جرافيت

الموسوعة الحرة

الجرافيت ( يُلفظ / ˈɡræfaɪt / ) هو شكل بلوري من أشكال عنصر الكربون . يتكون من طبقات عديدة متراصة من الجرافين ، عادةً ما يزيد عددها عن مئات الطبقات. يوجد الجرافيت في الطبيعة وهو الشكل الأكثر استقرارًا للكربون في الظروف القياسية . يُستهلك الجرافيت ، سواءً كان صناعيًا أو طبيعيًا، على نطاق واسع (1.3 مليون طن متري سنويًا في عام 2022) لاستخدامه في العديد من الصناعات الحيوية، بما في ذلك المواد المقاومة للحرارة (50%)، وبطاريات الليثيوم أيون (18%)، والمسابك (10%)، ومواد التشحيم (5%)، وغيرها (17%). [ 6 ] يتحول الجرافيت إلى الماس تحت ضغط ودرجة حرارة مرتفعين للغاية. يُتيح انخفاض تكلفة الجرافيت، وخموله الحراري والكيميائي، وموصليته المميزة للحرارة والكهرباء، تطبيقات عديدة في العمليات التي تتطلب طاقة عالية ودرجات حرارة مرتفعة. [ 7 ] 

الأنواع والأصناف

يمكن أن يوجد الجرافيت بشكل طبيعي أو يتم إنتاجه صناعياً. يُستخرج الجرافيت الطبيعي من الرواسب الجيولوجية الموجودة في الطبيعة، بينما يُنتج الجرافيت الصناعي من خلال النشاط البشري. [ 7 ] [ 8 ]

طبيعي

يوجد الجرافيت طبيعيًا في خامات تُصنف إما إلى غير متبلورة (دقيقة التبلور) أو متبلورة (رقائق أو كتل/رقائق)، ويُحدد ذلك بناءً على شكل الخام ، ودرجة تبلوره ، وحجم حبيباته . [ 7 ] تتشكل جميع رواسب الجرافيت الطبيعية من تحول الصخور الرسوبية الكربونية ، ويُعزى نوع الخام إلى بيئته الجيولوجية. يُعد الفحم المتحول حراريًا المصدر النموذجي للجرافيت غير المتبلور. يُستخرج الجرافيت المتبلور على شكل رقائق من الصخور المتحولة الكربونية، بينما يُستخرج الجرافيت على شكل كتل أو رقائق من عروق توجد في مناطق التحول عالية الدرجة . [ 7 ] يُسبب تعدين الجرافيت آثارًا بيئية سلبية خطيرة.

هندوسي

يتميز الجرافيت الصناعي بنقائه العالي، ويُنتج عادةً عن طريق التغرافيت الحراري للمواد الهيدروكربونية عند درجات حرارة تتجاوز 2100  درجة مئوية، وأكثرها شيوعًا عملية أتشيسون . [ 7 ] [ 9 ] تُحافظ على درجات الحرارة العالية لأسابيع، وهي ضرورية ليس فقط لتكوين الجرافيت من الكربون الأولي، بل أيضًا لتبخير أي شوائب قد تكون موجودة، بما في ذلك الهيدروجين والنيتروجين والكبريت والمواد العضوية والمعادن. [ 7 ] يتميز الجرافيت الصناعي الناتج بنقائه العالي - الذي يتجاوز 99.9% من الكربون - ولكنه عادةً ما يكون أقل كثافةً وموصليةً، وأكثر مساميةً من نظيره الطبيعي. [ 7 ] يمكن تشكيل الجرافيت الصناعي على هيئة رقائق كبيرة جدًا (بحجم السنتيمتر) مع الحفاظ على نقائه العالي، على عكس معظم مصادر الجرافيت الطبيعي. [ 7 ] يمكن أيضًا تكوين الجرافيت الاصطناعي بطرق أخرى بما في ذلك الترسيب الكيميائي للبخار من الهيدروكربونات عند درجات حرارة أعلى من 2500 كلفن (2230 درجة مئوية) ، أو عن طريق تحلل الكربيدات غير المستقرة حراريًا ، أو عن طريق التبلور من مصهورات المعادن المشبعة بالكربون . [ 10 ]  

بحث

تتواصل جهود البحث والتطوير لاستكشاف طرق جديدة للإنتاج الصناعي للجرافيت، لاستخدامه في تطبيقات متنوعة، تشمل بطاريات الليثيوم أيون ، والمواد المقاومة للحرارة، والمسابك، وغيرها. وقد أُنجزت أعمالٌ هامة في مجال تحويل أنواع الكربون التي يصعب تحويلها تقليديًا إلى جرافيت. تستخدم إحدى الشركات في نيوزيلندا مخلفات الغابات لإنتاج ما أطلقت عليه اسم "الجرافيت الحيوي" من خلال عملية تُعرف باسم التحويل الحراري التحفيزي للجرافيت . [ 11 ] [ 12 ] كما تستخدم مجموعة أخرى في الولايات المتحدة طريقة تُعرف باسم التحويل الضوئي التحفيزي للجرافيت لإنتاج جرافيت عالي التبلور والنقاء لبطاريات الليثيوم أيون وتطبيقات أخرى، انطلاقًا من مصادر كربونية متنوعة. [ 8 ] [ 13 ]

