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Grafito en polvo
El grafito en polvo es un elemento mineral con ciertas características específicas. Es una de las formas polimórficas en las que se puede presentar el carbono en el medio ambiente. A una presión atmosférica y temperatura ambiente, el polimorfo más estable es el grafito. Puede ser obtenido artificialmente a partir del carbono casi puro, sin embargo existen muchas formas naturales para obtener este material; una de ellas puede ser directamente de las minas naturales más predominante en Asia o por una carbonización de materiales orgánicos sintéticos. Suele encontrase en las rocas metamórficas, en las que los procesos asociados con su formación han transformado el carbono presente en la materia orgánica que contenía la roca original. Existen diversas presentaciones del grafito como son; el grafito en polvo que pueden ser naturales y sintéticos, y el grafito en barras y bloques que son sintéticos. Suele representarse de color negro y gris con ciertos brillos metálicos, refractario y se exfolia con mucha habilidad.
A escala industrial, el principal productor mundial de grafito es China, seguida de India y Brasil.
En la dirección perpendicular a las capas presenta una conductividad de la electricidad baja, que aumenta con la temperatura, comportándose de esta manera como un semiconductor. A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura comportándose como un conductor semimetálico.
El grafito sintético primario, es esencialmente carbono producido a partir de coque de petróleo. El grafito sintético secundario, es producido por una forma similar que el primario, con la diferencia que este, es partir de rellenos carbonosos y materiales aglomerantes. Por ser un subproducto de procesos controlados el contenido de carbono y grafito es más uniforme en sus diferentes tipos. Por esta razón se prefiere el grafito sintético que el natural, para así poder aumentar el contenido de carbono en el acero. El proceso de fabricación consiste en varias mezclas, moldeado y operaciones de horneado seguidas de tratamiento térmico a temperaturas entre 2500°C y 3000°C.
La temperatura del tratamiento térmico se requiere para conducir la trasformación de fase sólido/sólido carbono amorfo a grafito. La morfología de la mayoría del grafito sintético varía de hojuelas en polvos finos a granos irregulares y agujas en productos más gruesos. En este proceso de concentración las impurezas contenidas en los carbones precursores se reducen significativamente; esto se produce como resultado de la vaporización de alta temperatura de las limpiezas volátiles, que en las temperaturas de procesos utilizadas incluye la mayoría de los óxidos de metal.
La presentación en polvo del grafito, es la más vendida en la actualidad y con la que tenemos contacto día a día sin darnos cuenta. Tiene diversas aplicaciones las cuales no tendría en otra presentación. Este estilo de grafito tiene diferentes tipos donde se incluyen; el grafito cristalino que también es conocido como flake, grafito amorfo y grafito sintético.
Características físicas y químicas del grafito en polvo en chile:
- Dureza: Tiene una dureza muy baja de entre 1-2 en la escala de Mohs.
- Tenacidad: caracterizada Escamas finas flexibles y quebradizas.
- Densidad: de 2,09 a 2,33 g/cm
- Gravedad: específica se encuentra entre los 2.1 y 2.3 g/cm3.
- Índice: de refracción opaco.
Grafito en polvo usos:
Fabricación de lubricantes, fabricación de pistones, juntas, arandelas, rodamientos, crisoles, ladrillo refractario de grafito. Baterías de litio. Elaboración de lápices.
Entre la variedad de aplicaciones que tiene el grafito en polvo, encontramos que es de mucha utilidad en la industria de lubricantes. Se recomienda la utilización de grafito pulverizado para una buena lubricación de aquellos mecanismos en donde la temperatura alcanza un grado mayor. La diferencia de los lubricantes convencionales, es que el grafito no se quema, ni tiende a desarrollar humo. Además de tener la capacidad de lubricación, ayudar a proteger algunas superficies de la corrosión.
Como consecuencia de que este procedimiento no afecta al grafito, funciona como excelente capa de recubrimiento extra para los mecanismos que ya han sido previamente lubricados y así protegerlo de la corrosión.
