Из чего состоит графит. Происхождение и нахождение

Графит, брат угля и алмаза

На картинках, иллюстрирующих нахождение углерода в минеральной природе, графит ненапрасно располагают между углем и алмазом. По свойствам графит действительно частично схож с обычным каменным углем, а частично – с благородным алмазом.

Самородный графит не всегда одинаков. Добытый из недр, он чаще всего черен, плотен, мягок и прекрасно пишет по твердой поверхности. За это греки и прозвали черный минерал «графитом»: «графо» - значит «пишу».

Народы, менее склонные к писательству, звали графит (в вольном переводе на русский) и «черным свинцом», и «углистым железом», а также «сливовиком» и даже «скальником» - поскольку графитовые обнажения чаще всего таятся в расселинах скал.

Природный графит может быть не только черным, но и серым, с явным металлическим отблеском. Графитовая масса нередко полна примесей – в том числе и золота – и промышленникам приходится использовать многоэтапные технологии очищения графита.

Между тем, каждому металлургу известно, как много графита выделяет остывающий чугун. Так не проще ли вместо добычи ископаемого графита использовать графит искусственный?

Разновидности графита

Природный графит может быть смешан с аморфной углистой или глинистой массой, газами, битумами и соединениями чужеродных элементов, но в нем всегда наблюдается кристаллическая структура, и он достаточно легко очищается и доводится до нужных производству параметров.

Доменный графит, выделяясь в среду отдельными мельчайшими пластинками, представляет собой трудноуловимое вещество. Его улавливают и утилизуют – обычно прямо на предприятии, используя как добавку к шихте – но технология дорога и масштабы этой утилизации невелики.

Более производительным является метод изготовления графита из высокоуглеродистого сырья – летучих углеводородов, антрацита, кокса, пека. Основой метода является нагревание твердой сырьевой массы до 2800°С, а газообразной среды – до 3000°С при повышенном до 500 атм. давлении.

Технологии добычи природного и получения искусственного графита весьма затратны. Однако целесообразность подобных расходов неоспорима: свойства графита уникальны, и как материал он во многих случаях просто незаменим.

Свойства графита

Температура плавления графита близка к 4000°С, что позволяет использовать материал в качестве лабораторной среды для работы с тугоплавкими металлами. Находит свое применение и высокая теплопроводность минерала.

Пластичность графита дает возможность формовать из него детали любой формы. Прессованный графит прекрасно поддается механической обработке.

Важнейшим свойством графита является его способность к перерождению в алмаз.

Алмаз из графита и графит из алмаза

Для того чтобы углеродные слои связались воедино, не придумано ничего лучше кроме сильного сдавливания и подъема температуры. Первые синтетические алмазы были получены при разогреве графита до 1800°С под давлением в 120 тысяч атмосфер. Сегодня практикуется производство мелкой алмазной крошки при температурах порядка 1200°С и краткосрочном повышении давления до 300 тыс. атм.

Реакция обратима. Любой алмаз, разогретый до 1000°С, начинает превращаться в графит. При 2000°С процесс протекает очень быстро.

Использование графита

Работоспособность подшипников скольжения обеспечивается за счет использования графита. Что важно, темп износа графитовой опоры или обоймы постоянен во всем диапазоне рабочих температур подшипников, нередко насчитывающем сотни градусов.

Графит обладает не только смазывающими, но и абразивными способностями. Тончайшие полировочные пасты содержат в себе графит. Введенный в состав фрикционных материалов, минерал повышает устойчивость изделий к нагреву.

Керамика, замешанная на графите, отличается особой огнеупорностью. Электропроводность и стойкость материала к эрозии дает возможность изготавливать из графита высоковольтные контакты, облицовку сопел и дюз.

Инертность графита делает его отличным защитным покрытием для всевозможных конструкций. Краски, созданные на основе графитовой взвеси в растворителе-пластификаторе, работают и на твердых (бетон, сталь), и на упругих (древесина, алюминий) поверхностях.

Графит - минерал, гексагональная кристаллическая полиморфная (аллотропная) модификация чистого углерода, наиболее устойчивая в условиях земной коры. Другие модификации: алмаз, лонсдейлит, чаоит. Слои кристаллической решетки могут по-разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов, с симметрией от гексагональной сингонии (дигексагонально-дипирамидальный вид симметрии), до тригональной (дитригонально-скаленоэдрический в.с.). 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.

