Краткий информационный обзор по технологической оценке и переработке графитсодержащих руд

Структура. Каждый атом углерода ковалентно связан с тремя другими окружающими его атомами углерода.
Кристаллическая решетка графита гексагональная (α-графит)
(а = 0,24612 нм, с = 0,67079 нм, z = 4, пространственная группа C₆/mmc, теоретическая плотность 2,267 г/см³). Состоит из параллельных слоев (базисных плоскостей), образованных правильными шестиугольниками из атомов углерода. Углеродные атомы каждого слоя расположены против центров шестиугольников, находящихся в соседних слоях (нижнем и верхнем); положение слоев повторяется через один, а каждый слой сдвинут относительно другого в горизонтальном направлении на 0,1418 нм.

Рис.1.1. Кристаллическая решетка графита (природного цейлонского). А, В углеродные слои; пунктирными линиями показана элементарная кристаллическая ячейка.

Известна также модификация с ромбоэдрической решеткой (β-графит) (а = 0,3635 нм, α = 39,49°, z = 4, пространственная группа R3m). Положение плоских слоев в ее структуре повторяется не через один слой, как в гексагональной модификации, а через два. В природном графите содержание ромбоэдрической структуры доходит до 30%, в искусственно полученных графитах наблюдается только гексагональная.

Оба типа графита различаются упаковкой слоёв. У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника (укладка …АВАВАВА…), а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый. Ромбоэдрический графит удобно представлять в гексагональных осях, чтобы показать его слоистую структуру.
β-графит в чистом виде не наблюдается, так как является метастабильной фазой. При температуре 2500-3300^оС ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный.
Внутри слоя связи между атомами ковалентные, образованы sр²-гибридными орбиталями. Взаимодействие между слоями осуществляются ван-дер-ваальсовыми силами. Для природного (цейлонского) графита межслоевое расстояние при нормальных условиях 0,3354 нм. Энергия связи между слоями гексагонального графита составляет 16,75 Дж/моль (15°С), 15,1 Дж/моль (-134,15°С). Энергия связи С—С в слое 167,6 Дж/моль (1118°С).
В кристаллической решетке графита могут наблюдаться вздутия, искривления углеродных сеток и дефекты тонкого строения. В результате коагуляции вакансий могут образоваться микрополости диаметром до 3 мкм. Объединение отдельных участков этих дефектов приводит к возникновению краевых дислокаций, а также дислокац. петель величиной 0,1-1,0 мкм. Концентрация вакансий в графите увеличивается при его нагревании, напр. при 3650°С она достигает 0,5 атомных %. Дефекты могут возникать и при внедрении в решетку как углеродных атомов, так и гетероатомов.



Рис.1.2. α-графит.

Рис.1.3. β-графит.