მეცნიერების პოპულარიზაცია - გრაფიტი

ჯერ კიდევ 1930-იან წლებში ლი მაოს გრაფიტის მაღაროში ჯიქსიში, ჰეილონჯიანგის პროვინციაში და შანშუის ქვის გრაფიტის მაღაროში შანდონგის პროვინციაში დაიწყეს გრაფიტის წარმოება და დამუშავება. იმ დროს ბენეფიციაციის პროცესი მარტივი იყო, მუშებისთვის სამუშაო პირობები ცუდი, პროდუქტიულობა კი უკიდურესად დაბალი, წლიური გამომუშავებით მხოლოდ რამდენიმე ათასი ტონა. განვითარების რამდენიმე ათწლეულის შემდეგ, ჩინეთში გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების წარმოება სწრაფად გაიზარდა. 2004 წლიდან 2011 წლამდე გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების გამომუშავების რთული წლიური ზრდის ტემპი იყო 22,12%. 2011 წელს, ჩინეთში გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების გამოშვებამ შეადგინა 2556,17 მილიონი ტონა, ერთწლიან-წელზე-გაზრდით 21,98%.

გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტებს აქვთ შესანიშნავი თვისებები და სულ უფრო ფართოდ გამოიყენება. მათი წარმოების სიმძლავრე და ეკონომიკური სარგებელი აჩვენებს სწრაფი ზრდის ტენდენციას. 2011 წელს ჩინეთის გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების ინდუსტრიის განვითარება სწრაფი იყო. ინდუსტრიაში შემავალ საწარმოებს ჰქონდათ ხარჯების მართვისა და კონტროლის მაღალი უნარი და ჰქონდათ ძლიერი მომგებიანობა. სტატისტიკის ეროვნული ბიუროს მონაცემებით, 2011 წელს ჩინეთის გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების ინდუსტრიის სამრეწველო პროდუქციის ღირებულებამ 167,564 მილიარდ იუანს მიაღწია; გაყიდვების შემოსავალმა შეადგინა 167,765 მილიარდი იუანი, გაიზარდა 40,58%-ით; მთლიანმა მოგებამ შეადგინა 10,959 მილიარდი იუანი, გაიზარდა 50,87%-ით. აპლიკაციების უწყვეტი გაფართოებით, კონკურენცია ჩინეთის გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების ინდუსტრიაშიც სულ უფრო სასტიკი ხდება.

ჩინეთში წარმოების მასშტაბის ფარგლებში გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტებით დაკავებული საწარმოების დიდი რაოდენობაა და კონცენტრაციის დონე შედარებით დაბალია. 2011 წლის ბოლოსთვის ჩინეთის გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების ინდუსტრიაში წარმოების მასშტაბით 871 საწარმო იყო. ტოპ ათეული საწარმოს გაყიდვების მთლიანმა შემოსავალმა მთელი ინდუსტრიის მხოლოდ 13,46% შეადგინა. გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების გლობალური ბაზრის განვითარების ტენდენციის და კონკურენტული ლანდშაფტის პერსპექტივიდან, მომავალში, გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების ინდუსტრია ჩინეთში თანდათან კონცენტრირდება დიდ ჯგუფებში და ამ ინდუსტრიის კონცენტრაციის დონე კიდევ უფრო გაიზრდება.

ჩინეთში ისეთი მრეწველობის სწრაფი განვითარებასთან ერთად, როგორიცაა მეტალურგია, ქიმიური ინჟინერია, მანქანები, სამედიცინო მოწყობილობები, ბირთვული ენერგია, ავტომობილები, აერონავტიკა და ა.შ., მოთხოვნა გრაფიტსა და ნახშირბადის პროდუქტებზე ამ ინდუსტრიებში გაგრძელდება და ჩინეთის გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების ინდუსტრია შეინარჩუნებს სწრაფ ზრდას. 2006 წლიდან 2011 წლამდე, ჩინეთის გრაფიტისა და ნახშირბადის პროდუქტების ინდუსტრიაში გაყიდვების შემოსავლის წლიური ზრდის ტემპი იყო 36,56%.

მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან "graphein", რაც ნიშნავს "გამოიყენება დასაწერად". მას დაასახელა გერმანელმა ქიმიკოსმა და მინერალოგმა აგ.გ. ვერნერმა 1789 წელს.

ნახშირბადი არის ძალიან გავრცელებული ელემენტი, რომელიც სხვადასხვა ფორმით არსებობს ატმოსფეროში და დედამიწის ქერქში. ნახშირბადი მისი ელემენტარული ფორმით უკვე დიდი ხანია აღიარებულია და გამოიყენება ადამიანების მიერ. ნახშირბადის ნაერთების სერია - ორგანული ნივთიერებები - სიცოცხლის საფუძველია. ნახშირბადი არის ღორის რკინის, ჭრელი რკინის და ფოლადის ერთ-ერთი კომპონენტი. ნახშირბადს შეუძლია ქიმიურად გაერთიანდეს თავისთან და შექმნას ნაერთების დიდი რაოდენობა, რომლებიც მნიშვნელოვანი მოლეკულებია ბიოლოგიასა და კომერციაში. ცოცხალ ორგანიზმებში მოლეკულების უმეტესობა შეიცავს ნახშირბადს.

არსებობის ფორმა

ნახშირბადი არსებობს სხვადასხვა ფორმით, მათ შორის კრისტალური ელემენტარული ნახშირბადი, როგორიცაა ალმასი და გრაფიტი; ამორფული ნახშირბადი, როგორიცაა ნახშირი; რთული ორგანული ნაერთები, როგორიცაა ცხოველები და მცენარეები; და კარბონატები, როგორიცაა მარმარილო. ელემენტარული ნახშირბადის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები დამოკიდებულია მის კრისტალურ სტრუქტურაზე. ბრილიანტი, რომელიც უკიდურესად მყარია, და გრაფიტი, რომელიც არის რბილი და მოლიპულ, აქვთ განსხვავებული კრისტალური სტრუქტურა და, შესაბამისად, განსხვავებული გარეგნობა, სიმკვრივე, დნობის წერტილები და ა.შ.