Lubricantes secos o lubricantes sólidos.
El grafito tiene aplicación en la fabricación de lubricantes, llamados lubricantes secos o lubricantes sólidos, estos son materiales que se encuentran en fase sólida, y son capaces de reducir la fricción entre dos piezas que se deslizan entre sí, sin necesidad de contar con un medio líquido. Se unen instantáneamente al metal, goma, plástico y la mayoría de los sustratos para formar una barrera repelente frente a la suciedad, lubrica y protege la superficie de presión y fricción.
Resiste temperatura de hasta 850°F y presiones extremas, asi como ataques de agua y químicos. Son capaces de brindar lubricación temperaturas las que pueden operar los líquidos y lubricantes basados en aceites. Pueden ser utilizados en temperaturas de 350° en medios oxidantes y aún en temperaturas más elevadas en medios reductores o no oxidantes. Sus propiedades se atribuyen a sus estructuras en forma de láminas a nivel molecular con fuerzas de unión débiles entre las láminas. Sus láminas son capaces de deslizarse unas sobre otras con muy pequeñas fuerzas de tracción, lo que les confiere las propiedades de baja fricción. Usos del lubricante de grafito: se recomienda como un lubricante de mantenimiento en general de empacadoras, en cintas de transferencia y equipos de manipulación; como un lubricante general para altas temperaturas, cargas bajas o resbaladeros de altas revoluciones por minuto, lubricante de ensamblado en motores, maquinarias en planta, en compresores de aire, industria alimenticia, uniones de vias de ferrocarril, engranajes abiertos, trabajos en centros de maquinado de metales. Beneficios y ventajas. Excelente conductividad. Película seca en partes mecánicas donde productos del petróleo deben evitarse. Amplio rango de temperaturas. Resiste suciedad, polvo y formaciones de aceite. Disminuye la fricción y previene irritación, extendiendo la vida útil de los equipos. Sin químicos conocidos que afectan la capa de ozono.
Fabricación de pistones, piezas mecánicas.
Se utiliza con mucha frecuencia para la creación de ciertas piezas en la ingeniería como, sellos de carbono de grafito, en los ejes mecánicos mecanismos que requieren mantener presión o líquidos sin ningún tipo de fugas, el grafito es utilizado por su resistencia a los químicos y a la corrosión, propiedades que permiten el mantenimiento de líquidos y aceites soportando la fricción y altas temperatura. En la elaboración de pistones, un pistón es una pieza que forma parte del mecanismo de funcionamiento de un motor. Se trata de un elemento que se mueve de forma alternativa dentro de un cilindro para interactuar con un fluido. El uso de pistones de grafito es de un 40% menos de emisiones de hidrocarburos y una reducción de un 30% de monóxido de carbono. El grafito mantiene más alta la temperatura de los gases de la combustión, pesa menos que el aluminio y es más resistente.
El grafitado cumple la función de protección y engrase a los pistones cuando este está nuevo, el grafitado suele perderse, pero sin embargo esto sucede cuando ya esté ha cumplido su función, además de facilitar el arranque del motor cuando este está en frio, disminuye su fricción interna y alarga la duración de la vida útil del mismo, por estas razones es recomendado utilizar un aceite con grafito o aditivos con grafito. El grafito en polvo también suele utilizarse para crear juntas, es decir, para la crear diversas uniones entre anillos, tuercas, tubos, entre otros. También se puede ver presente en la creación de arandelas y en rodamientos; el agregado del grafito en polvo en la grasa básica incrementa la resistencia extrema presión, este agregado tiñe la grasa de un color negro característico, con el fin de lograr ciertas características extrema presión superiores, lo que provoca reducir más la fricción y el desgaste.
Elaboración de electrodos.
