Charakterystyka porównawcza właściwości fizycznych diamentu i grafitu. Jaka jest różnica między diamentem a grafitem i gdzie stosuje się minerały

Bezpośrednia konwersja grafitu w diament wymaga jeszcze bardziej ekstremalnych warunków w porównaniu z techniką solwentową. Wynika to z dużej stabilności grafitu dzięki bardzo silnym wiązaniom jego atomów.

Wyniki pierwszych eksperymentów nad bezpośrednią przemianą grafitu w diament, przeprowadzonych przez P. De Carlne i J. Jamesona z Allied Chemical Corp., zostały opublikowane w 1961 roku.

Do wytworzenia ciśnienia użyto materiału wybuchowego o dużej mocy, za pomocą którego przez około jedną milionową sekundy (jedną - „mikrosekundę) utrzymywano temperaturę około 1200 ° C i ciśnienie około 300 000 atm. Pod w tych warunkach po eksperymencie w próbce grafitu znaleziono pewną ilość diamentu, choć w postaci bardzo małych cząstek. Otrzymane krystality o wielkości (100 A \u003d 10 nm, czyli jedna sto tysięczna milimetra) są porównywalne z „carbonado” występującym w meteorytach, którego powstawanie tłumaczy się działaniem potężnej fali uderzeniowej, która pojawia się, gdy meteoryt uderza w powierzchnię ziemi.

W 1963 roku Francis Bundy z General Electric zdołał przeprowadzić bezpośrednią przemianę grafitu w diament przy ciśnieniu statycznym przekraczającym 130 000 atm. Takie ciśnienia uzyskano na zmodyfikowanej instalacji „pasowej” o większej powierzchni zewnętrznej tłoków i mniejszej objętości roboczej. Do wytworzenia takich ciśnień konieczne było zwiększenie wytrzymałości części energetycznych Instalacji.

Eksperymenty obejmowały nagrzewanie iskrowe pręta grafitu do temperatury powyżej 2000° C. Nagrzewanie odbywało się za pomocą impulsów prądu elektrycznego, a temperaturę niezbędną do powstania diamentu utrzymywano przez kilka milisekund (tysięcznych części sekundy), tj. znacznie dłużej niż u De-Carly'ego i Jamesona.

Rozmiary nowo utworzonych cząstek były 2–5 razy większe niż te uzyskane podczas ściskania uderzeniowego. Obie serie eksperymentów dały parametry niezbędne do skonstruowania diagramu fazowego węgla, który graficznie pokazuje zakresy temperatur i ciśnień, w których diament, grafit i stop są stabilne.

Ciekawe eksperymenty przeprowadzili Bundy i J. Kasper, którzy zamiast stali polikrystalicznej użyli monokryształów grafitu. Kryształy diamentu w swoich pierwszych eksperymentach miały zwykłą sześcienną strukturę krystaliczną.

Nawet De Carly i Jameson zwrócili uwagę, że przemiana w diament zachodzi łatwiej, gdy cząstki grafitu w próbkach mają wydłużenie wzdłuż tzw. osi c, czyli prostopadłej do warstw heksagonalnych. Kiedy Bundy i Kasper umieścili monokryształy tak, aby ciśnienie było przykładane wzdłuż osi c, i zmierzyli opór elektryczny kryształów pod ciśnieniem, odkryli, że opór wzrasta, gdy ciśnienie osiąga 140 000 atm.

Wiązało się to z przemianą grafitu w diament, chociaż po usunięciu ciśnienia następowała przemiana odwrotna w grafit. Jednak gdy tej procedurze towarzyszyło ogrzewanie próbki do temperatury 900°C i wyższej, tworzyły się krystality nowej fazy wysokociśnieniowej, która miała raczej strukturę heksagonalną niż zwykłą sześcienną.

Sześciokątny węgiel był również czasami znajdowany w naturalnych próbkach, zwłaszcza w meteorytach. Został nazwany Lonsdeplit na cześć Kathleen Lonsdale z University of London za jej wielkie zasługi w dziedzinie krystalografii, w szczególności w badaniu diamentów.

W 1968 do GR Cowena. B. V. Dunnington i A. X. Holtzman z firmy Dupont de Nemur otrzymali patent na nowy proces polegający na uderzeniowym ściskaniu bloków metalowych, np.

Metal, którego ściśliwość jest mniejsza niż grafitu, działa jak lodówka, bardzo szybko stygnąca inkluzja.

Zapobiega to odwrotnemu przekształceniu diamentu powstałego pod działaniem fali uderzeniowej w grafit po przejściu tej fali, co jest tendencją charakterystyczną dla eksperymentów z monokryształami poddanymi kompresji na zimno. Produkt końcowy otrzymany tą technologią jest częściowo reprezentowany przez heksagonalny węgiel, co również potwierdza tendencję do tworzenia lonsdaleitu przy bardzo wysokich ciśnieniach i stosunkowo niskie temperatury. Wytworzony w ten sposób materiał służy jako proszek do mielenia.

Od czasu do czasu pojawiają się doniesienia, że badania modyfikują jedną lub drugą z tych metod. Tak więc L. Trueb zastosował zasadę De-Carly'ego-Jamisona, aby wytworzyć ciśnienie 250 000-450 000 atm przez 10-30 mikrosekund, a następnie podgrzać po uderzeniu do 1100°C. Zastosowano grafit w postaci cząstek o średnicy 0,5–5 μm, a otrzymane diamenty miały takie same wymiary.

Ustalono jednak, że cząstki te tworzą bardzo małe (od 10-40 do 100-1600 A) sześcienne diamenty. Obecnie nie ma informacji, aby produkty Allied Chemical Corporation były dostępne w handlu.

Opracowana przez tę firmę metoda, która skutecznie konkuruje z metodą rozpuszczalnikową i metodą Dupont de Nemur, wymaga dalszego doskonalenia. Potencjalną zaletą metod kompresji uderzeniowej jest to, że eksplozja jest tanim sposobem generowania wysokich ciśnień.

Czym różni się grafit od diamentu?

Zarówno diament, jak i grafit są modyfikacjami węgla.

Diament:

Grafit:

Istnieje jednak wiele różnic:

1. Diament jest najtwardszą znaną substancją (10 w skali Mohsa), grafit jest jedną z najmiększych (1-2).

2. Diament - krystaliczna sześcienna polimorficzna modyfikacja węgla rodzimego.
gęstość ok. 3,5 g/cm3, wysoka ocena refrakcja wśród kamieni szlachetnych (2.417). półprzewodnikowy. duże przezroczyste kryształy diamentu - kamienie szlachetne pierwszej klasy.

grafitowy - najbardziej powszechna i stabilna polimorficzna heksagonalna modyfikacja węgla w skorupie ziemskiej. struktura warstwowa. gęstość ok. 2,2 g/cm3. ognioodporne, przewodzące prąd elektryczny, odporne chemicznie.

3. Różnicę widać również przy analizie tworzenia sztucznych pseudonimów: technologia produkcji sztucznych diamentów jest dość skomplikowana. diamenty syntetyzowane są w temperaturze 1200-2000°C i ciśnieniu 1000-5000 MPa (50-60 tys. atmosfer) ze sproszkowanego grafitu zmieszanego ze sproszkowanym żelazem, niklem, chromem. Diamenty krystalizują dzięki temu, że topią się w temp wysokie ciśnienia nienasycony w stosunku do grafitu i przesycony w stosunku do diamentów.

Nawiasem mówiąc, grafit można również uzyskać sztucznie: ogrzewając antracyt bez dostępu powietrza.

4. Diamenty zwykle świecą w promieniach rentgenowskich i ultrafioletowych. diamenty są przezroczyste dla promieni rentgenowskich. ułatwia to identyfikację diamentu: niektóre szkła i bezbarwne minerały, czasami z zewnątrz do niego podobne, są nieprzezroczyste dla promieni rentgenowskich o tej samej długości fali i intensywności.

5. O sieci krystalicznej:

Różnica jest widoczna gołym okiem. R Sieć diamentowa jest bardzo mocna: atomy węgla znajdują się w nim w miejscach dwóch sześciennych sieci o wyśrodkowanych powierzchniach, bardzo ciasno wstawionych jedna w drugą (a \u003d 3,5595 A).

Jeśli chodzi o grafit: wiązanie między atomami jest silne, typu kowalencyjnego; między warstwami - słaba, szczątkowy rodzaj metalu.

Grafit, brat węgla i diamentu

Na zdjęciach ilustrujących obecność węgla w przyrodzie mineralnej grafit nie na próżno sytuowany jest między węglem a diamentem. Pod względem właściwości rzeczywiście grafit jest częściowo podobny do zwykłego węgla, a częściowo do szlachetnego diamentu.

Natywny grafit nie zawsze jest taki sam. Wytwarzany z jelit jest najczęściej czarny, gęsty, miękki i pięknie pisze na twardej powierzchni. W tym celu Grecy nazywali czarny minerał „grafitem”: „grafo” oznacza „piszę”.

Ludy mniej skłonne do pisania zwane grafitem (w wolnym tłumaczeniu na język rosyjski) i „czarnym ołowiem” i „żelazem węglowym”, a także „śliwką”, a nawet „skałą” - ponieważ wychodnie grafitu są najczęściej ukryte w szczelinach skał .

Naturalny grafit może być nie tylko czarny, ale także szary, z wyraźnym metalicznym połyskiem. Masa grafitowa jest często pełna zanieczyszczeń – w tym złota – a przemysłowcy muszą stosować wieloetapowe technologie oczyszczania grafitu.

Tymczasem każdy metalurg wie, ile grafitu wydziela się podczas chłodzenia żeliwa. Czy nie jest zatem łatwiej używać sztucznego grafitu zamiast wydobywać grafit kopalny?