საკუთრების მახასიათებლები

ოთახის ტემპერატურაზე ელემენტარული ნახშირბადის ქიმიური თვისებები შედარებით სტაბილურია და ის არ იხსნება წყალში, განზავებულ მჟავებში, განზავებულ ფუძეებსა და ორგანულ გამხსნელებში. მაღალ ტემპერატურაზე, ის რეაგირებს ჟანგბადთან დაწვისას, წარმოქმნის ნახშირორჟანგს ან ნახშირორჟანგს. მხოლოდ წყალბადს შეუძლია უშუალოდ რეაგირება ჰალოგენების ელემენტარულ ნახშირბადთან. გათბობის პირობებში ელემენტარული ნახშირბადი შედარებით ადვილად იჟანგება მჟავებით; მაღალ ტემპერატურაზე ნახშირბადს ასევე შეუძლია რეაგირება მოახდინოს ბევრ ლითონთან ლითონის კარბიდების წარმოქმნით. ნახშირბადი შემცირდება და მისი გამოყენება შესაძლებელია მაღალ ტემპერატურაზე ლითონების დნობისთვის. გარდა ამისა, გრაფიტი შეიძლება დაიშალოს ქლოროსულფონის მჟავით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ქლოროსულფონის მჟავას „ხსნარი“ ერთ-გრაფენისგან.
გრაფიტი არის ნახშირბადის ელემენტების კრისტალური მინერალი. მისი კრისტალური ჩარჩო არის ექვსკუთხა ფენიანი სტრუქტურა. თითოეულ ფენას შორის მანძილი არის 340 pm, ხოლო ნახშირბადის ატომებს შორის მანძილი იმავე ფენაში არის 142 pm. . იგი მიეკუთვნება ექვსკუთხა კრისტალურ სისტემას და აქვს სრული ფენიანი გაყოფა. დაშლის სიბრტყეები ძირითადად შედგება მოლეკულური ობლიგაციებისგან და აქვთ შედარებით სუსტი მოლეკულური მიზიდულობა, ამიტომ მისი ბუნებრივი ცურვა ძალიან კარგია.

უნიკალური სტრუქტურის გამო, გრაფიტს აქვს შემდეგი განსაკუთრებული თვისებები:

1) სითბოს წინააღმდეგობა: გრაფიტის დნობის წერტილი არის 3850 ± 50 გრადუსი, ხოლო მისი დუღილის წერტილი არის 4250 გრადუსი. ულტრა-მაღალი ტემპერატურის ელექტრული რკალებით დაწვის შემდეგაც კი, წონის კლება ძალიან მცირეა, ასევე ძალიან დაბალია თერმული გაფართოების კოეფიციენტი. გრაფიტის სიძლიერე იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. 2000 გრადუსზე გრაფიტის სიძლიერე ორმაგდება.

2) ელექტრული და თბოგამტარობა: გრაფიტის ელექტრული გამტარობა 100-ჯერ აღემატება ჩვეულებრივ არა-მეტალურ მინერალებს. მისი თბოგამტარობა აღემატება ლითონებს, როგორიცაა ფოლადი, რკინა და ტყვია. ტემპერატურის მატებასთან ერთად თბოგამტარობა მცირდება და უკიდურესად მაღალ ტემპერატურაზეც კი გრაფიტი იზოლატორად იქცევა. გრაფიტს შეუძლია ელექტროენერგიის გატარება, რადგან გრაფიტში ნახშირბადის თითოეული ატომი აყალიბებს მხოლოდ 3 კოვალენტურ კავშირს ნახშირბადის სხვა ატომებთან და ნახშირბადის თითოეული ატომი კვლავ ინარჩუნებს ერთ თავისუფალ ელექტრონს ელექტრული მუხტის გადასაცემად.

3) შეზეთვა: გრაფიტის საპოხი თვისება დამოკიდებულია გრაფიტის ფანტელების ზომაზე. რაც უფრო დიდია ფანტელები, მით უფრო დაბალია ხახუნის კოეფიციენტი და უკეთესია შეზეთვის მოქმედება.

4) ქიმიური სტაბილურობა: გრაფიტი ავლენს შესანიშნავ ქიმიურ სტაბილურობას ოთახის ტემპერატურაზე და შეუძლია წინააღმდეგობა გაუწიოს კოროზიას მჟავებისგან, ტუტეებისა და ორგანული გამხსნელებისგან.

5) პლასტიურობა: გრაფიტს აქვს კარგი გამძლეობა და შეიძლება დაფქვა ძალიან თხელ ფურცლებად.
6) თერმული შოკის წინააღმდეგობა: ოთახის ტემპერატურაზე გამოყენებისას გრაფიტს შეუძლია გაუძლოს ტემპერატურის მკვეთრ ცვლილებებს დაზიანების გარეშე. ტემპერატურის მერყეობის დროს გრაფიტის მოცულობის ცვლილება მინიმალურია და ბზარები არ წარმოიქმნება.

გრაფიტის დნობის წერტილი
ალმასის დნობის წერტილი არის 3823K, ხოლო გრაფიტის 3925K. გრაფიტის დნობის წერტილი უფრო მაღალია, ვიდრე ალმასის.
გრაფიტისა და ალმასის დნობის წერტილების შედარება უბრალოდ ბმის ენერგიის ასპექტიდან ვერ განიხილება. თუ დნობის დროს გატეხილი ბმების რაოდენობას უგულებელვყოფთ, მიღებული მონაცემები არ იქნება სანდო.

