Grafite: Significado e características

A grafite é uma formação natural de carbono cristalino. É um elemento mineral nativo encontrado em rochas metamórficas e ígneas. É um mineral de extremos.

É extremamente macio, corta com pressão muito leve e tem uma gravidade específica muito baixa. Ao contrário, é extremamente resistente ao calor e quase inerte em contato com quase qualquer outro material.

Estas propriedades extremas lhe conferem uma ampla gama de usos na metalurgia e na fabricação.

Características gerais da grafite

A grafite é um mineral bastante comum, mas os cristais finos são raros. A maioria das áreas de mineração de grafite produz quantidades enormes de um ou vários grandes veios de grafite, mas raramente são encontradas amostras de coletores em bons cristais.

Deve ser dada muita atenção às amostras de grafite, especialmente os cristais finos, que são frágeis. Os cristais podem ser difíceis de lavar, pois são facilmente desalojados e arruinados.

A grafite também manchará sua superfície e se desgastará se for movida demais. Também mancha a mão quando manuseada, e manchará uma etiqueta ou caixa de papelão se armazenada em uma.

Na ausência de oxigênio, ele resiste muito bem à ação do calor. Também resiste à ação de bases e ácidos não oxidantes, mas reage muito prontamente com ácidos oxidantes para dar origem à formação de compostos interlaminares contendo oxigênio e hidrogênio.

A composição limite ideal poderia corresponder à fórmula C20. Este composto interlaminar é chamado de óxido de grafite. O tratamento da grafite com flúor a uma temperatura de cerca de 500°C resulta na formação de um composto interlamelar com a fórmula (CF)n.

Variedades do Grafite natural

A grafite natural é classificada como cristalina (flocos e veias) e amorfa (microcristalina).

Cristalino

Flocos

• Ela se encontra na forma de flocos planos e de aparência escaldante.
• As lamelas individuais são separadas, cristalizadas em rochas metamórficas tais como mármore, neiss, xisto, quartzo, quartzito com feldspato ou mica.
• As laminas têm uma aparência oleosa e suas dimensões são variáveis.
• Variações de dureza, espessura, densidade e forma podem ser encontradas de depósito para depósito.
• Depósitos comercialmente importantes ocorrem em camadas ou lentes.

Veia

• Localizados como veias hidrotermais ou como acumulações ao longo das superfícies de contato entre as pegmatites e os calcários.
• Comercialmente, eles são separados de acordo com seu tamanho.
• As veias variam em tamanho desde alguns milímetros até mais de 2 metros.
• As impurezas que ocorrem como grãos em grafite consistem em feldspato, quartzo, mica, zircônio, rutilo e apatita.

Amorphous

• Encontradas como partículas microcristalinas mais ou menos uniformemente distribuídas em rochas metamórficas macias, como ardósia, calcário e rochas metamórficas macias, como ardósia e filito.
• Esta variedade tem uma aparência terrosa, preta e macia.
• O produto comercial contém entre 50 e 94% de grafite.
• Eles foram formados pelo metamorfismo

Para que é usado o grafite?

Grande parte da grafite minerada comercialmente é usada para enchimento a lápis. O enchimento «chumbo» em lápis é na verdade composto de uma mistura de grafite e argila.

Tem muitos usos elétricos, principalmente porque é o único não-metal comum que é um bom condutor de eletricidade. Aqui está uma breve explicação de seus usos.

Grafite natural

Refratários

Na produção de tijolos de magnesite-grafite, grafite de alta qualidade (90-99% C) em grãos grossos com boa resistência à oxidação e alta resistência à corrosão é necessária para uso em fornos elétricos de arco.

Em refratários de magnesite-grafite para refino e atualização de aços em altos-fornos onde é necessária maior resistência onde é necessária maior temperatura e resistência à corrosão.

Em refractários de alumina-grafite para fundição contínua. A grafite dá as propriedades de impacto térmico e resistência à corrosão dos refratários de alumina.

Os canais que conduzem o metal fundido do pote ao fundidor são feitos de alumina-grafite. Na área de controle de saída de aço, portões de alumina-grafite são usados para gerenciar o fluxo de metal. Na fabricação de cadinhos.

Ao misturar grafite com outros materiais, como argilas refratárias, areia, talco e mica, é produzido um acabamento muito fino para o cadinho gera um acabamento muito fino na superfície dos moldes, evitando que os metais adiram às paredes do molde, facilita a remoção da fundição quando o molde esfria e reduz os custos de usinagem e acabamento.

Na carburalização do aço. Utilizado como agente isolante em peças fundidas de aço.

Revestimento

Como revestimento para tubos de televisão, substâncias explosivas, fundidos de ferro e aço; grafite misturada com argila é aplicada como revestimento fino para limpar e libertar facilmente o molde de peças fundidas de metal e em revestimentos para freios e embreagens. Na fabricação de lonas de freio e reforço de metal.