В кислотах графит не растворяется. Жирный на ощупь. Гибкий. Природный графит содержит 10-12 % примесей глин и окислов железа.

Формы нахождения

Хорошо образованные кристаллы редки. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые, кривогранные, обычно имеют пластинчатую несовершенную форму. Чаще бывает представлен листочками без кристаллографических очертаний и их агрегатами. Образует сплошные скрытокристаллические, листоватые или округлые радиально-лучистые агрегаты, реже - сферолитовые агрегаты концентрически-зонального строения. У крупнокристаллических выделений часто наблюдается треугольная штриховка на плоскостях (0001).

Происхождение

Образуется при высокой температуре в вулканических и магматических горных породах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и др. минералами в среднетемпературных гидротермальных полиметаллических месторождениях. Широко распространён в метаморфических породах - кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах. Крупные залежи образуются в результате пиролиза каменного угля под воздействием траппов на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн). Акцессорный минерал метеоритов.

Свойства минерала

• Происхождение названия: от греческого γράφω - пишу
• Год открытия: известен с древности
• Электрические свойства минерала: Хорошо проводит электрический ток
• Термические свойства: Не плавится (сгорает при 3500 °С)
• IMA статус: действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)
• Strunz (8-ое издание): 1/B.02-10
• Hey"s CIM Ref.: 1.25
• Dana (7-ое издание): 1.3.5.2
• Dana (8-ое издание): 1.3.6.2
• Молекулярный вес: 12.01
• Параметры ячейки: a = 2.463Å, c = 6.714Å
• Отношение: a:c = 1: 2.726
• Число формульных единиц (Z): 4
• Объем элементарной ячейки: V 35.27 ų
• Двойникование: по {1121}
• Точечная группа: 6/mmm (6/m 2/m 2/m) - Dihexagonal Dipyramidal
• Пространственная группа: P63mc
• Плотность (расчетная): 2.26
• Плотность (измеренная): 2.09 - 2.23
• Удельный вес: 2,1 - 2,3
• Плеохроизм: сильный
• Тип: одноосный (-)
• Оптическая анизотропия: чрезвычайная
• Цвет в отраженном свете: железно-чёрный переходящий в стально-серый
• Форма выделения: Листоватые, чешуйчатые, радиально-лучистые, землистые агрегаты
• Классы по систематике СССР: Неметаллы
• Классы по IMA: Самородные элементы
• Химическая формула: C
• Сингония: гексагональная
• Цвет: Железно-черный, темный стально-серый
• Цвет черты: Черный, блестящий
• Блеск: металлический матовый полуметаллический
• Прозрачность: непрозрачный
• Спайность: весьма совершенная по {0001}
• Излом: слюдоподобный
• Твердость: 1 1,5 2
• Микротвердость: VHN10=7 - 11
• Литература: Лобзова Р.В. Графит и щелочные породы района Ботогольского массива. М., 1975. 124 с.

Фото минерала

Статьи по теме

• Графит проявляет поразительные квантовые эффекты
  Альберт Эйнштейн, Пол Дирак и другие физики могли бы использовать графит для детализации теории относительности или квантовой механики.
• Технология обогащения графитовой руды
  Подготовленная после массового взрыва графитовая руда с содержанием углерода 2.6-3.0 %, крупностью не более 900 мм и влажностью до 3 % грузится в карьере экскаваторами ЖТ - 5 и доставляется на фабрику а/с Белаз.
• Основные свойства природного графита
  Графиты - вещества серого цвета с металлическим блеском, аморфного, кристаллического, или волокнистого сложения, жирные на ощупь, удельный вес от 1,9 до 2,6.
• Происхождение угля остается загадкой: Органическая теория образования углей не выдерживает критики
  Каждый прилежный школьник скажет не задумываясь: уголь - вещество растительного происхождения, `продукт преобразования высших и низших растений`
• Происхождение угля остается загадкой: Нефтяная гипотеза образования углей
  В середине XVI века основоположник горного дела Агрикола высказывал мнение, что уголь - это не что иное как сгустившаяся нефть
• Руды и уголь - неотъемлемы друг от друга!
  Угля нам в принципе хватает. И все-таки, его могло быть еще больше, если бы мы все эти годы искали его там, где он на самом деле есть...

