Слово графит в переводе с греческого обозначает «пишу». Минерал с таким названием у природе образуется при высокой температуре в вулканических горных породах.
Графит является представителем класса самородных элементов высокой прочности. Его структура обладает большим количеством слоев.
В природе встречается два вида графита:
- крупнокристаллический,
- мелкокристаллический.
По величине кристаллов и по их расположению относительно друг друга в природе встречаются следующие типы графитов:
- явнокристаллические,
- скрытокристаллические.
У графита структура является достаточно слоистой. Каждый из слоев обладает волнистой формой. Она является слабовыраженной.
Графит представляет собой один из элементов, который состоит преимущественно из кристаллов разных размеров. Они имеют пластичную структуру и небольшие чешуйки по краям. По своей прочности они могут сравниться алмазами.
Кристаллическая решетка графита состоит из большого количества слоев, которые имеют различное расположение относительно друг друга.
Сегодня не редко производится искусственный графит, который создается из смеси различных веществ. Он используется в разных отраслях человеческой жизнедеятельности. Графит, полученный искусственным путем, обладает большим количеством видов.
В современном мире планируется из графита добывать золото. Ученые выяснили, что в одной тонне графита содержится примерно 18 граммов золота. Данное количество золотой руды присуще золотым месторождениям. В настоящее время получать золото из графита есть возможность не только в нашей стране, но и в других государствах мира.
Одним из главных свойств графита является его способность проводить электрический ток. Его физические свойства отличаются от параметров алмаза тем, что у него не такой высокий уровень твердости. Его структура является изначально довольно мягкой. Однако после нагревания она становится твердой и хрупкой. Материал начинает рассыпаться.
Физические свойства графита являются следующими:
- не растворяется в кислоте.
- плавление графита при температурах меньше 3800 градусов Цельсия невозможно.
- после нагревания приобретает твердую и хрупкую структуру.
Это далеко не все свойства графита. Есть еще параметры, которые делают этот элемент уникальным.
Графиту присущи следующие характеристики:
- температура плавления графита составляет 3890 градусов Цельсия,
- цвет графита является темно-серым с металлическим отливом,
- теплоемкость графита составляет 0.720 кДЖ
- удельное сопротивление графита составляет 800.000 · 10 − 8 (Ом · Метр).
Внимание: Единственный параметр из всех характеристик графита, который зависит от вида элемента, является теплопроводность графита. Она составляет 278,4 до 2435 Вт/(м*К).
Таблица. Физические свойства графита.
| Характеристики | Направление потока | Температура, °С | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 200 | 400 | 600 | 800 | ||
| Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м°С) графита: | ||||||
| - кристаллический | || | 354,7 | 308,2 | |||
| - естественный | _|_ | 195,4 | 144,2 | 112,8 | 91,9 | 75,6 |
| - прессованный | || | 157 | 118,6 | 93,0 | 69,8 | 63,9 |
| - искусственный с р=1,76 г/см 3 | _|_ | 104,7 | 81,4 | 69,8 | 58,2 | |
| - то же, с р=1,55 г/см 3 | || | 130,3 | 102,3 | 79,1 | 63,9 | 53,5 |
| Сопротивление разрыву σ пц, МН/м 2 | || | 14,2 | 15,2 | 15,9 | 16,5 | 17,6 |
| _|_ | 10,3 | 11,3 | 12,0 | 12,5 | 13,7 | |
| Модуль упругости Е, МН/м 2 | || | 5880 | 7100 | 7350 | 7500 | 7840 |
| _|_ | 2700 | 3040 | 3200 | 3630 | 3920 | |
| Удельная теплоемкость с, кДж/(кг 0 С) | 0,71 | 1,17 | 1,47 | 1,68 | 1,88 | |
| Электросопротивление р э 104, Омсм | 16 | 13 | 11 | 10 | 9 | |
| Коэффициент линейного расширения α·10 6 , 1/°С | || | 7,2* 1 | 8,5* 2 | 10,0* 3 | 13,0* 4 | |
| _|_ | 4,0* 1 | 5,5* 2 | 6,8* 3 | 9,3* 4 | ||
| || | 1,8* 1 | 1,55* 2 | 1,45* 3 | 1,40* 4 | ||
Добыча графита
Добыча графита является сложным процессом. Для этого создано большое количество разновидностей оборудования. Оно используется для добычи и дробления элемента. Залежи графита обычно находятся глубоко под землей. Именно по этой причине чаще всего используются бурильные установки, которые позволяют добраться до месторождения этого элемента.
