Η διαφορά μεταξύ του φυσικού γραφίτη και του τεχνητού γραφίτη: Πώς να χρησιμοποιήσετε το φυσικό γραφίτη για την ανάπτυξη τεχνητών προϊόντων γραφίτη

Ο γραφίτης αποτελείται από ένα μόνο στοιχείο άνθρακα. Η κρυσταλλική του δομή ανήκει στο εξαγωνικό σύστημα, σχηματίζοντας μια εξαγωνική στρωματοποιημένη δομή. Μέσα στα στρώματα, τα άτομα άνθρακα συνδέονται με σ -δεσμούς που σχηματίζονται από υβριδικά τροχιακά SP2 και απομακρυσμένα π -δεσμούς που σχηματίζονται από τροχιακά PZ, σχηματίζοντας ένα ισχυρό εξάγωνο πλέγμα. Η ατομική απόσταση άνθρακα-άνθρακα είναι 1,42 Α. Τα άτομα άνθρακα έχουν εξαιρετικά ισχυρές ενέργειες δεσμών (345 kJ/mol), ενώ τα άτομα άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους από τις ασθενέστερες δυνάμεις van der Waals (ενέργεια Bond 16,7 kJ/mol). Η απόσταση μεταξύ των στρώσεων είναι 3,354 Α.

Ο γραφίτης είναι μαλακός, σκούρος γκρι και έχει μια λιπαρή αίσθηση που μπορεί να λεκιάσει χαρτί. Η σκληρότητα του είναι 1-2, και η θεωρητική πυκνότητα είναι 2,26 g/cm³.
Ο καθαρός γραφίτης δεν υπάρχει στη φύση. Τα φυσικά ορυκτά γραφίτη συχνά περιέχουν ακαθαρσίες όπως SiO2, Al2O3, FeO, CaO, P2O5 και CuO.
Αυτές οι ακαθαρσίες εμφανίζονται συχνά σε ορυκτά όπως χαλαζία, πυρίτη και ανθρακικά άλατα. Επιπλέον, ο γραφίτης περιέχει επίσης αέρια όπως νερό, υδρογονάνθρακες, CO₂, H₂ και N₂.

Επομένως, εκτός από τον προσδιορισμό της σταθερής περιεκτικότητας σε άνθρακα, η ανάλυση γραφίτη πρέπει επίσης να μετρήσει την πτητική ύλη και την περιεκτικότητα σε τέφρα.

Λόγω της ειδικής δομής του, ο γραφίτης έχει τις ακόλουθες εξαιρετικές ιδιότητες:

(1) Αντίσταση υψηλής θερμοκρασίας:Ο γραφίτης είναι ένα από τα πιο ανθεκτικά στη θερμότητα υλικά. Δεν έχει σημείο τήξης σε κανονική πίεση και χάνει πολύ μικρό βάρος ακόμη και όταν καίγεται από ένα εξαιρετικά υψηλό τόξο θερμοκρασίας.

(2) Ηλεκτρική αγωγιμότητα και θερμική αγωγιμότητα:Ο γραφίτης έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και θερμική αγωγιμότητα. Η θερμική αγωγιμότητα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, ο γραφίτης γίνεται ακόμη και μονωτής.

(3) Λίπανση: tΗ λιπαντικότητα του γραφίτη εξαρτάται από το μέγεθος των κόκκων γραφίτη και τον βαθμό ανάπτυξης των κρυστάλλων. Όσο μεγαλύτεροι είναι οι κόκκοι γραφίτη και όσο πιο ολοκληρωμένη είναι η ανάπτυξη των κρυστάλλων, τόσο μικρότερος είναι ο συντελεστής τριβής και τόσο καλύτερη είναι η λιπαντικότητα.

(4) Χημική σταθερότητα:Ο γραφίτης έχει καλή χημική σταθερότητα σε θερμοκρασία δωματίου και είναι ανθεκτικός στην διάβρωση οξέος, αλκαλίου και οργανικού διαλύτη.