Месторождения минерала Графит

• Иркутская область
• Приольхонье
• Россия
• Ботогольское месторождение графита
• Шри-Ланка

Углерод формирует множество самородных элементов, которые имеют свою структуру. Одним из таких элементов является графит. Это распространённый материал в природе, который встречается в виде чешуек и пластинок. Скопления его отличаются по величине и содержанию материала. Кристаллические сланцы или магматическая порода - это места залегания. Часто он образовывается при метаморфическом воздействии на уголь.

Происхождение вещества

Графит чаще всего образуется от воздействия большой температуры и давления в осадочных породах - в каменном угле и битумах. Этот процесс называют метаморфизмом. В некоторых случаях материал образовывается в процессе кристаллизации. Как правило, возникает из магмы, которая богата углеродом. Иногда образуется из известняка, который был захвачен магмой.

Места образования:

В процессе кристаллизации порода получается в редких случаях. Да и практическое значение имеет порода, которая возникла метаморфическим путём. Небольшие вкрапления в породах метеоритов интересны учёным, но не промышленности.

Химический состав графита - это атомы углерода, которые связаны между собой ковалентно. То есть один атом перекрывает электронное облака трёх других атомов, которые окружают его. Атомы состоят в прочной связи. В минерале наблюдается незначительная примесь иных компонентов Различают 2 вида графита:

1. Альфа (гексагональный).
2. Бета (ромбоэдрический).

Между собой виды отличаются упаковкой слоёв. У вида альфа атомы имеют укладку типа ABABABA. То есть укладка в виде шестиугольника, но между слоями крайне слабая связь. Структура графита такова, что он легко ломается по слоям.

У вида бета каждый четвёртый слой повторяет первый. Получается своеобразная ромбоэдрическая связь. Бета-графит в чистом виде не существует - это метастабильная фаза. Природные породы материала имеют до 30% в своём составе эту фазу. При температуре около 2,5 тыс. Кельвинов происходит полная трансформация ромбоэдрической структуры в гексагональную.

Материал имеет одинаковый состав с алмазом, но свойства различаются кардинально. Виной всему разница в атомных связях. После закаливания в печи при высокой температуре твёрдость графита увеличивается, но растёт и хрупкость. Это качество используют для создания искусственных алмазов.

Таблица характеристик:

Порода не плавится. При достижении критической температуры кристаллическая решётка начинает разрушаться. На ощупь порода скользкая, жирная. При трении раскалывается на небольшие чешуйки, которые остаются на поверхности. Эта характеристика позволяет использовать минерал для ведения записей.

Графит широкого используют в промышленности. Большинству отраслей необходим этот материал в чистом виде или же с добавлением. Список того, что делают из графита, огромен: начиная от карандашей и огнеупорного покрытия, оканчивая стержнями для атомных реакторов и смазкой.

Сферы применения:

Пищевая отрасль - это ещё одна сфера где используется графит, пусть и в связанном виде. Но перед использованием компонент проходит определённую обработку. Железо, этиловый спирт, графит и сахар имеют разную плотность. Но рассматриваемое вещество может входить в состав других пищевых продуктов. Он встречается в эфирах, спирте и сахаре.

Несложный опыт с сахаром показывает содержание в нём графита. Для этого кубик сахара кладут на крышку и накрывают колпачком. Снизу крышку греют на огне до тех пор, пока из-под колпачка не начнёт выделяться дым. Если к нему поднести источник огня, то дым загорится. После окончания выделения газа огонь снизу крышки тушат. На крышке будет находиться чёрная масса углерода.

Китай является ведущим экспортёром минерала. Страна поставляет до 70% мирового объёма. И китайцы не собираются останавливаться на этом результате, поскольку производители расширяют связи с западными компаниями. Последние выступают потребителями.