طبيعي

حدوث

يوجد الجرافيت في الصخور المتحولة نتيجةً لاختزال مركبات الكربون الرسوبية أثناء التحول . كما يوجد أيضًا في الصخور النارية والنيازك . [ 5 ] تشمل المعادن المرتبطة بالجرافيت الكوارتز والكالسيت والميكا والتورمالين . وتُعدّ الصين والمكسيك وكندا والبرازيل ومدغشقر ، حسب ترتيب الكمية، المصادر الرئيسية لتصدير الجرافيت المستخرج . [ 14 ] كما توجد موارد كبيرة غير مستغلة من الجرافيت في سلسلة جبال كورديليرا سنترال في كولومبيا على شكل صخور شيستية حاملة للجرافيت . [ 15 ]

يوجد الجرافيت في النيازك مع الترويليت ومعادن السيليكات . [ 5 ] تُسمى البلورات الجرافيتية الصغيرة في حديد النيازك بالكليفتونيت . [ 16 ] تتميز بعض الحبيبات المجهرية بتراكيب نظائرية مميزة ، مما يشير إلى أنها تشكلت قبل النظام الشمسي . [ 17 ] وهي واحدة من حوالي 12 نوعًا معروفًا من المعادن التي سبقت النظام الشمسي، وقد تم رصدها أيضًا في السحب الجزيئية . تشكلت هذه المعادن في المقذوفات عندما انفجرت المستعرات العظمى أو عندما قذفت النجوم الصغيرة إلى متوسطة الحجم أغلفةها الخارجية في أواخر حياتها. قد يكون الجرافيت ثاني أو ثالث أقدم معدن في الكون. [ 18 ] [ 19 ]

بناء

يتكون الجرافيت من صفائح من الكربون ثلاثي التناظر المستوي. [ 20 ] [ 21 ] تُسمى الطبقات الفردية بالجرافين . في كل طبقة، ترتبط كل ذرة كربون بثلاث ذرات أخرى، مُشكلةً طبقة متصلة من سداسيات الكربون المرتبطة بروابط sp²، مثل شبكة قرص العسل، بطول رابطة يبلغ 0.142  نانومتر، والمسافة بين المستويات 0.335  نانومتر. [ 22 ] الروابط بين الطبقات هي روابط فان دير فالس ضعيفة نسبيًا ، مما يسمح بفصل طبقات الجرافين بسهولة وانزلاقها فوق بعضها البعض. [ 23 ] ونتيجةً لذلك، تكون الموصلية الكهربائية عموديًا على الطبقات أقل بحوالي 1000 مرة. [ 24 ]

يوجد شكلان متآصلان يُسميان ألفا ( سداسي ) وبيتا ( معيني )، ويختلفان في ترتيب طبقات الجرافين: يكون ترتيب الطبقات في جرافيت ألفا ABA، بينما يكون ترتيبها ABC في جرافيت بيتا الأقل استقرارًا من الناحية الطاقية. لا يوجد الجرافيت المعيني في صورته النقية. [ 25 ] يحتوي الجرافيت الطبيعي، أو الجرافيت الطبيعي التجاري، على نسبة تتراوح بين 5 و15% من الجرافيت المعيني [ 26 ] ، وقد يعود ذلك إلى عمليات الطحن المكثفة. [ 27 ] يمكن تحويل شكل ألفا إلى شكل بيتا بفعل قوى القص، ويعود شكل بيتا إلى شكل ألفا عند تسخينه إلى 1300  درجة مئوية لمدة أربع ساعات. [ 26 ] [ 25 ]

الديناميكا الحرارية

مخطط الطور المتوقع نظريًا للكربون

إن شروط الضغط ودرجة الحرارة اللازمة للتوازن بين الجرافيت والماس راسخة نظريًا وتجريبيًا. ويتغير الضغط خطيًا بين1.7 جيجا باسكال  عند0  كلفن و12  جيجا باسكال عند5000  كلفن ( النقطة الثلاثية للماس/الجرافيت/السائل ). [ 28 ] [ 29 ] ومع ذلك، توجد منطقة واسعة حول هذا الخط يمكن أن تتعايش فيها الأطوار. عند درجة الحرارة والضغط العاديين ، 20 درجة مئوية (293 كلفن) وضغط جوي قياسي واحد (0.10 ميجا باسكال) ، يكون الطور المستقر للكربون هو الجرافيت، لكن الماس غير مستقر ومعدل تحوله إلى الجرافيت ضئيل. [ 30 ] ومع ذلك، عند درجات حرارة أعلى من حوالي   عند درجة حرارة 4500  كلفن ، يتحول الماس بسرعة إلى جرافيت. ويتطلب التحول السريع للجرافيت إلى ماس ضغوطًا أعلى بكثير من خط التوازن: عند2000  كلفن ، وضغط مقداره يلزم 35 جيجا باسكال . [ 28 ]

خصائص أخرى

الحجم المولي مقابل الضغط عند درجة حرارة الغرفة

تتميز الخصائص الصوتية والحرارية للجرافيت بتباينها الشديد ، إذ تنتشر الفونونات بسرعة على طول المستويات المترابطة بإحكام، بينما يكون انتقالها من مستوى إلى آخر أبطأ. وتُسهّل استقرارية الجرافيت الحرارية العالية وموصليته الكهربائية والحرارية استخدامه على نطاق واسع كأقطاب كهربائية ومواد مقاومة للحرارة في تطبيقات معالجة المواد ذات درجات الحرارة العالية. مع ذلك، يتأكسد الجرافيت بسهولة في الأجواء المحتوية على الأكسجين مُكوّنًا ثاني أكسيد الكربون عند درجات حرارة 700 درجة مئوية وما فوق. [ 31 ] 