(5) Πλαστικότητα:Ο γραφίτης έχει κάποια σκληρότητα και μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία απλά. Ο γραφίτης με υψηλό βαθμό ανάπτυξης κρυστάλλων μπορεί ακόμη και να αλεσθεί σε πολύ λεπτά φύλλα.

(6) Αντίσταση θερμικού σοκ:Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του γραφίτη είναι πολύ μικρός και μπορεί να αντέξει δραστικές αλλαγές στη θερμοκρασία χωρίς να υποστεί βλάβη κατά τη χρήση.

3. Ταξινόμηση και χαρακτηριστικά γραφίτη
Ο γραφίτης μπορεί να χωριστεί σε φυσικό γραφίτη και τεχνητό γραφίτη. Ενώ οι δύο έχουν παρόμοιες δομές και φυσικές και χημικές ιδιότητες, οι χρήσεις τους διαφέρουν σημαντικά.

Ο φυσικός γραφίτης είναι ένα δώρο από τη φύση, που σχηματίζεται από τον μακροπρόθεσμο μετασχηματισμό της πλούσιας σε άνθρακα οργανική ύλη υπό γεωλογικές συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης. Οι ιδιότητες επεξεργασίας του φυσικού γραφίτη καθορίζονται κυρίως από την κρυσταλλική του μορφή. Τα ορυκτά γραφίτη με διαφορετικές κρυσταλλικές μορφές έχουν διαφορετικές βιομηχανικές τιμές και εφαρμογές.
Ο φυσικός γραφίτης είναι μια μεγάλη ποικιλία υλικών. Με βάση την κρυσταλλική τους μορφή, ο φυσικός γραφίτης ταξινομείται βιομηχανικά σε τρεις κατηγορίες: πυκνό κρυσταλλικό γραφίτη, γραφίτη νιφάδων και κρυπτοκρυσταλλικό γραφίτη. Στη χώρα μου, ο γραφίτης Flake και ο κρυπτοκρυσταλλικός γραφίτης είναι οι δύο κύριοι τύποι.
Ο πυκνός κρυσταλλικός γραφίτης, επίσης γνωστός ως μαζικός γραφίτης, έχει ξεχωριστά κρυστάλλους ορατά με γυμνό μάτι. Η διάμετρος των σωματιδίων είναι μεγαλύτερη από 0,1 mm. Οι κρύσταλλοι είναι διατεταγμένοι σε μια διαταραγμένη, πυκνή, μαζική δομή. Είναι υψηλής ποιότητας, με περιεκτικότητα σε άνθρακα που κυμαίνεται γενικά από 60% έως 65%, που μερικές φορές φθάνει στο 80% έως 98%. Ωστόσο, η πλαστικότητά και η λιπαντότητά του είναι κατώτερες από το Flake Graphite. Ο φυσικός γραφίτης, ένας κρυσταλλογραφικός όρος για τους pegmatites, είναι ένας μόνο κρύσταλλος που ονομάζεται για το σχήμα του. Μπορεί να είναι είτε μεγάλες είτε λεπτές νιφάδες. Αυτός ο τύπος γραφίτη προσφέρει ανώτερη λιπαντικότητα και πλαστικότητα σε σύγκριση με άλλους τύπους γραφίτη, καθιστώντας τον το πιο πολύτιμο βιομηχανικό υλικό.

Αν και ο μεταλλεύματος γραφίτη του Flake δεν είναι υψηλής ποιότητας, με περιεκτικότητα σε άνθρακα που γενικά κυμαίνεται από 3% έως 25%, είναι ένα από τα πιο επιπλέοντα μεταλλεύματα που βρίσκονται στη φύση. Μέσω εκτεταμένης λείανσης και επιλογής, μπορεί να ληφθεί συμπύκνωμα γραφίτη υψηλής ποιότητας.

