Grafit, sebagai alotrop karbon, mempunyai banyak sifat istimewa kerana struktur kristalnya yang unik. Kristal grafit tergolong dalam sistem heksagon dan mempunyai susunan berlapis. Dalam setiap lapisan, atom karbon disambungkan antara satu sama lain dalam susunan yang unik, dengan enam atom karbon membentuk cincin heksagon biasa pada satah yang sama, dan setiap atom karbon dikelilingi oleh tiga atom karbon bersebelahan. Dua elektron 2p berserenjang dengan satah atom karbon, tidak terlibat dalam hibridisasi, boleh bergerak bebas dalam kekisi kristal dan bertindih untuk membentuk ikatan π, sekali gus memberikan grafit dengan kekonduksian elektrik dan haba yang baik.
Grafit ialah konduktor yang sangat baik, bukan sahaja mempunyai kekonduksian haba yang baik tetapi juga kekonduksian elektrik yang cemerlang. Pada masa yang sama, ia mempamerkan kekakuan dan kekuatan tetap yang tinggi, mengekalkan ciri teguh dan stabilnya walaupun dalam-persekitaran suhu tinggi melebihi 3600 darjah . Grafit juga sangat digemari kerana sifat pelincirnya yang sangat baik, lengai kimia, dan rintangan kakisan, menjadikannya boleh digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang [3].
Berdasarkan bentuk kristal grafit semula jadi yang berbeza, ia boleh dikelaskan secara industri kepada grafit kristal dan grafit aphanitic (amorfus). Antaranya, grafit kristal dengan kehabluran yang lebih baik boleh dibahagikan lagi kepada grafit ketul (grafit kristal besar) dan grafit serpihan.
Grafit serpihan biasanya berlaku sebagai kristal individu atau sebagai hablur selari antara pertumbuhan dalam bentuk kepingan nipis dan kepingan. Bentuk kristalnya biasanya berkembang dengan baik-dan sering berlaku sebagai agregat, dengan saiz butiran kristal secara amnya melebihi 1 μm. Bijih grafit serpihan yang dilombong secara semula jadi mempunyai gred yang agak rendah, tetapi berbanding dengan jenis grafit lain, ia mempamerkan kebolehapungan, pelinciran, dan keplastikan yang unggul, yang secara amnya memberikan grafit serpihan nilai ekonomi yang lebih tinggi. Grafit ketulan biasanya mempunyai kandungan karbon sekitar 60%-65%, dengan sesetengahnya mencapai lebih 80%, tetapi keplastikan dan pelincirannya adalah lebih rendah daripada grafit serpihan.
Disebabkan kehablurannya yang lemah, morfologi kristal grafit aphanitik hanya boleh dilihat di bawah mikroskop elektron, dan ia kelihatan seperti tanah pada mata kasar; oleh itu, ia juga dikenali sebagai grafit tanah, amorfus atau mikrohabluran. Grafit aphanitic mempunyai kilauan yang agak rendah, dan pelincirannya tidak dapat dibandingkan dengan grafit serpihan. Walau bagaimanapun, grednya secara amnya lebih tinggi, malah ada yang mencecah lebih 90% [4].
2. Aplikasi Grafit
Grafit semulajadi mempunyai sifat fizikokimia yang sangat baik, yang membawa kepada pelbagai aplikasi. Ia memainkan peranan yang tidak boleh diganti dan penting dalam banyak industri, termasuk metalurgi, pelinciran, pengedap, tenaga nuklear dan penyimpanan tenaga.
Dalam industri metalurgi, grafit semula jadi adalah bahan mentah teras untuk aplikasi refraktori dan faundri. Memanfaatkan kekonduksian elektriknya yang baik dan{1}}rintangan suhu tinggi, elektrod grafit berfungsi sebagai komponen utama dalam pembuatan keluli relau arka elektrik, dengan pasti menyesuaikan diri dengan-keadaan peleburan suhu tinggi. Pada masa yang sama, bahan refraktori berasaskan grafit-, dengan rintangan suhu-tinggi yang boleh dipercayai dan rintangan hakisan, digunakan secara meluas sebagai struktur pelapik dalam keluli,-peleburan logam bukan ferus dan pelbagai-relau metalurgi suhu tinggi, menjadikannya bahan asas yang sangat diperlukan [5].