Как известно такой материал, как графит обладает большим количеством уникальных качеств. Именно они обуславливают сферы его применения. Благодаря тому. что данный материал обладает устойчивостью к высоким температурам его применяют для производства футеровочных плит.
Применение графита используется и в сфере ядерной промышленности. Там он играет важную роль при замедлении нейтронов.
Получение алмаза из графита тоже возможно. В современном мире есть возможность получать синтетический алмаз, который по своим качествам и внешнему виду будет напоминать природный материал.
Пиролитический графит представляет собой особую форму такого элемента, как графит. Данная его разновидность нашла широкое применение в сфере микроскопических исследований. Его применяют в качестве калибровочного материала. Чаще всего его используют в сканирующей туннельной микроскопии и в атомно-силовой микроскопии. Данная разновидность графита относится к разряду синтетических. Его получение возможно при нагревании кокса и пека.
Благодаря графиту можно получать активные металлы с химической точки зрения путем электролиза. Данный метод использования элемента объясняется тем, что у графита достаточно хорошая электропроводность.
При производстве пластмассовых изделий графит тоже нашел свое применение. Его используют для наполнения пластмассы.
Самым известным методом использования графита является производство стержней для обычных простых карандашей, к которым так привыкли люди.
Происхождение названия: От греческого "писать", за то, что графитом можно писать на бумаге. Графит описан в статье, немецкого химика и минералога Вернера А. Г. (Abraham Gottlob Werner) в 1789 году по данным .
Другие названия (синонимы):
Карбидное железо, серебристый свинец, чёрный свинец (Black Lead).
Разновидности минерала:
Кристаллический чешуйчатый графит
(flake graphite) - графит, представленный в виде листоватых агрегатов, либо чешуек.
Кристаллический кусковый графит
(lump graphite) - плотные зернистые агрегаты графита.
Аморфный графит
(amorphous graphite) - разновидность графита, представленная скрытокристаллическими массами.
Фотографии образцов |
Свойства
Сингония: Гексагональная
Состав (формула): C
Цвет:
Чёрный, стально-серый
Цвет черты (цвет в порошке): Чёрный, стально-серый
Прозрачность: Непрозрачный
Спайность: Совершенная
Излом: Зернистый, Ровный
Блеск: Матовый, Металлический, Тусклый
Твёрдость: 1,5-2
Удельный вес, г/см 3: 2,09-2,23
Особые свойства:
Графит обладает хорошей тепло- и электропроводностью. При физическом воздействии графит расслаивается на отдельные чешуйки. Графит не расстворяется в кислотах, термоустойчив в безвоздушном пространстве.
Форма выделения
Месторождения / проявления
Скопления графита, имеющие промышленное значение, известны в гнейсах Криворожского, Мариупольского, Шахтамирибугского районов в Украине. В России подобные месторождения разрабатывают на Урале, в Шахтаминском районе Читинской области. Графитовые сланцы добывают в Узбекистане и Хабаровском крае (Россия).
Листоватые агрегаты были найдены в Шри-Ланке (Радегара,Галле). Известны месторождения графита в Чехии. В России встречается в гранитах и гранитных пегматитах в Ильменский горах (Челябинская обл.), в щелочных породах в Хибинах (Мурманская обл.), добывается на Ботогольском месторождении (Бурятия). Графит встречается в Гренландии, США, Канаде.
Крупные залежи графита известны в Тунгусском бассейне в Сибири (Курейское месторождение). Ведущим добытчиком графита является КНР, также большая доля добычи приходится на КНДР, Индию, Корею и Бразилию.
Применение
Графит применяется в металлургии, например, для изготовления плавильных тиглей, за счёт его термоустойчивости и химической устойчивости к большинству металлов. В электронике графит применяется для изготовления электродов и других элементов, благодаря его хорошей электропроводимости. Графит используется для получения химически активных металлов методом электролиза.
Графит является одним из наполнителей пластмасс. При производстве синтетических алмазов также используют графит. В ядерной энергетике при производстве ядерных реакторов графит применяется в качестве замедлителя нейтронов. В производстве токопроводящих клеёв графит используют в качестве токопроводящего элемента.
