विज्ञान लोकप्रियीकरण - ग्रेफाइट

1930 च्या सुरुवातीस, जिक्सी, हेलॉन्गजियांग प्रांतातील ली माओ ग्रेफाइट खाण आणि शेंडोंग प्रांतातील शानशुई स्टोन ग्रेफाइट खाणीने ग्रेफाइटचे उत्पादन आणि प्रक्रिया सुरू केली. त्या वेळी, लाभाची प्रक्रिया सोपी होती, कामगारांसाठी कामाची परिस्थिती खराब होती आणि उत्पादनक्षमता अत्यंत कमी होती, वार्षिक उत्पादन केवळ काही हजार टन होते. अनेक दशकांच्या विकासानंतर, चीनमध्ये ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांचे उत्पादन वेगाने वाढले आहे. 2004 ते 2011 पर्यंत, ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादन उत्पादनाचा कंपाऊंड वार्षिक वाढ दर 22.12% होता. 2011 मध्ये, चीनमध्ये ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांचे उत्पादन 2556.17 दशलक्ष टन होते, एका वर्षात{10}}वर्षभर-२१.९८% वाढ होते.

ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांमध्ये उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत आणि ते मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. त्यांची उत्पादन क्षमता आणि आर्थिक लाभ जलद वाढीचा कल दर्शवित आहेत. 2011 मध्ये, चीनच्या ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांच्या उद्योगाचा विकास वेगाने झाला. उद्योगातील उद्योगांमध्ये खर्च व्यवस्थापित करण्याची आणि नियंत्रित करण्याची उच्च क्षमता होती आणि मजबूत नफाही होता. नॅशनल ब्युरो ऑफ स्टॅटिस्टिक्सच्या आकडेवारीनुसार, 2011 मध्ये, चीनच्या ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांच्या उद्योगाचे औद्योगिक उत्पादन मूल्य 167.564 अब्ज युआनपर्यंत पोहोचले; विक्री महसूल 167.765 अब्ज युआन होता, 40.58% ने वाढला; एकूण नफा 10.959 अब्ज युआन होता, 50.87% ने वाढला. ऍप्लिकेशन्सच्या सतत विस्तारामुळे, चीनच्या ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांच्या उद्योगातील स्पर्धा देखील तीव्र बनली आहे.

चीनमध्ये उत्पादनाच्या प्रमाणात ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांमध्ये गुंतलेल्या मोठ्या संख्येने उद्योग आहेत आणि एकाग्रता पातळी तुलनेने कमी आहे. 2011 च्या अखेरीस, चीनच्या ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांच्या उद्योगात उत्पादनाच्या प्रमाणात 871 उद्योग होते. टॉप टेन एंटरप्राइजेसचा एकूण विक्री महसूल संपूर्ण उद्योगाच्या केवळ 13.46% इतका आहे. जागतिक ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांच्या बाजारपेठेच्या विकासाचा कल आणि स्पर्धात्मक लँडस्केपच्या दृष्टीकोनातून, भविष्यात, चीनमधील ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांचा उद्योग हळूहळू मोठ्या गटांमध्ये केंद्रित होईल आणि या उद्योगाची एकाग्रता पातळी आणखी वाढेल.

चीनमध्ये धातूविज्ञान, रासायनिक अभियांत्रिकी, यंत्रसामग्री, वैद्यकीय उपकरणे, अणुऊर्जा, ऑटोमोबाईल्स, एरोस्पेस इत्यादी उद्योगांच्या झपाट्याने विकासामुळे, या उद्योगांमधील ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांची मागणी वाढतच जाईल आणि चीनी ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादने उद्योग वेगाने वाढीचा दर राखेल. 2006 ते 2011 पर्यंत, चीनच्या ग्रेफाइट आणि कार्बन उत्पादनांच्या उद्योगातील विक्री महसुलाचा वार्षिक चक्रवाढ दर 36.56% होता.

ग्रीक शब्द "ग्रेफीन" पासून व्युत्पन्न, ज्याचा अर्थ "लेखनासाठी वापरला जातो". हे नाव जर्मन रसायनशास्त्रज्ञ आणि खनिजशास्त्रज्ञ एजी वर्नर यांनी 1789 मध्ये दिले होते.

कार्बन हा एक अतिशय सामान्य घटक आहे जो वातावरणात आणि पृथ्वीच्या कवचामध्ये विविध स्वरूपात अस्तित्वात आहे. कार्बन त्याच्या मूलभूत स्वरूपात ओळखला जातो आणि बर्याच काळापासून मानवाकडून वापरला जातो. कार्बन संयुगांची मालिका - सेंद्रिय पदार्थ - जीवनाचा आधार आहेत. कार्बन हा पिग आयर्न, रॉट आयर्न आणि स्टीलच्या घटकांपैकी एक आहे. कार्बन रासायनिक रीतीने स्वतःशी एकत्रित होऊन मोठ्या संख्येने संयुगे तयार करू शकतो, जे जीवशास्त्र आणि व्यापारातील महत्त्वाचे रेणू आहेत. सजीवांच्या बहुतेक रेणूंमध्ये कार्बन असतो.

अस्तित्व फॉर्म

डायमंड आणि ग्रेफाइट यांसारख्या स्फटिकासारखे मूलभूत कार्बनसह कार्बन विविध स्वरूपात अस्तित्वात आहे; अनाकार कार्बन जसे की कोळसा; जटिल सेंद्रिय संयुगे जसे की प्राणी आणि वनस्पती; आणि कार्बोनेट जसे की संगमरवरी. मूलभूत कार्बनचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म त्याच्या क्रिस्टल रचनेवर अवलंबून असतात. हिरा, जो अत्यंत कठीण आहे आणि ग्रेफाइट, जो मऊ आणि निसरडा आहे, वेगवेगळ्या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्स आहेत आणि त्यामुळे वेगळे स्वरूप, घनता, वितळण्याचे बिंदू इ.