Ο αφαντικός γραφίτης, γνωστός και ως άμορφος γραφίτης ή γήινος γραφίτης, πρόσφατα άρχισε να αναφέρεται ως μικροκρυσταλλικός γραφίτης. Αυτός ο τύπος γραφίτη συνήθως έχει κρυστάλλους μικρότερους από 1 μικροσκοπίου σε διάμετρο και μπορεί να παρατηρηθεί μόνο κάτω από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Μπορεί να θεωρηθεί ένα σύνολο κρυστάλλων γραφίτη.

Ο φυσικός μικροκρυσταλλικός γραφίτης σχηματίζεται τυπικά από τη μετατροπή του άνθρακα υπό γεωλογικές συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης. Ως εκ τούτου, συχνά συνδέεται με τον άνθρακα. Μία ζώνη μετάβασης από ανθρακίτη σε φυσικό μικροκρυσταλλικό γραφίτη παρατηρείται συχνά μέσα σε φυσικά μικροκρυσταλλικά γραφικά σώματα. Αυτός ο τύπος γραφίτη χαρακτηρίζεται από μια γήινη επιφάνεια, έλλειψη λάμψης, χαμηλότερη λιπαντικότητα από τον γραφίτη και κακή επιλεκτικότητα. Ωστόσο, είναι υψηλότερης ποιότητας, με περιεκτικότητα σε άνθρακα που γενικά κυμαίνεται από 60%έως 80%, με μερικές υπερβαίνουν το 90%.

Ο τεχνητός γραφίτης είναι παρόμοιος με τους πολυκρυσταλλούς στην κρυσταλλογραφία. Υπάρχουν πολλοί τύποι τεχνητού γραφίτη και οι διαδικασίες παραγωγής ποικίλλουν ευρέως. Σε γενικές γραμμές, ο τεχνητός γραφίτης περιλαμβάνει όλα τα υλικά γραφίτη που λαμβάνονται μέσω της ανθρακούμενης οργανικής ύλης που ακολουθείται από γραφίτη και θεραπεία υψηλής θερμοκρασίας, όπως ίνες άνθρακα (γραφίτη), πυρολυτικό άνθρακα (γραφίτη) και αφρώδες γραφίτη.

Σε μια στενότερη έννοια, ο τεχνητός γραφίτης αναφέρεται γενικά σε χύδην στερεά υλικά, όπως ηλεκτρόδια γραφίτη και ισοστατικά συμπιεσμένο γραφίτη, που παράγεται με τη χρήση ανθρακούχων πρώτων υλών χαμηλής βλάβης (όπως το ψησίισμα και τη γραφική παράσταση.

Δεδομένου ότι ο φυσικός γραφίτης παράγεται γενικά με τη στενή έννοια της λέξης, τεχνητό γραφίτη, αυτό το άρθρο θα αναλύσει μόνο και θα συζητήσει τις διαφορές και τις συνδέσεις μεταξύ φυσικού γραφίτη και τεχνητού γραφίτη με τη στενή έννοια.

Ο φυσικός γραφίτης έχει σχετικά καλά αναπτυγμένους κρυστάλλους. Ο βαθμός γραφίτη του φυσικού γραφίτη νιφάδων είναι συνήθως πάνω από το 98%, ενώ ο φυσικός μικροκρυσταλλικός γραφίτης είναι τυπικά κάτω από το 93%.
Ο βαθμός ανάπτυξης κρυστάλλων στον τεχνητό γραφίτη εξαρτάται από την πρώτη ύλη και τη θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας. Σε γενικές γραμμές, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας, τόσο υψηλότερος είναι ο βαθμός γραφιτισμού. Επί του παρόντος, ο βαθμός γραφίτη του βιομηχανικά παραγόμενου τεχνητού γραφίτη είναι συνήθως κάτω από το 90%.

