كيفية معالجة الجرافيت

نبذة عن الجرافيت

يعد الجرافيت من المعادن الطبيعية الممتازة ذات قدرة ممتازة على الطفو.الجرافيت عبارة عن كربون بلوري وهو موجود في الصخور البركانية والمتحولة، ويمتلك الجرافيت العديد من الخصائص المتناقضة.حيث يتميز بملمسه الناعم وإذا تعرض لضغط حتى ولو خفيف فأنه ينكسر كما أن له جاذبية نوعية منخفضة جدًا.لكن على النقيض فهو شديد المقاومة لدرجات الحرارة العالية وهو عنصر خامل مع معظم المواد الأخرى.

هذه الصفات المتناقضة تجعله يدخل في الكثير من الصناعات الكيميائية والصناعات الأخرى مثل السيارات والبترول والمعادن.الجرافيت عبارة عن معدن يتشكل عندما يتعرض عنصر الكربون الموجود في قشرة الأرض والوشاح العلوي لدرجة حرارة عالية في حدود ٧٥٠ درجة مئوية وضغط كبير في حدود ٧٥٠٠٠ رطل/ بوصة تربيع وهذه الظروف تتناسب مع تشكل الجرافيت.لذا في هذا المقال سنتحدث عن كيفية معالجة الجرافيت وأهم استخداماته وخصائصه المميزة وأنواعه.

استخدامات معدن الجرافيت

نظرًا لخصائص الجرافيت فأنه يستخدم في العديد من الصناعات مثل:

• يتم استخدامه في صناعة الزلاجات التي تساعد الآلات على الحركة على تسهيل ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه ذو ملمس دهني، بالإضافة إلى كونه معدنًا ناعمًا.
• يستخدم في صنع أقلام الرصاص عندما يتم تقويتها بشكل خاص مع الصلصال.
• يستخدم في صناعة العديد من أنواع الخزانات التي تخزن كميات كبيرة من الأحماض القوية ؛ هذا يرجع إلى أنه من صعب الذوبان وهو عنصر خمل ولا يتفاعل مع معظم المعادن تقريبًا.
• يتم استخدامه في صناعة الصلب والبرونز.
• يتم استخدامه في صناعة الأنواع المختلفة من المساحيق التي تستخدم في تسهيل عملية صب المعادن.
• يستخدم لصنع الأقطاب الكهربائية ويدخل أيضًا في صناعة الكثير من أجهزة الدينامو، والمواد المستخدمة في تعبئة البطاريات الجافة.
• استخدامه لصنع بعض أنواع الطلاء.
• كمواد تشحيم للكثير من الساعات التي تعلق على الحائط وفي الأقفال وكل الآلات والأدوات التي تحتوي على أجزاء حجمها صغير، وكذلك لمعالجة الحديد.
• نستطيع استخدام الجرافيت كبديل لتيل الفرامل.
• الجرافيت هو المادة الخام الأساسية في صنع الماس الصناعي.
• يستخدم ولكن بكمية بسيطة في صناعة الفرن الحراري وبعض الأبواب المنزلقة كما يستخدم أيضًا في فوهة صب المعادن وصناعة العديد من أنواع المغارف الاستيل.
• يمكن استخدامه في صناعة الشاشات التي تعمل باللمس ولوحات الإنارة ، بالإضافة إلى استخدامه في تصنيع العديد من الخلايا الكهروضوئية.
• يُستخدم في بعض الأوقات في صنع بعض أجزاء الطائرات.

مميزات وخصائص الجرافيت

من المعروف أن الجرافيت يمتلك العديد من الخصائص المتناقضة والتي تجعله يدخل في العديد من الصناعات وسنعرف خصائصه في ما يلي:

• يصنف على أنه معدن طبيعي.
• يمتلك صيغة كيميائية تخصه حيث يرمز لهذه الصيغة بالرمز C.
• نظامه البلوري يكون هرمي سداسي الشكل.
• متغاير اللون ، فقد يظهر بأكثر من لون حيث قد يكون لونه أزرق أو أسود يميل للرمادي.
• يتميز بتصدع يمكن أن يكون متقشرًا ، ويمكن أن يكون خشنًا ويظهر عندما يكون غير مكسور.
• مصنوع من معدن مرن و قابل للطرق والقطع.
• يتميز بتوصيله الحراري العالي وقابليته المنخفضة للبلل.
• قد يُستعمل في المفاعلات النووية حيث أنه يقوم بامتصاص النيوترونات التي تتميز بسرعة حركتها.
• الجرافيت مادة رقيقة وشفافة ذو سمك منخفض.
• يتميز بصلابته حيث قد تصل تبعًا لمقياس موس إلى 2 موس.
• له بريق معدني ترابي،  وبه خدش يظهر باللون الأسود، ومصنوع من معادن غير شفافة.
• يتمتع الجرافيت باستقرار كيميائي جيد في درجة حرارة الغرفة ، ومقاومة القلويات ، والأحماض ، والمذيبات العضوية للتآكل.
• موصلية الجرافيت أعلى من تلك الخاصة بأجسام المناجم غير المعدنية العادية 100 مرة.ويمكن للجرافيت أن يكون موصل جيد للحرارة لأنه يحتوي على ذرات كربون حيث أي ذرة تشكل فقط ثلاث روابط مع ذرات الكربون الأخرى وتحتفظ كل ذرة كربون بإلكترون حر واحد ليقوم بنقل الشحنات.

