天然黒鉛
天然黒鉛は自然界に存在する炭素の一種であり、高い熱伝導率、潤滑性、導電性などの物理的および化学的特性を特徴としています。 これは、有機材料のゆっくりとした崩壊によって何百万年もかけて形成され、鉱山から抽出され、電池、潤滑剤、耐火物などのさまざまな産業用途で使用するために加工されます。
天然黒鉛の利点
高い熱伝導率:天然グラファイトは、その高い熱伝導率特性により、優れた熱伝導体です。 このため、放熱が必要な幅広い用途で好ましい材料となっています。
低い電気抵抗率:グラファイトは電気抵抗率が非常に低く、優れた導電体です。 このため、電気接点や電極などの導電性が必要な用途に最適です。
化学的安定性:天然グラファイトはほとんどの化学反応に耐性があり、酸やアルカリによる攻撃を受けません。 このため、化学処理用途に最適です。
潤滑性:天然黒鉛は優れた潤滑性を示し、優れた乾式潤滑剤です。 エンジン部品、金型、ベアリングなどのコーティング材として幅広い用途に使用されています。
低摩擦：天然グラファイトは摩擦係数が低いため、ブレーキやクラッチの構造など、低摩擦が求められる用途での使用に最適です。
熱安定性：グラファイトは高温でもその特性を維持できるため、耐火物や工業用発熱体などの高温用途での使用に最適な材料です。
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天然黒鉛の種類
アモルファスグラファイト
アモルファスグラファイトは、3 つの主要なタイプの中で最もグラファイト性が低いです。 これは、炭素質材料が低度の変成を受けるときに形成されます。これは、元の材料が結晶を形成するのに十分な温度で十分な時間加熱されなかったことを意味します。 アモルファスグラファイトは、通常、石炭や頁岩などの堆積岩中に小さく黒い粒子として存在します。
フレークグラファイト
鱗片状黒鉛は、炭素質材料が高度な変成作用を受けると形成されます。 このタイプのグラファイトは、非晶質グラファイトよりも炭素含有量が高く、通常はフレークまたはプレートの形で形成されます。 フレークのサイズ、形状、純度は、元の物質が変成された条件によって異なります。
静脈黒鉛
塊状黒鉛としても知られる脈状黒鉛は、熱水起源であると考えられています。 それは亀裂または亀裂で発生し、繊維状または針状の結晶性凝集体の巨大な板状連晶として現れます。 鉱脈黒鉛の大きさ、形状、純度は、元の物質が変成された条件によって異なります。 鱗片状グラファイトや非晶質グラファイトと比較して、葉状グラファイトは炭素含有量が高く、最も望ましいタイプのグラファイトです。
天然黒鉛は何に使用されますか
天然黒鉛は主に耐火物、電池、製鉄、膨張黒鉛、ブレーキパッド、鋳物表面、潤滑剤に使用されます。
耐火物
耐火物（耐熱性）材料としてのグラファイトの使用は、溶融金属を保持するためのグラファイトるつぼとして 1900 年以前に始まりました。 これは今日の耐火物のほんの一部です。 -1980 年代中期には、カーボンマグネシアレンガが重要になり、次にアルミナグラファイト形状が続きました。 2017 年の時点で、重要性の順序は、アルミナ - グラファイト プロファイル、カーボン - マグネサイト レンガ、モノリシック (ガンニングおよびタンピング混合物)、次にるつぼです。
るつぼでは非常に大きなフレークグラファイトが使用され始めますが、カーボンマグネシアレンガではそれほど大きなフレークグラファイトは必要ありません。 これらおよびその他の側面に関して、必要なシート サイズはより柔軟になり、アモルファス グラファイトはもはやローエンドの耐火物に限定されなくなりました。 アルミナグラファイトのプロファイルは、溶鋼を取鍋から鋳型に輸送するためのノズルや溝などの連続鋳造物として使用され、マグネシアれんがは極端な温度に耐えるため転炉や電気炉内に配置されます。 グラファイトブロックは高炉の内張り部品にも使用されており、グラファイトの高い熱伝導率は炉底部と炉の完全な冷却を確保するために非常に重要です。 高純度のモノリスは通常、カーボンマグネシアレンガではなく連続ライニングとして使用されます。
バッテリー
バッテリーでのグラファイトの使用は 1970 年代以降増加しました。 天然および人造グラファイトは、主要な電池技術の電極構築のためのアノード材料として使用されます。
主にニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの電池の需要により、1980 年代後半から 1990 年代初頭にかけてグラファイトの需要が増加しました。この増加は、ポータブル CD プレーヤーや電動工具などのポータブル電子機器によって促進されました。 ノートパソコン、携帯電話、タブレット、スマートフォンにより、バッテリーの需要が増加しています。 電気自動車のバッテリーにより、グラファイトの需要が増加すると予想されます。 たとえば、日産の全電気自動車リーフに搭載されているリチウムイオン電池には、約 40 キログラムのグラファイトが含まれています。
古い原子炉から出る放射性黒鉛が燃料として研究されています。 ダイヤモンド核電池は、電子製品やモノのインターネットに長期的なエネルギーを供給する可能性を秘めています。
製鋼
製鋼における天然黒鉛は、主に溶鋼中の炭素含有量を増加させるために使用されます。 高温の鋼を押し出す際に使用するダイの潤滑にも使用できます。 炭素添加剤は、人造黒鉛粉末、石油コークス、その他の形態の炭素などの代替品との競争力のある価格に直面しています。 浸炭剤は、鋼の炭素含有量を指定レベルまで増加させるために添加されます。
ブレーキパッド
天然の非晶質微細片状黒鉛は、より重量のある（自動車以外の）車両のブレーキライニングやブレーキシューに使用されており、アスベストの代替品が必要とされているため重要になっています。 この用途は長い間重要でしたが、非アスベスト オーガニック (NAO) コンポーネントによりグラファイトの市場シェアが減少し始めました。
鋳肌と潤滑剤
鋳造用の金型洗浄液は、水性の非晶質または微細なフレークグラファイトコーティングの一種です。 これを使用して金型の内側を塗装し、乾燥させます。これにより、熱い金属が冷えた後の鋳物の分離を容易にするために、細かいグラファイトのコーティングが残ります。 グラファイト潤滑剤は、非常に高い温度または非常に低い温度で使用される特別な製品です。 鍛造金型潤滑剤、ジャミング防止剤、鉱山機械のギア潤滑剤、ロックの潤滑剤として使用されます。 低粒度グラファイト、あるいはさらに優れた非粒度グラファイト（超高純度）が強く求められています。 水または油中の乾燥粉末として、またはコロイド状グラファイト（液体中の永久懸濁液）として使用できます。 この金属をグラファイトに含浸させて、高温または低温にさらされる機械のベアリングなどの極限条件での用途向けに自己潤滑合金を形成することもできます。
人造黒鉛と天然黒鉛の違い
天然黒鉛結晶の開発はより完全であり、鱗片黒鉛の黒鉛化度は98％以上ですが、天然微結晶黒鉛の黒鉛化度は通常93％未満です。
人造黒鉛結晶の発達度は原料と熱処理温度に依存します。 一般に、熱処理温度が高いほど黒鉛化度は高くなります。 現在、工業的に生産されている人造黒鉛の黒鉛化度は通常９０％未満である。
ナチュラルスケールグラファイトは、単純な組織構造を持ち、結晶学的欠陥とマクロ異方性のみを備えた単結晶です。 天然微結晶黒鉛の粒子は小さく、不純物除去後の粒子は無秩序で穴があり、巨視的には等方性である。
人造黒鉛は、石油コークスやアスファルトコークスなどの炭素粒子によって変態した黒鉛相、石炭アスファルト結合剤、熱処理後に石炭アスファルト結合剤によって形成された粒子の蓄積または細孔を含む多相材料とみなすことができます。 天然黒鉛は通常粉末の形で存在し、単独で使用できますが、通常は他の材料と組み合わせて使用されます。 人造黒鉛には粉末、繊維状、ブロック状などさまざまな形状がありますが、細長い人造黒鉛は通常ブロック状であり、使用する際には所定の形状に加工する必要があります。
天然黒鉛はどのようにして作られるのか
天然黒鉛は、岩石、石炭、溶融鉱床中の炭素から変化します。 天然黒鉛の主な製造方法は、地球内部の火山活動やマグマ活動によって行われ、岩石や石炭に含まれる天灰石や褐炭を高温高圧下で黒鉛に変換します。 このプロセス中に、高温と高圧によりグラファイトの結晶が徐々に形成され、岩石や石炭の中に堆積します。