ალოტროპული ფორმები
გრაფიტი, ბრილიანტი, ნახშირბადი 60, ნახშირბადის ნანომილები, გრაფენი და ა.შ. ნახშირბადის ელემენტის ყველა ელემენტარული ფორმაა. ისინი ყველა ერთი და იგივე ელემენტის იზომერია.

წარმოშობა და გავრცელება
ფორმირება და გაჩენა: გრაფიტი წარმოიქმნება მაღალ ტემპერატურაზე. ყველაზე ფართოდ გავრცელებული ტიპია გრაფიტის მეტამორფული საბადო, რომელიც წარმოიქმნება ორგანული ნივთიერებებით ან ნახშირბადოვანი მასალებით მდიდარი დანალექი ქანების რეგიონული მეტამორფიზმით.
ცნობილი წარმოების სფეროები: ტიკონდეროგა, ნიუ-იორკი, მადაგასკარი და ცეილონი.

გრაფიტის ტექნოლოგიური თვისებები ძირითადად დამოკიდებულია მის კრისტალურ ფორმაზე. გრაფიტის მინერალებს სხვადასხვა კრისტალური ფორმებით აქვთ განსხვავებული სამრეწველო ღირებულება და გამოყენება. ინდუსტრიაში, სხვადასხვა კრისტალური ფორმების საფუძველზე, გრაფიტი იყოფა სამ კატეგორიად.

დელანიუმის გრაფიტი

ზოგადად, ყველა გრაფიტის მასალა, რომელიც მიიღება ორგანული კარბონიზაციის შედეგად, რასაც მოჰყვება გრაფიტიზაციის მაღალი ტემპერატურული დამუშავება, შეიძლება მოიხსენიებოდეს, როგორც ხელოვნური გრაფიტი, როგორიცაა ნახშირბადის ბოჭკოები, პიროლიტური ნახშირბადი და ქაფიანი გრაფიტი და ა. ქვანახშირის ასფალტი, როგორც შემკვრელი, და ისეთი პროცესების მეშვეობით, როგორიცაა სერიული შერევა, ჩამოსხმა, კარბონიზაცია და გრაფიტიზაცია. მაგალითებია გრაფიტის ელექტროდები და იზოსტატიკური დაჭერით გრაფიტი.

ხელოვნური გრაფიტი ზოგადად შეიძლება დაიყოს ჩამოსხმის ოთხ ტიპად: ვიბრაციული ჩამოსხმა, ექსტრუზიის ჩამოსხმა, შეკუმშვის ჩამოსხმა და იზოსტატიკური დაჭერით ჩამოსხმა.

კრისტალური ფანტელი გრაფიტი

გრაფიტის კრისტალები ფანტელების სახითაა; ისინი წარმოიქმნება მეტამორფიზმის შედეგად მაღალი წნევის ქვეშ და არის დიდი და პატარა ფანტელები. ამ ტიპის გრაფიტის მადნის მახასიათებელია ის, რომ მისი ხარისხი არ არის მაღალი, ზოგადად მერყეობს 2%-დან 3%-მდე ან 10%-დან 25%-მდე. ეს არის ერთ-ერთი საუკეთესო მცურავი მადანი ბუნებაში და მრავალჯერადი დაფქვისა და შერჩევის შედეგად, მაღალი ხარისხის{{6} გრაფიტის კონცენტრატის მიღებაა შესაძლებელი. ამ ტიპის გრაფიტის ცურვის უნარი, ლუბრიანობა და პლასტიურობა აღემატება გრაფიტის სხვა ტიპებს; ამიტომ მისი სამრეწველო ღირებულება ყველაზე დიდია.
გფანიტური გრაფიტი

კრიპტოკრისტალური გრაფიტი ასევე ცნობილია როგორც მიკროკრისტალური გრაფიტი ან მიწიერი გრაფიტი. ამ ტიპის გრაფიტის ბროლის დიამეტრი ჩვეულებრივ 1 მიკრომეტრზე ნაკლებია, ხოლო სპეციფიური ზედაპირის ფართობი 1-დან 5 მ2/გ-მდე მერყეობს. ეს არის მიკროკრისტალური გრაფიტის კოლექცია და მისი ნახვა შესაძლებელია მხოლოდ კრისტალების სახით ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ. ამ ტიპის გრაფიტის მახასიათებელია ის, რომ მისი ზედაპირი მიწიერია, არ აქვს ბზინვარება და აქვს ოდნავ ღარიბი ლუბრიულობა, ვიდრე ფანტელი გრაფიტი. შეფასება შედარებით მაღალია. ეს არის ზოგადად 60-85%. რამდენიმე შეიძლება მიაღწიოს 90% -ს. იგი ძირითადად გამოიყენება სამსხმელო ინდუსტრიაში.

გრაფიტი ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში და გამოიყენება თითქმის ყველა სექტორში. ინდუსტრიაში ყველაზე ხშირად გამოყენებული სახეობაა ხელოვნური გრაფიტი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც სპეციალური გრაფიტი. მისი ფორმირების წესიდან გამომდინარე, ის შეიძლება დაიყოს შემდეგ ტიპებად.

1. იზოსტატიკური წნევის გრაფიტი. ამას ბევრი უწოდებს "სამი-მაღალი გრაფიტს", მაგრამ ეს სულაც არ არის იზოსტატიკური წნევა მხოლოდ იმიტომ, რომ ის არის "სამი-მაღალი".
2. ჩამოსხმული გრაფიტი
3. წნეხილი გრაფიტი, ძირითადად გამოიყენება ელექტროდის მასალად.
მათ შორის, გრაფიტის ნაწილაკების ზომის მიხედვით, ის ასევე შეიძლება დაიყოს: დეტალური სტრუქტურის გრაფიტი, საშუალო-უხეში გრაფიტი (ნაწილაკების საერთო ზომით დაახლოებით 0,8 მმ) და ელექტროდის გრაფიტი (2-4 მმ).