Odmiany grafitu

Grafit ma budowę warstwową. Atomy węgla w graficie są połączone w płytki o grubości jednej cząsteczki. Idealnie płytki pasują do siebie i łączą się w sześciokątne kryształy tabelaryczne. Krystaliczne narośla grafitu mogą przybierać kształt kolumnowy, łuskowaty lub kulisty. Sferolity grafitowe tworzą niekiedy masywne skupiska, których krągłość przypomina boki ciemnych śliwek pokrytych błyszczącym nalotem.

Grafit naturalny można mieszać z bezpostaciową masą węglową lub ilastą, gazami, bitumami i związkami pierwiastków obcych, ale zawsze ma on strukturę krystaliczną i dość łatwo daje się oczyścić i doprowadzić do wymaganych parametrów produkcyjnych.

Grafit domenowy, uciekający do medium w postaci oddzielnych maleńkich płytek, jest substancją nieuchwytną. Jest on wychwytywany i unieszkodliwiany – zwykle bezpośrednio w przedsiębiorstwie, wykorzystując go jako dodatek do wsadu – ale technologia jest droga, a skala tego unieszkodliwiania niewielka.

Bardziej produktywna jest metoda wytwarzania grafitu z surowców wysokowęglowych - lotnych węglowodorów, antracytu, koksu, smoły. Podstawą metody jest podgrzanie stałej masy surowcowej do 2800°C, a ośrodka gazowego do 3000°C w podwyższonej temperaturze do 500 atm. ciśnienie.

Technologie pozyskiwania naturalnego i sztucznego grafitu są bardzo kosztowne. Jednak celowość takich wydatków jest niezaprzeczalna: właściwości grafitu są wyjątkowe, a jako materiał w wielu przypadkach jest po prostu niezastąpiony.

właściwości grafitu

Główny praktyczny właściwość grafitu - odporność na ekstremalne obciążenia termiczne, obojętność w zakresie temperatur poniżej 2500°C, wysoka przewodność elektryczna, niski współczynnik tarcia w parach grafit-metal. Ponadto grafit łatwo rozpada się na płatki, które z kolei bezzwłocznie przylegają do każdej powierzchni. W ten sposób drobny pył grafitowy staje się doskonałym smarem.

Temperatura topnienia grafitu jest bliska 4000°C, co umożliwia wykorzystanie tego materiału jako medium laboratoryjnego do pracy z metalami ogniotrwałymi. Wysoka przewodność cieplna minerału również znajduje swoje zastosowanie.

Plastyczność grafitu umożliwia formowanie z niego części o dowolnym kształcie. Grafit prasowany jest bardzo podatny na obróbkę skrawaniem.

Najważniejszą właściwością grafitu jest jego zdolność do przemiany w diament.

grafitowy diament i diamentowy grafit

Różnica między grafitem a diamentem polega na gęstości upakowania warstw węgla. W graficie prawie rozdzielone, w diamencie są połączone tak mocno, że sieć krystaliczna minerału przybiera kształt sześcianu. Oznacza to, że każdy atom węgla w diamencie znajduje się jednocześnie w trzech wzajemnie prostopadłych warstwach.

Aby warstwy węglowe się ze sobą związały, nie wynaleziono nic lepszego niż silne ściskanie i wzrost temperatury. Pierwsze diamenty syntetyczne otrzymano przez podgrzanie grafitu do temperatury 1800°C pod ciśnieniem 120 000 atmosfer. Obecnie produkcja drobnych wiórów diamentowych odbywa się w temperaturze około 1200°C i krótkotrwałym wzroście ciśnienia do 300 tys. atm.

Reakcja jest odwracalna. Każdy diament podgrzany do 1000°C zaczyna zamieniać się w grafit. W temperaturze 2000°C proces przebiega bardzo szybko.

Zastosowanie grafitu

Zarówno grafit naturalny, jak i syntetyczny znajdują zastosowanie w przemyśle. W hutnictwie metali nieżelaznych i ogniotrwałych grafit jest nieodzownym materiałem do przetwórstwa lub wytwarzania form wtryskowych. Zdolność grafitu do rozpuszczania się w nagrzanych stopach jest wykorzystywana do nadawania pożądanych właściwości produktom.

Wydajność łożysk ślizgowych zapewnia zastosowanie grafitu. Co ważne, tempo zużycia grafitowego łożyska lub koszyka jest stałe w całym zakresie temperatur pracy łożysk, często w setkach stopni.

Grafit ma zarówno właściwości smarujące, jak i ścierne. Najlepsze pasty polerskie zawierają grafit. Wprowadzony w skład materiałów ciernych minerał zwiększa odporność wyrobów na ciepło.

Ceramika zmieszana z grafitem jest szczególnie ognioodporna. Przewodność elektryczna i odporność materiału na erozję umożliwia wytwarzanie styków wysokonapięciowych, okładzin dysz i dysz z grafitu.

Bezwładność grafitu sprawia, że jest on doskonałą powłoką ochronną dla wszelkiego rodzaju konstrukcji. Farby na bazie zawiesiny grafitu w rozpuszczalniku plastyfikującym sprawdzają się zarówno na powierzchniach twardych (beton, stal), jak i elastycznych (drewno, aluminium).

Wstęp

1. Modyfikacje polimorficzne węgla: diamentu i grafitu

1.1 Ogólna charakterystyka diamentu

1.2. Ogólna charakterystyka grafitu

2. Przemysłowe typy złóż granitów i diamentów

3. Naturalne i technologiczne rodzaje rud diamentu i grafitu

4. Zagospodarowanie złóż granitu i diamentów

5. Obszary zastosowania granitu i diamentu

Wniosek

Bibliografia.

Wstęp

Przemysł diamentowy w naszym kraju jest na etapie rozwoju, wprowadzania nowych technologii przetwarzania minerałów.

Znalezione złoża diamentów otwierają się dopiero w wyniku procesów erozyjnych. Dla zwiadowcy oznacza to, że istnieje wiele „ślepych” złóż, które nie wypływają na powierzchnię. O ich obecności możesz dowiedzieć się z wykrytych lokalnych anomalii magnetycznych, których górna krawędź znajduje się na głębokości setek, a jeśli masz szczęście, to kilkudziesięciu metrów. (A. Portnow).

Na tej podstawie mogę ocenić perspektywy rozwoju branży diamentowej. Dlatego wybrałem temat - "Diament i grafit: właściwości, pochodzenie i znaczenie".

W swojej pracy starałem się przeanalizować związek między grafitem a diamentem. Aby to zrobić, porównałem te substancje z kilku punktów widzenia. Przemyślałem ogólna charakterystyka kopaliny, przemysłowe rodzaje ich złóż, naturalne i typy techniczne, rozwój złóż, obszary zastosowania, wartość tych kopalin.

Pomimo faktu, że grafit i diament mają właściwości polarne, są polimorficznymi modyfikacjami tego samego pierwiastka chemicznego - węgla. Modyfikacje polimorficzne lub polimorfy to substancje, które mają to samo skład chemiczny ale inna struktura krystaliczna. Wraz z początkiem syntezy sztucznych diamentów gwałtownie wzrosło zainteresowanie badaniem i poszukiwaniem polimorficznych modyfikacji węgla. Obecnie, oprócz diamentu i grafitu, za wiarygodne można uznać lonsdaleit i chaotyt. Pierwszy występował we wszystkich przypadkach tylko w ścisłym przerośnięciu z diamentem i dlatego nazywany jest również diamentem heksagonalnym, a drugi występuje w postaci płytek na przemian z grafitem, ale usytuowanych prostopadle do jego płaszczyzny.

1. Modyfikacje polimorficzne węgla: diamentu i grafitu

Jedynym pierwiastkiem mineralotwórczym diamentu i grafitu jest węgiel. Węgiel (C) jest pierwiastkiem chemicznym grupy IV układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, liczba atomowa - 6, względna masa atomowa - 12,011 (1). Węgiel jest stabilny w kwasach i zasadach, utlenia się tylko dwuchromianem potasu lub sodu, chlorkiem żelazowym lub glinem. Węgiel ma dwa stabilne izotopy, C (99,89%) i C (0,11%). Dane dotyczące składu izotopowego węgla wskazują, że może on mieć różne pochodzenie: biogenne, niebiogeniczne i meteoryczne. Różnorodność związków węgla, którą tłumaczy się zdolnością jego atomów do łączenia się ze sobą oraz z atomami innych pierwiastków na różne sposoby, decyduje o szczególnej pozycji węgla wśród innych pierwiastków.

1.1 Ogólna charakterystyka diamentu

Słowo „diament” od razu przywodzi na myśl sekretne historie, które opowiadają o poszukiwaniu skarbów. Dawno, dawno temu ludzie, którzy polowali na diamenty, nawet nie podejrzewali, że obiektem ich pasji jest krystaliczny węgiel, który tworzy sadzę, sadzę i węgiel. Po raz pierwszy udowodnił to Lavoisier. Zorganizował eksperyment polegający na wypaleniu diamentu, używając specjalnie do tego celu zmontowanej maszyny zapalającej. Okazało się, że diament spala się w powietrzu w temperaturze około 850-1000*C, nie pozostawiając stałych pozostałości, jak zwykły węgiel, a spala się w strumieniu czystego tlenu w temperaturze 720-800*C. Po podgrzaniu do 2000-3000*C bez dostępu tlenu zamienia się w grafit (wynika to z faktu, że wiązania homeopolarne między atomami węgla w diamencie są bardzo silne, co prowadzi do bardzo wysokiej temperatury topnienia.