Ο φυσικός γραφίτης Flake είναι ένα μόνο κρύσταλλο με σχετικά απλή μικροδομή. Περιέχει μόνο κρυσταλλογραφικά ελαττώματα (όπως ελαττώματα σημείων, εξάρσεις και σφάλματα στοίβαξης), με αποτέλεσμα ανισότροπα μακροσκοπικά δομικά χαρακτηριστικά. Ο φυσικός μικροκρυσταλλικός γραφίτης έχει μικρότερους κόκκους, με τυχαία διάταξη και πόρους που προκύπτουν από την απομάκρυνση των ακαθαρσιών. Εμφανίζει ισότροπα μακροσκοπικά δομικά χαρακτηριστικά.
Ο τεχνητός γραφίτης μπορεί να θεωρηθεί ως υλικό πολλαπλών φάσεων, που αποτελείται από μια φάση γραφίτη που προέρχεται από ανθρακούχα σωματίδια όπως ο οπτάνθρακα πετρελαίου ή ο οπτάνθρακας, μια φάση γραφίτη που προέρχεται από το συνδετικό του άνθρακα που περιβάλλει τα σωματίδια και τους πόρους που σχηματίζονται με συσσώρευση σωματιδίων ή με θερμική επεξεργασία του συνδετικού συστήματος άνθρακα.

Ο φυσικός γραφίτης υπάρχει τυπικά σε μορφή σκόνης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνος του, αλλά συχνά συνδυάζεται με άλλα υλικά.
Ο τεχνητός γραφίτης έρχεται σε διάφορες μορφές, συμπεριλαμβανομένης της σκόνης, των ινών και του μπλοκ. Με τη στενότερη έννοια, ο τεχνητός γραφίτης είναι τυπικά σε μορφή μπλοκ και πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία σε συγκεκριμένο σχήμα πριν από τη χρήση.

Ο φυσικός γραφίτης και ο τεχνητός γραφίτης μοιράζονται ομοιότητες, αλλά παρουσιάζουν επίσης διαφορές στην απόδοση. Για παράδειγμα, τόσο ο φυσικός όσο και ο τεχνητός γραφίτης είναι καλοί αγωγοί θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, για τις σκόνες γραφίτη του ίδιου μεγέθους καθαρότητας και σωματιδίων, ο φυσικός γραφίτης νιφάδας έχει την καλύτερη θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, ακολουθούμενη από φυσικό μικροκρυσταλλικό γραφίτη και ο τεχνητός γραφίτης έχει το χαμηλότερο.
Ο γραφίτης παρουσιάζει καλή λιπαντικότητα και ένα ορισμένο βαθμό πλαστικότητας. Ο φυσικός γραφίτης, με τους καλά αναπτυγμένους κρυστάλλους του και τον χαμηλό συντελεστή τριβής, παρουσιάζει την καλύτερη λιπαντικότητα και την υψηλότερη πλαστικότητα. Ο πυκνός κρυσταλλικός γραφίτης και ο κρυπτοκρυσταλλικός γραφίτης κατάταξης δεύτερη, ενώ ο τεχνητός γραφίτης εκτελεί άσχημα.