გრაფიტის კრისტალებში ნახშირბადის ატომები იმავე ფენაში ქმნიან კოვალენტურ კავშირებს sp2 ჰიბრიდიზაციის გზით. ნახშირბადის თითოეული ატომი დაკავშირებულია სამ სხვა ატომთან სამი კოვალენტური ბმის მეშვეობით. ნახშირბადის ექვსი ატომი ქმნის რეგულარულ ექვსკუთხა რგოლს იმავე სიბრტყეზე, რომელიც ვრცელდება ფენოვან სტრუქტურაში. C{4}}C ობლიგაციების ბმის სიგრძე არის ყველა 142 pm, რომელიც ზუსტად ექცევა ატომური კრისტალების ბმის სიგრძის დიაპაზონში. მაშასადამე, იგივე ფენისთვის ის ატომური კრისტალია. ერთსა და იმავე სიბრტყეზე ნახშირბადის თითოეულ ატომს ჯერ კიდევ აქვს დარჩენილი ერთი p ორბიტალი და ისინი ერთმანეთს ემთხვევა. ელექტრონები შედარებით თავისუფალია, ლითონების თავისუფალი ელექტრონების ექვივალენტურია, ამიტომ გრაფიტს შეუძლია სითბოს და ელექტროენერგიის გატარება, რაც მეტალის კრისტალების მახასიათებელია. აქედან გამომდინარე, ის ასევე მიეკუთვნება მეტალის კრისტალების კატეგორიას.

გრაფიტის კრისტალში ფენები გამოყოფილია 340 pm-ით, რაც შედარებით დიდი მანძილია. ისინი ერთმანეთთან იმართება ვან დერ ვაალის ძალებით, რაც ნიშნავს, რომ ისინი მიეკუთვნებიან მოლეკულურ კრისტალს. თუმცა, იმავე სიბრტყეზე ნახშირბადის ატომებს შორის ძლიერი კავშირის გამო, მათი გატეხვა უკიდურესად რთულია, ამიტომ გრაფიტის დნობის წერტილი ასევე ძალიან მაღალია და მისი ქიმიური თვისებები სტაბილურია.
მისი უნიკალური შეკავშირების რეჟიმის გათვალისწინებით, ის არ შეიძლება უბრალოდ კლასიფიცირებული იყოს როგორც ატომური კრისტალები ან მოლეკულური კრისტალები. თანამედროვე თვალსაზრისით, იგი ითვლება შერეულ კრისტალად.

კრისტალების მახასიათებლები

კრისტალური სისტემა და სივრცის ჯგუფი: ექვსკუთხა კრისტალური სისტემა, P63/mc
უჯრედის პარამეტრები: a0=0.246 ნმ, c0=0.670 ნმ
ტიპიური ფენიანი სტრუქტურა, ნახშირბადის ატომები განლაგებულია ფენებად, თითოეული ნახშირბადი დაკავშირებულია მიმდებარე ნახშირბადთან თანაბარი მანძილით, ნახშირბადები თითოეულ ფენაში განლაგებულია ექვსკუთხა რგოლში, ნახშირბადის ექვსკუთხა რგოლები მეზობელ ფენებში გადაადგილებულია პარალელური სიბრტყის მიმართულებით, სანამ ფენიანი სტრუქტურის ფორმირებას მოაქვს. სხვადასხვა ტიპის პოლიმორფები გამოწვეულია გადაადგილების განსხვავებული ორიენტირებითა და მანძილით. ზედა და ქვედა ფენებში ნახშირბადის ატომებს შორის მანძილი გაცილებით დიდია, ვიდრე იმავე შრეში შემავალ ნახშირბადებს შორის (C-C მანძილი ფენაში=0.142 ნმ, C-C მანძილი ფენებს შორის=0.340 ნმ)
ფორმა: ერთკრისტალები, როგორც წესი, არის ფურცლის-მსგავსი ან ფირფიტის-მსგავსი ფორმით, მაგრამ სრული იშვიათად ჩანს. აგრეგატები, როგორც წესი, არის მასშტაბის-მსგავსი, ბლოკის-მსგავსი და ნიადაგის-მსგავსი ფორმა.
ფერი: რკინის შავი

ზოლი: ნათელი შავი
გამჭვირვალობა: არა-გამჭვირვალე
ბზინვარება: ნახევრად-მეტალის ბზინვარება
სიმტკიცე: 1-2
დიაფანეობა და მოტეხილობა: პარალელური გაყოფა უკიდურესად სრულია
ხვედრითი წონა: 2.21 - 2.26 გ/სმ³
სპეციფიური ზედაპირის ფართობი: 5 - 10 მ²/გ
სხვა თვისებები: თხელი ფურცელი არის მოქნილი, აქვს მოლიპულ შეგრძნება, მიდრეკილია ხელების შეღებვისკენ და აქვს კარგი ელექტროგამტარობა.
საიდენტიფიკაციო მახასიათებლები: რკინის შავი ფერი, დაბალი სიხისტე, უკიდურესად სრული დეკოლტეების ჯგუფი, მოლიპულ შეგრძნება და ხელების ლაქები; თუ სპილენძის სულფატის ხსნარით დასველებული თუთიის ნაწილაკები მოთავსებულია გრაფიტზე, შესაძლებელია სპილენძის ლაქების დალექვა, მაგრამ ასეთი რეაქცია არ ხდება გრაფიტზე-როგორც მოლიბდენიტი.