В специальных твёрдых смазочных материалах также используется графит. Основным применением графита (и самым известным), конечно, является производство стержней для карандашей (в смеси с каолином).
Простым карандашом с графитовым стержнем пользовался каждый из нас. Его след на бумаге - не что иное, как углерод. В нашей статье вы узнаете, какова формула графита, его физические и химические свойства.
Положение углерода в периодической таблице
Углерод - элемент четвертой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Он является органогенным. К данной группе также относятся кислород, азот и водород. Это значит, что они входят в состав всех живых организмов на планете, составляя их основу.
Такое положение определяет строение атома углерода. На его внешнем энергетическом уровне находится четыре электрона. Это значит, что данный химический элемент может проявлять как положительную, так и отрицательную степень окисления (+4 или - 4).
Понятие об аллотропии
Формула графита показывает, что в состав этого вещества входит только углерод в свободном виде. Хотя в природе он часто встречается и в виде соединений. Такими примерами являются углекислый и угарный газ, известняк, мел, мрамор.
Дело в том, что формула графита в химии такая же, как и у алмаза. Возможно ли это? Получается, что вещества с одинаковым составом имеют абсолютно разные свойства. Такое явление называется аллотропией. Она может быть обусловлена количеством атомов в молекуле вещества или их пространственным расположением. Примером первого случая является кислород. Если в молекуле два атома этого химического элемента, образуется кислород, а если три - озон.
Формула графита в химии
Аллотропия углерода является пространственной. Обратите внимание на рисунок ниже. Первый из них - это формула графита. Атомы углерода формируют слои, расположенные друг от друга на значительном расстоянии. Поэтому связи между ними не прочные. Каждый раз, проводя графитовым стержнем по бумаге, мы оставляем на нем слой углерода.
В кристаллической решетке алмаза (ее демонстрирует рисунок справа) расстояние между атомами в узлах одинаково во всех направлениях. Такое строение обеспечивает и прочность связей. Алмаз является самым твердым веществом. Считается, что его нельзя разбить.
Графит: формула, химическая и физическая характеристика
Как мы уже сказали, графит - это углерод. Соответственно, в химии записывается он как С. Несмотря на то что формула алмаза и графита сходна по качественному составу, эти вещества имеют значительные отличия в свойствах. Это объясняется разным пространственным расположением атомов углерода в их молекулах.
Графит - это мягкое вещество серого цвета с металлическим блеском. Оно без усилий расслаивается на мелкие пластинки и проводит электрический ток. Ученые доказали, что если графит нагреть до 1 600 градусов по шкале Цельсия под давлением 104 МПа при наличии катализаторов, то он превратится в алмаз. Таким способом в промышленности получают искусственные драгоценности.
Графит не является химически активным веществом. Он реагирует только с некоторыми солями и щелочными металлами. Продуктами таких реакций являются подобия включений. Сгорание графита в кислороде происходит только при очень высокой температуре с образованием углекислого газа. Однако он вступает в реакцию фторирования. При этом образуется порошок белого цвета, структура которого изменяется на зигзагообразную, приобретая лучшие смазочные свойства по сравнению с обычным графитом.
Отличия модификаций углерода
А вот алмаз является твердым прозрачным и бесцветным веществом, которое не проводит электрический ток. Хотя иногда в природе встречаются розовые, желтоватые, синие или зеленые минералы. Формула алмаза и графита в химии одинаково представлена углеродом - С. Однако благодаря своей кубической кристаллической системе это вещество является одновременно твердым и хрупким. Обработанные алмазы называют бриллиантами. Удивительным является еще и тот факт, что в природе невозможно найти двух одинаковых камней. Наверное, поэтому в переводе с греческого языка название этого вещества означает "непревзойденный".
Аллотропия углерода
Структурная формула графита может искусственно видоизменяться. Благодаря этому был получен целый ряд аллотропных модификаций углерода. Это карбин, графен и фуллерены.
Первое вещество имеет линейную структуру из атомов углерода. Они могут быть соединены либо двойными, либо чередующимися тройными и одинарными связями. Карбин представляет собой черный порошок с мелкокристаллической структурой. Его уникальным свойством является абсолютная совместимость с тканями организма человека. Благодаря этому карбин используют для изготовления искусственных кровеносных сосудов.