الجرافيت موصل كهربائي ، ولذا فهو مفيد في تطبيقات مثل أقطاب مصابيح القوس الكهربائي . ويعود توصيله للكهرباء إلى الانتشار الواسع للإلكترونات داخل طبقات الكربون (ظاهرة تُعرف باسم العطرية ). تتحرك إلكترونات التكافؤ هذه بحرية، مما يُمكّنها من توصيل الكهرباء. ومع ذلك، فإن التوصيل الكهربائي يتم في المقام الأول داخل مستوى الطبقات. وتسمح الخصائص الموصلة للجرافيت المسحوق [ 32 ] باستخدامه كمستشعر ضغط في ميكروفونات الكربون .

يُعتبر الجرافيت ومسحوقه من المواد القيّمة في التطبيقات الصناعية لخصائصهما في التشحيم الذاتي والتشحيم الجاف . مع ذلك، فإن استخدام الجرافيت محدودٌ بسبب ميله إلى تسهيل تآكل التنقر في بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ، [ 33 ] [ 34 ] وإلى تعزيز التآكل الجلفاني بين المعادن المختلفة (بسبب موصليته الكهربائية). كما أنه يُسبب تآكل الألومنيوم في وجود الرطوبة. لهذا السبب، حظر سلاح الجو الأمريكي استخدامه كمادة تشحيم في الطائرات المصنوعة من الألومنيوم، [ 35 ] وثبط استخدامه في الأسلحة الآلية التي تحتوي على الألومنيوم. [ 36 ] حتى علامات قلم الرصاص المصنوعة من الجرافيت على أجزاء الألومنيوم قد تُسهّل التآكل. [ 37 ] يُعد نتريد البورون السداسي مادة تشحيم أخرى عالية الحرارة، وله نفس التركيب الجزيئي للجرافيت. ويُطلق عليه أحيانًا اسم الجرافيت الأبيض ، نظرًا لخصائصه المشابهة.

عندما ترتبط مستويات الجرافيت ببعضها البعض نتيجةً لعدد كبير من العيوب البلورية، يفقد خصائصه التشحيمية ويتحول إلى ما يُعرف بالجرافيت الحراري . كما أنه شديد التباين المغناطيسي، وغير مغناطيسي ، ولذلك يطفو في الهواء فوق مغناطيس قوي. (أما إذا تم تصنيعه في طبقة مميعة عند درجة حرارة 1000-1300  درجة مئوية، فإنه يكون متجانس الخواص وغير متجانس، ويُستخدم في الأجهزة الملامسة للدم مثل صمامات القلب الميكانيكية، ويُسمى حينها بالكربون الحراري ، وهو غير مغناطيسي. غالبًا ما يُخلط بين الجرافيت الحراري والكربون الحراري، لكنهما مادتان مختلفتان تمامًا. [ 38 ] )

لطالما اعتُبر الجرافيت مادة كارهة للماء. إلا أن دراسات حديثة باستخدام الجرافيت البيروليتي عالي التنظيم أظهرت أن الجرافيت النظيف حديثًا محب للماء ( زاوية التلامس 70 درجة تقريبًا)، ويصبح كارهًا للماء (زاوية التلامس 95 درجة تقريبًا) نتيجةً للملوثات المحمولة جوًا (الهيدروكربونات) الموجودة في الغلاف الجوي. [ 39 ] [ 40 ] كما تُغير هذه الملوثات سطح الجرافيت الكهربائي المتساوي الجهد، مُحدثةً نطاقات ذات فروق جهد تصل إلى 200 ملي فولت، كما تم قياسها باستخدام مجهر قوة مسبار كلفن . [ 39 ] ويمكن إزالة هذه الملوثات برفع درجة حرارة الجرافيت إلى 50  درجة مئوية أو أعلى. [ 39 ]

لا تُستخدم الجرافيتات الطبيعية والبلورية في كثير من الأحيان في شكلها النقي كمواد هيكلية، وذلك بسبب مستويات القص الخاصة بها، وهشاشتها، وخصائصها الميكانيكية غير المتناسقة.

تاريخ الاستخدام

صفائح وألواح من الجرافيت،  ارتفاعها 10-15 سم؛ عينة معدنية من كيميروت ، كندا

في الألفية الرابعة قبل الميلاد ، خلال العصر الحجري الحديث في جنوب شرق أوروبا، استخدمت ثقافة ماريتا الجرافيت في طلاء السيراميك لتزيين الفخار . [ 41 ]

قبل عام 1565 (تشير بعض المصادر إلى عام 1500)، اكتُشف منجم ضخم من الجرافيت على الطريق المؤدي إلى غراي نوتس من قرية سيثويت في أبرشية بوروديل ، كمبريا ، إنجلترا ، وقد وجد السكان المحليون فائدةً في وسم الأغنام. [ 42 ] [ 43 ] خلال عهد الملكة إليزابيث الأولى (1558-1603)، استُخدم جرافيت بوروديل كمادة حرارية لتبطين قوالب قذائف المدافع، مما أدى إلى إنتاج قذائف أكثر استدارةً ونعومةً يمكن إطلاقها لمسافات أبعد، الأمر الذي ساهم في تعزيز قوة البحرية الإنجليزية. تميز هذا المنجم تحديدًا بنقائه الشديد وليونته، وكان من السهل تقطيعه إلى أعواد. ونظرًا لأهميته العسكرية، خضع هذا المنجم الفريد وإنتاجه لرقابة صارمة من قِبل التاج البريطاني. [ 44 ] [ 45 ]