天然黒鉛の抽出も複雑なプロセスです。 当初、黒鉛は地質探査と探鉱によって発見されました。 作業員は岩石や石炭に穴を開け、発破ツールを使って黒鉛の結晶を露出させた。 次に、作業員は石炭や岩石から黒鉛の結晶を分離し、粉砕してふるいにかけ、数ミリメートルから数センチメートルの範囲の粒子を作ります。
天然黒鉛は、さまざまな産業および製造用途に向けてさらに加工および精製する必要があります。 処理には、粉砕、選別、浸漬、洗浄、濃縮、濾過が含まれます。 これらの工程では黒鉛を分離・精製し、不純物や不純物を取り除きます。 一連の処理と加工を経て、天然黒鉛はフレーク、粉末、ブロック、棒などのさまざまな形状やサイズの製品に加工され、鉛筆の芯、コーティング、電池、セラミック、グラフェンなどの製造に使用できます。他の製品。
天然黒鉛のアノード性能を改善する方法
球状化
鱗片状天然黒鉛は異方性があり、層間隔が狭いため、球状化することでこれらの欠点を改善できます。 球状化プロセスは、実際には鱗片状天然黒鉛の造粒プロセスに相当します。 鱗片状黒鉛が気流の影響で衝突、破壊、カールしてコアを形成し、そのコアの表面に粒径の小さい微細スケールが付着して球状黒鉛が形成されます。 現在、黒鉛業界では、球状黒鉛の粒径は主に8-23μmに制御されています。
粒子径が小さすぎると、比表面積が大きくなりすぎて、負極材料の形成過程で副反応が過剰になり、リチウムイオンが過剰に消費され、初回充放電効率が低下する。 逆に粒径が大きすぎると黒鉛粒子と電解液の接触面積が小さくなり、リチウムイオンの拡散距離が長すぎて比容量に影響を及ぼします。
ただし、鱗片状黒鉛は球状化プロセス中に特定の細孔を生成し、これがアノード材料のサイクル寿命とレート性能にある程度の影響を与えます。 一方、球状黒鉛内部で薄片状黒鉛がカール、折り畳まれ、密に積層すると、内部にある程度の応力集中が生じ、これにより薄片状黒鉛の解離、脱落がある程度促進され、異常なリチウム吸蔵現象が生じる。 現在、球状黒鉛の品質は主にタップ密度、粒度分布、比表面積などの物理的指標によって判断されています。
コーティング
球状化後は、鱗片状天然黒鉛の鱗片端が球状黒鉛の表面に直接露出し、負極材料の安定性に影響を与えるため、球状化だけでは十分ではありません。 したがって、固体電解質界面膜（SEI）の緻密性や安定性を向上させるために、球状黒鉛の表面に非晶質炭素材料や金属およびその酸化物の改質層をコーティングすることも必要である。
現在、被覆材はアスファルトが一般的です。 ビチューメンは、トルエン不溶分とキノリン不溶分の含有量が異なる、複雑な成分の混合物です。 炭化後のコーティング層の軟化点、カーボン残存率、微細構造は大きく異なり、サイクル性能に大きな影響を与えます。 また、コーティング材料としては、樹脂材料、マレイン酸ナトリウム、酸化アルミニウム等を使用することができる。
アモルファスカーボン層間の間隔が広く、リチウムイオンが比較的容易に拡散するため、これは球状黒鉛の表面にリチウムイオン拡散の緩衝層を構築することに相当します。 球状化とコーティングの改質後、天然黒鉛アノード材料の比容量、初回サイクル効率、およびサイクル性能が大幅に向上しました。 現段階では、主に 3C デジタルおよび小型パワーエレクトロニクス製品の分野で使用されています。
その他
現在、黒鉛表面に細孔構造を構築してリチウムイオンの急速移動チャネルを増加させることも、天然黒鉛のレート性能を向上させる有効な手段の一つとなっている。 さらに、微膨張処理は天然黒鉛のレート性能を向上させるもう 1 つの一般的な方法であり、黒鉛の層間間隔を調整することでリチウムイオンの拡散抵抗を低減します。 現在、微細膨張処理の最も一般的なプロセスは化学酸化です。 プロセスに加えて、試薬の選択と動作プロセス条件の最適化も、アノード材料のレート性能を向上させるための重要な方向性の 1 つです。
天然黒鉛はどのように採掘されるのか
天然黒鉛の採掘は主に露天掘りと地下採掘の2つの方法に分けられます。
露天掘りとは、主に黒鉛鉱床が地表に露出している採掘を指します。 通常、黒鉛鉱石は発破によって粉砕され、ローダーで積み込まれて輸送されます。 粉砕、粉砕などの工程を経て、最終的に濃縮物が得られます。