Графен - это однослойное вещество, также состоящее из углерода. Такое строение делает его самым прочным и тонким. Графен применяется в различных областях нанотехнологии: точное приборостроение, искусственные мембраны, сенсорные устройства.
Из атомов углерода состоит еще одна аллотропная модификация углерода - фуллерены. Их молекулы имеют сферическую или эллипсовидную форму с полостью внутри. Фуллерены получают из паров графита при их дальнейшей лазерной обработке. Его используют в качестве полупроводника, фоторезиста, элемента аккумуляторов и электрических батарей, катализатора роста алмазной пленки.
Итак, в нашей статье мы рассмотрели особенности строения графита. Это вещество состоит из атомов углерода. Они образуют отдельные слои, связи между которыми не очень сильные. Поэтому графит является мягким, легко отслаивается в горизонтальном направлении, имеет серый цвет с металлическим блеском и хорошо проводит электрический ток.
Помимо широко распространенных в природе соединений с кислородом (карбонатов) и водородом (углеводородов) углерод присутствует в самородном виде, образуя две полиморфные разновидности - графит и алмаз , идентичные по своему составу, но резко отличающиеся по структуре и физическим свойствам.
Синонимы:
Пломбагин
(де Лиль, 1783), черный свинец, меланграфит (Хайдингер, 1845), графитоид (Зауер, 1885), графитит (Люци, 1891).
Английское название минерала Графит - Graphite
Происхождение названия
Графит известен с древних времен, назван от греческого "графо" - пишу (Вернер, 1789).
Химический состав
Даже чисто отобранный, всегда содержит абсорбированные газы - главным образом Н, N, в меньшем количестве СО з , СО, CH 4 , иногда NH 3 , H 2 S, а также Н 2 О. Нередко содержит механические примеси, которые при сжигании полностью или частью остаются в золе; иногда содержит битумы. В золе, кроме Si, Al, Fe, Mg, Са и щелочей, могут присутствовать S, Р, Си, Ni, Мо, Mn, а также Be, Ge, Ti, V, благородные металлы и др. Наличие в золе V характерно для графита органогенного происхождения. Fe, возможно, иногда содержится в виде твердого раствора.
Разновидности графита
- Шунгит - аморфная разновидность графита (переходная разность между каменным углем и графитом).
- (Graphitit) = аморфный разновидность графита
- Графитовая слюдка (Graphitglimmer), излишнее название = графит
Шунгит - shungite (Иностранцев, 1879). Впервые обнаружен около с. Шунгав (Карелия, Россия). Относится к группе антраксолитов, является промежуточным продуктом между аморфным углеродом и графитом. Содержит кристаллическую фазу в виде очень тонкодисперсного графита. Выделяют четыре разновидности, отвечающие различной степени метаморфизма и различному содержанию углеродистого вещества.
Шунгит I наиболее близок к графиту. Излом его раковистый. Твердость 3,5-4. Плотность 1,84-1,98. Цвет черный; с едва заметным буроватым отливом. Блеск сильный полуметаллический. Непрозрачен. Содержит мельчайшие включения кварца , доломита , кальцита , пирита и др. Электропроводность близка к таковой графита.
В полированных шлифах латунно-желтый (напоминает пирротин). Двуотражения (в отличие от графита) не обнаруживает. Заметно анизотропен.
Содержит 93-98% С, до 3-4% соединений водорода, также N, О, S, до 8% гигроскопической воды; в золе - значительные количества V, Ni, Мо, а также W, Се, As; по спектральным анализам: Со, Ti, Mg, Sr, Си, Сг, Zr, Rh, Ru, Pt, Mn. Содержание V, характерное для шунгита, по данным Мармо, связано с примесями.
Под паяльной трубкой растрескивается и сгорает чрезвычайно медленно. Крепкие H 2
SO 4
и HNO 3
окисляют тонкий порошок лишь при длительном кипячении.
Шунгит II, III и IV - разновидности со слабым и с матовым блеском содержат соответственно всего 40-60%, 28-44% и меньше 15% углерода.