मालमत्तेची वैशिष्ट्ये

खोलीच्या तपमानावर, मूलभूत कार्बनचे रासायनिक गुणधर्म तुलनेने स्थिर असतात आणि ते पाण्यात विरघळत नाही, आम्ल, पातळ बेस किंवा सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्समध्ये विरघळत नाही. उच्च तापमानात, ते जळण्यासाठी ऑक्सिजनसह प्रतिक्रिया देते, कार्बन डायऑक्साइड किंवा कार्बन मोनोऑक्साइड तयार करते. केवळ हायड्रोजन हॅलोजनमधील मूल कार्बनशी थेट प्रतिक्रिया देऊ शकतो. गरम स्थितीत, मूलभूत कार्बन ऍसिडद्वारे ऑक्सिडाइझ करणे तुलनेने सोपे आहे; उच्च तापमानात, कार्बन मेटल कार्बाइड तयार करण्यासाठी अनेक धातूंवर देखील प्रतिक्रिया देऊ शकतो. कार्बन कमी करण्यायोग्य आहे आणि उच्च तापमानात धातू वितळण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो. याव्यतिरिक्त, ग्रेफाइट क्लोरोसल्फोनिक ऍसिडद्वारे विरघळले जाऊ शकते, ज्यामुळे एकल-थर ग्राफीनचे क्लोरोसल्फोनिक ऍसिड "सोल्यूशन" बनते.
ग्रेफाइट हे कार्बनी घटकांचे स्फटिकासारखे खनिज आहे. त्याची क्रिस्टलीय चौकट षटकोनी स्तरित रचना आहे. प्रत्येक लेयरमधील अंतर 340 pm आहे, आणि त्याच लेयरमधील कार्बन अणूंमधील अंतर 142 pm आहे. . हे षटकोनी क्रिस्टल सिस्टीमशी संबंधित आहे आणि संपूर्ण स्तरित क्लीवेज आहे. क्लीव्हेज प्लेन प्रामुख्याने आण्विक बंधांनी बनलेले असतात आणि तुलनेने कमकुवत आण्विक आकर्षण असते, त्यामुळे त्याची नैसर्गिक फ्लोटेबिलिटी खूप चांगली असते.

त्याच्या अद्वितीय संरचनेमुळे, ग्रेफाइटमध्ये खालील विशेष गुणधर्म आहेत:

1) उष्णता प्रतिरोधक: ग्रेफाइटचा वितळण्याचा बिंदू 3850 ± 50 अंश आहे आणि त्याचा उत्कलन बिंदू 4250 अंश आहे. अल्ट्रा-उच्च तापमानाच्या इलेक्ट्रिक आर्क्सने जाळल्यानंतरही, वजन कमी होते आणि थर्मल विस्तार गुणांक देखील खूप कमी असतो. तापमानात वाढ झाल्यामुळे ग्रेफाइटची ताकद वाढते. 2000 डिग्रीवर, ग्रेफाइटची ताकद दुप्पट होते.

2) विद्युत आणि थर्मल चालकता: ग्रेफाइटची विद्युत चालकता सामान्य धातू नसलेल्या खनिजांच्या तुलनेत 100 पट जास्त असते. त्याची थर्मल चालकता स्टील, लोह आणि शिसे यांसारख्या धातूंपेक्षा जास्त आहे. तापमान वाढत असताना थर्मल चालकता कमी होते आणि अत्यंत उच्च तापमानातही ग्रेफाइट इन्सुलेटर बनते. ग्रेफाइट वीज चालवू शकतो कारण ग्रेफाइटमधील प्रत्येक कार्बन अणू इतर कार्बन अणूंसोबत फक्त 3 सहसंयोजक बंध तयार करतो आणि प्रत्येक कार्बन अणू विद्युत चार्ज हस्तांतरित करण्यासाठी एक मुक्त इलेक्ट्रॉन ठेवतो.

3) स्नेहनता: ग्रेफाइटचा स्नेहन गुणधर्म ग्रेफाइट फ्लेक्सच्या आकारावर अवलंबून असतो. फ्लेक्स जितके मोठे, तितके घर्षण गुणांक कमी आणि स्नेहन कार्यप्रदर्शन चांगले.

4) रासायनिक स्थिरता: ग्रेफाइट खोलीच्या तपमानावर उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता प्रदर्शित करते आणि ऍसिड, अल्कली आणि सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्सपासून गंजला प्रतिकार करू शकते.

5) प्लॅस्टीसिटी: ग्रेफाइटमध्ये चांगली कणखरता असते आणि ती अतिशय पातळ पत्रके बनवता येते.
6) थर्मल शॉक प्रतिरोध: खोलीच्या तपमानावर वापरल्यास, ग्रेफाइट खराब न होता तापमानातील तीव्र बदलांना तोंड देऊ शकते. तापमान चढउतारांदरम्यान, ग्रेफाइटचा आवाज बदल कमी असतो आणि कोणतीही क्रॅक तयार होणार नाहीत.

ग्रेफाइटचा वितळण्याचा बिंदू
हिऱ्याचा वितळण्याचा बिंदू 3823K आहे, तर ग्रेफाइटचा 3925K आहे. ग्रेफाइटचा वितळण्याचा बिंदू हिऱ्यापेक्षा जास्त असतो.
ग्रेफाइट आणि डायमंडच्या वितळण्याच्या बिंदूंची तुलना करणे केवळ बाँड एनर्जीच्या पैलूवरून विचारात घेतले जाऊ शकत नाही. वितळताना तुटलेल्या बंधांच्या संख्येकडे दुर्लक्ष केल्यास, प्राप्त केलेला डेटा विश्वसनीय होणार नाही.

ॲलोट्रॉपिक फॉर्म
ग्रेफाइट, डायमंड, कार्बन 60, कार्बन नॅनोट्यूब्स, ग्राफीन, इत्यादी सर्व कार्बन मूलद्रव्याचे मूळ स्वरूप आहेत. ते सर्व एकाच मूलद्रव्याचे आयसोमर आहेत.