Diament to bezbarwna, przezroczysta krystaliczna substancja, która niezwykle silnie załamuje promienie świetlne.

Atomy węgla w diamencie są w stanie hybrydyzacji sp3. W stanie wzbudzonym elektrony walencyjne atomów węgla ulegają deparacji i powstają cztery niesparowane elektrony.

Każdy atom węgla w diamencie jest otoczony czterema innymi znajdującymi się od niego w kierunku od środka na wierzchołkach czworościanu.

Odległość między atomami w czworościanach wynosi 0,154 nm.

Siła wszystkich więzi jest taka sama.

Cały kryształ jest pojedynczą trójwymiarową ramą.

W temperaturze 20*C gęstość diamentu wynosi 3,1515 g/cm3. To wyjaśnia jego wyjątkową twardość, która jest zróżnicowana wzdłuż ścian i maleje w kolejności: ośmiościan - rombowy dwunastościan - sześcian. Jednocześnie diament ma doskonałe rozszczepienie (zgodnie z ośmiościanem), a jego wytrzymałość na zginanie i ściskanie jest mniejsza niż innych materiałów, dlatego diament jest kruchy, pęka przy ostrym uderzeniu i stosunkowo łatwo zamienia się w proszek po zmiażdżeniu. Diament ma najwyższą twardość. Połączenie tych dwóch właściwości pozwala na zastosowanie go do narzędzi ściernych i innych narzędzi pracujących pod znacznym ciśnieniem właściwym.

Współczynnik załamania światła (2,42) i dyspersja (0,063) diamentu znacznie przewyższają współczynniki innych przezroczystych minerałów, co w połączeniu z maksymalną twardością określa jego jakość jako kamienia szlachetnego.

W diamentach znajdowano zanieczyszczenia azotem, tlenem, sodem, magnezem, glinem, krzemem, żelazem, miedzią i inne, zwykle w tysięcznych częściach procenta.

Diament jest wyjątkowo odporny na kwasy i zasady, nie jest zwilżany wodą, ale ma zdolność przylegania do niektórych mieszanek tłuszczowych.

Diamenty występują w przyrodzie zarówno w postaci dobrze zdefiniowanych pojedynczych kryształów, jak i agregatów polikrystalicznych. Prawidłowo uformowane kryształy wyglądają jak wielościany o płaskich ścianach: ośmiościan, dwunastościan rombowy, sześcian i kombinacje tych kształtów. Bardzo często na licach diamentów występują liczne stadia wzrostu i rozpuszczania; jeśli są nie do odróżnienia dla oka, twarze wydają się zakrzywione, kuliste, ośmiościenne, sześciościanowe, prostopadłościenne i ich kombinacje. inny kształt kryształów wynika z ich budowy wewnętrznej, obecności i charakteru rozkładu defektów, a także fizykochemicznego oddziaływania z otaczającym kryształ środowiskiem.

Wśród formacji polikrystalicznych wyróżniają się - ballas, carbonado i deska.

Ballas to formacje sferolitu o promieniście promienistej strukturze. Carbonado - agregaty kryptokrystaliczne o wielkości pojedynczych kryształów 0,5-50 mikronów. Płyta - kruszywa jasnoziarniste. Ballas, a zwłaszcza carbonado, mają najwyższą twardość ze wszystkich rodzajów diamentów.

Ryc.1 Struktura sieci krystalicznej diamentu.

Ryc.2 Struktura sieci krystalicznej diamentu.

1.2 Ogólna charakterystyka grafitu

Grafit jest szaro-czarną krystaliczną substancją o metalicznym połysku, tłustą w dotyku, gorszą twardością nawet od papieru.

Struktura grafitu jest warstwowa, wewnątrz warstwy atomy połączone są mieszanymi wiązaniami jonowo-kowalencyjnymi, a pomiędzy warstwami - wiązaniami zasadniczo metalicznymi.

Atomy węgla w kryształach grafitu są w hybrydyzacji sp2. Kąty między kierunkami wiązań wynoszą 120*. Rezultatem jest siatka składająca się z regularnych sześciokątów.

Ogrzewany bez dostępu powietrza grafit nie ulega żadnym zmianom do temperatury 3700*C. W określonej temperaturze jest wydalany bez topienia.

Kryształy grafitu to zazwyczaj cienkie płytki.

Ze względu na niską twardość i bardzo perfekcyjne rozszczepianie, grafit łatwo pozostawia ślad na papierze, tłusty w dotyku. Te właściwości grafitu wynikają ze słabych wiązań między warstwami atomów. Charakterystyka wytrzymałościowa tych wiązań charakteryzuje się niskim ciepłem właściwym grafitu i jego ciepło topienie. W rezultacie grafit ma niezwykle wysoką ogniotrwałość. Ponadto dobrze przewodzi prąd i ciepło, jest odporny na wiele kwasów i innych chemikaliów, łatwo miesza się z innymi substancjami, ma niski współczynnik tarcia oraz wysoką smarowność i siłę krycia. Wszystko to doprowadziło do unikalnego połączenia ważnych właściwości w jednym minerale. Dlatego grafit jest szeroko stosowany w przemyśle.

Zawartość węgla w kruszywie mineralnym oraz struktura grafitu to główne cechy decydujące o jakości. Grafit jest często określany jako materiał, który z reguły jest nie tylko monokrystaliczny, ale także monomineralny. Zasadniczo są to agregaty substancji grafitowej, skały grafitowe i zawierające grafit oraz produkty wzbogacania. Oprócz grafitu zawsze zawierają zanieczyszczenia (krzemiany, kwarc, piryt itp.). Właściwości takich materiałów grafitowych zależą nie tylko od zawartości węgla grafitowego, ale także od wielkości, kształtu i wzajemnych relacji kryształów grafitu, tj. od cech teksturalnych i strukturalnych użytego materiału. Dlatego do oceny właściwości materiałów grafitowych konieczne jest uwzględnienie zarówno cech budowy krystalicznej grafitu, jak i cech teksturalno-strukturalnych pozostałych jego składników.

Ryc.3. Struktura sieci krystalicznej grafitu.

Ryc.4. Fenokryształy grafitu w kalcycie.

2. Przemysłowe typy złóż diamentów i grafitu

Złoża diamentów dzielą się na aluwialne i pierwotne, wśród których wyróżnia się typy i podtypy, różniące się warunkami występowania, formami złoża rudy, koncentracją, jakością i zasobami diamentów, warunkami wydobycia i wzbogacania.

Głównymi obiektami eksploatacji są pierwotne złoża diamentów typu kimberlit na całym świecie. Z nich wydobywa się około 80% naturalnych diamentów. Według rezerw i rozmiarów diamentów są one podzielone na unikalne, duże, średnie i małe. Z największą opłacalnością wydobywane są górne poziomy unikalnych i dużych złóż, które wychodzą na powierzchnię. Zawierają główne rezerwy i prawdopodobne zasoby diamentów poszczególnych pól diamentonośnego kimberlitu. Kimberlity to „otwory wulkaniczne” wypełnione brekcją. Breccia składa się z fragmentów i ksenolitów, otaczających i osiadłych na powierzchni skał, z fragmentów skalnych przywiezionych z głębokości 45-90 km i więcej. Cementem jest materiał wulkaniczny, tufy o zasadowym składzie ultrazasadowym, tzw. kimberlity i lamproity. Rury kimberlitowe umieszczone są na platformach, rury lamproitowe w złożonej ramie. Czas powstawania fajek jest różny – od archeanu po kenozoik, a wiek diamentów, nawet tych najmłodszych, to około 2-3 miliardy lat. Powstawanie rur wiąże się z przebiciem w górę wąskimi kanałami pod wysokim ciśnieniem, na głębokości ponad 80 km, w temperaturze około 1000* alkaliczno-ultrazasadowych stopów. Większość dobrze zbadanych ciał kimberlitowych ma złożoną strukturę; w najbardziej uproszczonym przypadku na strukturę rury składają się dwa główne typy skał powstałe w dwóch kolejnych fazach intruzji: brekcja (etap 1) i masywny kimberlit „wielkoporfirytowy” (etap 2). Niektóre rury kimberlitowe zawierają również groble kimberlitowe i żyły związane z rurami. Znaleziono ślepe ciała utworzone przez fragmenty magmy kimberlitowej, które nie dotarły na powierzchnię dnia. Złoża związane z groblami i żyłami kimberlitu z reguły należą do kategorii małych, rzadziej średnich zasobów diamentów. leżeć gdzieś głęboko Ale nawet na powierzchni Ziemi są miejsca, w których występują ciśnienia wystarczające do powstania diamentu. Są to miejsca uderzenia meteorytu, gdzie diament znajduje się nie tylko na Ziemi, ale także w wielu samych meteorytach.

Prędkość erupcji magmy mogła być prawdopodobnie bardzo duża, około 800 km/h, magma oderwała się i uniosła fragmenty o różnym składzie. Jeśli zawierały diamenty, fajka stawała się diamentowa. Same diamenty są najbardziej stabilną polimorficzną odmianą węgla w głębokich strefach Ziemi. (AV Uchanow.)

Ryż. 5. Budowa fajki kimberlitowej.

Złoża diamentów typu lamproite zostały odkryte stosunkowo niedawno (1976) w Australii Zachodniej, gdzie eksploatowane jest duże złoże Argyle. W swojej strukturze złoża lamproitu są na ogół podobne do złóż kimberlitu. Sądząc po danych eksploracyjnych Argyle, rury lamproitowe klinują się nieco szybciej na głębokość, na której przechodzą do grobli. System zagospodarowania tych złóż i technologia wzbogacania są takie same jak w obiektach kimberlitowych.