Имеет очень ограниченное распространение. Образовался, по-видимому, в результате метаморфизма докембрийских битуминозных осадочных пород под воздействием диабазов. В Карелии слагает прожилки, линзочки на контакте известняков и диабазов, пропитывает сланцы. Наблюдался в нескольких местах в р-не Онежского оз. в Карелии и в Финляндии, отмечался в Бурятии и Якутии, а также на Урале - в магнезитах Сатки (Челябинская обл.) и в породах спилито-альбитофировой формации около Красноуральска (Свердловская обл.), где приурочен к контактам спилитов и альбитофиров с прослоями метаморфизованных осадочных и туфогенно-осадочных пород.
Может быть использован как удобрение, в качестве топлива в специально приспособленных топках, как сырье для извлечения V, Мо, в металлургии (в качестве заменителя кокса и носителя легирующих
Кристаллографическая характеристика
Сингония гексагональная.
Класс гексагонально-дипирамидальный.
Кристаллическая структура. Структура слоистого типа. В бесконечной плоской сетке каждая петля представляет шестиугольник бензольного типа; около каждого атома С имеются три соседних на таком же расстоянии. Параллельные сетки отстоят друг от друга на значительном расстоянии. На период с приходятся две такие взаимно параллельные сетки, которые взаимно смещены так, что над центром шестиугольника нижней сетки находится узел верхней сетки. Ввиду слабой связи между сетками эта закономерность строения решетки графита часто нарушается, и по отношению к центру шестиугольника одного слоя верхний и нижний слои располагаются так, что тройки лучей С - С, находящиеся над и под осью среднего кольца, взаимно повернуты на 180°. Если такое нарушение строения решетки графита проявляется в большом масштабе, то говорят о ромбоэдрической (трехслойной) модификации графита. Возможны и другие нарушения в чередовании слоев. Наличие в решетке подвижных электронов обусловливает ряд свойств графита, приближающихся к свойствам металлов: цвет, блеск, электро- и теплопроводность, кислотоупорность и т. п. Различие связей в решетке в направлении слоистости и перпендикулярно к нему вызывает резко выраженную анизотропию твердости, электропроводности, магнитных, оптических и других свойств.
Главные формы
: Кристаллы таблитчатые по (0001), несовершенные; образуют шестиугольные пластинки с развитыми гранями (h0hl) при отсутствии или подчиненном значении (hh2hl). Наиболее обычны формы: с, r, о, q, р.
На гранях наблюдается штриховка.
Форма нахождения в природе
Облик кристаллов . Кристаллы редки. образует мелкие пластинчатые (шестиугольные) кристаллы.
Двойники по (1121) образуются в результате действия давления, проявляются на (0001) в виде тригональной или гексагональной штриховки; редки двойники вокруг с поворотом на 30° (90°). Наблюдались ориентированные срастания с биотитом .
Агрегаты . Отдельные мелкие чешуйки и пластинки, сферические конкреции радиально-лучистого, реже концентрического строения, агрегаты чешуек различной величины, иногда землистый.
Физические свойства
Оптические
- Цвет кристаллов темно-серый, серебристый, цвет агрегатов железно-черный до стально-серого.
- Черта темно- свинцово-серая, черная блестящая
- Блеск сильный металлический,
- Отлив у скрытокристаллического - матовый.
- Прозрачность. Просвечивает лишь в очень тонких листочках.
Показатели преломления
Ng = , Nm = и Np =
Механические
- Твердость 1-2, на (0001) - 5,5; у высокодисперсных агрегатов твердость возрастает с увеличением степени дисперсности. Листочки упругие сопротивление их на разрыв 2 кг/мм 2 (Шапиро).
- Плотность 2,21-2,26.
- Спайность в одном направлении по (0001) совершенная.
- Излом яснокристаллических агрегатов зернистый, плотных - ровный.
Химические свойства
Химическая стойкость. Кислотоупорен. В полированных шлифах графит ни одним из стандартных реактивов не травится.
При нагревании с дымящей HNO 3 чешуйчатый графит вспучивается (реакция Броди). При длительном нагревании в смеси дымящей HNO 3 с бертолетовой солью (KClO 3) образуется графитовая кислота. На основе некоторого различия в отношении к HNO 3 и KNO 3 было предложено (Люди 1891) различать две разности - α и β.
Прочие свойства
Коэффициент трения очень низкий, с чем связаны «жирность» на ощупь и применение в качестве смазочного материала.