خلال القرن التاسع عشر، توسعت استخدامات الجرافيت بشكل كبير لتشمل تلميع المواقد، ومواد التشحيم، والدهانات، والبواتق، وواجهات المسابك، وأقلام الرصاص ، مما كان عاملاً رئيسياً في توسع الأدوات التعليمية خلال أول نهضة كبيرة للتعليم الجماهيري. سيطرت الإمبراطورية البريطانية على معظم إنتاج العالم (وخاصة من سيلان)، لكن الإنتاج من الرواسب النمساوية والألمانية والأمريكية ازداد بحلول منتصف القرن. على سبيل المثال، افتتحت شركة ديكسون كروسيبل في جيرسي سيتي، نيو جيرسي، التي أسسها جوزيف ديكسون وشريكه أوريستس كليفلاند عام 1845، مناجم في منطقة بحيرة تيكونديروجا في نيويورك، وأنشأت مصنعًا للمعالجة هناك، ومصنعًا لتصنيع أقلام الرصاص والبواتق وغيرها من المنتجات في نيو جيرسي، كما ورد في مجلة الهندسة والتعدين بتاريخ 21 ديسمبر 1878. ولا يزال قلم رصاص ديكسون يُصنع حتى اليوم. [ 46 ]

إعلان شحم الخشب المُجرافيت عام 1908 في مجلة السكك الحديدية الكهربائية

ترتبط بدايات عملية التعويم الرغوي الثورية بتعدين الجرافيت. يتضمن مقال مجلة E&MJ عن شركة ديكسون كروسيبل رسمًا تخطيطيًا لـ"الخزانات العائمة" المستخدمة في عملية استخلاص الجرافيت التقليدية. نظرًا لخفة وزن الجرافيت، كان يُمرر خليط الجرافيت والنفايات عبر سلسلة نهائية من خزانات المياه حيث ينفصل الجرافيت الأنظف ويطفو، تاركًا النفايات تترسب. في براءة اختراع عام 1877، طور الأخوان بيسل (أدولف وأوغست) من دريسدن، ألمانيا، عملية "التعويم" هذه، فأضافا كمية صغيرة من الزيت إلى الخزانات وقاما بغلي الخليط - وهي خطوة تحريك أو تكوين رغوة - لجمع الجرافيت، وكانت هذه الخطوات الأولى نحو عملية التعويم المستقبلية. حصل أدولف بيسل على ميدالية فولر لعمليته الحاصلة على براءة اختراع والتي رفعت نسبة استخلاص الجرافيت من الرواسب الألمانية إلى 90%. في عام 1977، نظمت الجمعية الألمانية لمهندسي التعدين والمعادن ندوة خاصة مخصصة لاكتشافها، وبالتالي، الذكرى المئوية للتعويم. [ 47 ]

في الولايات المتحدة، عام ١٨٨٥، حصل حزقيا برادفورد من فيلادلفيا على براءة اختراع لعملية مماثلة، لكن من غير المؤكد ما إذا كانت عمليته قد استُخدمت بنجاح في رواسب الجرافيت القريبة في مقاطعة تشيستر، بنسلفانيا، التي أصبحت منتجًا رئيسيًا بحلول تسعينيات القرن التاسع عشر. كان استخدام عملية بيسل محدودًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى وفرة الرواسب الأنظف الموجودة حول العالم، والتي لم تكن تتطلب أكثر من الفرز اليدوي لجمع الجرافيت النقي. أما أحدث التقنيات في هذا المجال، حوالي عام ١٩٠٠ ، فقد وُصفت في تقرير وزارة المناجم الكندية حول مناجم الجرافيت والتعدين، عندما بدأت الرواسب الكندية تُصبح منتجين مهمين للجرافيت. [ ٤٧ ] [ ٤٨ ]

أسماء أخرى

إعلان لمنتج "كرين" للرصاص الأسود، حوالي عام 1905

تاريخيًا، كان يُطلق على الجرافيت اسم الرصاص الأسود أو البلومباغو . [ 16 ] [ 49 ] وكان البلومباغو يُستخدم عادةً في صورته المعدنية الصلبة . وينشأ كلا الاسمين من الخلط بينه وبين خامات الرصاص الأخرى ذات المظهر المشابه ، وخاصةً الغالينا . وقد أعطت الكلمة اللاتينية للرصاص، plumbum ، اسمها للمصطلح الإنجليزي لهذا المعدن الرمادي اللامع، وحتى لنباتات الرصاص أو البلومباغو ، وهي نباتات ذات أزهار تُشبه هذا اللون.

يشير مصطلح الرصاص الأسود عادةً إلى الجرافيت المسحوق أو المعالج، ذي اللون الأسود غير اللامع.