Dalam bidang pelinciran, pelincir sangat diperlukan dalam kehidupan moden, digunakan dalam kereta, kapal, pesawat, dan peralatan mesin. Di bawah keadaan khas tertentu, seperti suhu tinggi, prestasi minyak pelincir boleh berkurangan dengan ketara, selalunya mengakibatkan pelinciran tidak mencukupi. Daya ikatan antara lapisan grafit adalah lemah, membolehkan gelongsor mudah di bawah daya luaran; oleh itu, grafit mempamerkan sifat pelincir yang sangat baik dan merupakan pelincir pepejal yang ideal. Tambahan pula, disebabkan oleh-rintangan suhu yang tinggi, pelincir berasaskan grafit-boleh berfungsi dengan berkesan dalam persekitaran yang melampau seperti suhu tinggi, mencapai hasil yang baik [6].
Dalam bidang pengedap, bahan pengedap grafit, disebabkan oleh rintangan kakisan yang luar biasa, rintangan suhu- tinggi dan kestabilan struktur, mendapat aplikasi yang meluas dalam industri seperti kejuruteraan kimia, jentera dan elektronik. Berdasarkan struktur berlapisnya yang unik dan sifat pengedap yang baik, grafit semulajadi boleh menyesuaikan diri dengan keadaan pengedap dalam pelbagai peralatan mekanikal dengan berkesan, mengekalkan prestasi yang stabil dalam persekitaran yang kompleks dan keras serta memanjangkan hayat perkhidmatan komponen pengedap dengan ketara [5]. Selain itu, memampatkan berliang, tinggi-permukaan-grafit yang diperluaskan tenaga boleh menghasilkan helaian grafit yang fleksibel. Disebabkan oleh-rintangan suhu yang tinggi, rintangan kakisan, kestabilan kimia dan kekuatan mekanikal tertentu, helaian ini boleh berfungsi dengan berkesan di bawah keadaan khas, menghasilkan grafit fleksibel reputasi "raja pengedap" [6].
Dalam sektor tenaga nuklear, grafit semula jadi-ketulenan tinggi ialah bahan mentah teras untuk mengeluarkan penyederhana neutron dalam reaktor nuklear. Prestasi penyederhanaan neutron yang sangat baik dan-kestabilan struktur suhu tinggi menjadikannya bahan utama untuk loji kuasa nuklear dan kemudahan penyelidikan nuklear. Dalam jenis reaktor nuklear tertentu, grafit semula jadi juga boleh berfungsi sebagai bahan struktur, memanfaatkan kekuatan mekanikalnya yang baik, rintangan sinaran dan rintangan suhu-tinggi untuk mengekalkan-perkhidmatan stabil jangka panjang-di bawah keadaan suhu tinggi dan sinaran sengit yang melampau, tanpa mudah berubah bentuk atau gagal]. sekali gus memastikan operasi peralatan nuklear yang selamat [5]
Dalam bidang penyimpanan tenaga, dengan perkembangan pesat industri tenaga baharu, permintaan pasaran untuk grafit semula jadi terus berkembang. Pertumbuhan pesat industri bateri litium telah mendorong permintaan pasaran dengan ketara untuk bahan anod, dan grafit semula jadi, dengan sifat elektrokimianya yang unik, adalah bahan mentah pilihan untuk pembuatan anod bateri litium. Pada masa ini, banyak bidang seperti kenderaan tenaga baharu, stesen pangkalan komunikasi mudah alih, dan mikrogrid bergantung pada bateri litium sebagai sumber kuasa teras mereka, yang memastikan bahan anod bateri litium grafit akan terus memiliki daya saing industri yang kukuh dalam pasaran tenaga baharu masa hadapan [7].
3. Kaedah Pemurnian Grafit
Pada masa ini, kaedah penulenan grafit semulajadi boleh dikategorikan kepada kaedah fizikal dan kimia. Antaranya, kaedah penulenan fizikal terutamanya termasuk kaedah pengapungan dan-suhu tinggi; kaedah penulenan kimia termasuk kaedah asid-alkali, kaedah asid hidrofluorik dan kaedah pemanggangan pengklorinan.
3.1 Kaedah Pengapungan
Kaedah pengapungan ialah proses pemprosesan mineral yang mengasingkan mineral pepejal daripada ampaian akueus berdasarkan perbezaan sifat fizikal dan kimia permukaannya. Permukaan grafit tidak mudah dibasahi oleh air, memberikan kebolehapungan yang baik dan membolehkan pemisahan mudah daripada kekotoran, menjadikannya sesuai untuk penulenan melalui pengapungan [8].