地下採掘とは、地下掘削法によって黒鉛鉱床を掘削することを指します。 坑内採掘は長壁工法と室柱工法に大別されます。 ロングウォール工法はロングストリップマイニング方式、ルームアンドピラー工法は部屋と柱を交互に採掘する方式です。 坑内採掘では、通常、掘削や運搬のためにトンネルボーリングマシンやロータリースクレーパーなどの採掘機械や設備が必要です。
天然黒鉛の将来性は何ですか
天然黒鉛は、優れた電気伝導性、熱伝導性、化学的安定性を備えています。 重要な産業材料であり、幅広い用途の可能性があります。 天然黒鉛の今後の展望はこちら
リチウムイオン電池
天然黒鉛は現在、リチウムイオン電池の主な負極材料です。 今後、電気自動車やエネルギー貯蔵システムの市場需要の増加に伴い、リチウムイオン電池市場は拡大を続け、天然黒鉛の需要も拡大し続けると考えられます。
新エネルギー
天然黒鉛は、太陽電池、燃料電池、スーパーキャパシタなどの新エネルギー分野で広く使用されています。 これらの分野の将来の発展により、天然黒鉛の開発機会もさらに増えるでしょう。
高性能コーティング
天然グラファイトは高性能コーティングの製造に使用できます。 将来的には、コーティング市場の継続的な拡大と製品性能要件の向上に伴い、天然黒鉛の市場需要も増加すると考えられます。
航空宇宙
天然黒鉛は航空宇宙分野で広く使用されています。 今後の航空宇宙市場の発展に伴い、天然黒鉛の用途はますます拡大すると考えられます。
天然グラファイトを選択する際に考慮すべき要素
天然グラファイトを選択するときは、次の要素を考慮する必要があります。
純度：市販の黒鉛製品には不純物が含まれている場合があり、その効果や品質に影響を与えます。 高純度グラファイトはより優れたパフォーマンスとより長い時間を提供します。
構造：グラファイトの結晶構造は、導電性、耐摩耗性などの特性に直接影響します。適切な構造を選択することで、製品の実用性と安定性を向上させることができます。
品質：天然黒鉛の品質は、その価値に影響を与える主な要因です。 高品質の黒鉛は純度が高く粒度が均一であり、不純物の影響を受けません。
形状：グラファイトは、粉末、ペレット、ブロックなどのさまざまな形状で表示されます。実際のニーズに応じて適切な形状を選択すると、製造と応用が容易になります。
応用分野:電池、リチウム電池、太陽電池、圧力容器、電磁加熱など、分野ごとにグラファイトに対する要件は異なります。適切なグラファイトを選択することで、用途における最適な製品性能が保証されます。
価格：価格もグラファイトを選択する際に考慮すべき要素の1つです。 製品の品質を確保することを前提として、適切な価格を選択することで生産コストを削減し、経済的利益を向上させることができます。
私たちの工場
安陽佳科金属有限公司は、合金鉄材料の大手メーカーです。科学研究、加工生産、輸出入貿易を統合した総合企業です。専門分野と用途で20年以上の経験があります。高度な技術と専門的な機器。 、高品質の金属および合金を生産しており、その事業範囲には金属シリコン、フェロシリコン、シリコン-カルシウム合金、シリコン-炭素合金、天然黒鉛粉末およびその他の製品が含まれます。
よくある質問
Q: 天然グラファイトが優れた潤滑剤となる理由は何ですか?
Q: 天然黒鉛は電池にどのように使用されますか?
Q: 天然黒鉛と人造黒鉛の違いは何ですか?
Q: 天然黒鉛の品質は何ですか?
Q: 天然黒鉛はどのように採掘されますか?
Q: 天然黒鉛の用途は何ですか?
Q: 合成グラファイトと比較した天然グラファイトの利点は何ですか?
Q: 天然黒鉛の用途は何ですか?
Q: 天然黒鉛にはどのような種類がありますか?
Q: 天然黒鉛とは何ですか?
Q: 天然グラファイトの代替品にはどのようなものがありますか?
Q: 天然黒鉛の特性は何ですか?
Q: 天然黒鉛の将来はどうなるでしょうか?
Q: 鱗片状黒鉛と静脈状黒鉛の違いは何ですか?
Q: 天然黒鉛はリサイクルできますか?
Q: 天然グラファイトは他の素材とどう違うのですか?
Q: 天然黒鉛はどのように加工されますか?
Q: 人造黒鉛と天然黒鉛の違いは何ですか?
Q: 天然黒鉛はどのように抽出されますか?
Q: 天然グラファイトの利点は何ですか?
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