როდესაც ადამიანები ფიქრობენ ბრილიანტებზე, ისინი მაშინვე უკავშირებენ მათ კაშკაშა და ბრწყინვალე სცენებს, რომლებიც ანათებენ მოძრაობისას. თუმცა, მათი მაღალი ფასის გამო, ადამიანების უმეტესობას ერიდება მათი მოპოვება. ბუნებრივ ბრილიანტებს „ბრილიანტს“ მხოლოდ ბრილიანტებისგან გაპრიალების შემდეგ უწოდებენ. ბუნებრივი ბრილიანტები ძალზე იშვიათია. მსოფლიოში მხოლოდ ორი ბრილიანტია, რომელთა წონაა 1000 კარატზე მეტი (1 გრამი=5 კარატი) და მხოლოდ რამდენიმე ბრილიანტია 400 კარატზე მეტი. ჩინეთში აქამდე აღმოჩენილი ყველაზე დიდი ბრილიანტი 158,786 კარატს იწონის და მას „ჩანგლინის ბრილიანტი“ ჰქვია. როგორც ამბობენ, "იშვიათობა რაღაც ღირებულს ხდის". იმის გამო, რომ ბუნებრივი ბრილიანტები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც "ბრილიანტები", ძალიან იშვიათია, ადამიანებს სურთ მათი შეცვლა "ხელოვნური" ბრილიანტებით. ეს ბუნებრივად იწვევს ალმასის - გრაფიტის „ტყუპის“ იდეას.

ალმასის და გრაფიტის ქიმიური შემადგენლობა არის ნახშირბადი (C) და მათ მოიხსენიებენ როგორც ერთი და იგივე ელემენტის "ალოტროპულ ფორმებს". ამ ტერმინიდან შეიძლება გავიგოთ, რომ მათ აქვთ ერთი და იგივე „ბუნება“, მაგრამ მათი „ფორმა“ ან „თვისებები“ განსხვავებული და საკმაოდ განსხვავებულია. ბრილიანტი ამჟამად უმძიმესი ნივთიერებაა, ხოლო გრაფიტი ერთ-ერთი ყველაზე რბილი ნივთიერებაა.

სიხისტის სხვაობა გრაფიტსა და ალმასს შორის იმდენად მნიშვნელოვანია, მაგრამ ადამიანებს მაინც იმედი აქვთ, რომ ალმასს ხელოვნური სინთეზის მეთოდებით მოიპოვებენ, რადგან გრაფიტი (ნახშირბადი) ბუნებაში უხვად არის ხელმისაწვდომი. თუმცა, გრაფიტში ნახშირბადის გარდაქმნა ალმასის ნახშირბადის მოწყობის ნიმუშად არ არის ადვილი ამოცანა. 5-60000 ატმოსფეროში წნევის ქვეშ ((5-6) × 10³ MPa) და ტემპერატურებზე 1000-დან 2000 გრადუს ცელსიუსამდე, ლითონის კატალიზატორების გამოყენებით, როგორიცაა რკინა, კობალტი და ნიკელი, გრაფიტი შეიძლება გარდაიქმნას ალმასის ფხვნილად.

მსოფლიოს ათზე მეტმა ქვეყანამ წარმატებით მოახდინა ალმასის სინთეზირება. თუმცა, ამ ტიპის ალმასს აქვს ძალიან წვრილი ნაწილაკები და მისი ძირითადი გამოყენებაა როგორც სახეხი მასალა, რომელიც გამოიყენება ჭრისთვის და გეოლოგიური და ნავთობის ჭაბურღილების ბურღვისთვის. ამჟამად მსოფლიოში ალმასის მოხმარებაში ხელოვნური ბრილიანტების 80% ძირითადად გამოიყენება ინდუსტრიაში და მისი წარმოება ბევრად აღემატება ბუნებრივი ალმასის წარმოებას.

თავდაპირველად სინთეზირებული ალმასის ნაწილაკები იყო შავი, 0,5 მმ ზომით და იწონიდა დაახლოებით 0,1 კარატს (ძვირფასი-ხარისხის ბრილიანტების მინიმალური ზომა ზოგადად არანაკლებ 0,1 კარატია). ისეთ ქვეყნებში, როგორიცაა შეერთებული შტატები და იაპონია, უკვე გამოუშვეს ალმასის ნაწილაკები 6,1 კარატამდე. შეიძლება ითქვას, რომ გრაფიტიდან ბრილიანტი „გაფრინდა“. ძვირფასი-ხარისხის სინთეტიკური ბრილიანტები ასევე ხელმისაწვდომი იქნება ბაზარზე უახლოეს მომავალში.

გრაფიტის გაწმენდა: არსებობს ორი მეთოდი: ქიმიური და ფიზიკური გაწმენდა.

1.ქიმიური გამწმენდი იყენებს გრაფიტის თვისებებს, რომლებიც მდგრადია მჟავების, ტუტეებისა და კოროზიის მიმართ. იგი მოიცავს გრაფიტის კონცენტრატის დამუშავებას მჟავებითა და ტუტეებით მინარევების დასაშლელად, რომლებიც შემდეგ ირეცხება კონცენტრატის ხარისხის გასაზრდელად. ქიმიურმა გაწმენდამ შეიძლება გამოიღოს მაღალი-ნახშირბადის გრაფიტი 99%. არსებობს ქიმიური გაწმენდის სხვადასხვა მეთოდი, რომელთა შორის ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან მაღალი ტემპერატურული შერწყმის მეთოდი.

ძირითადი პრინციპი ისაა, რომ 500 გრადუსზე მაღლა ტემპერატურულ პირობებში, გრაფიტის მინარევები (ძირითადად სილიკატური მინერალები) რეაგირებს კაუსტიკურ სოდასთან, ანუ NaOH-თან, წარმოქმნის წყალში-ხსნად რეაქციის პროდუქტებს. რეაქციის პროდუქტების წყლით გამორეცხვით შესაძლებელია ზოგიერთი მინარევების აღმოფხვრა. სხვა მინარევებისაგან, როგორიცაა რკინის ოქსიდები, ტუტე შერწყმის შემდეგ ისინი განეიტრალდებიან HCl-ით, რათა წარმოიქმნას წყალში-ხსნადი რკინის ქლორიდი, რომელიც შეიძლება მოიხსნას წყლით გარეცხვით.

