Grafít er ein af ómissandi stefnumótandi auðlindum lands og hefur verið skráð af ýmsum löndum sem mikilvægt ó-málmískt hráefni og mikilvægt steinefni. Vegna góðrar rafleiðni, hitaleiðni, tæringarþols, geislunarþols og annarra eiginleika, er það mikið notað í efnafræði, geimferðum, kjarnorku, nýrri orku og öðrum hátæknisviðum.
Notkun grafíts í hefðbundnum iðnaði
Á sviði hefðbundinna-gæða kolefniskenndra eldföstra efna er hægt að nota grafít til að búa til há-hitaþolin-ílát, eins og grafítbáta og grafítdeiglur, vegna mikillar-hitaþols þess. Það er einnig hægt að nota sem aukefni eða fylliefni í samsetningu með öðrum efnum. Í stálsteypuferlinu þarf að bæta við endurkolunarbúnaði til að vega upp á móti kolefnistapi við steypu og grafít er hægt að nota sem endurkolunarefni.
Í demantaframleiðsluiðnaðinum er demöntum skipt í náttúrulega demanta og tilbúna demönta. Náttúrulegir demantar hafa framúrskarandi eiginleika, en auðlindir þeirra eru takmarkaðar og ekki auðvelt að fá. Tilbúnir demantar gerðir með grafít sem kolefnisgjafa hafa eiginleika sem eru nánast eins og náttúrulegir demöntum, með lágum nýmyndunarkostnaði og mikilli kostnaðar-hagkvæmni. Þess vegna eru tilbúnir demöntar víða vinsælir á markaðnum. Því hærri sem hreinleiki grafítsins er, því hagstæðari er það fyrir demantamyndun.
Á sviði kjarnorkuefna er kjarnorka hreinn og skilvirkur orkugjafi. Þróun kjarnorku getur leyst vandamálið um orkuþurrð í framtíðinni. Vegna þess að kjarnakljúfar hafa sterk ætandi áhrif á efni og starfa við háan hita henta ekki öll efni. Kolefnis-grafítefni hafa lágan varmaþenslustuðul, góða hitalostþol og litla nifteindavirkjun, sem gerir það að verkum að þau henta sem kjarnaofnsefni. Þar sem efni sem eru notuð í kjarnorkuiðnaðinum, sérstaklega í há-gas-kældum kjarnaofnum, þarf að innihald ösku og bórs sé minna en 50 ppm og 0,1 ppm, í sömu röð.
Á smursviðinu er smurolía ómissandi efni í nútíma lífi. Bílar, skip, flugvélar, vélar og önnur svið geta ekki verið án smurolíu. Í sumum sérstökum umhverfi, eins og háum-hitaskilyrðum, minnkar afköst smurolíunnar verulega og líklegt er að vandamál eins og ófullnægjandi smurning komi upp við notkun. Bindkrafturinn á milli grafítlaga er lítill og undir ytri krafti verður auðvelt að renna. Þess vegna hefur grafít framúrskarandi smurvirkni og er tilvalið fast smurefni.
Á þéttingarsviðinu er hægt að fá sveigjanlegar grafítplötur með því að pressa og móta stækkað grafít, sem er laust, gljúpt og hefur mikla yfirborðsorku. Vegna þess að sveigjanlegt grafít er ónæmt fyrir háum hita og tæringu, hefur stöðuga efnafræðilega eiginleika og hefur ákveðinn styrk, getur það gegnt hlutverki í sumum sérstökum umhverfi. Þess vegna nýtur sveigjanlegt grafít orðsporsins "Konungur þéttingar."
Grafíthreinsunaraðferðir
Hreinleiki grafíts hefur afgerandi áhrif á bæði notkunarsvið og efnahagslegt gildi grafíts. Sem stendur, hvort sem það er notað til að framleiða tilbúna demanta, litíum-rafhlöðuskautefni, sveigjanlegt grafítefni eða hágæða grafítefni sem notuð eru í geimferðum og kjarnorkuiðnaði, þarf grafít að hafa fast kolefnisinnihald á bilinu 99% til 99,99%. Því hærra sem hreinleiki grafítsins er, því stöðugri er rafleiðni þess, smurning og aðrir eiginleikar og því meira notagildi efnisins. Þess vegna hefur hreinleiki grafíts orðið einn af mikilvægum vísbendingum til að mæla grafítgæði og grafíthreinsunartækni hefur orðið lykiltækni í grafítiðnaðinum.
Flotaðferð
Flot er grunnhreinsunaraðferðin. Það notar muninn á flothæfni á milli nytsamlegra steinefna og gangsteina til aðskilnaðar. Með floti er hægt að auka fast kolefnisinnihald grafíts í um 80%–95%. Flothreinsun grafíts er lægsta-kostnaðaraðferðin.