Typ kimberlitowo-lamproitowy Reprezentuje to złoże diamentów w rejonie Archangielska, gdzie zawartość minerałów wskaźnikowych jest znacznie niższa niż w „klasycznych” kimberlitach, zdecydowana większość diamentów ma zakrzywione kształty.

Pierścieniowe struktury uderzeniowe o rozmiarach od kilku do setek kilometrów są związane z superpotężnymi procesami wybuchowymi, których źródło według różnych badaczy było albo pozaziemskie (upadek dużych ciał niebieskich), albo endogeniczne. W Rosji zbadano jedno złoże tego typu - Popigayskoye na wschodnim zboczu masywu krystalicznego Anabar. Pod względem zasobów rudy i zawartości diamentów złoże jest setki razy większe niż w kimberlitach. Natomiast diamenty w osadach uderzeniowych zamknięte są w skałach mocnych, gęstych, wylewnych i są reprezentowane wyłącznie przez gatunki przemysłowe z domieszką lonsdaleitu (polimorficzna odmiana węgla, występująca w postaci płytek na przemian z grafitem, ale ułożonych prostopadle do jego płaszczyzny ).

Typ metamorfogeniczny reprezentuje dotychczas także jedno złoże na terenie Kazachstanu, gdzie diamenty występują w gnejsach biotytowych, biotytowo-kwarcowych, granatowo-piroksenowych i piroksenowo-węglanowych. Pod względem rezerw i zawartości diamentów jest dziesięciokrotnie wyższa niż w przypadku największych fajek kimberlitowych o wysokiej zawartości diamentów. Diamenty mają wyjątkowo mały rozmiar kryształów, a klejnoty i wysokiej jakości gatunki techniczne nie zostały jeszcze znalezione.

Aluwialne złoża diamentów są reprezentowane przez pięć głównych typów.

Pływaki aluwialne (doliny rzeczne) przodują pod względem skali wydobycia diamentów z placerów. Duże złoża są rzadkie i zwykle powstają w wyniku erozji kilku pierwotnych źródeł lub pośrednich zbiorników obszarowych. Placery aluwialne mają budowę dwuczłonową: górna facja aluwium równiny zalewowej reprezentowana jest przez bardzo słabo diamentonośne osady żwirowo-piaszczyste i muliste („torf”), dolna facja korytowa zbudowana jest z produktywnych gruboziarnistych otoczaków klastycznych („piaski ").

Placery typu deluwialno-proluwialnego tworzą się na zboczach i w kłodach w pobliżu źródeł pierwotnych i mają małą i średnią skalę.

Placery przybrzeżno-morskie dzielą się na tarasy podwodne, plażowe i przybrzeżne. Strefa takich placerów w południowo-zachodniej Afryce rozciąga się na wiele setek kilometrów i ma szerokość od 5 do 20 kilometrów.

Placery innych typów przemysłowych nie odgrywają znaczącej roli w wydobywaniu diamentów.

Złoża aluwialne różnych typów dzielą się ze względu na głębokość na osady płytkie i głęboko położone. W zależności od stopnia oddalenia od pierwotnego źródła rozróżnia się miejsca rozbiórki bliskiej i dalekiej; pierwsze powstają w pobliżu pierwotnego źródła, drugie w odległości kilkudziesięciu kilometrów w sprzyjających warunkach geologicznych i strukturalnych.

Przemysłowe typy złóż grafitu.

Grafit powstał ze związków organicznych w wyniku metamorfizmu skał osadowych.

Wśród złóż grafitu ze względu na geologiczne położenie ich lokalizacji wyróżnia się cztery grupy przemysłowych typów złóż.

W zależności od wielkości rezerw złoża grafitu dzielą się (w milionach ton) na: duże - więcej niż 1, średnie - 0,5-1, małe - do 0,5.

Najbardziej rozpowszechnione i większe pod względem zasobów są złoża typu tajgińskiego, madagaskarskiego, nogińskiego i meksykańskiego.

Złoża grafitu typu Cejlon, Bogol są mniej powszechne, rzadko mają duże zasoby, ale wyróżniają się dużą zawartością grafitu w rudzie i cenniejszymi walorami.

3. Naturalne i technologiczne typy rud diamentonośnych

Naturalnymi typami rud są kimberlity diamentonośne i lamproity diamentonośne, które są podzielone na podstawie stosunku kimberlitu właściwego i materiału ksenogenicznego oraz cech strukturalnych i teksturalnych na diamentonośne kimberlity masywne, brekcje kimberlitowe, brekcje tufowe, brekcje ksenotufowe, tufy i skały tufowo-osadowe.

Nie ma jednolitej klasyfikacji technologicznej rud diamentonośnych. W typowaniu techniczno-ekonomicznym rud wyróżnia się dwa główne typy technologiczne: brekcje o zawartości iłu poniżej 20% oraz brekcje o zawartości iłu powyżej 20%. Podczas przetwarzania tych rud różnią się zarówno schematy technologiczne, jak i koszt wydobycia.

Generalnie, jak pokazuje praktyka, klasyfikacja technologiczna rud jest każdorazowo opracowywana niezależnie w trakcie poszukiwania i późniejszej eksploatacji złoża. Często, gdy ciało kimberlitu składa się ze skał o różnych fazach intruzji, wyraźnie różniących się cechami strukturalnymi i teksturalnymi oraz zawartością diamentów, naturalne typy rud praktycznie pokrywają się z technologicznymi. Głównym czynnikiem jest zawartość diamentów. Tak więc w fajce Dalnyaya (Sacha-Jakucja) dwa zidentyfikowane tutaj typy naturalne - brekcji kimberlitowe i masywne kimberlity - różnią się zawartością diamentów o rząd wielkości i są jednocześnie typami technologicznymi. Jednak na przykład podczas eksploatacji rury Mir wyróżniono sześć typów technologicznych rud, różniących się niuansami struktury i zawartością diamentów, podczas gdy były tylko dwa etapy realizacji.

Wyróżnia się typy technologiczne piasków diamentonośnych na podstawie zawartości otoczaka, zawartości gliny, zmywalności itp.

Naturalne i technologiczne rodzaje rud grafitu.

Typowanie rud grafitu odbywa się według cech teksturalnych i strukturalnych. Grafity dzielą się na jawnie - i kryptokrystaliczne. Wśród wyraźnie krystalicznych wyróżnia się gęsto krystaliczne i łuskowate odmiany. Grafity gęstokrystaliczne dzielą się na gruboziarniste o średniej wielkości kryształów powyżej 50 mikronów i drobnoziarniste.

W zależności od wielkości płatków, ich średnicy, grafit płatkowy dzieli się na płatki grube (100-500 mikronów) i płatki drobne (1-100 mikronów).

Grafity kryptokrystaliczne składają się z kryształów o wielkości mniejszej niż 1 mikron. Przydziel gęste i drobno rozproszone lub rozpylone różnice. W tym ostatnim kryształy grafitu są rozproszone w skale macierzystej. W gęstych odmianach kryształy grafitu stanowią większość skały grafitowej. Znaczenie przemysłowe mają tylko gęste odmiany grafitu kryptokrystalicznego.

Bryła krystaliczna - 92-95;

Krystaliczny na dużą skalę - 85-90;

Krystaliczny średni łuskowaty - 85-90;

Krystaliczny drobno łuskowaty - 80-90;

Krystaliczne proszki o wielkości do 0,074 mm i zawartości węgla grafitowego 80-99.

Poszukiwanie złóż grafitu innych typów przemysłowych ze złożami nieregularny kształt lub soczewkowate i prętowe, również wykonywane przez wiercenie rdzeniowe w połączeniu z wyrobiskami górniczymi.

Podczas oceny i eksploracji złóż grafitu metodą wierceń stwierdzono, że nie dochodzi do selektywnego ścierania rdzenia, co jest możliwe przy nierównomiernym rozkładzie stężeń grafitu, w postaci obszarów wzbogaconych reprezentowanych przez sieć żyłek, soczewek, gniazd, itp. W tym celu należy kontrolować zawartość grafitu w płuczkach wiertniczych i zwiercinach. W razie potrzeby przeprowadzane są prace kontrolne z testami zbiorczymi.

4. Zagospodarowanie złóż diamentów

Pierwotne złoża diamentów opracowane metodą odkrywkową lub kombinowaną:

Górne horyzonty są otwarte, a głębsze są pod ziemią. W Rosji diamenty wydobywa się wyłącznie metodą odkrywkową.

Metoda wydobycia odkrywkowego jest w przybliżeniu taka sama na wszystkich polach. Rozważmy to na przykładzie Fishy Pipe (Republika Południowej Afryki).

Rura ma owalny przekrój poziomy i prawie pionowe kontakty ze skałami macierzystymi. Strefa wietrzenia kimberlitów rozciąga się na głębokość 60 m. W składzie kimberlitów znaczną objętość zajmuje faza wtórna – saponit, minerał pęczniejący, pochłaniający duża liczba woda. Z tego powodu ruda rury jest higroskopijna i po zwilżeniu szybko traci swoje właściwości wytrzymałościowe, dlatego stosuje się specjalne metody izolowania powierzchni kimberlitu od wody, a podczas wiercenia studni stosuje się odpylanie na sucho.