ზემოაღნიშნული პროცესის ნაკადში, NaOH-ის კონცენტრაცია დაახლოებით 50%-ია და მას ურევენ გრაფიტს 1:0,8 თანაფარდობით. ანუ, ყოველი 1 ტონა მაღალი-ნახშირბადის გრაფიტის წარმოებული, დაახლოებით 0,4 ტონა NaOH იხარჯება. HCl-ის დამატებით რაოდენობა შეადგენს გრაფიტის დაახლოებით 30%-ს. გამოყენებული საწვავი არის ქვანახშირი, დაახლოებით 0,6-დან 0,7 ტონამდე. ტუტე შერწყმის მეთოდში გამოყენებული აღჭურვილობა ძირითადად მოიცავს ანკერის-ტიპის აგიტატორების, დნობის ღუმელების, სპირალური ბალიშის აგიტატორების, V-ფორმის სარეცხი ავზებს და ა.შ. აღდგენის მაჩვენებელი 85-90%, ხოლო ინვესტიცია 15-200,000 იუანი. მიუხედავად იმისა, რომ ეს პროცესი შედარებით დაწინაურებულია, მას ასევე აქვს გარკვეული ნაკლოვანებები, როგორიცაა წყლის მაღალი მოხმარება, გრაფიტის გადაჭარბებული დანაკარგი, წარმოების დაბალი მაჩვენებელი, ტუტეების მაღალი მოხმარება და გარემოს დამაბინძურებელი ნარჩენების სითხე.

2.ფიზიკური გამწმენდი, ასევე ცნობილი, როგორც მაღალი-ტემპერატურული გამწმენდი, იყენებს გრაფიტის მაღალ-ტემპერატურულ წინააღმდეგობას. იგი ათავსებს გრაფიტს ელექტრო ღუმელში, იზოლირებს მას ჰაერიდან და აცხელებს 2500 გრადუსამდე, რათა მინარევები (ანუ ნარჩენები) აორთქლდეს და ამით გაზარდოს რაფინირებული მადნის ხარისხი. მაღალი-ტემპერატურული გაწმენდით, მაღალი-სისუფთავის გრაფიტი 99,9% ხარისხით მიიღება. 6
გამოყენება ტრადიციული გამოყენება

1). როგორც ცეცხლგამძლე მასალა: გრაფიტს და მის პროდუქტებს გააჩნიათ მაღალი ტემპერატურის წინააღმდეგობის და მაღალი სიმტკიცის თვისებები. მეტალურგიულ ინდუსტრიაში მათ ძირითადად იყენებენ გრაფიტის ჭურჭლის დასამზადებლად. ფოლადის წარმოებაში გრაფიტი ჩვეულებრივ გამოიყენება, როგორც დამცავი აგენტი ფოლადის ინგოტებისთვის და როგორც მეტალურგიული ღუმელების შიდა საფარი.

2). როგორც გამტარ მასალა: გამოიყენება ელექტრომრეწველობაში ელექტროდების, ჯაგრისების, ნახშირბადის ღეროების, ნახშირბადის მილების, ვერცხლისწყლის გამსწორებლების დადებითი პოლუსების, გრაფიტის შუასადებების, ტელეფონის ნაწილების და სატელევიზიო სურათის მილების საფარების დასამზადებლად და ა.შ.

3) როგორც აცვიათ-მდგრადი საპოხი მასალა: გრაფიტი ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც საპოხი მექანიკურ ინდუსტრიაში. საპოხი ზეთი ხშირად არ არის შესაფერისი მაღალი-სიჩქარის, მაღალი-ტემპერატურის და მაღალი-წნევის პირობებში გამოსაყენებლად, ხოლო გრაფიტის აცვიათ-რეზისტენტული მასალები შეიძლება იმუშაონ საპოხი ზეთის გარეშე 200-დან 2000 გრადუსამდე ტემპერატურაზე და ძალიან მაღალ სრიალის სიჩქარეზე. კოროზიული მედიის ტრანსპორტირების მრავალი მოწყობილობა ფართოდ იყენებს გრაფიტის მასალებს დგუშის ჭიქების, დალუქვის რგოლებისა და საკისრების დასამზადებლად. როდესაც ისინი მუშაობენ, არ არის საჭირო საპოხი ზეთის დამატება. გრაფიტის ემულსია ასევე კარგი ლუბრიკანტია ლითონის დამუშავების მრავალი პროცესისთვის (მავთულის მოხაზვა, მილის გაყვანა).

4) გრაფიტი ავლენს შესანიშნავ ქიმიურ სტაბილურობას. გრაფიტს, რომელმაც გაიარა სპეციალური დამუშავება, აქვს ისეთი მახასიათებლები, როგორიცაა კოროზიის წინააღმდეგობა, კარგი თბოგამტარობა და დაბალი გამტარიანობა. იგი ფართოდ გამოიყენება სითბოს გადამცვლელების, რეაქციის ტანკების, კონდენსატორების, წვის კოშკების, შთანთქმის კოშკების, გამაგრილებლების, გამათბობლების, ფილტრების და სატუმბი მოწყობილობების წარმოებაში. იგი ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა სამრეწველო სექტორში, მათ შორის ნავთობქიმიკატებში, ჰიდრომეტალურგიაში, მჟავა და ტუტე წარმოებაში, სინთეზურ ბოჭკოებს, ქაღალდის წარმოებას და ა.შ., რითაც დაზოგავს ლითონის მასალების მნიშვნელოვან რაოდენობას. არა-ფოროვანი გრაფიტის ჯიშები განსხვავდება კოროზიის წინააღმდეგობით მათში არსებული სხვადასხვა ფისების გამო. მაგალითად, ფენოლური ფისით გაჟღენთილი მდგრადია მჟავას, მაგრამ არა ტუტეზე; ფურფურილის სპირტის ფისით გაჟღენთილი მდგრადია როგორც მჟავას, ასევე ტუტეზე. სხვადასხვა ჯიშის სითბოს წინააღმდეგობა ასევე იცვლება: ნახშირბადი და გრაფიტი უძლებს 2000-დან 3000 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურას შემცირებულ ატმოსფეროში და იწყებენ ჟანგვას, შესაბამისად, 350 გრადუს ცელსიუსზე და 400 გრადუს ცელსიუსზე ჟანგვის ატმოსფეროში; არა-ფოროვანი გრაფიტის ჯიშების სითბოს წინააღმდეგობა ასევე დამოკიდებულია გაჟღენთილ აგენტზე და ზოგადად, ფენოლური ან ფურფურილის სპირტით გაჟღენთილებს აქვთ სითბოს წინააღმდეგობა 180 გრადუს ცელსიუსზე ქვემოთ.