Flot hefur líka sínar takmarkanir. Meðan á stöðugu mölunar- og flotferli stendur losna nytsamleg steinefni og gangsteinefni smám saman sem einstakar agnir og flestar eru fjarlægðar með floti. Hins vegar, meðan á samfelldri mölun stendur, veikjast áhrif mölunar á losandi gangsteinefni stöðugt og aukning á föstu kolefnisinnihaldi grafíts er takmörkuð. Þess vegna er aðeins hægt að nota flot til aðalhreinsunar grafíts, á meðan há-hreinleika grafít krefst efnahreinsunaraðferða.
Aðferð við háan-hita
Há-hitaaðferðin nýtir sér aðallega þá staðreynd að grafít hefur hærra suðumark en önnur óhreinindi í grafítgrýti. Með ofur-háum-hitabrennslu eru óhreinindi gufuð upp og fjarlægð og þannig fæst grafíthreinsunarvara með ofur-há-hreinleika. Þetta er vegna þess að suðumark grafíts er 4500 gráður, í grundvallaratriðum yfir suðumark allra óhreininda. Við raunverulega framleiðslu er grafítdeigla almennt notuð til að geyma grafítduft, sem síðan er sett í há-hitaofn og stillt á hitastig. Hitastigið er hækkað upp fyrir uppgufunarhita óhreininda (með hlífðargasi sem komið er fyrir til að koma í veg fyrir oxun efnisins) og síðan er efnið haldið við háan hita þannig að óhreinindi með -suðumark- rokka upp úr deiglunni og ná þannig grafíthreinsun. Háhitaaðferðin getur hreinsað hráefni frá 95%–99% til 99,99%.
Aðferðin við háan-hita getur gert hreinleika grafítsins um það bil 99,995% og hún getur verndað grafítbygginguna og bætt gæði grafítafurða. Hægt er að nota vörurnar í landvörnum, kjarnorkuiðnaði, geimferðum og öðrum hátæknisviðum.
Flúorsýruaðferð
Flúorsýruaðferðin hefur kosti lítillar orkunotkunar, einfalt vinnsluflæði, mikil hreinsunarvirkni, hátt fast kolefnisinnihald í grafítinu sem fæst og lítil áhrif á frammistöðu grafítafurða. Hins vegar hefur það strangar kröfur um búnað og framleiðsluaðstæður og skólpsvatnið er erfitt að meðhöndla, sem leiðir til mikils umhverfisverndarkostnaðar. Með því að stjórna magni og verkunarmáta flúorsýru hefur flúorsýruhreinsunaraðferðin verið fínstillt. Í hreinsunarferlinu getur flúorsýra hvarfast efnafræðilega við næstum öll óhreinindi og breytt þeim í leysanlegt efni. Til þess að fjarlægja þessi óhreinindi á áhrifaríkan hátt er hægt að hreinsa þau með einföldum vatnsþvotti og ná þannig grafíthreinsun. Þetta ferli hjálpar til við að bæta hreinleika grafíts og uppfyllir þannig þarfir ýmissa iðnaðarnotkunar.
Alkalí-Sýraaðferð
Alkalí-sýruaðferðin felur í sér tvo ferla: basasamruna og sýrumeltingu. Það er að segja að súr óhreinindi í grafíti, eins og silíköt, alumínsílíköt og kvars, hvarfast fyrst efnafræðilega við basísk efni í bráðnu ástandi til að mynda leysanleg sölt, sem síðan eru fjarlægð með vatnsþvotti. Eftir það hvarfast óhreinindi sem hvarfast ekki við basann við alkalísamruna, eins og málmaoxíð, við sýru og mynda sýru-leysanleg efnasambönd sem síðan eru þvegin í vatni og síun til að ná endanlega hreinsun grafíts. Í alkalísamrunaferlinu er NaOH venjulega valið sem basíska efnið vegna þess að það hefur lágt bræðslumark (bræðslumark 318 gráður), sterkt basastig og lágt verð. Sýran sem notuð er í sýrumeltunarferlinu getur verið HCl, H₂SO4, HNO₃ eða blönduð sýra unnin úr þeim, þar á meðal er HCl oftast notað.
Klórunarbrennsluaðferð
Til að lækka hitastigið sem þarf fyrir háhitabrennslu er einnig notuð aðferð til að setja inn klórgas til að umbreyta óhreinindum í klóríð og skilja þau síðan að. Þetta tiltölulega vel-rótgróna kerfi er kallað klórbrennsluaðferðin. Í klórbrennsluaðferðinni er grafít blandað við afoxunarefni í ákveðnu hlutfalli og brennt við háan hita undir óvirku gasvörn, sem sundrar óhreinindum í grafítinu í oxíð eins og SiO₂, Fe₂O₃ og Al₂O₃. Klórgas er síðan sett inn og við háan hita 400–1200 gráður er oxíðunum breytt í klóríð og fléttur með lægri bræðslu- og suðumark, sem gufa upp og sleppa og ná þannig tilgangi hreinsunar.