Wydobycie odkrywkowe rozpoczęto w 1966 r., a do 1990 r. głębokość kamieniołomu osiągnęła 423 m przy średnim rocznym spadku 18–20 m. Wydobyto ponad 97 mln ton kimberlitu (około 5 mln ton rocznie) i 55 mln ton ze skały płonnej. Powierzchnia odkrywki na powierzchni wynosi 550 tys. m2. Ten sposób eksploatacji zapewniał stabilną pracę kopalni oraz dobre wskaźniki techniczno-ekonomiczne: niski stopień wydobycia, systematyczne przechodzenie do metody podziemnej. W skałach macierzystych wykonano pochylony szyb o długości 1300 m pod kątem 12° od powierzchni do wyjścia do kamieniołomu na głębokości 280 m. Mieścił się w nim przenośnik do transportu rudy do zakładu przeróbczego oraz podziemny kompleks kruszący , co pozwoliło na drastyczne ograniczenie liczby eksploatowanych wywrotek.

W metodzie podziemnej stosuje się kilka systemów do podziemnego wydobywania rur diamentonośnych.

System komór przewiduje wiercenie 8-metrowych komór o wysokości 12 m, oddzielonych od siebie tymczasowymi 8-metrowymi filarami, na każdym poziomie roboczym wzdłuż krótszej osi rury. Kimberlit usunięty z komór i ze słupów nadległego horyzontu pod wpływem ciężaru zawalonych skał spada na dno odstawy, skąd jest ładowany na wózki i wtaczany z powrotem do przełęczy rudnej znajdującej się w gospodarzu skały, przez które kimberlit jest podawany do głównego horyzontu transportowego.

Na rurze Premier (RPA) zastosowano metodę szczelinową. W miarę zagospodarowania rury na każdym poziomie roboczym główne chodniki przebiegały równolegle do szczeliny w odstępie równym połowie odległości szczeliny od granic złoża. Na głębokości 270 m ruda była uwalniana z chodników na wózki i transportowana sztolniami odstawczymi, następnie ruda była wprowadzana do kruszarki, kruszona i transportowana na powierzchnię. Najbardziej postępową metodą zabudowy jest samozawalenie się kondygnacji; zapewnia wysoką wydajność (do 5 milionów ton kimberlitu rocznie) przy niskich kosztach i stosunkowo niewielkiej pracy fizycznej. Dzięki temu systemowi zniszczenie kimberlitu następuje pod wpływem grawitacji, liczba horyzontów roboczych i punktów ładowania jest znacznie zmniejszona. Istotą systemu jest to, że z pionu odstawczego, zorientowanego w poprzek rury, w odległości 14 m od siebie przechodzą chodniki zgarniakowe, w których kwadratowe nisze o wymiarach 1–2 m rozmieszczone są w układzie szachownicy w odstępach co 3 –5 m po obu stronach nisze wzniesione są w formie lejka, wznoszącego się na wysokość 7,6 m ponad poziom podeszwy. Bloki kimberlitu są następnie całkowicie podcinane, a warstwy o grubości 18 m są opracowywane w taki sposób, że kimberlit pęka i zapada się w stożkowe piony. W efekcie na całej powierzchni rury powstaje szczelina kompensacyjna o wysokości 2,2 m. Następnie nad przestrzenią kompensacyjną pozostaje niepodparty układ kimberlitowy, który pod działaniem posiadać wagę stopniowo zapada się na lejkach wylotowych. Gdy kimberlit zapada się, jest częściowo uwalniany w celu przywrócenia przestrzeni kompensacyjnej, więc poziom zapadniętego kimberlitu stale rośnie, aż dotrze do skał leżącego nad nim horyzontu. Następnie uwalnianie rudy trwa w określonym tempie, aż w zgarniaczach pojawi się skała płonna. Rozwój tego horyzontu kończy się tutaj, po czym zaczynają rozwijać się leżący u jego podstaw.

Osady aluwialne o głębokości do 40-45 m są przetwarzane w sposób otwarty. W Republice Sacha (Jakucja) wydobycie odbywa się w okres letni metoda spychaczowo-hydrauliczna. Piaski podawane przez spychacze spłukiwane są na hydraulicznym ruszcie kołyskowym o oczkach 30-50 mm. Materiał nadziarnowy usuwany jest strumieniem wody, a pulpa niewymiarowa jest transportowana pogłębiarkami rurami na odległość 20-2,5 km do sezonowej stacjonarnej przeróbki. Z doliny rozszerzonych placerów wydobywa się diamenty metodą pogłębiania. Dragi poruszają się od dołu do góry wzdłuż doliny rzeki w przejściach poprzecznych lub podłużnych. Po wyczerpaniu głównych rezerw pogłębiarka jest ponownie przesuwana z góry na dół z przesunięciem ruchów w stosunku do podstawowych. Czasami ruchy są kierowane w poprzek tych podstawowych.

Ryc.6. Rura kimberlitowa w trakcie opracowywania.

Zagospodarowanie złóż rud grafitu.

Zagospodarowanie rud grafitu odbywa się metodami odkrywkowymi i podziemnymi. Spośród trzech eksploatowanych złóż grafitu w Rosji dwa (Noginskoje, Botogolskoje) są eksploatowane pod ziemią, a jedno (Taiginskoje) odkrywkowe.

Wielkość kamieniołomu podczas eksploatacji odkrywkowej na złożu krystalicznego grafitu Taiginsky wynosi około 3 km długości, 200-250 m szerokości i ponad 50 m głębokości Straty wydobywcze wynoszą około 1%, zubożenie jest nieznaczne.

W Stanach Zjednoczonych eksploatacja odkrywkowa rudy grafitu prowadzona jest metodą wiercenia i robót strzałowych, a następnie transportem rudy do zakładów przetwórczych transportem drogowym.

Oryginalny system zagospodarowania złóż grafitu zastosowano w Republice Madagaskaru. Odkrywka przetwarza głównie górne, zwietrzałe rudy grafitu do głębokości 30-40 m.

Złoże grafitu Noginskoje, zagospodarowane metodą podziemną (sztolnia i szyb), charakteryzuje się rozcieńczeniem 2,8%, wilgotnością rudy 4,5%, ubytkami 17,8%.

Złoże Botogol wysokiej jakości gęsto krystalicznego grafitu jest zagospodarowywane metodą sztolniową. Produkcja prowadzona jest w warstwach poziomych od dołu do góry, z zasypywaniem przestrzeni zrębowej. Straty produkcyjne wynoszą około 8%.

5. Zastosowania diamentów

Główne obszary zastosowań diamentów naturalnych.

Diamenty jubilerskie. Głównym obszarem zastosowania diamentów pod względem wartości jest cięcie diamentów.

Diamenty techniczne. Techniczne to ciemne kryształy z pęknięciami i innymi defektami, a także różne fragmenty, bliźniaki, przerosty itp., z których nie da się zrobić kryształu fasetowanego. W zależności od jakości i przeznaczenia diamenty przemysłowe można podzielić na następujące grupy:

Diamenty, które są przetwarzane w celu uzyskania ziaren o określonym kształcie geometrycznym. Należą do nich diamenty przeznaczone do produkcji frezów, wierteł, końcówek, frezów do szkła, łożysk itp.;

Kryształy diamentu stosowane w surowej postaci w wiertarkach, ołówkach diamentowo-metalowych itp.;

Diamenty ścierne to przeważnie małe kryształy, które mają znaczne defekty i nadają się tylko do mielenia na proszek.

Proszki diamentowe są niezastąpione w obróbce części subminiaturowych, takich jak rubinowe kamienie zegarkowe, łożyska topazowe, berylowe i szafirowe, których twardość zbliża się do twardości korundu. Tylko stosowanie proszków diamentowych zapewnia wysoką czystość obrabianych mikropowierzchni, co decyduje o dokładności mikrodetalów w aparatach i urządzeniach.

Narzędzia z proszków diamentowych. Do cięcia twardych skał, stopów i innych twardych materiałów przemysł produkuje tarcze diamentowe i różne piły diamentowe. Ścierne narzędzia diamentowe w trzpieniu są powszechne, które są szeroko stosowane w przemyśle metalowym do obciągania ściernic. Stosowane są również ołówki diamentowo-metalowe, które są prasowanymi wkładkami wykonanymi z twardego stopu proszku diamentowego.

Narzędzia wykonane z monokryształów diamentu. Frezy, igły, frezy do szkła, wykrojniki (diamenty blaszkowate z wywierconymi w nich najcieńszymi otworami) i inne narzędzia wykonywane są z pojedynczych kryształów diamentu lub ich części. Igły diamentowe to naturalnie ostro zakończone kryształy diamentu lub fragmenty o ostrych krawędziach umocowane w metalowych prętach. Igły diamentowe są szeroko stosowane do wykonywania gwintowników na szlifierkach do gwintów. Igły diamentowe o kształcie stożka z kulistą główką stosowane są w profilometrach i profilografach, które służą do pomiaru najmniejszych nierówności i wykończenia powierzchni różnych części. Diamenty są szeroko stosowane do produkcji matryc przy produkcji drutu z materiałów twardych, zwłaszcza o małych średnicach na potrzeby elektroniki.

Diamentowe narzędzie do cięcia skał. Zastosowanie diamentów do wzmacniania wierteł umożliwiło zwiększenie wydajności wiertnic o 1,5-2 razy w porównaniu z wierceniem bez użycia diamentów.

Inne obszary zastosowania diamentów. Diament jest doskonałym materiałem optycznym na wszelkiego rodzaju kuwety i okienka, który jest w stanie wytrzymać wysokie ciśnienie i atak substancji o dowolnym stopniu agresywności, a jednocześnie jest przezroczysty w szerokim zakresie długości fal.

Diamentowe podłoże obwodów półprzewodnikowych, zapewniając ich doskonałą izolację, odprowadza ciepło kilka razy szybciej niż np. miedź, znacznie zwiększając wydajność krytycznych elementów układów elektronicznych. Możliwość liczenia cząstek jądrowych za pomocą diamentów w agresywnych środowiskach i dużych obciążeniach mechanicznych, diament jest używany w specjalnych licznikach.