Хороший проводник электричества. Электропроводность резко убывает при повышении температуры (Датэ) и возрастает с увеличением влажности и содержания летучих (Вада). Сильно выражена анизотропия магнитных свойств.
Термическая стойкость. Температура плавления 3550° + 50° . При нагревании в воздухе начинает окисляться выше 400° (чешуйки восточно-забайкальского при температуре ниже 300°); скорость окисления (горения) зависит от строения агрегатов: крупночешуйчатого- 720-730°, мелкочешуйчатого ботогольского - 680°.
Искусственное получение
В электрических печах при температурах выше 2200° графит получается из антрацита и из аморфного углерода (ачесоновский графит). Выделяется при раскристаллизации металлов, особенно в сером чугуне. В виде шестиугольных пластинок был получен из силикатного расплава с примесью сажи и флюорита. Образуется из алмаза при нагревании в вакууме при~2000°; при этом графита ориентируется параллельно алмаза. Может быть получен при низком давлении и при температуре до 1000° в результате раскисления СО 2 и СО, образующихся при диссоциации СаСО 3 (опыты Олинга, Винчела и Фрауэнфельдера, по Шапиро).
Диагностические признаки
Характерны цвет, жирность на ощупь, низкая твердость, мягкость (пишет на бумаге), пачкает пальцы. кислотоупорность.
Мелкие чешуйки от очень сходного молибденита отличаются более темным цветом и менее сильным блеском. В отражательном свете по характеру двуотражения и анизотропии определяется легко. Может быть принят лишь за молибденит (отличается коричневатым оттенком и низкой отражательной способностью - Re), за валлериит и тенорит , отличающиеся по парагенезису; валлериит, кроме того, характеризуется высокой отражательной способностью, тенорит - меньшим двуотражением. Изотропный скрытокристаллический графит в очень мелких выделениях трудно отличим от сульванита, отражательная способность которого, однако, выше средней отражательной способности графита.
Межплоскостные расстояния графита (по Михееву) Fe-антикатод, D = 140,00 мм
Происхождение и нахождение
Широко распространенный минерал, образующий местами крупные скопления. Возникает при высоких температурах - при кристаллизации магмы, при образовании жильных месторождений и при процессах метаморфизма.
Месторождения
Образование скоплений графита в магматических породах
связано с ассимиляцией магмой известняков, битуминозных или углистых пород. Некоторые месторождения этой группы имеют промышленное значение. Наиболее известным среди них является Ботогольское (Алиберовское) месторождение в Бурятии, в котором графит образует штоки, гнезда, жилообразные тела и рассеянные выделения среди сиенитов по близости от известняков. Спутники графита - микроклин, эгирин-авгит, альбит, кальцит, сфен и др. В Черемшанском месторождении (Ильменские горы в Челябинской обл.) графит наблюдается в граните в виде сферолитов, гнезд и неправильных выделений. Выделения графита среди гранитов установлены также в округе Клей (шт. Алабама, США). В Овифаке (Зап. Гренландия) графит обнаружен в базальтах вместе с самородным железом, на Гарце (Германия) - в порфирах, порфиритах и габбро, в Малаге (Испания)-среди серпентинита и диорит-порфирита, в Новом Южном Уэльсе (Австралия)-в фельзитах, слагающих дайку. Выделения графита, частью имеющие практическое значение, наблюдаются во многих пегматитовых жилах (графитоносные пегматиты Украины, Таджикистана, Бразилии, Индии, Гренландии, США, Италии, Канады и других стран).
Из высокотемпературных жильных месторождений графита наибольшей известностью пользуются месторождения Цейлона, имеющие большое промышленное значение. Графитовые жилы здесь залегают главным образом среди гнейсов; они состоят почти нацело из графита или содержат наряду с ним пирит, титаномагнетит, кварц, биотит, ортоклаз, апатит, ортит, рутил, цеолиты, кальцит и другие минералы. Шильные месторождения графита такого же типа имеются в Канаде (пров. Квебек), США (шт. Монтана), в Англии (Камберленд) и в других странах.
Отмечается наличие графита в некоторых кварцевых жилах с вольфрамитом , в некоторых золотоносных кварцевых жилах, среднетемпературных гидротермальных свинцово-цинковых месторождениях и др.