خطوات استخراج المادة الخام للجرافيت ومعالجتها

أولًا مرحلة الاستخراج :

• التعدين :يتم استخراج خام الجرافيت باستخدام آلات الحفر تتبع عملية الاستخراج بأكملها خطة تعدين تسهل اختيار أنسب خام للمنتجات النهائية.
• التجانس: يتم ترسيب هذا الخام في مصنع بشكل منهجي والهدف من ذلك هو تقليل التباين الطبيعي لخام الجرافيت.
• التركيز الميكانيكي: يخضع الخام لعملية طحن متتالية وعمليات ميكانيكية تفصل الشوائب عن الجرافيت، ويهدف التركيز الميكانيكي إلى استعادة أقصى قدر من الجرافيت الموجود في الخام، مع الحفاظ على سماته الفيزيائية.
• التركيز الكيميائي: يستخدم التركيز الكيميائي لإزالة الشوائب المتبقية في الجرافيت المركز ميكانيكيًا سابقًا، وتستخدم Nacional de Grafite وتعالج بقايا التركيز الكيميائي حتى لا تلوث البيئة.
• الترشيح والتجفيف: بعد التركيز الكيميائي يتم غسل الجرافيت على نطاق واسع بالماء المنزوع المعادن  للوصول إلى درجة الحموضة المحايدة، ثم بعد ذلك تتم إزالة الرطوبة المتبقية في فلاتر الضغط والمجففات الدوارة.

انظر ايضاً: طرق البحث عن المعادن من باطن الأرض

ثانيًا مرحلة التعامل مع الخصائص الفيزيائية للجرافيت:

• التصنيف :تُستخدم تقنيات الفرز لتصنيف جزيئات الجرافيت المركز للوصول إلى توزيع حجم الجسيمات المطلوب.
• الطحن: تطحن المطاحن النفاثة والمطرقة الجرافيت المركز حتى يصل إلى الحجم المطلوب ثم يتم تصنيف الجزيئات مما يتيح التحكم في توزيع حجم الجسيمات للمنتج. تسمح الطرق المختلفة للطحن والتصنيف بتشكيل الجسيمات مما يمنح الجرافيت خصائص مميزة للكثافة وسطح محدد.
• التقليب: في هذه العملية ، يتم إنتاج حبيبات الجرافيت المتكتلة لاستخدامها كمكربن ومضافات كربونية.

كيفية معالجة الجرافيت وعملية تصنيعه

يتم معالجة وصنع الجرافيت حتى يتم استخدامه في التطبيقات المختلفة من خلال خطوتين رئيسيتين:

• أولًا يتم تصنيع الجرافيت الاصطناعي.
• ثانيًا يتم غمر هذه المادة براتنج الفينول لتكون قوية ومنيعة وتعزز من خصائصها الميكانيكية.

يستخدم GAB Neumann في الوقت الحالي الجرافيت القادم من المصادر الغربية مثل الولايات المتحدة الأمريكية أو أوروبا أو الموردين اليابانيين فقط، تستخدم في عمليات التصنيع الجرافيت الناعم والمتجانس ويكون الهيكل الخارجي له حُبيبي مضغوط، ويمتلك توزيع مثالي للحبوب وحجم المسامات ولا يحتوي على أي شقوق أو مسامات كبيرة أو شوائب.

بالتعاون مع شركة تصنيع راتينج فينول أوروبية مشهورة قمات GAB Neumann بتطوير راتينج فينولي تم تحسينه وإجراء تعديلات عليه لتستخدمه على الجرافيت الذي تستخدمه وعملية التصنيع الخاصة به.
عملية تصنيع ومعالجة الجرافيت تشتمل على العديد من الخطوات وهي:

• تحضير المسحوق.
• تشكيل شكل الجرافيت.
• الخلط.
• تشريب الجرافيت براتنج الفينول.
• التكثيف.
• إعادة التشكيل.

عملية الجرافيتية

هي عملية لاحقة تحول الجرافيت الكربوني إلى جرافيت، وغالبًا ما يستخدم لتحسين مقاومة أكسدة المواد وقدرتها على الثبات الذاتي وفي خلال هذه العملية يتم تسخين الجرافيت الكربوني إلى ما يقرب من 5000 درجة فهرنهايت في جو ملائم ومحكم لمدة قد تصل إلى أكثر من أسبوع. طوال هذا الوقت تبدأ ذرات الكربون غير المتبلورة التي تحيط بحبيبات الجرافيت داخل المادة في تغيير شكلها وتصبح جرافيت.

يتكون الجرافيت الكربوني العادي من حبيبات الجرافيت التي تتكون من الكربون الصلب غير المتبلور، ولا يحتوي الجرافيت العادي على نفس الكربون غير المتبلور ولكنه يحتوي على مصفوفة من الجرافيت أكثر نعومة وأكثر تشحيمًا.

في نهاية مقالنا نكون قد عرفنا معظم المعلومات عن الجرافيت واستخداماته المختلفة وخصائصه الفريدة التي تميزه عن غيره من المعادن وخطوات استخراجه من باطن الأرض ومعالجته ميكانيكيًا وكيميائيًا حتى نستطيع استخدامه في مختلف المجالات.