Канада, Бразилия, Мексика и Шри-Ланка - это остальные мировые лидеры производства минерала. Эти страны добывают 8−12% мирового объёма. В Российской Федерации запасы графита составляют порядка 13 млн тонн. Значительная часть запасов сосредоточена в Сибири. Более 75% отечественных запасов - это бедная руда, которая содержит не более 6% минерала. Отечественные балансовые запасы требуют переоценки, поскольку некоторую их часть нецелесообразно разрабатывать из-за низкого качества руды. Расположение на природоохранных территориях тоже накладывает ограничения к разработке рудников.

Более половины добываемого материала потребляют США, Япония, Германия и Китай. Стоимость графита на рынке определяют по его кристаллу и содержанию в нём углерода. Средняя цена порядка 0,75 центов на 1 кг материала. Месторасположение производителя тоже влияет на стоимость.

Если вас заинтересовал вопрос о том, что такое графит, вы должны знать, что он представляет собой минерал, который является представителем класса самородных элементов. Это модификация углерода. Структура является слоистой. Расположение слоев в кристаллической решетке разное, это позволяет формировать политипы.

Графит хоть и был известен с давних времен, но определенных сведений об истории его использования не удается получить из-за сходств с другими материалами по типу молибденита. Материал проводит электрический ток. При сравнении с алмазом обладает незначительной твердостью и мягкостью. После воздействия внушительных температур становится тверже, но обретает хрупкость.

Основные свойства

Что такое графит? Если вы тоже задались этим вопросом, то должны знать о некоторых физических свойствах. Например, плотность может достигать 2,23 г/см³. Что касается цвета, то он является темно-серым с металлическим блеском. Структура неплавкая, она устойчива при отсутствии воздуха к нагреванию.

На ощупь вещество скользкое и жирное. Природный графит содержит примеси глины в объеме 12% и окислы железа. В процессе трения происходит расслаивание на чешуйки, это свойство используется для производства карандашей. Что такое графит, вы не сможете узнать, если не ознакомитесь с основными характеристиками по типу теплопроводности. Она достигает 354,1 Вт/(м*К), а минимальное значение равно 100. Конкретная цифра зависит от марки, температуры, а также направления по отношению к базисным плоскостям.

Электрическая проводимость анизотропна. Коэффициент теплового расширения может составить700 К. Теплоемкость варьируется от 300 до 3000К. Графит возгорается при 3500 °C, переходя в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Но если одновременно с повышением температуры давление увеличивается до 1000 атмосфер, можно получить расплавленный материал.

Кристаллическая решетка

Кристаллическая решетка графита состоит из атомов углерода. Ей присуща слоистая структура, а шаг между слоями равен 0,335 нм. Атомы связаны с тремя другими атомами углерода.

Решетка может быть двух типов:

• гексагональная;
• ромбоэдрическая.

В каждом слое атомы углерода находятся напротив центров шестиугольников в соседних слоях. Их положение повторяется через один. Каждый расположен со сдвигом в горизонтальном направлении на 0,1418 нм

Химические и механические свойства

Задаваясь вопросом о том, что такое графит, вы должны ознакомиться с основными свойствами. Материал химически инертен, он не растворяется в веществах, кроме расплавленных металлов. Это касается тех, у которых высокое плавление. При разбавлении образуются карбиды, самыми важными из которых выступают соединения:

• с бором;
• кальцием;
• железом;
• титаном;
• вольфрамом.

При обычных температурах соединить графит с другими веществами довольно трудно, но при воздействии внушительных температур происходит химическое соединение со многими элементами. Рассматривая свойства графита, вы выделите для себя еще и то, что материал не обладает эластичностью. Но его можно резать и изгибать. Проволока из него легко закручивается изгибается в спираль, а при вальцевании позволяет добиться 10-процентного удлинения.

При проверке проволоки на сопротивление на разрыв этот параметр составляет 2 кг/мм 2 , тогда как модуль изгиба эквивалентен 836 кг/мм 2 . Одними из важных свойств являются пластичность и жирность, которые позволили широко использовать материал в промышленности. С увеличением жирности уменьшается коэффициент трения. От этого зависит возможность использования в качестве смазочного материала. Сегодня применяется еще и способность прилипания графита к твердым поверхностям.

