1. Classificazione e caratteristiche della grafite
1.1 Grafite naturale
La grafite naturale è formata da materia organica ricca di carbonio esposta a lungo termine ad alta temperatura e pressione in ambienti geologici; è una cristallizzazione della natura. Le caratteristiche di lavorazione della grafite naturale dipendono principalmente dalla sua morfologia cristallina. Minerali con morfologie cristalline diverse hanno valori industriali e usi diversi. Esistono molti tipi di grafite naturale. In base alle diverse morfologie cristalline, industrialmente la grafite naturale viene divisa in tre categorie: grafite cristallina densa, grafite lamellare e grafite criptocristallina. Nel mio paese esistono principalmente due categorie principali: grafite lamellare e grafite criptocristallina.
1.2 Grafite artificiale
La grafite artificiale è simile ai materiali policristallini in cristallografia. Esistono molti tipi di grafite artificiale e i loro processi di produzione variano notevolmente. In generale, tutti i materiali di grafite ottenuti attraverso la carbonizzazione della materia organica seguita da grafitizzazione ad alta temperatura possono essere definiti collettivamente grafite artificiale, come fibra di carbonio (grafite), carbonio pirolitico (grafite) e grafite espansa. In senso stretto, la grafite artificiale si riferisce solitamente a un materiale solido a blocchi prodotto utilizzando materie prime carboniose con basso contenuto di impurità (coke di petrolio, coke di pece, ecc.) come aggregati e pece di catrame di carbone come leganti, attraverso processi quali dosaggio, miscelazione, stampaggio, carbonizzazione (industrialmente nota come calcinazione) e grafitizzazione. Gli esempi includono elettrodi di grafite e grafite pressata isostatica a caldo.
2. Differenze e connessioni tra grafite naturale e grafite artificiale
Dato che la grafite artificiale prodotta dalla grafite naturale è solitamente in senso stretto, questa analisi si concentrerà sulle differenze e sulle connessioni tra grafite naturale e grafite artificiale in questo senso stretto.
2.1 Struttura cristallina
Grafite naturale: lo sviluppo dei cristalli è relativamente completo. Il grado di grafitizzazione della grafite in scaglie è superiore al 98%, mentre il grado di grafitizzazione della grafite microcristallina naturale è solitamente inferiore al 93%.
Grafite artificiale: il grado di sviluppo dei cristalli dipende dalle materie prime e dalla temperatura del trattamento termico. In generale, maggiore è la temperatura del trattamento termico, maggiore è il grado di grafitizzazione. Attualmente il grado di grafitizzazione della grafite artificiale prodotta industrialmente è solitamente inferiore al 90%.
2.2 Microstruttura
Grafite in scaglie naturali: un singolo cristallo con una microstruttura relativamente semplice, contenente solo difetti cristallografici (come difetti puntiformi, dislocazioni, difetti di impilamento, ecc.), che mostra macroscopicamente caratteristiche anisotrope. La grafite microcristallina naturale ha grani più piccoli, grani disposti in modo casuale e pori dopo la rimozione delle impurità, mostrando caratteristiche isotrope macroscopicamente.
Grafite artificiale: può essere considerato un materiale multifase, inclusa la fase di grafite trasformata da particelle carboniose come coke di petrolio o coke di pece, la fase di grafite trasformata dal legante di catrame di carbone che circonda le particelle e i pori formati dopo l'accumulo di particelle o il trattamento termico del legante di catrame di carbone.
2.3 Morfologia fisica
Grafite naturale: solitamente esiste sotto forma di polvere e può essere utilizzata da sola, ma viene solitamente utilizzata in combinazione con altri materiali.
Grafite artificiale: ha varie forme, comprese quelle in polvere, fibrose e a blocchi, ma in senso stretto, la grafite artificiale è solitamente sotto forma di blocchi e deve essere lavorata in una forma specifica per l'uso.
2.4 Proprietà fisico-chimiche
In termini di proprietà fisico-chimiche, la grafite naturale e la grafite artificiale condividono alcuni punti in comune ma presentano anche differenze. Ad esempio, sia la grafite naturale che quella artificiale sono buoni conduttori di calore ed elettricità. Tuttavia, per polveri di grafite della stessa purezza e dimensione delle particelle, la grafite in scaglie naturale ha la migliore conduttività termica ed elettrica, seguita dalla grafite microcristallina naturale, mentre la grafite artificiale ha la più bassa. La grafite possiede un buon potere lubrificante e un certo grado di plasticità. La grafite in scaglie naturali, con la sua struttura cristallina più sviluppata, ha un coefficiente di attrito inferiore, garantendo la migliore lubrificazione e la massima plasticità. Seguono la grafite cristallina densa e la grafite criptocristallina, mentre la grafite artificiale è la peggiore.
3. Aree di applicazione della grafite naturale e artificiale
La grafite possiede molte proprietà eccellenti, trovando così ampia applicazione nella metallurgia, nei macchinari, nell'ingegneria elettrica, nell'industria chimica, nel tessile e nell'industria della difesa. Le aree di applicazione della grafite naturale e artificiale si sovrappongono in una certa misura, ma differiscono anche.
3.1 Industria metallurgica
Nell'industria metallurgica, la grafite in scaglie naturale, grazie alla sua buona resistenza all'ossidazione, può essere utilizzata per produrre materiali refrattari come mattoni di magnesia-carbonio e mattoni di allumina-carbonio. La grafite artificiale può essere utilizzata come elettrodi nella produzione dell'acciaio, mentre gli elettrodi realizzati con grafite naturale sono difficili da utilizzare nelle impegnative condizioni operative dei forni elettrici per la produzione dell'acciaio.
3.2 Industria dei macchinari
Nell'industria dei macchinari, i materiali di grafite sono comunemente usati come materiali resistenti all'usura e lubrificanti. La grafite in scaglie naturali ha un buon potere lubrificante e viene spesso utilizzata come additivo negli oli lubrificanti. Le apparecchiature che trasportano sostanze corrosive utilizzano ampiamente fasce elastiche, guarnizioni e cuscinetti in grafite artificiale, che non richiedono l'aggiunta di olio lubrificante durante il funzionamento. In questi campi possono essere utilizzati anche materiali compositi di grafite naturale e resine polimeriche, ma la loro resistenza all'usura non è buona quanto quella della grafite artificiale.
3.3 Industria chimica
La grafite artificiale ha caratteristiche quali resistenza alla corrosione, buona conduttività termica e bassa permeabilità ed è ampiamente utilizzata nell'industria chimica per produrre apparecchiature come scambiatori di calore, serbatoi di reazione, torri di assorbimento e filtri. In questi campi possono essere utilizzati anche materiali compositi di grafite naturale e resine polimeriche, ma la loro conduttività termica e resistenza alla corrosione non sono buone come quelle della grafite artificiale.