उत्पत्ती आणि वितरण
निर्मिती आणि घटना: उच्च तापमानात ग्रेफाइट तयार होते. सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वितरीत केलेला प्रकार म्हणजे ग्रेफाइटचा मेटामॉर्फिक डिपॉझिट, जो सेंद्रिय पदार्थ किंवा कार्बनिक पदार्थांनी समृद्ध असलेल्या गाळाच्या खडकांच्या प्रादेशिक रूपांतरामुळे तयार होतो.
प्रसिद्ध उत्पादन क्षेत्रे: टिकोंडेरोगा, न्यूयॉर्क, मादागास्कर आणि सिलोन.

ग्रेफाइटचे तांत्रिक गुणधर्म प्रामुख्याने त्याच्या स्फटिकासारखे स्वरूपावर अवलंबून असतात. वेगवेगळ्या स्फटिकरूप असलेल्या ग्रेफाइट खनिजांची औद्योगिक मूल्ये आणि उपयोग वेगवेगळे असतात. उद्योगात, वेगवेगळ्या स्फटिकरूपांच्या आधारे, ग्रेफाइटचे तीन वर्गांमध्ये वर्गीकरण केले जाते.

डेलेनियम ग्रेफाइट

स्थूलपणे सांगायचे तर, सेंद्रिय कार्बनीकरणाद्वारे प्राप्त सर्व ग्रेफाइट सामग्री आणि त्यानंतर उच्च-तपमानावर ग्राफिटायझेशनच्या उपचारांना कृत्रिम ग्रेफाइट म्हणून संबोधले जाऊ शकते, जसे की कार्बन तंतू, पायरोलाइटिक कार्बन आणि फोमड ग्रेफाइट, इ. संकुचित अर्थाने, सामान्यत: ग्रॅफाइटचा वापर करून कृत्रिम ग्रेफाइट तयार केले जाते. कमी-अशुद्धता कार्बनयुक्त कच्चा माल बेस मटेरियल म्हणून, कोळसा डांबर बाइंडर म्हणून आणि बॅचिंग, मिक्सिंग, मोल्डिंग, कार्बनायझेशन आणि ग्राफिटायझेशन यासारख्या प्रक्रियांद्वारे. उदाहरणांमध्ये ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड आणि आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग ग्रेफाइट समाविष्ट आहेत.

कृत्रिम ग्रेफाइटचे साधारणपणे चार प्रकारच्या मोल्डिंग पद्धतींमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते: कंपन मोल्डिंग, एक्सट्रूजन मोल्डिंग, कॉम्प्रेशन मोल्डिंग आणि आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग मोल्डिंग.

क्रिस्टलीय फ्लेक ग्रेफाइट

ग्रेफाइट क्रिस्टल्स फ्लेक्सच्या स्वरूपात असतात; ते उच्च दाबाखाली मेटामॉर्फिझमद्वारे तयार होतात आणि तेथे मोठे फ्लेक्स आणि लहान फ्लेक्स असतात. या प्रकारच्या ग्रेफाइट धातूची वैशिष्ट्ये अशी आहेत की त्याचा दर्जा जास्त नाही, साधारणपणे 2% ते 3% किंवा 10% आणि 25% दरम्यान असतो. हे निसर्गातील सर्वोत्तम फ्लोटेबल अयस्कांपैकी एक आहे आणि एकाधिक ग्राइंडिंग आणि निवडीद्वारे, उच्च-ग्रेड ग्रेफाइट सांद्रता मिळवता येते. या प्रकारच्या ग्रेफाइटची फ्लोटेबिलिटी, स्नेहनता आणि प्लॅस्टिकिटी इतर प्रकारच्या ग्रेफाइटपेक्षा श्रेष्ठ आहे; म्हणून, त्याचे औद्योगिक मूल्य सर्वात मोठे आहे.
Gfanitic ग्रेफाइट

क्रिप्टोक्रिस्टलाइन ग्रेफाइटला मायक्रोक्रिस्टलाइन ग्रेफाइट किंवा मातीचे ग्रेफाइट असेही म्हणतात. या प्रकारच्या ग्रेफाइटचा क्रिस्टल व्यास साधारणपणे 1 मायक्रोमीटरपेक्षा कमी असतो आणि विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ 1 ते 5 m2/g पर्यंत असते. हा मायक्रोक्रिस्टलाइन ग्रेफाइटचा संग्रह आहे आणि तो केवळ इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाखाली क्रिस्टल्सच्या स्वरूपात दिसू शकतो. या प्रकारच्या ग्रेफाइटची वैशिष्ट्ये अशी आहेत की त्याचा पृष्ठभाग मातीचा आहे, त्यात चमक नाही आणि फ्लेक ग्रेफाइटपेक्षा किंचित कमी वंगण आहे. ग्रेड तुलनेने उच्च आहे. हे साधारणपणे 60-85% असते. काही 90% पेक्षा जास्त पोहोचू शकतात. हे बहुतेक फाउंड्री उद्योगात वापरले जाते.

ग्रेफाइटचा वापर उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर केला जातो आणि जवळजवळ प्रत्येक क्षेत्रात त्याचा वापर केला जातो. उद्योगात सर्वाधिक वापरले जाणारे प्रकार म्हणजे कृत्रिम ग्रेफाइट, ज्याला विशेष ग्रेफाइट असेही म्हणतात. ते ज्या प्रकारे तयार होते त्यानुसार, त्याचे खालील प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते.

1. आयसोस्टॅटिक दाब ग्रेफाइट. यालाच अनेक लोक "थ्री-उच्च ग्रेफाइट" म्हणतात, परंतु तो "तीन-उच्च" असल्यामुळे तो आयसोस्टॅटिक दाब असेलच असे नाही.
2. मोल्डेड ग्रेफाइट
3. एक्सट्रुडेड ग्रेफाइट, मुख्यतः इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून वापरले जाते.
त्यापैकी, ग्रेफाइटच्या कणांच्या आकारानुसार, त्यात विभागले जाऊ शकते: तपशीलवार संरचना ग्रेफाइट, मध्यम-खडबडीत ग्रेफाइट (सामान्य कण आकार सुमारे 0.8 मिमी), आणि इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट (2-4 मिमी).