صاغ أبراهام غوتلوب فيرنر اسم " الجرافيت " (حجر الكتابة) عام 1789. وقد سعى إلى توضيح الالتباس بين الموليبدينا والبلومباغو والرصاص الأسود بعد أن أثبت كارل فيلهلم شيل عام 1778 أن هذه المعادن ثلاثة على الأقل مختلفة. أظهر تحليل شيل أن المركبات الكيميائية كبريتيد الموليبدينوم ( الموليبدينيت )، وكبريتيد الرصاص ( الغالينا )، والجرافيت هي ثلاثة معادن سوداء لينة مختلفة. [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

الاستخدامات

يُستخدم الجرافيت الطبيعي في الغالب في صناعة المواد الحرارية، والبطاريات، وصناعة الصلب، والجرافيت الموسع، وبطانات الفرامل، وواجهات المسابك، ومواد التشحيم. [ 53 ]

المواد المقاومة للحرارة

بدأ استخدام الجرافيت كمادة حرارية (مقاومة للحرارة) قبل عام 1900، حيث استُخدمت بوتقات الجرافيت لحفظ المعادن المنصهرة؛ أما الآن، فهو يشكل جزءًا صغيرًا من المواد الحرارية . في منتصف ثمانينيات القرن العشرين، اكتسبت قوالب الكربون والمغنيسيت أهمية، وبعدها بقليل، ظهرت قوالب الألومينا والجرافيت. اعتبارًا من عام 2017ترتيب الأهمية هو: أشكال الألومينا والجرافيت، وطوب الكربون والمغنيسيت، والمواد المتجانسة (خلطات الرش والدق)، ثم البواتق.

بدأت صناعة البواتق باستخدام رقائق جرافيت كبيرة الحجم، بينما تتطلب قوالب الكربون-المغنيزيت رقائق جرافيت أصغر حجمًا؛ أما بالنسبة لهذه القوالب وغيرها، فقد أصبح هناك مرونة أكبر في حجم الرقائق المطلوبة، ولم يعد استخدام الجرافيت غير المتبلور مقتصرًا على المواد الحرارية منخفضة الجودة. تُستخدم أشكال الألومينا-الجرافيت في عمليات الصب المستمر، مثل الفوهات والأحواض، لنقل الفولاذ المنصهر من المغرفة إلى القالب، كما تُستخدم قوالب الكربون-المغنيزيت لتبطين محولات الفولاذ وأفران القوس الكهربائي لتحمل درجات الحرارة القصوى. تُستخدم كتل الجرافيت أيضًا في أجزاء من بطانات أفران الصهر [ 54 ] حيث تُعد الموصلية الحرارية العالية للجرافيت أمرًا بالغ الأهمية لضمان التبريد الكافي لقاع الفرن وموقده. [ 55 ] غالبًا ما تُستخدم المواد المتجانسة عالية النقاء كبطانة مستمرة للفرن بدلًا من قوالب الكربون-المغنيزيت.

شهدت صناعة المواد الحرارية في الولايات المتحدة وأوروبا أزمةً حادةً بين عامي 2000 و2003، حيث أدى ضعف سوق الصلب وانخفاض استهلاك المواد الحرارية لكل طن من الصلب إلى عمليات استحواذ واسعة النطاق وإغلاق العديد من المصانع. [ 56 ] [ 57 ] نتجت العديد من عمليات الإغلاق عن استحواذ شركة RHI AG على شركة Harbison-Walker Refractories ، كما تم بيع معدات بعض المصانع في مزادات علنية. ونظرًا لأن جزءًا كبيرًا من الطاقة الإنتاجية المفقودة كان مخصصًا لطوب الكربون والمغنيسيت، فقد تحول استهلاك الجرافيت في قطاع المواد الحرارية نحو أشكال الألومينا والجرافيت والقطع المتجانسة، مبتعدًا عن الطوب. وتُعد الصين حاليًا المصدر الرئيسي لطوب الكربون والمغنيسيت. وتُستخدم جميع المواد الحرارية المذكورة أعلاه تقريبًا في صناعة الصلب، حيث تمثل 75% من استهلاك المواد الحرارية؛ أما الباقي فيُستخدم في صناعات متنوعة، مثل صناعة الإسمنت.

وفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS)، بلغ استهلاك الجرافيت الطبيعي في الولايات المتحدة في المواد المقاومة للحرارة 12500 طن في عام 2010. [ 53 ]

البطاريات

ازداد استخدام الجرافيت في البطاريات منذ سبعينيات القرن الماضي. ويُستخدم الجرافيت الطبيعي والصناعي كمادة أنودية لبناء الأقطاب الكهربائية في تقنيات البطاريات الرئيسية. [ 58 ]

يُعدّ الجرافيت المادة السائدة المستخدمة في الأنود في بطاريات الليثيوم أيون اليوم. [ 59 ] تحتوي بطاريات السيارات الكهربائية على أربعة مكونات أساسية: الأنود، والكاثود، والإلكتروليت، والفاصل. وبينما يُركّز الاهتمام بشكل كبير على مواد الكاثود - الليثيوم، والنيكل، والكوبالت، والمنغنيز، وغيرها - فإن مادة الأنود المستخدمة في جميع بطاريات السيارات الكهربائية تقريبًا هي الجرافيت. [ 60 ]

أدى الطلب المتزايد على البطاريات، وخاصة بطاريات هيدريد النيكل المعدني وبطاريات الليثيوم أيون ، إلى زيادة الطلب على الجرافيت في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات، مدفوعًا بالأجهزة الإلكترونية المحمولة، مثل مشغلات الأقراص المدمجة المحمولة والأدوات الكهربائية . كما ساهمت أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية في زيادة الطلب على البطاريات. ومن المتوقع أن تزيد بطاريات السيارات الكهربائية من الطلب على الجرافيت. فعلى سبيل المثال، تحتوي بطارية الليثيوم أيون في سيارة نيسان ليف الكهربائية بالكامل على ما يقارب 40  كيلوغرامًا من الجرافيت.