Ο γραφίτης διαθέτει πολλές εξαιρετικές ιδιότητες, καθιστώντας την ευρέως χρησιμοποιούμενη σε βιομηχανίες όπως η μεταλλουργία, τα μηχανήματα, η ηλεκτρολογία, τα χημικά, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα και η άμυνα. Οι εφαρμογές της φυσικής και συνθετικής γραφίτη επικαλύπτονται καθώς και διαφέρουν.
Στη μεταλλουργική βιομηχανία, ο φυσικός γραφίτης νιφάδων, λόγω της εξαιρετικής αντοχής της οξείδωσης, χρησιμοποιείται στην παραγωγή ανθεκτικών υλικών όπως τα τούβλα μαγνησίας-άνθρακα και τα τούβλα αλουμίνας-άνθρακα.
Ο τεχνητός γραφίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδια παραγωγής χάλυβα, ενώ τα ηλεκτρόδια που κατασκευάζονται από φυσικό γραφίτη είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν στις σκληρότερες συνθήκες λειτουργίας των ηλεκτρικών χάλυβα.
Στη μηχανική βιομηχανία, ο γραφίτης χρησιμοποιείται συνήθως ως ανθεκτικό στη φθορά και λιπαντικό υλικό. Ο φυσικός γραφίτης νιφάδων έχει εξαιρετική λιπαντικότητα και χρησιμοποιείται συχνά ως πρόσθετο λιπαντικού.
Στον εξοπλισμό που μεταφέρει διαβρωτικά μέσα, τα δαχτυλίδια εμβόλου, οι σφραγίδες και τα έδρανα που κατασκευάζονται από συνθετικό γραφίτη χρησιμοποιούνται ευρέως, εξαλείφοντας την ανάγκη για λιπαντικό.
Οι φυσικοί σύνθετοι γραφίτη και πολυμερής ρητίνης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στις προαναφερθείσες εφαρμογές, αλλά η αντίσταση της φθοράς τους είναι κατώτερη από εκείνη του συνθετικού γραφίτη. Ο τεχνητός γραφίτης μπορεί να υπερηφανεύεται για τη διάβρωση, την καλή θερμική αγωγιμότητα και τη χαμηλή διαπερατότητα. Χρησιμοποιείται ευρέως στη χημική βιομηχανία για την κατασκευή εξοπλισμού όπως εναλλάκτες θερμότητας, δεξαμενές αντίδρασης, πύργους απορρόφησης και φίλτρα.

Οι φυσικοί σύνθετοι γραφίτη και πολυμερής ρητίνης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε αυτές τις περιοχές, αλλά η θερμική τους αγωγιμότητα και η αντοχή στη διάβρωση είναι κατώτερες από εκείνες του τεχνητού γραφίτη.

Η ανάπτυξη νέων προϊόντων γραφίτη που βασίζονται σε διαδικασίες παραγωγής τεχνητού γραφίτη δεν είναι πλέον ένα νέο θέμα στη βιομηχανία τεχνητού γραφίτη. Πολυάριθμα προϊόντα άνθρακα-γραφίτη παράγονται χρησιμοποιώντας φυσικό γραφίτη ως πρωτεύουσα ή δευτερογενή πρώτη ύλη, ακολουθώντας τεχνητούς διαδικασίες παραγωγής γραφίτη, ενώ ορισμένοι έχουν γίνει ακόμη και μεγάλης κλίμακας βιομηχανίες.

Ράβδοι άνθρακα με ψευδάργυρο-μαγκανέζικο:Οι ράβδοι άνθρακα για μπαταρίες ψευδαργύρου (κοινώς γνωστές ως ξηρά κύτταρα) κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας φυσικό μικροκρυσταλλικό γραφίτη και πίσσα άνθρακα ως πρωταρχικές πρώτες ύλες μέσω μιας διαδικασίας ανάμειξης, εξώθησης, ψησίματος, κατεργασίας και εμποτισμού κεριού.

Αξιοποιώντας κυρίως την υψηλή αγωγιμότητα και το χαμηλό κόστος φυσικού μικροκρυσταλλικού γραφίτη, τα προϊόντα αυτά έχουν χαμηλές απαιτήσεις περιεχομένου τέφρας, αλλά αυστηρότερες απαιτήσεις για ακαθαρσίες όπως το σίδηρο και το θείο.

Φυσικές βούρτσες γραφίτη:Οι βούρτσες του κινητήρα κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας φυσικό γραφίτη και βόση πίσσας άνθρακα ως πρωταρχικές πρώτες ύλες μέσω μιας διαδικασίας ανάμειξης, απολέπισης, λείανσης, χύτευσης, ψησίματος (και γραφοποιοποίησης, εάν είναι απαραίτητο) και κατεργασίας.