Aliran proses keseluruhan kaedah pengapungan terutamanya merangkumi tiga langkah teras: pengisaran, pemisahan pengapungan, dan peredaran semula pertengahan. Pertama, bijih grafit asli mentah dihancurkan dan dikisar. Melalui pengisaran mekanikal, pembebasan awal monomer grafit daripada kekotoran gangue dicapai, meletakkan asas untuk operasi pengasingan seterusnya. Selepas mengisar, pulpa grafit dicampur dan direndam dengan reagen kimia tertentu. Melalui pengubahsuaian reagen, perbezaan tegangan permukaan grafit dioptimumkan, melebarkan jurang kebolehapungan antara grafit dan mineral kekotoran dan mewujudkan keadaan untuk penyingkiran kekotoran yang cekap. Selepas itu, gabungan proses pengapungan yang melibatkan pelbagai peringkat pengasaran, pembersihan, dan pembersihan digunakan untuk mengeluarkan komponen kekotoran secara berperingkat daripada pulpa, dengan berkesan meningkatkan ketulenan pekat grafit. Semasa proses pengapungan, reagen pengapungan yang sesuai ditambah untuk meningkatkan lagi kebolehapungan grafit dan meningkatkan kecekapan pengasingan. Pengumpul industri yang biasa digunakan termasuk minyak diesel, minyak tanah, minyak pain, dll. [9].
Kaedah pengapungan, sebagai langkah pertama dalam penulenan grafit, digunakan terutamanya untuk prarawatan grafit serpihan-rendah,-besar. Proses ini mempunyai sistem teknologi yang matang, peralatan sokongan yang ringkas, penggunaan tenaga keseluruhan yang rendah, dan kos pengeluaran yang boleh dikawal, menawarkan kelebihan ekonomi yang ketara. Ia ialah teknologi penulenan kasar grafit yang sangat kos-berkesan tinggi dalam aplikasi perindustrian. Walau bagaimanapun, kaedah pengapungan mempunyai had yang ketara dan tidak sesuai untuk penulenan grafit mikrohabluran yang cekap. Berbanding dengan grafit kristal, grafit mikrohablur biasanya mempunyai kandungan kekotoran keseluruhan yang lebih rendah, tetapi keadaan kejadian kekotoran yang unik menyekat keberkesanan penyingkiran kekotoran pengapungan dengan ketara. Zarah grafit mikrohablur sangat halus dan berkait rapat dengan mineral gangue, selalunya tertanam dalam mineral tanah liat. Semasa pengisaran, sukar untuk mencapai pembebasan monomer grafit yang mencukupi daripada kekotoran, yang membawa kepada pengurangan ketara dalam kecekapan pengasingan pengapungan. Akhirnya, sukar untuk mendapatkan-pekatan grafit ketulenan tinggi, gagal memenuhi keperluan{11}}aplikasi industri tinggi. Secara ringkasnya, proses pengapungan grafit hanya boleh berfungsi sebagai kaedah penulenan utama, terutamanya digunakan untuk membuang kebanyakan kekotoran yang mudah dipisahkan daripada bijih grafit mentah, dengan berkesan mengurangkan penggunaan reagen dan kehilangan tenaga dalam proses penulenan dalam seterusnya dan menyediakan asas bahan mentah berkualiti tinggi untuk penapisan selanjutnya [10-11].
3.2 Kaedah Suhu-Tinggi
Kaedah suhu tinggi-menggunakan perbezaan takat didih antara grafit (takat lebur tinggi) dan bendasing (takat didih rendah). Di bawah perlindungan suasana lengai, suhu dikawal dalam julat yang sesuai, menyebabkan kekotoran -takat didih-yang lebih rendah seperti oksida logam dan silikat menguap dan terlepas terlebih dahulu, manakala karbon takat-lebur-yang tinggi kekal dalam bentuk pepejal, sekali gus mencapai pengasingan dan penulenan yang mendalam [12].
Bahan mentah yang digunakan dalam kaedah-suhu tinggi lazimnya ialah pekat grafit yang diperoleh selepas penulenan pengapungan atau-grafit karbon tinggi yang diperoleh selepas penulenan kimia, dengan kandungan karbon secara amnya antara 95% hingga 99% [13]. Kaedah ini boleh mencapai ketulenan grafit sekitar 99.995%. Walaupun ia boleh mengeluarkan dengan berkesan kekotoran yang tertanam dalam kekisi grafit tanpa memusnahkan struktur grafit, meningkatkan kualiti produk dengan cekap, ia selalunya hanya terpakai pada-sektor teknologi tinggi seperti pertahanan, industri nuklear dan aeroangkasa. Ini kerana kelemahan kaedah ini adalah ketara: ia memerlukan peralatan yang menuntut, penggunaan tenaga yang tinggi dan melibatkan pelaburan dan kos operasi yang besar, menjadikannya tidak menguntungkan untuk-pengeluaran besar-besaran dan terutamanya menyajikan produk grafit-tinggi [12].