В скарновых месторождениях графит наблюдается в ассоциации с гранатом, везувианом, диопсидом, волластонитом, тремолитом, скаполитом, кальцитом, апатитом и другими минералами; некоторые месторождения этой группы являются промышленными. Таковы месторождения Канады - Луиза (пров. Квебек) и Порт-Элнслей (пров. Онтарио). В месторождении Тас-Казган (Узбекистан) графит приурочен к контакту габбро-норитов с битуминозными породами.
Широко развит в метаморфических породах, гнейсах и сланцах, в виде отдельных рассеянных чешуек, скоплений, линзовидных и пластовых залежей. Образуется в результате глубокой метаморфизации древних осадочных пород, первоначально содержавших значительные количества органических остатков (битуминозных), или карбонатных отложений. Таковы широко развитые чешуйчатые выделения в гнейсах и сланцах Украины - результат интенсивной метаморфизации древних кристаллических пород, возможно, при участии летучих (месторождения Старо- Крымское, Завьяловское и др.), Союзное месторождение на Малом Хингане в Амурской обл., Тайгинское и Мурзинское месторождения Свердловской обл., богатые месторождения в гнейсах около Пассау (Германия), в метаморфизованных известняках Паргаса в Финляндии, Эшленд в шт. Алабама (США), крупные месторождения чешуйчатого графита на Мадагаскаре и др.
Широко развиты месторождения скрытокристаллического графита, связанные с метаморфизацией каменных углей. В соответствии с различными условиями метаморфизма степень метаморфизации углей различна. Графит образует прослойки, пласты и пластовые залежи. Под влиянием контактного воздействия траппов на угольные пласты образовались, например, крупные залежи западной части Тунгусского угольного бассейна (Красноярский край), состоящие из мельчайших выделений графита с примесью пирита, кальцита, небольших количеств апатита, рутила, магнетита и др. С метаморфизмом каменных углей связано также образование некоторых графитовых месторождений Урала (Боевское, Полтавское, Брединское, Фадинское Челябинской обл.). Тонкодисперсный графит, выявляемый лишь рентгеновским анализом, содержится во многих ископаемых каменных углях.
Графит содержится в некоторых элювиальных, реже в аллювиальных россыпях, образующихся при выветривании графитсодержащих пород.
В сублиматах вулкана Билюкай на Камчатке графит в виде налета на нашатыре образовался, вероятно, в результате действия лавового потока на растительность (по устному сообщению Набоко). Отмечается наличие графита в каменных и железных метеоритах.
Неясен генезис пленок графита на кристаллах алмаза в южноафриканских месторождениях.
Завальевское месторождение чешуйчатого графита
Графит. Крупночешуйчатый агрегат. Украина. Завалье Многочисленные промышленные залеж и чешуйчатого графита Украинской графитоносной провинции связаны с архейскими образованиями тетерево-бугской серии в составе Украинского кристаллического массива. Эта серия сложена сильно дислоцированными амфиболитами, амфиболовыми, плагиоклазовыми, пироксеновыми, силлиманитовыми и гранатовыми гнейсами, кварцитами и кристаллическими известняками, перемежающимися с графитистыми биотитовыми, серицитовыми, биотит-хлоритовыми и хлоритовыми гнейсами, имеющими нередко промышленное значение. В пределах провинции выделяют три рудных района: Прибугский (по рекам Тетерев и Буг), Криворожский (по р. Ингулец) и Приазовский (вдоль побережья Азовского моря). Все месторождения провинции имеют большую промышленную ценность благодаря высокому качеству графита, большим масштабам оруденения, легкости о богащения руд и возможности открытой разработки.
Завальевское месторождение, расположенное на левом берегу Юж. Буга, является типичным представителем этой провинции. Геологически оно приурочено к крупной синклинальной складке запад-северо-западного направления с крутыми (вплоть до вертикальных) углами падения пород в крыльях. Центральная часть складки выполнена кристаллическими известняками, окаймляемыми кварцитами; мощность известняков 500 м, кварцитов 20-50 м. Ниже по разрезу находятся графитоносные гнейсы (продуктивная толща), мощность которых не выдержана: в северном крыле она достигает 250 м, а в южном - резко сокращается до 15 м. Продуктивная толща подстилается бёзрудными амфиболовыми гнейсами. Синклиналь зажата между гранитами, обнажающимися в северной части месторождения, и прорвана кварцевыми жилами, дайками гранитов и гранит-аплитов. Кристаллические породы на участке месторождения повсеместно перекрыты третичными и четвертичными песчано-глинистыми отложениями мощностью до 35-40 м.