Αυτό το υλικό χρησιμοποιεί κυρίως την υψηλή αγωγιμότητα και τον προσανατολισμό του φυσικού γραφίτη. Απαιτεί χαμηλά επίπεδα ακαθαρσιών όπως το σίδηρο και το θείο και περιεκτικότητα σε τέφρα όχι υψηλότερη από 2%. Πρέπει να ληφθεί μέριμνα κατά τη διάρκεια της μηχανικής κατεργασίας για να εξασφαλιστεί ο προσανατολισμός της νιφάδας.

Μηχανικό υλικό γραφίτη άνθρακα:Κατασκευασμένο κυρίως από φυσικό γήπεδο γραφίτη και άνθρακα, αυτό το υλικό παράγεται μέσω μιας διαδικασίας ανάμειξης, απολέπισης, λείανσης, χύτευσης και ψησίματος. Απαιτεί την κατεργασία ακριβείας με βάση τις απαιτήσεις εφαρμογής.

Από τα παραπάνω παραδείγματα, μπορεί να φανεί ότι σε σύγκριση με τον τεχνητό γραφίτη με μια στενή έννοια, τα προϊόντα γραφίτη άνθρακα που παράγονται από φυσικό γραφίτη ως κύρια πρώτη ύλη ή βοηθητική πρώτη ύλη και παράγονται σύμφωνα με την τεχνητή διαδικασία παραγωγής γραφίτη έχουν τις ακόλουθες διαφορές στην παραγωγική διαδικασία και την απόδοση του προϊόντος:

(1) Ο πρώτος συνήθως πρέπει να υποβληθεί σε θεραπεία γραφιτισμού σε θερμοκρασία άνω των 2500 βαθμών για να αποκτήσει τις απαιτούμενες φυσικές και χημικές ιδιότητες, ενώ οι τελευταίες μπορούν να γραφιριστούν ή όχι. Προκειμένου να μειωθεί το κόστος παραγωγής, συνήθως δεν εκτελείται θεραπεία γραφίτη, επομένως υπάρχει μια φάση "άνθρακα" στη δομή της που μετατρέπεται από το βήμα του συνδετικού υλικού. Αυτός ο άνθρακας, ο οποίος βρίσκεται γύρω από τα σωματίδια γραφίτη και συνδέει τα σωματίδια γραφίτη μαζί, έχει υψηλότερη σκληρότητα και πολύ χαμηλότερη αγωγιμότητα από τον φυσικό γραφίτη, επομένως έχει μεγαλύτερη επίδραση στην απόδοση του προϊόντος.

(2) Δεδομένου ότι ο φυσικός γραφίτης υπάρχει συνήθως σε μορφή σκόνης και έχει κακή αντοχή συγκόλλησης με τα προϊόντα γραφίτη άνθρακα, τα προϊόντα γραφίτη άνθρακα που παράγονται από φυσικό γραφίτη, καθώς η πρώτη ύλη έχουν συνήθως μειονεκτήματα όπως το υψηλό πορώδες, η χαμηλή μηχανική αντοχή, η κακή αντοχή στην οξείδωση και η αντοχή σε θερμικό σοκ. Επομένως, οι προδιαγραφές του προϊόντος δεν μπορούν να είναι πολύ μεγάλες και το πεδίο εφαρμογής είναι επίσης πολύ περιορισμένο.

Με βάση την παραπάνω ανάλυση και συζήτηση, ο συγγραφέας πιστεύει ότι τα ακόλουθα τεχνικά ζητήματα απαιτούν προσοχή κατά την ανάπτυξη τεχνητού γραφίτη χρησιμοποιώντας φυσικό γραφίτη ως πρώτη ύλη:

Τροποποίηση επιφάνειας του φυσικού γραφίτη.Σε σύγκριση με τις πρώτες ύλες των ανθρακούχων, όπως ο οπτάνθρακα πετρελαίου και ο οπτάνθρακα, ο φυσικός γραφίτης έχει λιγότερες λειτουργικές ομάδες οξυγόνου επιφανείας, είναι λιγότερο δραστήριος και έχει φτωχότερη συγκόλληση με πίσσα άνθρακα.