5). როგორც ჩამოსხმა, ქვიშის ჩამოსხმა, ყალიბის წნეხი და მაღალი{2}ტემპერატურული მეტალურგიული მასალები: გრაფიტის დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის და მისი უნარის გაუძლოს სწრაფი გაგრილებისა და გათბობის ცვლილებებს, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას მინის ჭურჭლის ყალიბად. გრაფიტის გამოყენების შემდეგ, შავ ლითონებს შეუძლიათ შექმნან კომპონენტები ზუსტი ზომებით, გლუვი ზედაპირით, მაღალი მოსავლიანობით და შეიძლება გამოყენებულ იქნას უშუალოდ ან მცირე დამუშავებით, რითაც დაზოგავს ლითონის დიდ რაოდენობას. ფხვნილის მეტალურგიის პროცესების წარმოებაში, როგორიცაა მყარი შენადნობები, გრაფიტის მასალები ჩვეულებრივ გამოიყენება ყალიბებისა და ფაიფურის ნავების დასამზადებლად. მონოკრისტალური სილიციუმის კრისტალების ზრდის ჭურჭელი, ზონის გადამუშავების კონტეინერები, საყრდენი მოწყობილობები, ინდუქციური გამათბობლები და ა.შ. ყველაფერი დამზადებულია მაღალი-სისუფთავის გრაფიტისგან. გარდა ამისა, გრაფიტი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც გრაფიტის საიზოლაციო ფირფიტები და ბაზები ვაკუუმური დნობისთვის, მაღალი ტემპერატურული წინააღმდეგობის ღუმელის მილები, წნელები, ფირფიტები, ბადეები და სხვა კომპონენტები მაღალ ტემპერატურაზე.

6) ატომური ენერგიის ინდუსტრიისთვის და თავდაცვის ინდუსტრიისთვის: გრაფიტს აქვს ნეიტრონის მოდერატორის შესანიშნავი თვისებები და გამოიყენება როგორც ნეიტრონის მოდერატორი ატომურ რეაქტორებში. ურანის-გრაფიტის რეაქტორი ატომური რეაქტორების ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული ტიპია. ენერგეტიკული ატომური რეაქტორების მოდერატორულ მასალას უნდა ჰქონდეს მაღალი დნობის წერტილი, სტაბილურობა და კოროზიის წინააღმდეგობა. გრაფიტს შეუძლია სრულად დააკმაყოფილოს ეს მოთხოვნები. ატომურ რეაქტორებში გამოყენებული გრაფიტის სისუფთავე ძალიან მაღალია, მინარევების შემცველობა არ აღემატება რამდენიმე ათეულ PPM-ს. კერძოდ, ბორის შემცველობა უნდა იყოს 0,5 PPM-ზე ნაკლები. თავდაცვის ინდუსტრიაში გრაფიტი ასევე გამოიყენება მყარი-საწვავის რაკეტების საქშენების, რაკეტების ცხვირის, კოსმოსური სანავიგაციო აღჭურვილობის ნაწილების, თბოსაიზოლაციო მასალების და რადიაციული დაცვის მასალების დასამზადებლად.

7) გრაფიტს ასევე შეუძლია ხელი შეუშალოს ქვაბის სკალირებას. შესაბამისი დანაყოფების მიერ ჩატარებულმა ტესტებმა აჩვენა, რომ წყალში გარკვეული რაოდენობის გრაფიტის ფხვნილის (დაახლოებით 4-5 გრამი ტონა წყალზე) დამატებამ შეიძლება თავიდან აიცილოს ქვაბის ზედაპირზე ქერცლება. გარდა ამისა, გრაფიტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლითონის ბუხრებზე, სახურავებზე, ხიდებსა და მილსადენებზე კოროზიისა და ჟანგის თავიდან ასაცილებლად.
8) გრაფიტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ფანქრის ტყვია, პიგმენტი და გასაპრიალებელი საშუალება. სპეციალური დამუშავების გავლის შემდეგ, გრაფიტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა სამრეწველო სექტორისთვის სხვადასხვა სპეციალური მასალის დასამზადებლად.

1960-იან წლებში სპილენძი ფართოდ გამოიყენებოდა ელექტროდის მასალად, გამოყენების სიხშირით დაახლოებით 90%, ხოლო გრაფიტი მხოლოდ 10%-ს შეადგენდა. 21-ე საუკუნეში სულ უფრო მეტმა მომხმარებელმა დაიწყო გრაფიტის არჩევა ელექტროდის მასალად. ევროპაში ელექტროდის მასალების 90%-ზე მეტი გრაფიტია. ელექტროდის ამ ოდესღაც დომინანტურმა მასალამ, სპილენძმა, თითქმის დაკარგა ყველა თავისი უპირატესობა გრაფიტის ელექტროდებთან შედარებით. რამ გამოიწვია ეს დრამატული ცვლილება? რა თქმა უნდა, ეს იყო გრაფიტის ელექტროდების მრავალი უპირატესობა.