ग्रेफाइट क्रिस्टल्समध्ये, त्याच थरातील कार्बन अणू sp2 संकरीकरणाद्वारे सहसंयोजक बंध तयार करतात. प्रत्येक कार्बन अणू तीन सहसंयोजक बंधांद्वारे इतर तीन अणूंशी जोडलेला असतो. सहा कार्बन अणू एकाच समतलावर एक नियमित षटकोनी रिंग तयार करतात, एका स्तरित संरचनेत विस्तारतात. C-C बाँडची बॉण्ड लांबी सर्व 142 pm आहेत, जी अचूकपणे अणु क्रिस्टल्सच्या बाँड लांबीच्या श्रेणीत येतात. म्हणून, त्याच थरासाठी, ते एक अणु क्रिस्टल आहे. त्याच समतलावर, प्रत्येक कार्बन अणूमध्ये अजूनही एक p परिभ्रमण शिल्लक आहे आणि ते एकमेकांशी ओव्हरलॅप होतात. इलेक्ट्रॉन तुलनेने मुक्त आहेत, धातूंमधील मुक्त इलेक्ट्रॉन्सच्या समतुल्य आहेत, म्हणून ग्रेफाइट उष्णता आणि वीज चालवू शकतो, जे धातूच्या क्रिस्टल्सचे वैशिष्ट्य आहे. म्हणून, ते धातूच्या क्रिस्टल्सच्या श्रेणीशी संबंधित आहे.

ग्रेफाइट क्रिस्टलमधील थर 340 पीएमने वेगळे केले जातात, जे तुलनेने मोठे अंतर आहे. ते व्हॅन डेर वाल्स सैन्याने एकत्र ठेवले आहेत, म्हणजे ते आण्विक क्रिस्टलचे आहेत. तथापि, त्याच समतल थरावर कार्बन अणूंमधील मजबूत बाँडिंगमुळे, त्यांना तोडणे अत्यंत कठीण आहे, म्हणून ग्रेफाइटचा वितळण्याचा बिंदू देखील खूप जास्त आहे आणि त्याचे रासायनिक गुणधर्म स्थिर आहेत.
त्याच्या अद्वितीय बाँडिंग मोडमुळे, ते फक्त अणु क्रिस्टल किंवा आण्विक क्रिस्टल म्हणून वर्गीकृत केले जाऊ शकत नाही. आधुनिक भाषेत, हे मिश्रित क्रिस्टल मानले जाते.

क्रिस्टल वैशिष्ट्ये

क्रिस्टल सिस्टम आणि स्पेस ग्रुप: हेक्सागोनल क्रिस्टल सिस्टम, P63/mc
सेल पॅरामीटर्स: a0=0.246 nm, c0=0.670 nm
ठराविक स्तरित रचना, कार्बनचे अणू थरांमध्ये मांडलेले असतात, प्रत्येक कार्बन समीपच्या कार्बनशी समान अंतरावर जोडलेला असतो, प्रत्येक थरातील कार्बन एका षटकोनी रिंग पॅटर्नमध्ये मांडलेले असतात, समीप स्तरांमधील कार्बनचे षटकोनी रिंग समांतर समतल दिशेने विस्थापित केले जातात. विस्थापनांच्या भिन्न अभिमुखता आणि अंतरांमुळे विविध प्रकारचे पॉलिमॉर्फ्स होतात. वरच्या आणि खालच्या थरांमधील कार्बन अणूंमधील अंतर हे त्याच थरातील कार्बनमधील अंतरापेक्षा खूप मोठे आहे (स्तरातील C-C अंतर=0.142 nm, C-स्तरांमधील C अंतर=0.340 nm)
आकार: सिंगल क्रिस्टल्स सहसा शीट-सारखे किंवा प्लेट-सारखे असतात, परंतु पूर्ण क्वचितच दिसतात. समुच्चय सामान्यत: स्केल-सारखे, ब्लॉक-सारखे आणि माती-सारखे असतात.
रंग: लोखंडी काळा

स्ट्रीक: चमकदार काळा
पारदर्शकता: नॉन-पारदर्शक
चमक: अर्ध-धातूची चमक
कडकपणा: 1-2
डायफेनिटी आणि फ्रॅक्चर: समांतर क्लीवेज अत्यंत पूर्ण आहे
विशिष्ट गुरुत्व: 2.21 - 2.26 g/cm³
विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ: 5 - 10 m²/g
इतर गुणधर्म: पातळ शीट लवचिक असते, निसरडी वाटते, हातांवर डाग पडण्याची शक्यता असते आणि चांगली विद्युत चालकता असते
ओळख वैशिष्ट्ये: लोखंडी काळा रंग, कमी कडकपणा, अत्यंत संपूर्ण क्लीवेजेसचा समूह, निसरडा वाटणे आणि हातांवर डाग; कॉपर सल्फेटच्या द्रावणाने ओलावलेले जस्त कण ग्रेफाइटवर ठेवल्यास, तांबे डाग पडू शकतात, परंतु ग्रेफाइटवर अशी कोणतीही प्रतिक्रिया मॉलिब्डेनाइट सारखी- होत नाही.