Ως εκ τούτου, τα προϊόντα-γραφίτη άνθρακα που κατασκευάζονται με φυσικό γραφίτη, ειδικά φυσικό γραφίτη νιφάδων, καθώς η πρωταρχική πρώτη ύλη και η χρήση τεχνητών διαδικασιών παραγωγής γραφίτη υποφέρουν αναπόφευκτα από κακές μηχανικές ιδιότητες. Η κατάλληλη επιφανειακή θεραπεία του φυσικού γραφίτη είναι απαραίτητη για την αύξηση του περιεχομένου των λειτουργικών ομάδων επιφανειακού οξυγόνου.

Καθαρισμός του φυσικού γραφίτη.Οι ανθρακούνες πρώτες ύλες, όπως ο οπτάνθρακα πετρελαίου και ο οπτάνθρακα, είναι σχετικά καθαροί, με περιεχόμενα τέφρας συνήθως κάτω από 0,5%. Ωστόσο, ο φυσικός γραφίτης που επεξεργάζεται μέσω επίπλευσης είναι σχετικά καθαρός, με περιεχόμενα άνθρακα συνήθως κάτω από 90%. Ως εκ τούτου, τα προϊόντα γραφίτη άνθρακα που κατασκευάζονται από φυσικό γραφίτη έχουν συχνά χαμηλότερη καθαρότητα και κακή συνολική απόδοση, περιορίζοντας τις περιοχές εφαρμογής τους. Η θεραπεία υψηλής καθαρισμού του φυσικού γραφίτη είναι μια προσέγγιση για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος.

Ο χημικός καθαρισμός είναι λιγότερο ακριβός, αλλά η διαδικασία πλύσης καταναλώνει μεγάλες ποσότητες νερού και προκαλεί σημαντική ρύπανση. Ο καθαρισμός υψηλής θερμοκρασίας, από την άλλη πλευρά, είναι ακριβότερος. Μερικοί έχουν προτείνει την πρώτη προετοιμασία του γραφίτη μπλοκ χρησιμοποιώντας τη διαδικασία παραγωγής για τεχνητό γραφίτη, στη συνέχεια υποβάλλοντας τον σε θερμική επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας πάνω από 2500 βαθμούς για να γραφιοποιήσει τη φάση "άνθρακα" κατά την απομάκρυνση των ακαθαρσιών από τη φυσική φάση γραφίτη. Ωστόσο, αυτό αυξάνει το κόστος παραγωγής και, δεύτερον, τα ελαττώματα που προκαλούνται από την εξάτμιση των ακαθαρσιών οδηγούν συχνά σε μειωμένη απόδοση του προϊόντος.

Φυσικό μέγεθος σωματιδίων γραφίτη.Για να βελτιωθεί η απόδοση των διαδικασιών και των προϊόντων, τα περισσότερα προϊόντα γραφίτη άνθρακα, εκτός από τα προϊόντα με λεπτόκοκκο-γραφίτη άνθρακα, απαιτούν πρώτες ύλες άνθρακα με ποικίλα μεγέθη σωματιδίων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παρτίδας. Για ορισμένα προϊόντα μεγάλης μορφής, το μέγεθος των σωματιδίων πρώτης ύλης άνθρακα μπορεί να φτάσει ακόμη και τα 16 mm. Ωστόσο, ο φυσικός γραφίτης που επεξεργάζεται με επίπλευση συχνά σχηματίζει μια λεπτή σκόνη με μεγέθη σωματιδίων που κυμαίνονται από δεκάδες έως εκατοντάδες μικρά. Ως εκ τούτου, η χρήση του φυσικού γραφίτη ως πρώτης ύλης περιορίζεται στην παραγωγή προϊόντων άνθρακα-γραφίτη λεπτών δομών.

