بخشی از مقاله
چکیده
عوامل اصلی موثر در انتخاب گرافیت برای استفاده در صنایع، درجه خلوص و خواص فیزیکی آن می باشد. در این پژوهش، در ادامه تحقیقاتی که در زمینه خالص سازی گرافیت انجام گرفته است، به بررسی روشی پرداخته شده که در آن سعی شده است، علاوه بر رفع نواقص روش های خالص سازی صرفاً حرارتی و نیز روش هایصرفاً شیمیاییکه اصطلاحاً به " شیمی تر " مرسومند به کاهش اثرات زیست محیطی تولید گرافیت نیز پرداخته شود، برای این منظور، از ترکیب روش های حرارتی و شیمیایی برای برقراری واکنش گازهای کلر و فلوئور با اکسیدهای فلزی موجود در گرافیت و به دنبال آن، جدا سازی کلریدها و فلوئوریدهای حاصله که آلودگی محیط زیست را حاصل می شوند، استفاده شده است. چرا که در مجاورت کربن، همه اکسیدها با کلرو فلوئور ترکیب شده و کلریدها و فلوئوریدهایی تولید می کنند که از خود اکسیدها بسیار فرارتر می باشند. هدف دیگر این روش، تعیین دما و زمان مناسب ترزیق گاز هالوژن دار و به عبارت دیگر خالص سازی می باشد که برای این منظور در چند دمای متفاوت این کار انجام گرفته و نتایج آن با توجه به جداول موجود مورد بحث قرار می گیرد.
کلید واژه ها: گرافیت، روش حرارتی، شیمی تر، کاهش ناخالصی، اثرات زیست محیطی.
-1 مقدمه
بعضی عقیده دارند، کربن به تنهایی قابلیت همه عناصر جدول تناوبی را داراست. امروزه با پیشرفت علم و کشف خواص اشکال مختلف کربن، این فرضیه به عینیت تبدیل شده است. کربن با قابلیتهای فراوان، خواصی از عایق ها تا بهترین هادی ها را از خود نشان میدهد. خواص منحصر به فرد گرافیت، اعم از خواص مکانیکی و الکتریکی، کاربردهای بی شماری را برای آن رقم زده است.در سال های اخیر، نانولوله های کربنی انقلاب عظیمی در علوم مختلف ایجاد کرده است. امروزه اهمیت انواع گرافیت و تنوع کاربردهای آن، بر کسی پوشیده نیست. این ماده در تمامی زمینه های زندگی بشر داخل شده و به نوعی تاثیر گذار می باشد و کاربردهای فراوان و روز افزون آن، در حال حاضر این ماده را به ماده ای استراتژیک تبدیل کرده است.
بطور کلی دو نوع گرافیت وجود دارد: الف- گرافیت طبیعی ب-گرافیت مصنوعی - سنتزی -
الف-گرافیت طبیعی: این نوع گرافیت از معادن استخراج شده و معمولاً همراه با مواد معدنی دیگر بوده لذا استخراج این نوع گرافیت اغلب نیازمند حجم بالایی از فرآیندهای استخراج، مانند فرآیند شناورسازی کف1 به منظور تغلیظ گرافیت می باشد.
ب- گرافیت مصنوعی: گرافیت مصنوعی از مواد اولیه یعنی کک و قیر بدست می آید .[1-2]
در کشور ما با وجود وفور مواد اولیه پایه این ماده، سرمایه گذاری چندانی روی تولید آن انجام نشده است. کشورهای بزرگ، تولید و عرضه این محصول را در اختیار خود گرفته اند. به عنوان مثال کشور چین 80 درصد کل گرافیت مورد استفاده جهان را در اختیار خود دارد. این کشور در این زمینه، در جهان پیشرو بوده و دارای فناوری پیشرفته تولید انواع گرافیت و همچنین ساخت تجهیزات و دستگاه های مورد نیاز این صنعت می باشد. این ماده حیاتی در صنایع مختلف کاربرد داشته و چه بسا بدون جانشین می باشدیقیناً. تمامکاربردهای گرافیت به این موارد خلاصه نشده و به نظر می رسد این ماده کاربردهای متنوع و حیاتی تری نیز در آینده خواهد داشت.
سرمایه گذاری در زمینه تولید انواع گرافیت در کشور و نیز تولید مواد پایه مورد نیاز آن از ضروریات محسوب می شود .[3-4]در مقایسه با کربن بی شکل، گرافیت دارای هدایت گرمایی و الکتریکی خیلی بالا و ضریب انبساط حرارتی پایینی می باشد. همچنین در دماهای کاری کوره قوس الکتریکی تولید فولاد، خصلت چکش خواری و مقاومت در برابر شوک حرارتی فوق العاده بالایی را دارا می باشد.این خواص فیزیکی در کوره های الکتریکی که جریان الکتریکی خیلی بالایی از الکترود ها منتقل شده و به مقاومت در برابر شوک های مکانیکی و حرارتی و کلاً مقاومت در مقابل تنش های حرارتی بالایی نیاز است، بسیار با ارزش است. به همین دلیل امروزه از گرافیت به عنوان الکترود در کوره های قوس الکتریکی و ذوب فولاد، در کل دنیا استفاده می شود .[5]
-2 بخش تجربی
ماده اصلی مورد نیاز در تولید گرافیت کک نفتی می باشد که تقریباً دارای 95 درصد کربن است. قبل از استفاده از کک نفتی در ساخت گرافیت، این ماده در دمای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد کلسینه شده، سپس خرد شده و از الک های مخصوص گذرانده می شود تا به ذراتی با اندازه مورد نظر تبدیلشوند. در مرحله بعد ذرات ریز کک با مواد چسباننده که عمدتاً قیر فطران زغال سنگ است مخلوط می گردد. برای اینکه فرآیند اختلاط به خوبی صورت پذیرد باید دمای قیر به حد کافی بالا باشد تا تمام سطوح ذرات کک را بپوشاند. بعد از این مرحله، مخلوط را وارد مرحله شکل دادن می کنند. در این مرحله یک قطعه مکعبی یا استوانه ای از مخلوط با استفاده از عملیات تزریق یا قالب گیری تهیه می شود که به این نمونه گرافیت سبز یا خام می گویند .[6]
گرافیت سبز تهیه شده خنک می گردد تا قیر آن سفت شود و امکان تغییر شکل آن تا انتقال به درون کوره پخت به حداقل برسد. عملیات پخت معمولاً در یک کوره چاله ای انجام می پذیرد در این کوره قطعات گرافیت خام در کنار هم چیده شده و به وسیله پودر کک احاطه می شود تا از تغییر شکل قطعات در زمان نرم شدن قیر در اوایل پخت جلوگیری نماید. بیشتر گازهای فرار ناشی از پخت گرافیت سبز از نمونه خارج شده و در پایان این مرحله پلیمریزاسیون مولکول های آروماتیکی کامل شده و قیر سفت می گردد.