जेव्हा लोक हिऱ्यांचा विचार करतात, तेव्हा ते ताबडतोब त्यांना चमकदार आणि चमकदार दृश्यांशी जोडतात, जे ते हलवताना तेजस्वीपणे चमकतात. तथापि, त्यांच्या उच्च किंमतीमुळे, बहुतेक लोक ते मिळविण्यापासून परावृत्त करतात. हिऱ्यांपासून पॉलिश केल्यानंतरच नैसर्गिक हिऱ्यांना ‘हिरे’ म्हणतात. नैसर्गिक हिरे अत्यंत दुर्मिळ आहेत. जगात, 1000 कॅरेट (1 ग्रॅम=5 कॅरेट) पेक्षा जास्त वजनाचे फक्त दोन हिरे आहेत आणि 400 कॅरेटपेक्षा जास्त वजनाचे काही हिरे आहेत. चीनमध्ये आतापर्यंत सापडलेल्या सर्वात मोठ्या हिऱ्याचे वजन 158.786 कॅरेट असून त्याला "चांगलिन डायमंड" असे म्हणतात. म्हणीप्रमाणे, "दुर्मिळता काहीतरी मौल्यवान बनवते". कारण "हिरे" म्हणून वापरता येणारे नैसर्गिक हिरे फारच दुर्मिळ आहेत, लोक त्यांना "कृत्रिम" हिऱ्यांनी बदलू इच्छितात. यामुळे स्वाभाविकपणे डायमंड - ग्रेफाइटच्या "जुळ्या" ची कल्पना येते.

हिरा आणि ग्रेफाइट या दोघांची रासायनिक रचना कार्बन (C) आहे आणि त्यांना एकाच घटकाचे "ॲलोट्रॉपिक फॉर्म" म्हणून संबोधले जाते. या संज्ञेवरून, हे समजू शकते की त्यांचा "स्वभाव" समान आहे, परंतु त्यांचे "स्वरूप" किंवा "गुणधर्म" भिन्न आणि अगदी वेगळे आहेत. डायमंड हा सध्या सर्वात कठीण पदार्थ आहे, तर ग्रेफाइट हा सर्वात मऊ पदार्थांपैकी एक आहे.

ग्रेफाइट आणि डायमंडमधील कडकपणाचा फरक इतका लक्षणीय आहे, तरीही लोकांना कृत्रिम संश्लेषण पद्धतींद्वारे हिरा मिळण्याची आशा आहे कारण ग्रेफाइट (कार्बन) निसर्गात मुबलक प्रमाणात उपलब्ध आहे. तथापि, ग्रेफाइटमधील कार्बनचे रूपांतर हिऱ्याच्या कार्बन व्यवस्था पॅटर्नमध्ये करणे सोपे काम नाही. 5-60,000 दाबाच्या वातावरणाखाली (5-6) × 10³ MPa) आणि 1000 ते 2000 अंश सेल्सिअस तापमानात, लोह, कोबाल्ट आणि निकेल या धातू उत्प्रेरकांच्या वापराने ग्रेफाइटचे रूपांतर हिऱ्याच्या पावडरमध्ये होऊ शकते.

जगभरातील डझनहून अधिक देशांनी हिऱ्याचे यशस्वीरित्या संश्लेषण केले आहे. तथापि, या प्रकारच्या हिऱ्यामध्ये अतिशय सूक्ष्म कण असतात आणि त्याचा मुख्य उपयोग ग्राइंडिंग मटेरियल म्हणून केला जातो, ज्याचा वापर भूगर्भीय आणि पेट्रोलियम विहिरी कापण्यासाठी आणि खोदण्यासाठी केला जातो. सध्या, जगातील हिऱ्यांच्या वापरामध्ये, 80% कृत्रिम हिरे प्रामुख्याने उद्योगात वापरले जातात आणि त्याचे उत्पादन नैसर्गिक हिऱ्यांच्या उत्पादनापेक्षा जास्त आहे.

सुरुवातीला संश्लेषित हिऱ्याचे कण काळे होते, ०.५ मिमी आकाराचे होते आणि त्यांचे वजन अंदाजे ०.१ कॅरेट होते (रत्न-गुणवत्तेच्या हिऱ्यांसाठी किमान आकार सामान्यतः ०.१ कॅरेटपेक्षा कमी नसतो). युनायटेड स्टेट्स आणि जपान सारख्या देशांनी याआधीच 6.1 कॅरेट वजनाचे हिऱ्याचे कण तयार केले आहेत. ग्रेफाइटमधून हिरे "उडले" असे आपण म्हणू शकतो. रत्न-गुणवत्तेचे सिंथेटिक हिरेही नजीकच्या भविष्यात बाजारात उपलब्ध होतील.

ग्रेफाइट शुद्धीकरण: दोन पद्धती आहेत: रासायनिक शुद्धीकरण आणि भौतिक शुद्धीकरण.

1.आम्ल, क्षार आणि गंज यांना प्रतिरोधक असणा-या ग्रेफाइटच्या गुणधर्माचा लाभ रासायनिक शुद्धीकरणात घेतला जातो. त्यात अशुद्धता विरघळण्यासाठी ऍसिड आणि अल्कलीसह ग्रेफाइट एकाग्रतेचा उपचार करणे समाविष्ट आहे, जे नंतर एकाग्रतेचा दर्जा वाढवण्यासाठी धुऊन टाकले जातात. रासायनिक शुध्दीकरण 99% च्या ग्रेडसह उच्च-कार्बन ग्रेफाइट मिळवू शकते. रासायनिक शुद्धीकरणाच्या विविध पद्धती आहेत, ज्यामध्ये सोडियम हायड्रॉक्साईडसह उच्च-तापमान संलयन पद्धत सर्वात जास्त वापरली जाते.

मूलभूत तत्त्व असे आहे की 500 अंशांपेक्षा जास्त तापमानाच्या स्थितीत, ग्रेफाइटमधील अशुद्धता (मुख्यतः सिलिकेट खनिजे) कॉस्टिक सोडा, म्हणजे, NaOH, पाण्यामध्ये विरघळणारी प्रतिक्रिया उत्पादने तयार करण्यासाठी-विक्रिया करतात. प्रतिक्रिया उत्पादनांना पाण्याने लीच करून, काही अशुद्धता काढून टाकल्या जाऊ शकतात. लोह ऑक्साईड सारख्या इतर अशुद्धतेसाठी, अल्कली संलयनानंतर, ते पाणी-विरघळणारे फेरिक क्लोराईड तयार करण्यासाठी HCl सह तटस्थ केले जाते, जे पाण्याने धुवून काढले जाऊ शकते.