Παρόλο που είναι διαθέσιμος φυσικός μικροκρυσταλλικός γραφίτης ποικίλων μεγεθών σωματιδίων, η χαμηλή καθαρότητα και το κόστος καθαρισμού υψηλής θερμοκρασίας καθιστούν απαγορευτικά δαπανηρή. Επομένως, δεν υπάρχουν αναφορές προϊόντων άνθρακα-γραφίτη χονδροειδούς δομής που παράγονται χρησιμοποιώντας φυσικό μικροκρυσταλλικό γραφίτη ως πρώτη ύλη. Για την αντιμετώπιση της έλλειψης φυσικού γραφίτη μεγάλων σωματιδίων, συνιστάται η υιοθέτηση της διαδικασίας "δευτερογενούς coking" που χρησιμοποιείται στην τεχνητή βιομηχανία γραφίτη για την επεξεργασία των μαύρων πρώτων υλών.

Συρρίκνωση όγκου κατά τη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας.Κατά τη διάρκεια της παραγωγής τεχνητού γραφίτη, ειδικά κατά τη διάρκεια της γραφικοποίησης, τα άτομα άνθρακα μετατοπίζονται σταδιακά προς μια κανονική δομή γραφίτη, με αποτέλεσμα σημαντική συρρίκνωση του όγκου στο τελικό προϊόν.
Αυτή η συρρίκνωση του όγκου έχει το πλεονέκτημα της αύξησης της πυκνότητας του τελικού προϊόντος, αλλά η ανομοιόμορφη συρρίκνωση μπορεί εύκολα να προκαλέσει ρωγμές. Ο φυσικός γραφίτης, από την άλλη πλευρά, βιώνει λιγότερη συρρίκνωση του όγκου κατά τη διάρκεια των διεργασιών ανθρακούχου και γραφίτη, με αποτέλεσμα χαμηλότερη πυκνότητα και μηχανικές ιδιότητες.
Επιπλέον, κατά την ανάπτυξη τεχνητού γραφίτη από φυσικό γραφίτη, πρέπει να ληφθεί υπόψη το συνολικό κόστος παραγωγής.
Η τιμή του φυσικού γραφίτη μετά την επίπλευση είναι παρόμοια με εκείνη του καλύρωσης πετρελαίου Coke και Coke Pitch. Μετά από περαιτέρω καθαρισμό σε περιεκτικότητα σε άνθρακα 98%, η τιμή του φυσικού γραφίτη είναι σχεδόν διπλάσια από εκείνη του ασβεστοποιημένου πετρελαίου οπτάνθρακα και οπτάνθρακα. Ως εκ τούτου, εκτός από τα προαναφερθέντα προϊόντα άνθρακα-γραφίτη, τα οποία έχουν ήδη δημιουργήσει σημαντικές βιομηχανίες, οι περισσότερες προτεινόμενες τεχνικές οδούς και μέτρα θα αυξήσουν σημαντικά το κόστος παραγωγής.

Συνοπτικά, η ανάπτυξη τεχνητών προϊόντων γραφίτη χρησιμοποιώντας φυσικό γραφίτη ως πρώτη ύλη είναι μια σημαντική προσέγγιση για την επέκταση της εφαρμογής του φυσικού γραφίτη.
Ο φυσικός γραφίτης έχει χρησιμοποιηθεί από καιρό ως συμπληρωματική πρώτη ύλη σε κάποια τεχνητή παραγωγή γραφίτη, αλλά αναπτύσσοντας τεχνητά προϊόντα γραφίτη χρησιμοποιώντας φυσικό γραφίτη, καθώς η πρωταρχική πρώτη ύλη παρουσιάζει ακόμη πολυάριθμες προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν.
Η καλύτερη προσέγγιση για την επίτευξη αυτού του στόχου είναι να κατανοήσουμε πλήρως και να αξιοποιηθούν η δομή και οι ιδιότητες του φυσικού γραφίτη και να υιοθετήσουν κατάλληλες διαδρομές και μεθόδους διεργασίας για την παραγωγή τεχνητών προϊόντων γραφίτη με εξειδικευμένες δομές, ιδιότητες και εφαρμογές.