Por su conectividad eléctrica y a su respectiva resistencia química, el grafito es empleado para la fabricación de electrodos, esto es un conducto eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito. La grafitación, esto se hace una vez que el electrodo ha pasado por un extenso proceso de producción, es un tercer tratamiento térmico, un nuevo proceso de calentamiento en hornos especiales para que el coque se transforme física y químicamente en grafito. Para ello el electrodo se somete a altas temperaturas de hasta 3000°C, el producto resultante es el electrodo de grafito. Son usados principalmente en la producción de acero de horno de arco eléctrico por sus propiedades y alta conductividad eléctrica. Una de las características del electrodo de grafito es la potencia o grado del electrodo que está en función de los requerimientos en el proceso de fundición. Se usan en la producción de aluminio, acero, litio, magnesio y potasio. Producción de hidrógeno, hidrógeno de sodio. Disociación de químicos.
Estructuras de pararrayos. Fundición de acero. También es utilizado en diferentes aplicaciones eléctricas; como son los carbones de un motor. De esta misma forma suele emplearse en los moderadores de los reactores nucleares; ellos están situados en el núcleo del reactor, el grafito en polvo tiene la función de frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fusión, lo que produce que tenga la oportunidad de interactuar con otros átomos fisionables y de mantener la reacción.
Fundición de metales.
Para la fabricación de acero también suele emplearse el grafito, como aditivo para la modificación de su contenido de carbón; suele aplicarse directamente durante el proceso de fundición del acero y otros materiales, proporcionándole diferentes características y usos. En la producción secundaria del acero.
El grafito, tiene aplicación en la fabricación de crisoles.
Crisol es un cuenco o contenedor fabricado en grafito con cierto contenido de arcilla y que se emplea en el proceso de fundición de algunos metales y en algunos laboratorios para calentar o fundir sustancias. Hay algunos hornos en los que se calientan metales, donde se incorpora una cavidad para recibir el metal ya fundido y dichos hornos son conocidos con el nombre de hornos de crisol, se usa en fundiciones no ferrosas en hornos de gas, eléctricos o de inducción.
Crisol de grafito, la mayoría de las industrias suelen trabajar con los materiales que debe ser resistentes a temperaturas altas, contacto con químicos agresivos, cambios de clima, entre otros factores que pueda afectar a la herramienta, por esta razón se recomienda utilizar materiales realmente resistentes, como lo es el crisol de grafito; ellos destacan en el material para fundición por sus propiedades antiadherentes, entre otras, normalmente se usan a temperaturas de más de 500°C.
Los crisoles hechos con este material, se realizan según dibujos o medida partiendo de barras, placas y bloques de diferentes grados según vaya hacer su utilización.
A diferencia de otros crisoles, este por lo general tiene excelentes propiedades antiadherentes, que en una fundición garantiza una reducción de mermas en el material trabajado. Algunos crisoles soportan o tienen una resistencia a una temperatura superior a 1500°C. En la industria de la metalurgia existen los denominados metales acrisolados que son trabajados a grandes temperaturas como son, el platino, níquel, circonio. En la joyería se utilizan para trabajar el oro en la confección de piezas artísticas.
Ladrillo refractario de grafito.
El grafito es utilizado para hornos de la industria del cemento, su empleo en el interior de los hornos es con el fin de contrarrestar la deformación térmica y fisicoquímica que sufren. Tienen en su composición entre un 4% a 11% de grafito. Son colocados como recubrimientos en el interior de los hornos de cemento con el objeto de soportar altas temperaturas de trabajo que alcanza en algunas zonas hasta 1500°C, asi como los continuos cambios bruscos en las mismas entre 800-1500°C, en las zonas de transición-alta y baja- , y en la zona de sintetización. Las ventajas de este tipo de material son económicas, una ventaja a considerar es en el proceso productivo para los hornos más frecuentes extendidos –los de tipo rotatorio- y consigue una mayor resistencia y dureza.
El grafito es utilizado en la fabricación de baterías de litio recargables, gracias a sus propiedades de conductibilidad y resistencia a químicos.
El grafito pulverizado más fino, mezclándose con una pasta con otros materiales, se emplea para la realización de lápices.
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