वरील प्रक्रियेच्या प्रवाहात, NaOH ची एकाग्रता अंदाजे 50% आहे आणि ती 1:0.8 च्या प्रमाणात ग्रेफाइटमध्ये मिसळली जाते. म्हणजेच, प्रत्येक 1 टन उच्च-कार्बन ग्रेफाइटसाठी, सुमारे 0.4 टन NaOH वापरला जातो. एचसीएलचे अतिरिक्त प्रमाण ग्रेफाइटच्या अंदाजे 30% आहे. वापरलेले इंधन कोळसा आहे, अंदाजे 0.6 ते 0.7 टन. अल्कली फ्यूजन पद्धतीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या उपकरणांमध्ये प्रामुख्याने अँकर-प्रकारचे आंदोलक, मेल्टिंग फर्नेस, स्पायरल पॅडल आंदोलक, व्ही-आकाराच्या वॉशिंग टँक इ.चा समावेश होतो. पुनर्प्राप्ती दर 85-90% आहे आणि गुंतवणूक 15-200,000 युआन आहे. ही प्रक्रिया तुलनेने प्रगत असली तरी, त्यात काही उणीवा आहेत जसे की पाण्याचा जास्त वापर, जास्त प्रमाणात ग्रेफाइटचे नुकसान, कमी उत्पादन दर, उच्च अल्कली वापर, आणि कचरा सोडला जाणारा द्रव पर्यावरण प्रदूषित करतो.

2.शारीरिक शुध्दीकरण, ज्याला उच्च-तापमान शुद्धीकरण असेही म्हणतात, ग्रेफाइटच्या उच्च-तापमान प्रतिकारशक्तीचा वापर करते. ते ग्रेफाइटला इलेक्ट्रिक भट्टीत ठेवते, हवेपासून वेगळे करते आणि अशुद्धता (म्हणजे अवशेष) बाष्पीभवन होण्यासाठी 2500 डिग्री पर्यंत गरम करते, ज्यामुळे परिष्कृत धातूचा दर्जा वाढतो. उच्च-तापमान शुद्धीकरणाद्वारे, उच्च-99.9% ग्रेडसह शुद्धता ग्रेफाइट मिळवता येते. 6
वापर पारंपारिक वापर

1). रीफ्रॅक्टरी सामग्री म्हणून: ग्रेफाइट आणि त्याच्या उत्पादनांमध्ये उच्च तापमान प्रतिरोधक आणि उच्च शक्तीचे गुणधर्म आहेत. मेटलर्जिकल उद्योगात, ते प्रामुख्याने ग्रेफाइट क्रूसिबल तयार करण्यासाठी वापरले जातात. स्टील मेकिंगमध्ये, ग्रेफाइटचा वापर सामान्यतः स्टीलच्या पिंडांसाठी संरक्षणात्मक एजंट म्हणून आणि मेटलर्जिकल भट्टीच्या आतील अस्तर म्हणून केला जातो.

2). प्रवाहकीय सामग्री म्हणून: याचा उपयोग विद्युत उद्योगात इलेक्ट्रोड, ब्रशेस, कार्बन रॉड्स, कार्बन ट्यूब्स, पारा रेक्टिफायर्सचे पॉझिटिव्ह पोल, ग्रेफाइट गॅस्केट, टेलिफोन पार्ट्स आणि टेलिव्हिजन पिक्चर ट्यूब्ससाठी कोटिंग्स इत्यादींच्या निर्मितीसाठी केला जातो.

3) परिधान-प्रतिरोधक स्नेहन सामग्री म्हणून: यांत्रिक उद्योगात ग्रेफाइटचा वापर सामान्यतः वंगण म्हणून केला जातो. स्नेहन तेल बहुतेकदा उच्च-गती, उच्च-तापमान आणि उच्च-दाबाच्या परिस्थितीत वापरण्यासाठी योग्य नसते, तर ग्रेफाइट वेअर-प्रतिरोधक पदार्थ 200 ते 2000 अंश तापमानात आणि अतिशय उच्च स्लाइडिंग वेगाने वंगण तेलाशिवाय काम करू शकतात. संक्षारक माध्यमांच्या वाहतुकीसाठी अनेक उपकरणे पिस्टन कप, सीलिंग रिंग आणि बेअरिंग्ज बनवण्यासाठी ग्रेफाइट सामग्रीचा मोठ्या प्रमाणावर वापर करतात. जेव्हा ते कार्य करतात तेव्हा कोणतेही वंगण तेल जोडण्याची गरज नाही. ग्रेफाइट इमल्शन हे अनेक मेटल प्रोसेसिंग (वायर ड्रॉइंग, पाईप खेचणे) प्रक्रियेसाठी देखील चांगले वंगण आहे.

4) ग्रेफाइट उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता प्रदर्शित करते. विशेष प्रक्रिया केलेल्या ग्रेफाइटमध्ये गंज प्रतिरोधकता, चांगली थर्मल चालकता आणि कमी पारगम्यता यासारखी वैशिष्ट्ये आहेत. हीट एक्सचेंजर्स, रिॲक्शन टँक, कंडेन्सर्स, ज्वलन टॉवर, शोषण टॉवर, कूलर, हीटर्स, फिल्टर आणि पंप उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. पेट्रोकेमिकल्स, हायड्रोमेटलर्जी, ऍसिड आणि अल्कली उत्पादन, सिंथेटिक फायबर, पेपरमेकिंग इत्यादींसह विविध औद्योगिक क्षेत्रांमध्ये याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात धातू सामग्रीची बचत होते. सच्छिद्र नसलेल्या ग्रेफाइटच्या जाती वेगवेगळ्या रेजिनमुळे गंज प्रतिरोधक असतात. उदाहरणार्थ, फेनोलिक रेझिनने गर्भित केलेले पदार्थ आम्लाला प्रतिरोधक असतात परंतु अल्कलीला नसतात; ज्यांना फुरफुरिल अल्कोहोल रेझिनने गर्भित केले आहे ते आम्ल आणि अल्कली या दोन्हींना प्रतिरोधक असतात. वेगवेगळ्या जातींची उष्णता प्रतिरोधक क्षमता देखील बदलते: कार्बन आणि ग्रेफाइट वातावरण कमी करताना 2000 ते 3000 अंश सेल्सिअस तापमानाचा सामना करू शकतात आणि ऑक्सिडायझिंग वातावरणात अनुक्रमे 350 अंश सेल्सिअस आणि 400 अंश सेल्सिअस तापमानात ऑक्सिडाइझ होऊ शकतात; सच्छिद्र नसलेल्या ग्रेफाइट वाणांची उष्णता प्रतिरोधकता देखील गर्भधारणा करणाऱ्या घटकावर अवलंबून असते आणि सामान्यतः, फेनोलिक किंवा फुरफुरिल अल्कोहोलने गर्भधारणा केलेल्यांची उष्णता 180 अंश सेल्सिअसपेक्षा कमी असते.