Material elétrico

Sua qualidade autolubrificante o torna ideal na fabricação de condutores em motores elétricos e outros equipamentos elétricos para aeronaves e submarinos, bem como na fabricação de escovas de carbono para motores elétricos e eletrodos.

A inserção de átomos de cálcio entre as folhas da estrutura hexagonal de grafite produz um material (CaC6) que é supercondutor. O novo material se torna supercondutor a 11,5 °K.

CaC6 é um exemplo de um composto de grafite intercalado, uma nova classe de materiais eletrônicos que consiste na intercalação de átomos estranhos como cálcio, sódio ou potássio entre as camadas de grafite.

A grafite é um semi-metal e isto significa que os elétrons doados ou adquiridos pelo átomo estrangeiro alteram suas propriedades elétricas, transformando-o, nesta visão, em um metal. Para fabricar o novo supercondutor, é utilizada grafite pirolítica aquecida a 350°C juntamente com uma liga de lítio e cálcio fundida em atmosfera de argônio.

Geração de eletricidade

Na fabricação de baterias secas, a grafite é colada ao dióxido de manganês para dar melhor condutividade e funcionar como um material absorvente.

Tem sido tradicionalmente usada em baterias secas de zinco-carbono, mas também no uso de baterias recarregáveis e alcalinas, estas últimas exigindo alto teor de carbono.

Produtos químicos

Na fabricação de embalagens especiais; como ingrediente na fabricação de borracha, explosivos e polidores. Na fabricação de fibras e munições. Na forma de pó, é utilizado em lubrificantes, revestimentos e condutores.

Automotivo

Na sinterização, grafite de alta pureza é misturada com pós metálicos para obter formulações específicas utilizadas na indústria automotiva. Devido à rejeição ecológica do amianto, a grafite o substitui na produção de lonas de freio.

Também é utilizada na produção de escovas de motor. Nesta indústria, grafite de alta pureza é misturada com pós metálicos na sinterização para obter formas específicas utilizadas na indústria automotiva (quando o carbono é absorvido, os metais são reforçados) e como enchimento para selos e mancais.

Tintas

Como um componente na fabricação de tintas e pigmentos. Na produção de tintas para proteger superfícies metálicas e tintas antiestáticas para pisos.

Lubrificantes

Como um lubrificante, pois adere à superfície metálica e preenche os poros. Pontas de lápis
Na produção de aparos de lápis.

Aparo de lápis

Na produção de aparos de lápis.

Grafite sintética

Eléctrodos

Na produção de aço e fornos elétricos a arco, no processo de alumínio Hall-Héroult, fornos de carboneto, fornos de redução para fósforo e sílica.

Produção de aço

Para aumentar o conteúdo de carbono no aço.

Smelting

Fundição, sinterização, fundição de lingotes, moldes e cadinhos de ferro fundido.

Indústria química

Na fabricação de plantas químicas (trocadores de calor, torres, bombas, tubulações). Grandes quantidades de grafite ultrapura são atualmente usadas como moderador de neutrões para reduzir a ação de neutrões de urânio em reatores nucleares.

Indústria aeroespacial

Bicos de foguete, narizes cônicos, lâminas de controle, tubos de jateamento e como isolante térmico.

Fibra de grafite

Na fabricação de raquetes de neve, varas de pesca, bastões de salto com vara e esquis.

Processo de obtenção do grafite

Extração

No México, a mineração é realizada no subsolo e a céu aberto, utilizando o plano de mineração projetado e depois o minério é transportado para a planta de britagem. A britagem primária do minério pode ser realizada nesta etapa.

Trituração

Esta é uma operação que geralmente é realizada em duas ou três etapas. A britagem secundária é realizada a fim de reduzir ainda mais o tamanho do grão do minério proveniente da britagem primária.

A trituração pode ser em circuito aberto ou fechado, dependendo do tamanho do produto.

Secagem

A secagem é realizada para remover a umidade, mecanicamente por meio de um secador horizontal, quando este equipamento não está disponível, é realizada em pátios através do calor do sol, neste caso, a grafite é espalhada no solo secando primeiro a parte superior e com ancinhos é virada para secar a parte que no início foi deixada abaixo.

Este processo é realizado em grafite amorfa. Posteriormente, passa para o processo de classificação.

Moagem

A moagem é o processo onde o tamanho da partícula é reduzido ainda mais do que na etapa anterior por uma combinação de mecanismos de quebra de impacto e abrasão, seja seca ou em suspensão aquosa, geralmente feita molhada.