تمت دراسة الجرافيت المشع المُستخرج من المفاعلات النووية كمصدر للكهرباء لتطبيقات الطاقة المنخفضة. هذه النفايات غنية بالكربون-14 ، الذي يُطلق إلكترونات من خلال تحلل بيتا ، لذا يُمكن استخدامه كأساس لجهاز بيتافولتاوي . يُعرف هذا المفهوم باسم بطارية الماس .

صناعة الصلب

يُستخدم الجرافيت الطبيعي في صناعة الصلب بشكل أساسي لرفع نسبة الكربون في الصلب المنصهر؛ كما يُستخدم لتزييت القوالب المستخدمة في بثق الصلب الساخن. وتواجه إضافات الكربون منافسة سعرية من بدائل أخرى مثل مسحوق الجرافيت الصناعي، وفحم الكوك البترولي، وأنواع أخرى من الكربون. تُضاف مادة رافعة للكربون لزيادة نسبة الكربون في الصلب إلى مستوى محدد. وتشير تقديرات مبنية على إحصاءات استهلاك الجرافيت الصادرة عن هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية إلى أن مصنعي الصلب في الولايات المتحدة استخدموا 10,500 طن بهذه الطريقة في عام 2005. [ 53 ]

بطانات الفرامل

يُستخدم الجرافيت الطبيعي غير المتبلور والجرافيت ذو الرقائق الدقيقة في بطانات أو أحذية الفرامل للمركبات الثقيلة (غير السيارات)، وقد اكتسب أهميةً مع الحاجة إلى بديل للأسبستوس . وقد ظل هذا الاستخدام مهمًا لفترة طويلة، إلا أن تركيبات الجرافيت العضوي غير الأسبستوسي بدأت تُقلل من حصة الجرافيت في السوق. ولم يكن لإغلاق بعض المصانع، وما نتج عنه من تراجع في صناعة بطانات الفرامل، أي فائدة تُذكر، وكذلك الحال بالنسبة لسوق السيارات غير المبالي. ووفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، بلغ استهلاك الولايات المتحدة من الجرافيت الطبيعي في بطانات الفرامل 6510 أطنان في عام 2005. [ 53 ]

مواد تغليف المسابك ومواد التشحيم

طلاء القوالب المواجه للمسابك عبارة عن طلاء مائي من الجرافيت غير المتبلور أو الجرافيت ذي الرقائق الدقيقة. يؤدي طلاء الجزء الداخلي من القالب به وتركه ليجف إلى تكوين طبقة رقيقة من الجرافيت تُسهّل فصل القطعة المصبوبة بعد تبريد المعدن الساخن. تُعدّ مواد التشحيم الجرافيتية مواد متخصصة للاستخدام في درجات حرارة عالية جدًا أو منخفضة جدًا، كمُشحّم لقوالب التشكيل، ومادة مانعة للتآكل، ومُشحّم للتروس في آلات التعدين، ولتشحيم الأقفال. يُفضّل استخدام الجرافيت ذي الحبيبات الدقيقة، أو الأفضل من ذلك، الجرافيت الخالي من الحبيبات (عالي النقاء للغاية). يمكن استخدامه كمسحوق جاف، في الماء أو الزيت، أو كجرافيت غرواني (معلق دائم في سائل). تشير تقديرات مبنية على إحصاءات استهلاك الجرافيت الصادرة عن هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية إلى استخدام 2200 طن بهذه الطريقة في عام 2005. [ 53 ] كما يمكن تشريب الجرافيت بالمعادن لإنتاج سبيكة ذاتية التشحيم تُستخدم في الظروف القاسية، مثل محامل الآلات المعرضة لدرجات حرارة عالية أو منخفضة. [ 61 ]

الاستخدام اليومي

أقلام رصاص

أقلام الرصاص الجرافيتية
أقلام الرصاص الجرافيتية

أعطت القدرة على ترك علامات على الورق والأشياء الأخرى الجرافيت اسمه، الذي أطلقه عليه عالم المعادن الألماني أبراهام غوتلوب فيرنر عام 1789. وهو مشتق من كلمة γράφειν ("غرافين") ، والتي تعني الكتابة أو الرسم في اليونانية القديمة . [ 16 ] [ 62 ]

منذ القرن السادس عشر، كانت جميع أقلام الرصاص تُصنع من رصاص الجرافيت الطبيعي الإنجليزي، لكن رصاص أقلام الرصاص الحديثة غالبًا ما يكون مزيجًا من مسحوق الجرافيت والطين؛ وقد اخترعه نيكولا جاك كونتي عام ١٧٩٥. [ ٦٣ ] [ ٦٤ ] وهو لا يرتبط كيميائيًا بمعدن الرصاص ، الذي كانت خاماته ذات مظهر مشابه، ومن هنا جاء استمرار التسمية. "بلومباغو" مصطلح قديم آخر للجرافيت الطبيعي المستخدم في الرسم ، وعادةً ما يكون على شكل كتلة من المعدن بدون غلاف خشبي. ويقتصر مصطلح "رسم البلومباغو" عادةً على أعمال القرنين السابع عشر والثامن عشر، ومعظمها صور شخصية.