५). कास्टिंग, सँड कास्टिंग, मोल्ड प्रेसिंग आणि उच्च-तापमान मेटलर्जिकल सामग्री म्हणून: ग्रेफाइटच्या कमी थर्मल विस्तार गुणांकामुळे आणि जलद थंड आणि गरम बदलांना तोंड देण्याची क्षमता यामुळे, ते काचेच्या वस्तूंसाठी मोल्ड म्हणून वापरले जाऊ शकते. ग्रेफाइट वापरल्यानंतर, काळ्या धातू अचूक परिमाणे, गुळगुळीत पृष्ठभाग, उच्च उत्पन्न असलेले घटक तयार करू शकतात आणि ते थेट किंवा थोड्या प्रक्रियेसह वापरले जाऊ शकतात, त्यामुळे मोठ्या प्रमाणात धातूची बचत होते. कठोर मिश्रधातूंसारख्या पावडर धातुकर्म प्रक्रियेच्या उत्पादनात, ग्रेफाइट सामग्रीचा वापर सामान्यतः मोल्ड आणि पोर्सिलेन बोटी तयार करण्यासाठी केला जातो. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन क्रिस्टल ग्रोथ क्रुसिबल्स, झोन रिफायनिंग कंटेनर, सपोर्ट फिक्स्चर, इंडक्शन हीटर्स इ. सर्व उच्च-शुद्धता ग्रेफाइटपासून बनविलेले आहेत. याव्यतिरिक्त, ग्रेफाइटचा वापर ग्रेफाइट इन्सुलेशन प्लेट्स आणि व्हॅक्यूम स्मेल्टिंगसाठी बेस, उच्च-तापमान प्रतिरोधक भट्टी ट्यूब, रॉड, प्लेट्स, ग्रिड आणि उच्च तापमानात इतर घटक म्हणून देखील केला जाऊ शकतो.

6) अणुऊर्जा उद्योग आणि संरक्षण उद्योगासाठी: ग्रेफाइटमध्ये उत्कृष्ट न्यूट्रॉन मॉडरेटर गुणधर्म आहेत आणि अणुभट्ट्यांमध्ये न्यूट्रॉन मॉडरेटर म्हणून वापरला जातो. युरेनियम-ग्रेफाइट अणुभट्टी हा अधिक सामान्यपणे वापरल्या जाणाऱ्या अणुभट्ट्यांपैकी एक आहे. पॉवर ॲटोमिक रिॲक्टर्ससाठी मॉडरेटर सामग्रीमध्ये उच्च वितळण्याचे बिंदू, स्थिरता आणि गंज प्रतिरोधक असणे आवश्यक आहे. ग्रेफाइट या गरजा पूर्ण करू शकतात. अणुभट्ट्यामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या ग्रेफाइटची शुद्धता खूप जास्त आहे, अशुद्धतेचे प्रमाण अनेक डझन PPM पेक्षा जास्त नाही. विशेषतः बोरॉनचे प्रमाण ०.५ पीपीएम पेक्षा कमी असावे. संरक्षण उद्योगात, ग्रेफाइटचा वापर घन-इंधन रॉकेटच्या नोझल्स, क्षेपणास्त्रांचे नाक, अंतराळ नेव्हिगेशन उपकरणांचे भाग, उष्णता इन्सुलेशन सामग्री आणि रेडिएशन संरक्षण सामग्री तयार करण्यासाठी देखील केला जातो.

7) ग्रेफाइट बॉयलर स्केलिंग देखील रोखू शकतो. संबंधित युनिट्सद्वारे केलेल्या चाचण्यांमध्ये असे दिसून आले आहे की पाण्यात विशिष्ट प्रमाणात ग्रेफाइट पावडर (सुमारे 4-5 ग्रॅम प्रति टन पाण्यात) जोडल्याने बॉयलरच्या पृष्ठभागावर स्केलिंग टाळता येते. शिवाय, गंज आणि गंज टाळण्यासाठी धातूच्या चिमणी, छप्पर, पूल आणि पाइपलाइनवर ग्रेफाइट लागू केले जाऊ शकते.
8) ग्रेफाइटचा वापर पेन्सिल शिसे, रंगद्रव्य आणि पॉलिशिंग एजंट म्हणून केला जाऊ शकतो. विशेष प्रक्रियेनंतर, ग्रेफाइटचा वापर विविध औद्योगिक क्षेत्रांसाठी विविध विशेष सामग्री तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

1960 च्या दशकात, तांब्याचा इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात होता, ज्याचा वापर दर अंदाजे 90% होता, तर ग्रेफाइटचा वाटा फक्त 10% होता. 21 व्या शतकात, अधिकाधिक वापरकर्ते इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून ग्रेफाइट निवडू लागले. युरोपमध्ये, 90% पेक्षा जास्त इलेक्ट्रोड सामग्री ग्रेफाइट आहेत. ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडच्या तुलनेत हे एकेकाळी प्रबळ इलेक्ट्रोड सामग्री, तांबे, त्याचे जवळजवळ सर्व फायदे गमावले आहेत. हा नाट्यमय बदल कशामुळे झाला? अर्थात, हे ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडचे असंख्य फायदे होते.

