotti in pasta. includere:

（1） Pasta anodica;

（2） Pasta per elettrodi (inclusa pasta per elettrodi standard e non standard);

（3） Pasta inferiore (inclusa più pasta inferiore grigia e meno grigia);

（4） Pasta sigillante (inclusa più pasta sigillante e meno cenere);

（5） Altre paste (inclusa pasta per cuciture grossolane, pasta per cuciture fini, mattone in carbonio autocotto, ecc.) .

(8)  Prodotti in carbonio e grafite non standard

Si riferisce a vari prodotti di carbonio e grafite di forma speciale realizzati con prodotti di carbonio e grafite attraverso ulteriore lavorazione. Compresi anodi a pala, anodi per la produzione di fluoro e varie specifiche di crogioli, piastre, aste, blocchi e altri prodotti dalla forma speciale.

(9)  grafite impermeabile

Si tratta di vari prodotti di forma speciale in grafite realizzati mediante impregnazione e lavorazione di resine e varie sostanze organiche, compreso il blocco matrice degli scambiatori di calore.

(10)  Prodotti a base di carbone elettrico

Questo si riferisce a barre di carbonio, spazzole e altri prodotti.

II.   fibra di carbonio

Comprende varie fibre di carbonio, fibre di grafite, fili preossidati, tessuti di carbonio, cinture di carbonio, corde di carbonio, feltri di carbonio e relativi materiali compositi. La fibra di carbonio è una fibra con un contenuto di carbonio superiore al 93%. Realizzato in fibra di poliacrilonitrile, filato di viscosa e fibra di pece mediante carbonizzazione. La temperatura del trattamento termico varia da bassa ad alta e può essere trasformata rispettivamente in fibra resistente al calore, fibra carbonizzata e fibra di grafite.

Per riassumere, in senso lato: i materiali di carbonio sono in realtà materiali di carbonio contenenti strutture di carbonio più amorfe. Il materiale di grafite è un materiale di carbonio composto principalmente da cristalli di grafite. I due hanno molte somiglianze, ma ci sono anche differenze significative.