لا تزال أقلام الرصاص اليوم تمثل سوقًا صغيرة ولكنها مهمة للجرافيت الطبيعي. فقد استُخدم حوالي 7% من 1.1  مليون طن تم إنتاجها في عام 2011 في صناعة أقلام الرصاص. [ 65 ] ويُستخدم الجرافيت غير المتبلور منخفض الجودة، والذي يُستورد بشكل رئيسي من الصين. [ 53 ]

في الفن، يُستخدم الجرافيت عادةً لرسم تفاصيل دقيقة، إذ يُتيح الحصول على نطاق واسع من درجات الألوان (من الفاتح إلى الداكن). كما يُمكن استخدامه لرسم خطوط وتظليل أكثر نعومةً ورقةً. يحظى الجرافيت بشعبية واسعة بين الفنانين لسهولة التحكم به ومسحه، ولأنه يُضفي مظهرًا احترافيًا أنيقًا. كما أنه متوفر بكثرة وبأسعار معقولة. يستخدم العديد من الفنانين الجرافيت مع وسائط أخرى، مثل الفحم أو الحبر، لإضفاء تأثيرات وقوام متنوعة على أعمالهم. [ 66 ] يُنتج الجرافيت بدرجات صلابة أو ليونة مختلفة خصائص وألوانًا متباينة عند استخدامه كوسيط فني . [ 67 ]

سباق سيارات الصنوبر

ربما يكون الجرافيت هو أكثر مواد التشحيم استخدامًا في سباقات سيارات الصنوبر . [ 68 ]

استخدامات أخرى

يُستخدم الجرافيت الطبيعي في بطاريات الزنك والكربون ، وفرش محركات السيارات الكهربائية ، والعديد من التطبيقات المتخصصة. وكانت شركات السكك الحديدية تخلط مسحوق الجرافيت مع الزيوت المستعملة أو زيت بذر الكتان لتكوين طبقة واقية مقاومة للحرارة للأجزاء المكشوفة من غلاية قاطرة البخار، مثل صندوق الدخان أو الجزء السفلي من صندوق الاحتراق . [ 69 ] ويستخدم مكواة اللحام "سكوب" رأسًا من الجرافيت كعنصر تسخين.

الجرافيت الموسع

يُصنع الجرافيت المُوسّع بغمر رقائق الجرافيت الطبيعي في حمام من حمض الكروميك ، ثم حمض الكبريتيك المركز ، مما يُؤدي إلى تباعد مستويات الشبكة البلورية، وبالتالي تمدد الجرافيت. يُمكن استخدام الجرافيت المُوسّع لصنع رقائق الجرافيت، أو استخدامه مباشرةً كمركب عازل حراري لعزل المعدن المنصهر في المغرفة أو سبائك الصلب شديدة السخونة وتقليل فقدان الحرارة، أو كحواجز للحريق تُركّب حول أبواب مقاومة للحريق أو في أطواق الصفائح المعدنية المحيطة بالأنابيب البلاستيكية (أثناء الحريق، يتمدد الجرافيت ويتفحم لمقاومة اختراق وانتشار النار)، أو لصنع مواد حشيات عالية الأداء للاستخدام في درجات الحرارة العالية. بعد تحويله إلى رقائق الجرافيت، تُشَكَّل الرقائق وتُجمَّع في الألواح ثنائية القطب في خلايا الوقود . تُصنع الرقائق أيضًا كمشتتات حرارية لأجهزة الكمبيوتر المحمولة للحفاظ على برودتها مع توفير الوزن، كما تُصنع منها رقائق مُرقَّقة يُمكن استخدامها في حشوات الصمامات أو في صناعة الحشيات. أصبحت مواد التعبئة التقليدية الآن جزءًا ثانويًا من هذه المجموعة: رقائق الجرافيت الدقيقة في الزيوت أو الشحوم للاستخدامات التي تتطلب مقاومة للحرارة. وتشير تقديرات شبكة الجرافيت العالمية (GAN) إلى أن الاستهلاك الحالي للجرافيت الطبيعي في الولايات المتحدة لهذا الاستخدام النهائي يبلغ 7500  طن. [ 53 ]

الجرافيت المتداخل

بنية CaC 6

يشكّل الجرافيت مركبات بينية مع بعض المعادن والجزيئات الصغيرة. في هذه المركبات، يُحصر الجزيء أو الذرة المضيفة بين طبقات الجرافيت، مما ينتج عنه نوع من المركبات ذات التركيب الكيميائي المتغير. ومن الأمثلة البارزة على المركبات البينية جرافيت البوتاسيوم، الذي يُرمز له بالصيغة KC₈ . بعض مركبات الجرافيت البينية هي مواد فائقة التوصيل . وقد سُجّلت أعلى درجة حرارة انتقال (حتى يونيو 2009) Tc = 11.5 كلفن في CaC₆ ، وتزداد هذه الدرجة تحت الضغط (15.1 كلفن عند 8 جيجا باسكال). [ 70 ] إن قدرة الجرافيت على إدخال أيونات الليثيوم بين طبقاته دون تلف كبير ناتج عن التورم هي ما تجعله المادة السائدة في قطب الأنود في بطاريات أيونات الليثيوم.   