1. जलद प्रक्रिया गती: सामान्यतः, ग्रेफाइटची यांत्रिक प्रक्रिया गती तांब्याच्या तुलनेत 2 ते 5 पट अधिक आहे; इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंगची प्रक्रिया गती तांब्यापेक्षा 2 ते 3 पट जास्त असते. सामग्री विकृत होण्याची शक्यता कमी आहे: फायदा पातळ इलेक्ट्रोडच्या प्रक्रियेत विशेषतः स्पष्ट आहे; तांब्याचा मऊपणा बिंदू सुमारे 1000 अंश आहे आणि उष्णतेमुळे ते विकृत होण्याची शक्यता आहे; ग्रेफाइटचे उदात्तीकरण तापमान 3650 अंश आहे; आणि थर्मल विस्तार गुणांक तांब्याच्या केवळ 1/30 आहे.

2. हलके वजन: ग्रेफाइटची घनता तांब्याच्या 1/5 इतकीच असते. जेव्हा मोठे इलेक्ट्रोड डिस्चार्ज प्रक्रियेतून जातात, तेव्हा ते मशीन टूल (EDM) वरील भार प्रभावीपणे कमी करू शकतात; मोठ्या साच्यांवरील अनुप्रयोगांसाठी ते अधिक योग्य आहे.

3. कमी वीज वापर; स्पार्क ऑइलमध्ये कार्बन अणू देखील असल्याने, डिस्चार्ज मशीनिंग प्रक्रियेदरम्यान, उच्च तापमानामुळे स्पार्क ऑइलमधील कार्बन अणूंचे विघटन होते आणि ते नंतर ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर एक संरक्षणात्मक फिल्म तयार करतात, ज्यामुळे ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडच्या नुकसानाची भरपाई होते.

4. burrs नाही; तांबे इलेक्ट्रोड्सवर प्रक्रिया केल्यानंतर, burrs काढण्यासाठी त्यांना हाताने ट्रिम करणे आवश्यक आहे. तथापि, ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड्समध्ये burrs नसतात, ज्यामुळे खर्चाची लक्षणीय बचत होते आणि स्वयंचलित उत्पादन प्राप्त करणे सोपे होते.

5. ग्रेफाइट ग्राउंड आणि पॉलिश करणे सोपे आहे; ग्रेफाइटची कटिंग रेझिस्टन्स तांब्याच्या तुलनेत फक्त 1/5 आहे, ते मॅन्युअल ग्राइंडिंग आणि पॉलिशिंगसाठी अधिक योग्य आहे.

6. सामग्रीची किंमत कमी आहे आणि किंमत अधिक स्थिर आहे. अलिकडच्या वर्षांत तांब्याच्या किमतीत वाढ झाल्यामुळे, आयसोट्रॉपिक ग्रेफाइटची किंमत आता तांब्याच्या तुलनेत कमी झाली आहे. त्याच व्हॉल्यूम अंतर्गत, डोंगयांग कार्बोनाइटच्या युनिव्हर्सल ग्रेफाइट उत्पादनांची किंमत तांब्याच्या तुलनेत 30% ते 60% कमी आहे, आणि किंमत अगदी कमी-किंमत चढउतारांसह अधिक स्थिर आहे.

तंतोतंत हा अतुलनीय फायदा आहे ज्यामुळे ग्रेफाइट हळूहळू तांबेची जागा EDM इलेक्ट्रोडसाठी पसंतीची सामग्री म्हणून घेत आहे.

विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या निरंतर विकासामुळे, लोकांनी ग्रेफाइटसाठी अनेक नवीन अनुप्रयोग शोधले आहेत.

लवचिक ग्रेफाइट उत्पादने.

लवचिक ग्रेफाइट, ज्याला विस्तारित ग्रेफाइट असेही म्हणतात, हा अलीकडच्या वर्षांत विकसित झालेला ग्रेफाइट उत्पादनाचा एक नवीन प्रकार आहे. 1971 मध्ये, युनायटेड स्टेट्सने यशस्वीरित्या लवचिक ग्रेफाइट सीलिंग सामग्री विकसित केली, ज्याने अणुऊर्जा वाल्वच्या गळतीची समस्या सोडवली. त्यानंतर जर्मनी, जपान आणि फ्रान्सनेही त्याचे संशोधन करून उत्पादन करण्यास सुरुवात केली. या उत्पादनामध्ये केवळ नैसर्गिक ग्रेफाइटची वैशिष्ट्येच नाहीत तर विशेष लवचिकता आणि लवचिकता देखील आहे. म्हणून, ही एक आदर्श सीलिंग सामग्री आहे. हे पेट्रोकेमिकल्स आणि अणुऊर्जा यांसारख्या औद्योगिक क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. आंतरराष्ट्रीय बाजारपेठेत त्याची मागणी वर्षानुवर्षे वाढत आहे.

प्रकाश उद्योग अनुप्रयोग

याव्यतिरिक्त, काच आणि कागदाच्या उत्पादनासाठी प्रकाश उद्योगात पॉलिशिंग एजंट आणि गंजरोधक-एजंट म्हणून ग्रेफाइटचा वापर केला जातो. पेन्सिल, शाई, काळा रंग, शाई आणि कृत्रिम हिरे आणि हिरे तयार करण्यासाठी हा एक अपरिहार्य कच्चा माल आहे. ही एक अतिशय चांगली ऊर्जा-बचत करणारी आणि पर्यावरणास अनुकूल सामग्री आहे आणि ती ऑटोमोटिव्ह बॅटरी म्हणून वापरली गेली आहे. आधुनिक विज्ञान आणि तंत्रज्ञान आणि उद्योगाच्या विकासासह, ग्रेफाइटचे अनुप्रयोग क्षेत्र सतत विस्तारत आहे आणि उच्च-तंत्रज्ञान क्षेत्रातील नवीन संमिश्र सामग्रीसाठी हा एक महत्त्वाचा कच्चा माल बनला आहे, राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थेत महत्त्वाची भूमिका बजावत आहे.