Struktura zużycia diamentów przemysłowych przez kraje wysoko rozwinięte przedstawia się następująco (%):

Szlifowanie, ostrzenie narzędzi i części maszyn ze stopów twardych - 60-70;

Wiercenie studni - 10;

Ciągnienie drutu - 10;

Cięcie i szlifowanie części i wyrobów ze szkła, ceramiki, marmuru, wiercenie i wykańczanie części ze stopów twardych, obróbka zegarków i biżuteria – 10-12.

Obszary zastosowania grafitu.

Rudy prawie wszystkich złóż grafitu rzadko mogą być wykorzystywane w postaci surowej przez konsumentów. Prawie wszystkie z nich są poddawane takiej lub innej obróbce wstępnej w celu przekształcenia rudy w gotowe produkty.

Klasyfikacja technologiczna rud grafitu pokrywa się z klasyfikacją typów naturalnych.

Rudy wyraźnie krystaliczne przetwarzane są głównie według schematów flotacyjnych ze względu na dobrą flotowalność grafitu.

Surowce grafitu kryptokrystalicznego są reprezentowane przez drobno rozproszone minerały w bardzo złożonym przerostie ze skałami płonnymi. Dlatego te rodzaje rud grafitu prawie nie nadają się do mechanicznego wzbogacania. Stosowane są głównie w górnictwie i specjalne okazje, metody obróbki chemicznej, termicznej lub innej. Ze względu na to, że procesy te są drogie, są rzadko stosowane.

Głównymi wskaźnikami, według których ocenia się produkty grafitowe, są: tekstura i struktura, zawartość węgla, popiołu, wilgoci, składników lotnych, szkodliwych zanieczyszczeń (żelazo, siarka, miedź itp.), Skład granulometryczny.

W przemyśle odlewniczym preferowany jest grafit kryptokrystaliczny, ponieważ dla tego przemysłu ważna jest dyspersja proszku, która zapewnia gładką powierzchnię form odlewniczych i ułatwia wyjmowanie z nich odlewów po ostygnięciu.

Wysokiej jakości grafity krystaliczne są szeroko stosowane w odlewach stali specjalnych.

Grafit tyglowy reprezentowany jest przez trzy gatunki. Ich podział na strefy nie przekracza odpowiednio 7; 8,5 i 10%, udział masowy żelaza w przeliczeniu na Fe2O3 dla wszystkich gatunków wynosi nie więcej niż 1,6%, substancje lotne - mniej niż 1,5%; wilgoć - nie więcej niż 1%.

Do produkcji tygli grafitowo-ceramicznych oraz materiałów ogniotrwałych stosuje się wysokiej jakości grafit krystaliczny.

Zgodnie z wymaganiami dotyczącymi smarowania grafitu produkty produkowane są w postaci kilku gatunków, z których każdy ma swój własny kierunek stosowania i charakteryzuje się szeregiem wskaźników. Wspólne dla wszystkich marek są jedynie wskaźniki stężenia jonów wodorowych w ekstrakcie wodnym i wilgotności.

Produkcja ołówków, a także elektrowęgla stawia najwyższe wymagania co do jakości grafitu. W praktyce światowej do najlepszych gatunków ołówków stosuje się mieszankę cejlonu i innego grafitu krystalicznego lub kryptokrystalicznego, który jest najczęściej używany do produkcji zwykłych gatunków ołówków.

Do produkcji aktywnych mas baterii alkalicznych stosuje się krystaliczny grafit gruboziarnisty („srebro”), uzyskiwany przez flotację rud ze złóż Taiginsky i Zavalevsky.

W przemyśle elektroenergetycznym stosuje się trzy rodzaje grafitu – naturalny drobnoziarnisty oraz kryptokrystaliczny i sztuczny. Sztuczny grafit jest szeroko stosowany ze względu na jego wysoką czystość i spójność składu.

W produkcji smarów naturalny grafit krystaliczny, a wraz z nim grafit sztuczny, są szeroko stosowane jako ciała stałe. Produkcja ta wymaga grafitu, zwykle o wysokiej czystości i bardzo drobnym rozdrobnieniu, czasem koloidalnym. Smary to najczęściej wodne lub olejowe zawiesiny grafitu naturalnego krystalicznego i sztucznego.

Szereg gatunków grafitu nie pozwala na zatykanie się zanieczyszczeń, w tym grafitu z innych złóż. Gatunki te obejmują grafit tyglowy, elementarny i elektrowęglowy.

Wniosek

Po przestudiowaniu dwóch polimorficznych modyfikacji węgla: diamentu i grafitu doszedłem do wniosku, że pomimo tego samego składu chemicznego, polimorfy mają inną budowę sieci krystalicznej, a zatem różne właściwości i pochodzenie.

Diament to bezbarwna, przezroczysta krystaliczna substancja o wyjątkowej twardości - 10 i diamentowym blasku. Grafit jest szaro-czarną krystaliczną substancją o metalicznym połysku, tłustą w dotyku, gorszą twardością nawet od papieru - 1.

Diamenty występują w naturze w postaci dobrze zdefiniowanych pojedynczych kryształów. Kryształy grafitu to zazwyczaj cienkie płytki.

Pochodzenie diamentów jest magmowe, grafit jest metamorficzny.

Diamenty są wykorzystywane w prawie wszystkich gałęziach przemysłu: elektrycznym, radioelektronicznym, przyrządowym, wiertniczym.

Grafit jest również wykorzystywany do produkcji tygli grafitowo-ceramicznych i materiałów ogniotrwałych, jako smary, do produkcji ołówków oraz w przemyśle węglowym elektrycznym.

W niezliczonych podręcznikach podaje się diagramy równowagi diament-grafit i napisano, że diament powstaje z grafitu. Ale z jakiegoś powodu nikt nie zadał pytania: skąd się bierze grafit w płaszczu?.. Przecież tam jest niestabilny, a dla warunków płaszcza nazywany jest minerałem „zakazanym”. Kolejna sprawa to węgliki. Są tu stabilne: węgliki żelaza, fosforu, krzemu, azotu, wodoru. Węglik wodoru jest gazem, zwykłym metanem, jest mobilny i łatwo koncentruje się w głębokim płynie.

Swego czasu geolodzy nie przywiązywali żadnej wagi do niezwykłego odkrycia radzieckiego fizyka B. Deryagina, który w 1969 roku zsyntetyzował diament z metanu i co bardzo ważne pod ciśnieniem nawet niższym od atmosferycznego. Nawet wtedy to odkrycie powinno radykalnie zmienić istniejące poglądy na temat diamentu jako minerału, który z konieczności krystalizuje ze stopów i pod wysokim ciśnieniem. Dane B. Deryagina pozwoliły mi rozważyć możliwość krystalizacji diamentu z płynu, mieszaniny gazów w układzie C-H-O.

Okazuje się, że tlen w takim płynie traci swoje właściwości utleniające przy ultrawysokim ciśnieniu płaszcza i nie utlenia nawet wodoru. Ale kiedy gaz się unosi, kiedy tworzy się rura kimberlitowa, ciśnienie spada. Wystarczy zredukować ciśnienie 10-krotnie – z 50 do 5 kilobarów, aby aktywność tlenu wzrosła milion razy. A potem natychmiast łączy się z wodorem i metanem. Mówiąc najprościej, gaz zapala się samoistnie - w podziemnej rurze wybucha wściekły pożar.

Konsekwencje takiego podziemnego „pożaru” zależą od stosunku węgla, wodoru i tlenu w płynie. Jeśli nie ma za dużo tlenu, z cząsteczki metanu (CH4) wyciągnie tylko wodór. Powstała para wodna zostanie wchłonięta przez pył mineralny i utworzy serpentynit, najbardziej charakterystyczny minerał kimberlitów. Węgiel, pozostając „samotny”, pod ciśnieniem tysięcy atmosfer i w temperaturze około 1000°C, zamknie się nienasyconymi wiązaniami walencyjnymi „na sobie” i utworzy gigantyczną cząsteczkę czystego węgla – diamentu! W praktyce taka korzystna kombinacja składników w mieszaninie gazów jest rzadkością: tylko pięć procent rur kimberlitowych jest diamentonośnych.

Często zdarza się, że tlenu jest albo za dużo, aby powstał diament, albo za mało. W pierwszym przypadku węgiel spali się i zamieni w gazy - tlenki: CO lub CO2. Są też jałowe kimberlity. Wyróżniają się zwiększonym magnetyzmem, ponieważ pojawił się w nich tlenek żelaza, magnetyt. Było dużo tlenu, a on "wyciągnął" żelazo ze składu krzemianów. Przy niedoborze tlenu lub metanu pojawi się tylko para wodna, która zostanie wchłonięta przez serpentynit. Okazuje się, że diament pojawia się jako produkt spontanicznego podziemnego spalania płynu zawierającego węgiel. Diamenty to analogi popiołu lub sadzy, które osiadły w „kominach” płaszcza! (A. Portnov - doktor nauk geologicznych i mineralogicznych, profesor).

Bibliografia

1. Węgiel i jego związki - Kijów, "Naukova Dumka" 1978.

2. Bulakh AG Mineralogia ogólna. 1999.

3. Sarasow. Magazyn edukacyjny. Tom 6, 2000. Nr 5.

4. Dyadin Yu.A. Grafit i jego związki inkluzyjne.

5. A. Portnow. „Diament to sadza ze świata podziemnego”.

6. ZAO Geoinformmarn. Moskwa 1997. Surowce mineralne. Grafit. Diament.

7. Wydawnictwo „Encyklopedia radziecka”. Moskwa. 1972.

Nie wszyscy wiedzą, ale diament i grafit to dwie formy tej samej substancji. Minerały te różnią się całkowicie twardością oraz właściwościami załamania i odbicia światła. A różnice są dość znaczne. Diament jest najtwardszym minerałem na świecie, w skali Mohsa to norma - 10, podczas gdy twardość grafitu w tej skali to tylko 2. Tym samym diament i grafit są zarówno najbardziej podobnymi, jak i niepodobnymi substancjami na świecie.