Оптические свойства

Среди свойств графита следует выделить еще и оптические. Коэффициент светопоглощения остается постоянным для всего спектра. На него не влияет температура лучеиспускания тела. Если рассматривать тонкие графитовые нити, то коэффициент светопоглощения будет равен 0,77. Этот параметр уменьшается до 0,55 с увеличением кристаллов графита.

Рассматривая чистый материал, вы отметите, что он обладает незначительным коэффициентом поглощения нейтронов и наивысшим коэффициентом замедления. Благодаря этому появилась возможность использования в атомных реакторах. Без графитовых электродов невозможно было бы развитие цветной и черной химической промышленности.

Областью применения графита является еще и футеровка электролизеров для получения алюминия. Материалы с высоким содержанием углерода используются для строительства электропечей и других тепловых агрегатов. Графит ложится в основу тиглей и лодочек для сверхтвердых сплавов.

Основные виды

Формула графита выглядит следующим образом: С. Его молярная масса составляет 12 г/моль. Вещество является простым. Это минерал, неметалл, он представляет собой аллотропную модификацию углерода. Среди основных видов следует выделить:

• тигельный;
• литейный;
• аккумуляторный;
• элементный;
• для производства стержней;
• электроугольный;
• для изготовления смазок.

Первый используется для огнеупорных изделий, он отличается высокой теплопроводностью и устойчивостью к перепадам температур. Применение графита литейного кристаллического вида предусматривает использование материала при отливе деталей. Он имеет низкий коэффициент расширения и обладает прочностью при высоких температурах.

Аккумуляторная разновидность используется в качестве добавки, а также при производстве электродов. Среди основных характеристик - повышенные химические и технические свойства. При производстве стержней используется тонкодисперсный графит, который не содержит примесей железа. Для изготовления гальванических элементов применяется элементная разновидность, которая отличается высокой электро- и теплопроводностью. Серый графит применяется еще и для изготовления электропроводящей резины.

Искусственный графит

Формула графита вам известна, однако это не все, что следует знать, если вы занимаетесь изучением этого вещества. Например, сегодня производится искусственный графит, который может быть мелкозернистым, конструкционным, литейным или антифрикционным. Область использования достаточно широка.

Материал применяется при изготовлении электрических установок и машин, огнеупорных материалов, на производстве и в области горнодобывающей промышленности. Из искусственного графита изготавливаются краски, а также аккумуляторные батареи и покрытия. Незаменимо вещество в узконаправленных областях по типу ядерной промышленности.

В заключение

В последнее время интерес к описываемому минералу возрос. На основе его волокон изготавливаются материалы по типу углепластика, углеродных волокнистых сорбентов, композиционных материалов на основе углеродного волокна, а также углеродных волокнистых материалов. Особое внимание уделяется углепластику, который применяется в химической промышленности, а также машиностроении.

/ минерал Графит

Графит - минерал, гексагональная кристаллическая полиморфная (аллотропная) модификация чистого углерода, наиболее устойчивая в условиях земной коры. Другие модификации: алмаз, лонсдейлит, чаоит. Слои кристаллической решетки могут по-разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов, с симметрией от гексагональной сингонии (дигексагонально-дипирамидальный вид симметрии), до тригональной (дитригонально-скаленоэдрический в.с.). 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.

В кислотах графит не растворяется. Жирный на ощупь. Гибкий. Природный графит содержит 10-12 % примесей глин и окислов железа.

Формы нахождения

Хорошо образованные кристаллы редки. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые, кривогранные, обычно имеют пластинчатую несовершенную форму. Чаще бывает представлен листочками без кристаллографических очертаний и их агрегатами. Образует сплошные скрытокристаллические, листоватые или округлые радиально-лучистые агрегаты, реже - сферолитовые агрегаты концентрически-зонального строения. У крупнокристаллических выделений часто наблюдается треугольная штриховка на плоскостях (0001).

Происхождение

Образуется при высокой температуре в вулканических и магматических горных породах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и др. минералами в среднетемпературных гидротермальных полиметаллических месторождениях. Широко распространён в метаморфических породах - кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах. Крупные залежи образуются в результате пиролиза каменного угля под воздействием траппов на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн). Акцессорный минерал метеоритов.

рассказать об ошибке в описании

Свойства Минерала