1. დამუშავების უფრო სწრაფი სიჩქარე: ზოგადად რომ ვთქვათ, გრაფიტის მექანიკური დამუშავების სიჩქარე 2-დან 5-ჯერ უფრო მაღალია, ვიდრე სპილენძისა; ხოლო ელექტრული განმუხტვის დამუშავების დამუშავების სიჩქარე სპილენძზე 2-დან 3-ჯერ მეტია. მასალა ნაკლებად დეფორმირებულია: უპირატესობა განსაკუთრებით აშკარაა თხელი ელექტროდის დამუშავებისას; სპილენძის დარბილების წერტილი დაახლოებით 1000 გრადუსია და სითბოს გამო დეფორმაციისკენ მიდრეკილია; გრაფიტის სუბლიმაციის ტემპერატურაა 3650 გრადუსი; ხოლო თერმული გაფართოების კოეფიციენტი სპილენძის მხოლოდ 1/30-ია.

2. მსუბუქი წონა: გრაფიტის სიმკვრივე სპილენძის მხოლოდ 1/5-ია. როდესაც დიდი ელექტროდები გადიან გამონადენის დამუშავებას, მას შეუძლია ეფექტურად შეამციროს დატვირთვა ჩარხზე (EDM); ის უფრო შესაფერისია დიდ ფორმებზე გამოსაყენებლად.

3. ენერგიის დაბალი მოხმარება; ვინაიდან ნაპერწკლის ზეთი ასევე შეიცავს ნახშირბადის ატომებს, გამონადენის დამუშავების პროცესში, მაღალი ტემპერატურა იწვევს ნახშირბადის ატომების დაშლას და შემდეგ ისინი ქმნიან დამცავ ფენას გრაფიტის ელექტროდის ზედაპირზე, რაც ანაზღაურებს გრაფიტის ელექტროდის დაკარგვას.

4. ბურუსის გარეშე; მას შემდეგ, რაც სპილენძის ელექტროდები დამუშავდება, ისინი ჯერ კიდევ საჭიროა ხელით მორთვა, რათა ამოიღონ ბურუსი. თუმცა, გრაფიტის ელექტროდებს არ აქვთ ბურუსი, რაც მნიშვნელოვნად ზოგავს ხარჯებს და აადვილებს ავტომატური წარმოების მიღწევას.

5. გრაფიტის დაფქვა და გაპრიალება უფრო ადვილია; იმის გამო, რომ გრაფიტის ჭრის წინააღმდეგობა სპილენძის მხოლოდ 1/5-ია, ის უფრო შესაფერისია ხელით დაფქვისა და გასაპრიალებლად.

6. მასალის ღირებულება უფრო დაბალია და ფასი უფრო სტაბილური. ბოლო წლებში სპილენძის ფასების ზრდის გამო, იზოტროპული გრაფიტის ფასი ახლა უფრო დაბალია, ვიდრე სპილენძის ფასი. იგივე მოცულობის პირობებში, Dongyang Carbonite-ის უნივერსალური გრაფიტის პროდუქტების ფასი 30%-დან 60%-მდე დაბალია, ვიდრე სპილენძისა და ფასი უფრო სტაბილურია ძალიან მცირე ხანმოკლე-ფასის რყევებით.

სწორედ ამ უბადლო უპირატესობამ განაპირობა ის, რომ გრაფიტმა თანდათან შეცვალა სპილენძი, როგორც სასურველი მასალა EDM ელექტროდებისთვის.

მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უწყვეტი განვითარებით, ადამიანებმა აღმოაჩინეს გრაფიტის მრავალი ახალი პროგრამა.

მოქნილი გრაფიტის პროდუქტები.

მოქნილი გრაფიტი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც გაფართოებული გრაფიტი, არის გრაფიტის პროდუქტის ახალი სახეობა, რომელიც შეიქმნა ბოლო წლებში. 1971 წელს შეერთებულმა შტატებმა წარმატებით შეიმუშავა მოქნილი გრაფიტის დალუქვის მასალები, რომლებმაც გადაჭრეს ატომური ენერგიის სარქველების გაჟონვის პრობლემა. შემდგომში გერმანიამ, იაპონიამ და საფრანგეთმაც დაიწყეს მისი კვლევა და წარმოება. ამ პროდუქტს არა მხოლოდ აქვს ბუნებრივი გრაფიტის მახასიათებლები, არამედ აქვს განსაკუთრებული მოქნილობა და ელასტიურობა. ამიტომ, ეს არის იდეალური დალუქვის მასალა. იგი ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიულ სფეროებში, როგორიცაა ნავთობქიმიკატები და ატომური ენერგია. მასზე საერთაშორისო ბაზრის მოთხოვნა წლიდან წლამდე იზრდება.

მსუბუქი ინდუსტრიის აპლიკაცია

გარდა ამისა, გრაფიტი ასევე გამოიყენება როგორც გასაპრიალებელი და-ჟანგის საწინააღმდეგო საშუალება მსუბუქ ინდუსტრიაში მინის და ქაღალდის წარმოებისთვის. ეს არის შეუცვლელი ნედლეული ფანქრების, მელნის, შავი საღებავის, მელნის და ხელოვნური ბრილიანტებისა და ბრილიანტების დასამზადებლად. ეს არის ძალიან კარგი ენერგო-დამზოგავი და ეკოლოგიურად სუფთა მასალა და გამოიყენება როგორც მანქანის ბატარეა. თანამედროვე მეცნიერების, ტექნოლოგიებისა და მრეწველობის განვითარებით, გრაფიტის გამოყენების სფეროები მუდმივად ფართოვდება და იგი გახდა მნიშვნელოვანი ნედლეული ახალი კომპოზიციური მასალებისთვის მაღალ-ტექნოლოგიურ სფეროში, რომელიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ეროვნულ ეკონომიკაში.