Sieci krystaliczne diamentu i grafitu

Każdy z nich pochodzi z węgla, który z kolei jest najobficiej występującym pierwiastkiem w biosferze. Występuje zarówno w atmosferze, jak iw wodzie, w obiektach biologicznych. W ziemi jest obecny w składzie ropy, gazu, torfu i tak dalej. Występuje również jako złoża grafitu i diamentu.

Większość węgla w organizmach. Co więcej, żaden z nich nie może się bez niego obejść. A pochodzenie tego minerału w innych częściach planety jest dokładnie wyjaśnione obecnością tam kiedyś żywych organizmów.

Wiele kontrowersji budzi pytanie, skąd wziął się grafit i diamenty, bo nie dość, że jest jeden węgiel, to jeszcze konieczne jest spełnienie pewnych warunków, w których ten pierwiastek chemiczny przybiera nową strukturę. Uważa się, że pochodzenie grafitu jest metamorficzne, a diamentów magmowe. Oznacza to, że powstawaniu diamentów na planecie towarzyszą złożone procesy fizyczne, najprawdopodobniej w głębokich warstwach ziemi podczas spalania i eksplozji w obecności tlenu. Naukowcy sugerują, że metan jest również zaangażowany w ten proces, ale nikt nie wie na pewno.

Różnice między grafitem a diamentem

Główną różnicą jest struktura diamentu i grafitu. Diament jest minerałem, formą węgla. Charakteryzuje się metastabilnością, co oznacza, że może pozostawać niezmieniony w nieskończoność. Diament przekształca się w grafit w określonych warunkach, takich jak wysoka temperatura w próżni.

Grafit jest również modyfikacją węgla. Jego struktura sprawia, że minerał jest bardzo warstwowy, dlatego jego najczęstszym zastosowaniem jest produkcja grafitów do ołówków.

Zjawisko, w którym substancje utworzone przez ten sam pierwiastek chemiczny mają różne właściwości fizyczne, nazywa się alotropią. Istnieją inne podobne substancje, ale te dwa minerały mają między sobą największą różnicę. Decydującą rolę odgrywają w tym cechy strukturalne struktury krystalicznej każdego z minerałów.

Diament ma niezwykle silne wiązanie między atomami, ze względu na ich gęste ułożenie. Sąsiednie atomy komórki mają kształt sześcianu, w którym cząsteczki znajdują się na rogach, ścianach i wewnątrz nich. Jest to struktura typu czworościennego. Ta geometria atomów zapewnia najbardziej gęstą organizację. Dlatego twardość diamentu jest tak wysoka.

Niska liczba atomowa węgla, pokazująca, że atom ma małą masę atomową i odpowiednio promień, czyni go najtwardszą substancją na planecie. Nie oznacza to jednak wcale trwałości. Łamanie diamentu jest dość łatwe, wystarczy go uderzyć. Ta struktura wyjaśnia wysoki współczynnik przewodności cieplnej i załamania światła diamentu.

Struktura grafitu jest zupełnie inna. Na poziomie atomowym jest to seria warstw rozmieszczonych w różnych płaszczyznach. Każda z tych warstw to sześciokąty, które przylegają do siebie jak plaster miodu. W tym przypadku tylko atomy znajdujące się w obrębie każdej warstwy mają silne wiązanie, a wiązanie między warstwami jest kruche, są one praktycznie od siebie niezależne.

Ślad po ołówku to tylko zdejmowane warstwy grafitu. Ze względu na specyfikę swojej struktury grafit ma nieokreślony wygląd, pochłania światło, ma przewodnictwo elektryczne i metaliczny połysk.

Pozyskiwanie diamentu z grafitu

Przez długi czas uzyskanie diamentu było technicznie trudne, ale dziś nie jest to takie trudne zadanie. Głównym problemem jest powtarzalność procesów w laboratorium w krótkim okresie czasu, które w przyrodzie trwają miliony lat. Naukowcy udowodnili, że warunkami przejścia diamentu z grafitu były wysoka temperatura i ciśnienie.

Po raz pierwszy takie warunki uzyskano za pomocą eksplozji. Wybuch to proces chemiczny polegający na spalaniu w wysokiej temperaturze i z dużą prędkością. Następnie zebrali resztki grafitu i okazało się, że w jego wnętrzu utworzyły się małe diamenty. Oznacza to, że transformacja odbyła się tylko fragmentarycznie. Powodem tego jest rozrzut parametrów w obrębie samej eksplozji. Tam, gdzie były dostateczne warunki do takiej przemiany, tak się działo.

Naturalny surowy diament

Takie parametry sprawiły, że wybuchy nie były obiecujące dla produkcji diamentów. Jednak eksperymenty nie ustały, przez długi czas naukowcy kontynuowali je, aby w jakiś sposób uzyskać ten minerał. Mniej więcej stabilny wynik uzyskano, gdy próbowano impulsowo podgrzać grafit do temperatury dwóch tysięcy stopni. W tym przypadku udało się uzyskać diamenty o przyzwoitej wielkości.

Jednak takie eksperymenty dały inny nieoczekiwany wynik. Po przemianie grafitu w diament nastąpiło odwrotne przejście diamentu w grafit wraz ze spadkiem ciśnienia, czyli nastąpiła grafityzacja. Tym samym nie można było uzyskać stabilnego wyniku za pomocą tylko jednego ciśnienia. Następnie wraz ze wzrostem ciśnienia zaczął się nagrzewać grafit. Jakiś czas później udało się obliczyć zakres ciśnień i temperatur, w których można było otrzymać kryształy diamentu. Jednak metody te nadal nie pozwalały na uzyskanie minerału o jakości klejnotu.

Aby uzyskać kamienie nadające się do tworzenia biżuterii, zaczęli hodować diamenty za pomocą nasion. Jako że użyto gotowego kryształu diamentu, który podgrzano do temperatury 1500 stopni, co stymulowało najpierw szybki, a następnie powolny wzrost. Jednak zastosowanie metody na skalę przemysłową było nieopłacalne. Następnie zaczęto stosować metan jako górny opatrunek, który w takich warunkach rozkładał się na węgiel i wodór. To właśnie ten węgiel działał, jeśli mogę tak powiedzieć, jako pożywka dla diamentu, pozwalając mu rosnąć znacznie szybciej.

Tak więc dzisiaj ta metoda jest używana do tworzenia sztucznych diamentów. Chociaż opłacalne, koszt takich całych sztucznych minerałów pozostaje wysoki, co czyni je mniej popularnymi niż substytuty diamentu.

Złoża mineralne

Diamenty rodzą się na głębokości 100 km iw temperaturze 1300 stopni. Magma kimberlitowa, która tworzy rury kimberlitowe, zostaje uruchomiona w wyniku eksplozji. To właśnie te rury są głównymi złożami diamentów. Po raz pierwszy taką fajkę odkryto w afrykańskiej prowincji Kimberley, stąd jej nazwa.

Najbardziej znane złoża znajdują się w Indiach, Rosji i Afryce Południowej. Złoża pierwotne stanowią 80% wszystkich wydobywanych diamentów.

Aby znaleźć diament w naturze, stosuje się promieniowanie rentgenowskie. Większość znalezionych kamieni jest nieodpowiednia produkcja biżuterii, ponieważ mają znaczną liczbę defektów, w tym pęknięcia, wtrącenia, obce odcienie fluorescencji i tak dalej. Dlatego ich zastosowanie ma charakter techniczny. Takie kamienie są podzielone na trzy kategorie:

deska - kamienie o strukturze strefowej;
ballas - kamienie o okrągłym lub gruszkowatym kształcie;
carbonado – czarny diament.

Diamenty o dużych rozmiarach i wyjątkowych właściwościach zwykle mają swoją nazwę. Ponadto wysoki koszt kamienia sprawia, że jest on pożądany przez wielu, co gwarantuje „krwawą historię”.

Grafit powstaje w wyniku przemian skał osadowych. W Meksyku i na Madagaskarze można znaleźć rudę grafitu niskiej jakości. Najbardziej znane złoża znajdują się w Krasnodarze i na Ukrainie.

Aplikacja

Zastosowanie zarówno diamentu, jak i grafitu jest znacznie szersze niż się wydaje. Istnieje kilka zastosowań diamentów.

W branży jubilerskiej diamenty są używane tylko do cięcia, jak wiadomo, nazywane są brylantami. Tylko 20% wszystkich wydobywanych kamieni nadaje się na biżuterię, a minerałów wysokiej jakości jest znacznie mniej.

Diamenty to najdroższe kamienie na świecie. Pod względem wartości można z nimi porównać tylko niektóre egzemplarze rubinów. Na wartość minerałów wpływa szlif, kolor, odcień i przejrzystość. Zwykle niektóre z tych cech są niewidoczne gołym okiem, ale ujawniają się podczas badania.

Użycie diamentów w biżuterii jest bardzo powszechne. Często jako jedyny kamień lub uzupełnienie stanowią wysokiej jakości szafiry, rubiny, szmaragdy. Najczęstszym zastosowaniem kamieni są pierścionki zaręczynowe.