3.3 Kaedah Asid-Alkali
Kaedah alkali-asid, yang terdiri daripada dua proses-gabungan alkali dan larut lesap asid-dalam turutan mengikut aliran perindustrian, ialah kaedah yang agak berkesan untuk menulenkan grafit semula jadi. Proses pelakuran alkali: Menggunakan rintangan grafit kepada asid dan alkali, grafit dan alkali dicampurkan secara seragam dalam perkadaran tertentu dan kemudian dikalsinkan pada suhu tinggi. Dalam keadaan cair, bendasing seperti aluminosilikat, kuarza dan silikat dalam grafit bertindak balas secara kimia dengan alkali, membentuk asid-larut atau air-silikat larut, yang kemudiannya disingkirkan dengan mencuci air. Proses larut lesap asid: Alkali-grafit dan hidroksida yang tercantum tertakluk kepada larut lesap panas dengan larutan asid hidroklorik pada kepekatan tertentu, menukar oksida logam kepada garam larut. Akhirnya, melalui proses seperti pencucian dan penyahairan, grafit yang telah dimurnikan diperolehi.
Pada masa ini, kaedah asid-alkali ialah kaedah penulenan yang biasa digunakan oleh-pengeluar grafit ketulenan tinggi di China. Kelebihan terbesarnya termasuk pelaburan awal yang rendah, peralatan reaksi mudah, serba boleh yang kuat, kebolehsuaian proses yang baik, dan ketulenan dan gred yang agak tinggi bagi produk yang diperolehi. Kelemahannya ialah keperluan pengkalsinan pada suhu tinggi, penggunaan tenaga dan peralatan yang ketara, kecekapan penulenan yang agak rendah, kehilangan mineral berharga yang banyak, dan berpotensi untuk pencemaran alam sekitar [14].
3.4 Kaedah Asid Hidrofluorik
Asid hidrofluorik (HF) ialah asid kuat yang boleh bertindak balas dengan kebanyakan kekotoran dalam grafit. Walau bagaimanapun, grafit biasanya mempunyai rintangan asid yang baik pada suhu bilik dan stabil dari segi kimia, terutamanya kerana ia tidak bertindak balas dengan asid hidrofluorik. Dengan merendam grafit dalam asid hidrofluorik, membenarkan tindak balas dari semasa ke semasa, diikuti dengan pencucian dan penapisan, grafit ketulenan-yang agak tinggi kekal.
Penulenan menggunakan kaedah asid hidrofluorik boleh membuang kebanyakan kekotoran daripada grafit, menghasilkan-grafit ketulenan tinggi pada kos yang rendah. Ia adalah salah satu kaedah yang lebih mudah dan berkesan untuk penulenan grafit. Walau bagaimanapun, asid hidrofluorik adalah sangat toksik, menimbulkan bahaya keselamatan yang ketara semasa proses pengeluaran, yang menghalang penggunaan dan penggunaannya secara meluas dalam pengeluaran perindustrian [15].
3.5 Kaedah Pembakaran Pengklorinan
Kaedah pemanggangan pengklorinan melibatkan penambahan sejumlah reduktor (gas klorin, karbon tetraklorida) kepada grafit dan pemanggangan pada suhu tinggi di bawah suasana tertentu. Kekotoran oksida bertindak balas dengan gas klorin dalam tindak balas pengklorinan, menukarkannya kepada klorida. Kekotoran seperti silikat, aluminosilikat dan kuarza dalam grafit terurai menjadi oksida seperti silikon dioksida, aluminium oksida, oksida besi dan kalsium oksida di bawah-pemanasan suhu tinggi. Oleh kerana takat didih klorida ini agak rendah, ia mengewap dan terlepas semasa proses pemanggangan bersuhu tinggi-, dengan itu mencapai penyingkiran dan penulenan kekotoran.
Kaedah pemanggangan pengklorinan menghilangkan kekotoran dengan menambahkan gas penurun seperti klorin untuk menukar kekotoran kepada bentuk klorida. Kaedah ini menawarkan kecekapan penulenan yang tinggi dan kadar pemulihan yang baik. Walau bagaimanapun, gas klorin adalah gas berbahaya yang berbahaya kepada alam sekitar, dan prosesnya dicirikan oleh ketidakstabilan, yang mengehadkan perkembangannya [16].