A moagem é a operação mais intensiva de energia no processamento de minerais. Este processo é aplicado à grafite cristalina, e à grafite amorfa quando solicitado pelo cliente. No caso da grafite cristalina, após a moagem, ela vai para o processo de flutuação.

Flotação

Processo que permite a separação das impurezas do grafite e é realizado através da coluna e células de flutuação para obter uma melhor recuperação e aumentar o conteúdo de carbono no concentrado.

Ordenação

Um processo de mistura de minerais em dois ou mais produtos com base na taxa na qual os grãos caem através de um meio fluido. A aplicação úmida é feita em partículas minerais consideradas muito finas para serem separadas com eficiência por peneiramento.

Tremonhas de produtos

Após a classificação, o produto é enviado para funis especiais de acordo com seu tamanho, dos quais pode haver uma grande variedade.

Embalagem

Os produtos de grafite variam em tamanho e conteúdo de carbono. A embalagem é feita em sacos ou sacolas em uma plataforma de transporte e a granel em um funil fechado.

Expedição

Após a embalagem, o grafite é transportado em esteiras transportadoras para o veículo de transporte que o levará até o cliente.

Controle de qualidade

Técnicas informatizadas de controle de processo guiam cada etapa do processo de fabricação garantindo qualidade e consistência, o que proporciona confiabilidade a longo prazo aos clientes.

Este processo é realizado principalmente após as seguintes etapas: moagem, classificação e embalagem.

Processo de grafite sintética

A grafite sintética é um produto fabricado por tratamento a alta temperatura de materiais de carvão amorfo. Nos Estados Unidos, a principal matéria-prima utilizada para fazer grafite sintética é o coque de petróleo calcinado e o alcatrão de carvão, que são compostos de formas altamente «grafitáveis» de carvão.

O processo de fabricação consiste em várias operações de mistura, moldagem e cozimento, seguidas de tratamento térmico a temperaturas entre 2500°C e 3000°C. A temperatura de tratamento térmico é necessária para impulsionar a transformação de fase sólida/sólida de carbono amorfo em grafite.

A morfologia da maioria das grafites sintéticas varia de flocos em pós finos a grãos e agulhas irregulares em produtos mais grosseiros.

Durante o processo de concentração, as impurezas contidas nos carvões precursores são significativamente reduzidas. Isto ocorre como resultado da vaporização a alta temperatura de impurezas voláteis, que nas temperaturas de processo utilizadas incluem a maioria dos óxidos metálicos, enxofre, nitrogênio, hidrogênio e todos os componentes orgânicos que faziam parte do coque de petróleo ou alcatrão de carvão.

Como resultado deste tratamento térmico, praticamente todos os produtos de grafite sintética são de alta pureza e estão disponíveis em tamanhos de partículas de 2 milímetros a 2 centímetros de pó. Os níveis de pureza são normalmente maiores que 99% de carbono.

A grafite é um elemento ou uma mistura?

A grafite é um elemento e não um composto, e a grafite é geralmente considerada um mineral (por definição, um mineral não pode ser orgânico), de modo que um caso pode ser feito por sua natureza inorgânica.

Onde é encontrado grafite?

A grafite é um mineral que se forma quando o carbono é submetido ao calor e à pressão na crosta terrestre e no manto superior.

Pressões na faixa de 75.000 libras por polegada quadrada e temperaturas na faixa de 750 graus Celsius são necessárias para produzir grafite. Estes correspondem à fácies metamórficas de granulite.

Grafite de metamorfismo regional (flake grafite)

A maior parte da grafite vista hoje na superfície da Terra formou-se em limites de placas convergentes onde xistos e calcários ricos em orgânicos foram submetidos ao calor e à pressão do metamorfismo regional. Isto produz mármore, xisto e gnaisse contendo pequenos cristais e flocos de grafite.

Quando em concentrações suficientemente altas, estas rochas podem ser mineradas, esmagadas até um tamanho de partícula que libera os flocos de grafite e processadas por separação por gravidade específica ou flutuação por espuma para remover a grafite de baixa densidade. O produto produzido é conhecido como «grafite em flocos».

Grafite de metamorfismo da costura de carvão (grafite «amorfa»)

Algumas formas de grafite do metamorfismo da costura do carvão. A matéria orgânica do carvão é composta principalmente de carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e enxofre.

O calor do metamorfismo destrói as moléculas de carvão orgânico, volatilizando o oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e enxofre. O que resta é um material de carbono quase puro que se cristaliza em grafite mineral.

Esta grafite ocorre em ‘costuras’ que correspondem à camada de carbono original. Quando extraído, o material é conhecido como «grafite amorfa». A palavra «amorfo» é na verdade incorreta neste uso, pois tem uma estrutura cristalina. Da mina, este material tem uma aparência semelhante a grumos de carvão sem as bandas brilhantes e sem brilho.