Продуктивная толщ а графитоносных биотит-хлоритовых и полевошпат-гранатовых гнейсов состоит из нескольких (1-5) графитсодержащих горизонтов, разделенных безрудными гнейсами. Мощность этих горизонтов варьирует от 3,5 до 70 м, а протяж енность составляет сотни метров; в них по данным опробования оконтуриваются промышленные рудные тела пластовой и линзовидной формы, сложенные вкрапленными рудами. Графит в этих телах крупночешуйчатый (размером от 0,1 до 1-2 мм) со средним содержанием 6- 10%. Иногда чешуйки графита объединяются в пятнистые скопления - агрегаты. Помимо графита в составе руд присутствуют кварц, калиевый полевой шпат, плагиоклаз, а так ж е небольшие количества биотита, хлорита, граната,
кальцита, апатита, циркона и пирита.
В четко выраженной коре выветривания, развивающейся по графитоносным гнейсам, наблюдается зональность. В верхней (рыхлой) зоне широко развиты глинистые минералы. Минеральный состав руд: графита до 10%, до 50% глинистых минералов (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит , нонтронит и д р.); 25% кварца; до 10% гидроксидов железа; до 10% гранатов и полевых шпатов. В средней (полурыхлой) зоне при сохранении содержания графита (до 10%) увеличивается количество кварца (30-4 0%) и полевых шпатов (10- 2 5 %), появляются слюды (10- 15%), гранат, силлиманит и апатит (до 10%), одновременно сокращается доля глинистых минералов (10-4 0 %). Нижняя (плотная) зона коры выветривания по своему минеральному составу близка первичным (твердым) рудам месторождения. Благодаря тому что в коре выветривания чешуйки графита освобождены от срастания с другими минералами (раскрыты), эти руды (так называемые мягкие) еще более легко обогатимы, представляя первоочередной объект промышленной разработки. Рыхлые и твердые руды месторождения обогащаются флотацией с получением концентрата, содержащего 85-90% графита высокого качества зольностью не выше 10- 15%. По разведанным запасам и масштабу добычи месторождение является одним из крупнейших в стране. Большинством исследователей генетически Завальевск о е месторождение рассматривается как метаморфическое, образовавшееся в процессе регионального метаморфизма первично-осадочных алюмосиликатных пород, содержащих в своем составе рассеянное углеродное вещество. Отдельные геологи (В. П. Бухаров, В. Б. П о лянский и др.) полагают, что образование графита в гнейсах происходило за счет углерода, освобождавшегося при дегазации карбонатных пород, сопровождавшейся разложением оксида углерода (реакция Будуара). Наконец, имеются данные о том, что наряду с графитом, образовавш имся за счет первично-осадочного углерода, в гнейсах может быть и более поздний графит, связанный с глубинным источником углекислоты (А. Ф. Коржинский и др.).
Практическое применение
Графит имеет очень разнообразное применение, основанное на его «жирности», кислотоупорности, огнестойкости, электропроводности. Идет на изготовление тиглей для плавки стали и цветных металлов (около 65-70% общего потребления), широко применяется в электротехнике (для изготовления электродов), как смазочный материал, при производстве красок, карандашей и др. Наиболее ценным считается кристаллический графит; скрытокристаллические разности употребляются лишь в литейном деле, как наиболее дешевое сырье.
Мировая добыча природного графита осуществляется в немногих странах и приближается к 600 тыс. т/год. Почти половина ее приходится на КНР и Россию, разрабатываю щ ие месторождения кристаллического и аморфного графита. Крупными продуцентами кристаллического графита являются Чехия, Германия, Малагасийская Республика, Норвегия, Шри-Ланка, а аморфного - Индия,
Мексика, КНДР, Южная Корея, Австрия. Мировое производств0 синтетического графита составляет около 1,5 млн т и осуществляется в промышленно развитых странах, не обладающих существенными природными запасами этого сырья: США, Канаде, Японии, странах Западной Европы.
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.