W dziedzinie techniki zwykle biorą surowce drugorzędne, z defektami lub w różnych odcieniach. Diamenty techniczne dzielą się na kilka podkategorii.

diamenty o określonym kształcie, który nadaje się do produkcji łożysk, końcówek wierteł itp.;
surowe kamienie;
otoczaki z defektami, używane wyłącznie do produkcji wiórów i proszku diamentowego.

Te ostatnie są stosowane w bardzo małych częściach lub jako powłoka do produkcji narzędzi skrawających i szlifierskich.

W elektronice stosuje się igły, które są surowymi kryształami, które naturalnie mają ostry wierzchołek lub fragmenty z takim samym wierzchołkiem. Wiertnice w przemyśle zawierają również diamenty. Warstwy tego minerału są stosowane w mikroukładach, licznikach itp. Wynika to z wysokiej przewodności cieplnej i rezystancji.

Około 60% wszystkich diamentów przemysłowych jest używanych w narzędziach. Pozostałe 40% w równych ilościach:

podczas wiercenia studni;
przetwarzanie;
w drobnych szczegółach biżuterii;
w ściernicach.

W czysta forma grafit nie jest używany. Zwykle jest przetwarzany. Grafit najwyższa jakość używany w postaci pręta ołówkowego. Grafit znajduje najszersze zastosowanie w odlewnictwie. Tutaj służy do zapewnienia gładkiej powierzchni stali. W tym celu stosuje się go w surowej postaci.

Elektroenergetyczny przemysł węglowy wykorzystuje nie tylko naturalne pochodzenie mineralne, ale także stworzone. Ten ostatni ma wysoką jednorodność jakości i czystości. Wysoka przewodność prądu sprawia, że jest również szeroko stosowany do produkcji elektrod w instrumentach. Ponadto jest używany jako szczotki silnikowe. W metalurgii grafit jest stosowany jako środek smarny.

Pręty grafitowe, ze względu na ich zdolność do spowalniania neutronów, były wcześniej szeroko stosowane w tworzeniu reaktorów jądrowych. W szczególności pręty borowe z końcówkami grafitowymi działały jako pręty kontrolno-ochronne w elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Jednym z problemów, który później doprowadził do wypadku, było to, że aby ugasić reakcję łańcuchową, trzeba było absorbować neutrony, za które odpowiadał bor, a nie zwalniać. Dlatego w momencie, gdy pręty zostały opuszczone rdzeń reaktora, jego energia gwałtownie wzrosła, co doprowadziło do przegrzania. Ale to był tylko jeden z wielu powodów.

Zatem diament i grafit to dwa różne minerały ten sam element w bazie. Ich struktury sprawiają, że właściwości są różne, co jest interesujące. Każda z nich jest na swój sposób piękna i ma bardzo szerokie zastosowanie zarówno w bardzo skomplikowanych konstrukcjach, jak iw przedmiotach codziennego użytku.

Wstęp

Przemysł diamentowy w naszym kraju jest na etapie rozwoju, wprowadzania nowych technologii przetwarzania minerałów.

Znalezione złoża diamentów otwierają się dopiero w wyniku procesów erozyjnych. Dla zwiadowcy oznacza to, że istnieje wiele „ślepych” złóż, które nie wypływają na powierzchnię. O ich obecności można dowiedzieć się dzięki wykrytym lokalnym anomaliom magnetycznym, których górna krawędź znajduje się na głębokości setek, a jeśli masz szczęście, to kilkudziesięciu metrów. (A. Portnow).

Na tej podstawie mogę ocenić perspektywy rozwoju branży diamentowej. Dlatego wybrałem temat - "Diament i grafit: właściwości, pochodzenie i znaczenie".

W swojej pracy starałem się przeanalizować związek między grafitem a diamentem. Aby to zrobić, porównałem te substancje z kilku punktów widzenia. Dokonałem przeglądu ogólnej charakterystyki tych kopalin, typów przemysłowych ich złóż, typów naturalnych i technicznych, zagospodarowania złóż, obszarów zastosowania i znaczenia tych kopalin.

Pomimo faktu, że grafit i diament mają właściwości polarne, są polimorficznymi modyfikacjami tego samego pierwiastka chemicznego - węgla. Polimorfy lub polimorfy to substancje, które mają ten sam skład chemiczny, ale inną strukturę krystaliczną. Wraz z początkiem syntezy sztucznych diamentów gwałtownie wzrosło zainteresowanie badaniem i poszukiwaniem polimorficznych modyfikacji węgla. Obecnie, oprócz diamentu i grafitu, za wiarygodne można uznać lonsdaleit i chaotyt. Pierwszy występował we wszystkich przypadkach tylko w ścisłym przerośnięciu z diamentem i dlatego nazywany jest również diamentem heksagonalnym, a drugi występuje w postaci płytek na przemian z grafitem, ale usytuowanych prostopadle do jego płaszczyzny.

Modyfikacje polimorficzne węgla: diamentu i grafitu

Jedynym pierwiastkiem mineralotwórczym diamentu i grafitu jest węgiel. Węgiel (C) jest pierwiastkiem chemicznym IV grupy układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, liczba atomowa - 6, względna masa atomowa - 12,011 (1). Węgiel jest stabilny w kwasach i zasadach, utlenia się tylko dwuchromianem potasu lub sodu, chlorkiem żelazowym lub glinem. Węgiel ma dwa stabilne izotopy, C (99,89%) i C (0,11%). Dane dotyczące składu izotopowego węgla wskazują, że może on mieć różne pochodzenie: biogenne, niebiogeniczne i meteoryczne. Różnorodność związków węgla, którą tłumaczy się zdolnością jego atomów do łączenia się ze sobą oraz z atomami innych pierwiastków na różne sposoby, decyduje o szczególnej pozycji węgla wśród innych pierwiastków.

Ogólna charakterystyka diamentu

Diament to bezbarwna, przezroczysta krystaliczna substancja, która niezwykle silnie załamuje promienie świetlne.

Atomy węgla w diamencie są w stanie hybrydyzacji sp3. W stanie wzbudzonym elektrony walencyjne atomów węgla ulegają deparacji i powstają cztery niesparowane elektrony.

Każdy atom węgla w diamencie jest otoczony czterema innymi znajdującymi się od niego w kierunku od środka na wierzchołkach czworościanu.

Odległość między atomami w czworościanach wynosi 0,154 nm.

Siła wszystkich więzi jest taka sama.

Cały kryształ jest pojedynczą trójwymiarową ramą.

W diamentach znajdowano zanieczyszczenia azotem, tlenem, sodem, magnezem, glinem, krzemem, żelazem, miedzią i inne, zwykle w tysięcznych częściach procenta.

Diament jest wyjątkowo odporny na kwasy i zasady, nie jest zwilżany wodą, ale ma zdolność przylegania do niektórych mieszanek tłuszczowych.

Diamenty występują w przyrodzie zarówno w postaci dobrze zdefiniowanych pojedynczych kryształów, jak i agregatów polikrystalicznych. Prawidłowo uformowane kryształy wyglądają jak wielościany o płaskich ścianach: ośmiościan, dwunastościan rombowy, sześcian i kombinacje tych kształtów. Bardzo często na licach diamentów występują liczne stadia wzrostu i rozpuszczania; jeśli są nie do odróżnienia dla oka, twarze wydają się zakrzywione, kuliste, ośmiościenne, sześciościanowe, prostopadłościenne i ich kombinacje. Różny kształt kryształów wynika z ich Struktura wewnętrzna, obecność i charakter rozkładu defektów, a także fizykochemiczne oddziaływanie ze środowiskiem otaczającym kryształ.

Wśród formacji polikrystalicznych wyróżniają się - ballas, carbonado i deska.

Ballas to formacje sferolitu o promieniście promienistej strukturze. Carbonado - agregaty kryptokrystaliczne o wielkości pojedynczych kryształów 0,5-50 mikronów. Deska to kruszywa jasnoziarniste. Ballas, a zwłaszcza carbonado, mają najwyższą twardość ze wszystkich rodzajów diamentów.

Ryc.1

Ryc.2

Ogólna charakterystyka grafitu

Grafit jest szaro-czarną krystaliczną substancją o metalicznym połysku, tłustą w dotyku, gorszą twardością nawet od papieru.

Struktura grafitu jest warstwowa, wewnątrz warstwy atomy połączone są mieszanymi wiązaniami jonowo-kowalencyjnymi, a pomiędzy warstwami wiązaniami zasadniczo metalicznymi.

Atomy węgla w kryształach grafitu są w hybrydyzacji sp2. Kąty między kierunkami wiązań wynoszą 120*. Rezultatem jest siatka składająca się z regularnych sześciokątów.

Ogrzewany bez dostępu powietrza grafit nie ulega żadnym zmianom do temperatury 3700*C. W określonej temperaturze jest wydalany bez topienia.

Kryształy grafitu to zazwyczaj cienkie płytki.

Ze względu na niską twardość i bardzo perfekcyjne rozszczepianie, grafit łatwo pozostawia ślad na papierze, tłusty w dotyku. Te właściwości grafitu wynikają ze słabych wiązań między warstwami atomów. Charakterystyka wytrzymałościowa tych wiązań charakteryzuje się niską pojemnością cieplną właściwą grafitu i jego wysoką temperaturą topnienia. W rezultacie grafit ma niezwykle wysoką ogniotrwałość. Ponadto dobrze przewodzi prąd i ciepło, jest odporny na wiele kwasów i innych chemikaliów, łatwo miesza się z innymi substancjami, ma niski współczynnik tarcia oraz wysoką smarowność i siłę krycia. Wszystko to doprowadziło do unikalnego połączenia ważnych właściwości w jednym minerale. Dlatego grafit jest szeroko stosowany w przemyśle.