Grafite de metamorfismo hidrotérmico

Uma pequena quantidade de grafite é formada pela reação de compostos de carbono na rocha durante o metamorfismo hidrotérmico.

Este carbono pode ser mobilizado e depositado em veias em associação com minerais hidrotermais. Por ser precipitado, tem um alto grau de cristalinidade, o que o torna um material preferido para muitos usos elétricos.

Grafite em rochas ígneas e meteoritos

Sabe-se que pequenas quantidades de grafite ocorrem como um mineral primário em rochas ígneas. É conhecido como partículas minúsculas no basalto e fluxos de sienito. Também é conhecido por formar em pegumatita.

Alguns meteoritos de ferro contêm pequenas quantidades de grafite. Estas formações, em particular, são ocorrências sem importância econômica.

Cidades

Embora a grafite não seja particularmente rara, os bons cristais de grafite são incomuns. As localidades mundialmente conhecidas para grafite são Pargas, Finlândia; Mount Vesuvius, Itália; Borrowdale, Cumbria, Inglaterra; e Mont Saint-Sauveur, Quebec, Canadá. As Colinas Merelani de Arusha, Tanzânia, produziram placas de cristal afiadas associadas à Diopside e à granada.

Nos EUA, existem extensos depósitos comerciais de grafite em Ticonderoga, Essex Co, Nova Iorque, e Clay Co, Alabama.

A grafite como flocos e pequenas placas é comum no mármore FranklinBelt, especificamente na Amity, Orange Co., Nova York, e em toda a linha estadual na Franklin, Ogdensburg e Sparta, Sussex Co., Nova Jersey.

As massas de cristal e grandes placas também vêm da região de Hudson Highlands, especialmente perto de Stony Point, Rockland County, Nova Iorque. Também foram encontradas manchas de grafite na mina francesa Creek Chester Co., Pensilvânia; em Bisbee, Cochise Co, Arizona; e em Crestmore, Riverside Co, Califórnia.

A relação do diamante com o grafite

A grafite e o diamante são as duas formas minerais de carbono. O diamante se forma no manto sob extrema pressão e calor.

A maioria da grafite encontrada perto da superfície da Terra se forma dentro da crosta a temperaturas e pressões mais baixas. Grafite e diamante compartilham a mesma composição, mas têm estruturas muito diferentes (quase opostas).

Os átomos de carbono em grafite são unidos em uma malha hexagonal que forma folhas de um átomo de espessura. Estas folhas estão mal conectadas e podem facilmente cortar ou deslizar umas sobre as outras se submetidas a uma pequena quantidade de força. Isto lhe dá sua dureza muito baixa, clivagem perfeita e sensação de escorregadio.

Em contraste, os átomos de carbono em diamante são unidos em uma estrutura de estrutura. Cada átomo de carbono é ligado em uma malha tridimensional com quatro outros átomos de carbono com fortes ligações covalentes. Este arranjo mantém os átomos firmemente no lugar e torna o diamante um material excepcionalmente duro.

A que minerais ele está associado?

A grafite está associada a: diamante, calcita, quartzo, moscovite, biotite, hornblende.

Que outros minerais são similares ao grafite?

Existem vários minerais de aparência semelhante à grafite, mas as propriedades intrínsecas da grafite a distinguirão facilmente. A molibdenita, que geralmente é confundida com grafite, é mais pesada e não mancha.

Fórmula Química

C

Propriedades físicas

• Composição Carbono
• Cor cinza-prateado a preto
• Grão Preto
• Dureza 1 – 2
• Sistema de Cristal Hexagonal

Formas cristalinas e agregados Os cristais consistem em placas hexagonais finas ou grupos distorcidos de placas escamosas em uma matriz. Cristais hexagonais grandes e grossos são raros.

Na maioria das vezes ocorrem como veias, como massas foliadas e de forma maciça. Pequenos agregados arredondados em forma de bola e esferas radiantes também ocorrem, assim como pedras arredondadas e embebidas em água.

• Transparência Opaca
• Gravidade específica 1,9 – 2,3
• Lustre Metálico
• Clivagem 1.1 – basal
• Fractura Conchoidal
• Resistência frágil; os flocos finos são flexíveis
  Outras marcas de identificação 1) Tem uma sensação de oleosidade.
  2) Mancha as mãos quando tocadas.
  3) Bom condutor de eletricidade (embora seja um mau condutor de calor).
• Características marcantes Baixo peso, toque gorduroso, manchas e baixa dureza.
• Ambiente A maioria das vezes em rochas metamórficas causadas pelo metamorfismo dos carbonatos. Raramente em veias pegumatita e hidrotermais.
• Popularidade Muito popular
• Prevalência Muito comum
• Demanda muito exigente