Краткий информационный обзор по технологической оценке и переработке графитсодержащих руд

Физические свойства. Графит обладает металлическим блеском, отличается совершенно исключительной непрозрачностью, превосходя в этом отношении все известные тела. Графит - жирное (скользкое) вещество на ощупь.
Его свойства зависят от происхождения или способа получения. Наиболее правильные кристаллы образует минерал цейлонских месторождений.
Температура плавления графита — 3845-3890^оС при давлении от 1, до 0,9 атм. Точка кипения доходит до 4200^оС. Температура воспламенения в струе кислорода составляет для явнокристаллических графитов 700-730^оС. Количество тепла, получаемого при сжигании графита, Находится в пределах от 7832 до 7856 ккал.
Хорошо проводит электрический ток. В отличие от алмаза обладает низкой твёрдостью (1 по шкале Мооса). Относительно мягкий. После воздействия высоких температур становится немного твёрже, и становится очень хрупким. Плотность 2,08-2,23 г/см³. Цвет тёмно-серый, блеск металлический. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха. В кислотах не растворяется. Природный графит содержит 10-12% примесей глин и окислов железа. При трении расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах).
При атм. давлении выше 2000°С графит возгоняется, в парах обнаружены молекулы, содержащие от одного до семи атомов С. При высоких давлениях и нагревании образуется алмаз. Тройная точка (графит-жидкость-пар): температура 4130°С, давление 12 МПа. наибольшая плотность (в зависимости от добавки 2,0-5,0 г/см³) имеет рекристаллизованный графит.
По свойствам теплопроводности графит занимает место между палладием и платиной. Коэффициент теплопроводности 0,041 (в 5 раз больше, чем у кирпича). У тонких графитовых нитей теплопроводность выше, чем у медных.
Для монокристаллов графита отношение значений теплопроводности в направлениях, параллельном и перпендикулярном базисным плоскостям (коэф. анизотропии k), может достигать 5 и более. Теплопроводность [Вт/(м*град.)] в направлении базисных плоскостей для графитов: цейлонского 278,4 (k = 3,2), камберлендского 359,6 (k = 6), канадского 522,0 (k = 6), пирографита 475-2435 (k = 100-800). Наивысшей теплопроводностью (большей, чем у Сu) обладает рекристаллизованный графит с добавками карбидов Ti и Zr. Теплопроводность искусственно полученного поликристалличес-кого графита сильно зависит от его плотности и составляет 92,22, 169,94 и 277,44 Вт/(м*град.) при плотности соотв. 1,41, 1,65 и 1,73 г/см³. На кривой температурной зависимости теплопроводности имеется максимум, положение и величина которого зависят от размеров и степени совершенства кристаллов.
Электропроводность графита в 2,5 раза больше электропроводности ртути. При температуре 0 град. удельное сопротивление электрическому току находится в пределах от 0,390 до 0,602 Ом. Низкий предел удельного сопротивления для всех видов графита одинаков и равен 0,0075 Ом.
Электрическая проводимость монокристаллов графита анизотропна, в направлении, параллельном базисной плоскости, близка к металлической, в перпендикулярном — в сотни раз меньше. Минимальное значение проводимости наблюдается в интервале 300-1300^оС, причём положение минимума смещается в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит.
Коэффициент теплового расширения графита до 700°С отрицателен в направлении базисных плоскостей (графит сжимается при нагревании), его абсолютное значение с повышением температуры уменьшается. Выше 700°С коэффициент теплового расширения становится положительным. В направлении, перпендикулярном базисным плоскостям, коэффициент теплового расширения положителен, практически не зависит от температуры и более чем в 20 раз выше среднего абсолютного значения для базисных плоскостей.
Монокристаллы графита диамагнитны, магнитная восприимчивость незначительна в базисной плоскости и велика в ортогональных базисных плоскостях. Коэффициент Холла меняется с положительного на отрицательный при 2400^оС.
Коэффициент светопоглощения графита постоянен для всего спектра и не зависит от температуры лучеиспускания тела; для тонких графитовых нитей он равен 0,77, с увеличением кристаллов графита светопоглащение уже находится в пределах 0,52-0,55.
Прочностные свойства графита изменяются с увеличением температуры. Для большинства искусственных графитов σ_раст. с повышением температуры возрастает в 1,5-2,5 раза, достигая максимума при 2400-2800°С; σ_сж. увеличивается в 1,3-1,6 раза в интервале 2200-2300°С; модули упругости и сдвига возрастают в 1,3-1,6 раза в интервале 1600-2200°С. С повышением температуры до 3000°С и выше прочностные свойства довольно резко снижаются и при 3200°С приближаются к свойствам при 20°С. В интервале 20-2000°С графит хрупок. В диапазоне 2200-2600°С наблюдается большая остаточная деформация, достигающая 0,35-1,5% в зависимости от вида графита. Для искусственно полученного поликристаллического графита σ_раст. 9,8-14,7 МПа, σ_изг. 19,6-21,6 МПа, σ_сж. 24,5-29,4 МПа; коэф. Пуассона 0,20-0,27;твердость по Бринеллю 392-588 МПа, по шкале Мооса 1-2. Наиболее высокие прочностные свойства имеет рекристаллизованный графит.
Хорошие антифрикционные свойства графита обусловлены легкостью скольжения одного углеродного слоя относительно другого под действием малых сдвиговых напряжений в направлении базисных плоскостей. Коэффициент трения по металлам (для рабочих скоростей до 10 м/с) составляют 0,03-0,05. Для пирографита под действием напряжений в направлении, перпендикулярном базисным плоскостям, он составляет 0,4-0,5; пирографит может быть использован в качестве фрикционного материала.
После облучения графита нейтронами его физические свойства изменяются: увеличивается, а прочность, модуль упругости, твердость, теплопроводность уменьшаются на порядок. После отжига при 1000-2000°С свойства восстанавливаются до прежних значений. Графит обладает низким сечением захвата тепловых нейтронов (0,38*10^-30 м²).
Характерная особенность искусственно полученного графита – его пористость, оказывающая существенное влияние практически на все свойства графита. Объем пор от 2-3% для пирографита до 80-85% для др. видов графитов. Для описания зависимости σ_сж., модуля упругости, теплопроводности, р от пористости применяют эмпирическое выражение: где Р_i и Р_oi — свойства соответственно пористого и непористого графитов, ε-общая пористость, α_i -параметр для i-того свойства.