التعدين، والتخصيب، والطحن

إنتاج الجرافيت
عينة كبيرة من الجرافيت. مركز ناتوراليس للتنوع البيولوجي ، لايدن ، هولندا.
احتياطيات الجرافيت العالمية وإنتاج المناجم في عام 2022

يُستخرج الجرافيت من المناجم السطحية والجوفية. وعادةً ما يحتاج الجرافيت إلى معالجة . يمكن إجراء هذه المعالجة إما بفصل قطع الصخور المصاحبة يدويًا وغربلة المنتج يدويًا، أو بسحق الصخور وفصل الجرافيت بالتعويم. تواجه عملية المعالجة بالتعويم صعوبةً تتمثل في ليونة الجرافيت الشديدة، مما يؤدي إلى "تلطيخ" جزيئات الصخور المصاحبة . وهذا بدوره يجعل جزيئات الصخور الملوثة تطفو مع الجرافيت، مُنتجةً مُركزًا غير نقي. هناك طريقتان للحصول على مُركز أو منتج تجاري: إعادة الطحن والتعويم بشكل متكرر (حتى سبع مرات) لتنقية المُركز، أو عن طريق الترشيح الحمضي (إذابة) الصخور المصاحبة باستخدام حمض الهيدروفلوريك (للصخور السيليكاتية) أو حمض الهيدروكلوريك (للصخور الكربوناتية).

في عملية الطحن، تُطحن منتجات الجرافيت الخام ومركزاته قبل تصنيفها (حسب الحجم أو الغربلة)، مع الحرص على حفظ أحجام الرقائق الخشنة (أقل من 8 مش، 8-20 مش، 20-50 مش)، ثم يُحدد محتوى الكربون فيها. يمكن تحضير بعض الخلطات القياسية من هذه الأحجام المختلفة، لكل منها توزيع محدد لحجم الرقائق ومحتوى كربون معين. كما يمكن تحضير خلطات مخصصة للعملاء الذين يرغبون في توزيع محدد لحجم الرقائق ومحتوى كربون معين. إذا لم يكن حجم الرقائق مهمًا، يمكن طحن المركز بحرية أكبر. تشمل المنتجات النهائية النموذجية مسحوقًا ناعمًا يُستخدم كمعلق في حفر آبار النفط وطلاءات قوالب المسابك ، ومادة رافعة للكربون في صناعة الصلب (يمكن أيضًا استخدام مسحوق الجرافيت الصناعي ومسحوق فحم الكوك البترولي كمادة رافعة للكربون). تشمل الآثار البيئية لمطاحن الجرافيت تلوث الهواء، بما في ذلك تعرض العمال للجسيمات الدقيقة، بالإضافة إلى تلوث التربة الناتج عن انسكاب المسحوق مما يؤدي إلى تلوث التربة بالمعادن الثقيلة .

بحسب هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، بلغ الإنتاج العالمي من الجرافيت الطبيعي عام 2016 نحو 1,200,000 طن ، ومن أبرز الدول المصدرة له: الصين (780,000  طن)، والهند (170,000  طن)، والبرازيل (80,000  طن)، وتركيا (32,000  طن)، وكوريا الشمالية (6,000  طن). [ 71 ] لا يُستخرج الجرافيت حاليًا في الولايات المتحدة ، ولكن توجد العديد من مواقع التعدين التاريخية، بما في ذلك مواقع في ألاباما ومونتانا وجبال أديرونداك في نيويورك. [ 72 ] وتعمل شركة ويست ووتر ريسورسز حاليًا على تطوير محطة تجريبية لمنجم كوسا للجرافيت بالقرب من سيلاكوغا، ألاباما . [ 73 ] وبلغ إنتاج الولايات المتحدة من الجرافيت الصناعي عام 2010 نحو 134,000  طن بقيمة 1.07  مليار دولار. [ 53 ]

السلامة المهنية

تشمل الآثار الصحية المحتملة ما يلي:

  • الاستنشاق : لا يشكل الاستنشاق خطراً في حالته المصنعة والمشحونة. يمكن أن يدخل الغبار والأبخرة المتولدة من المادة إلى الجسم عن طريق الاستنشاق. قد تؤدي التركيزات العالية من الغبار والأبخرة إلى تهيج الحلق والجهاز التنفسي والتسبب في السعال. يزيد الاستنشاق المتكرر للأبخرة/الغبار على مدى فترة طويلة من خطر الإصابة بأمراض الرئة. قد يؤدي التعرض المفرط والمتكرر للغبار إلى الإصابة بتليف الرئة . من المحتمل أن تتفاقم اضطرابات الرئة الموجودة مسبقاً، مثل انتفاخ الرئة ، نتيجة التعرض المطول لتركيزات عالية من غبار الجرافيت.
  • ملامسة العين: قد يسبب دخول الغبار في العينين تهيجاً. وقد يعاني الشخص المعرض له من دمعان العين واحمرارها وعدم الراحة.
  • ملامسة الجلد: في ظل ظروف الاستخدام العادية، لا تشكل هذه المادة خطراً على الصحة. قد يسبب الغبار تهيجاً للجلد.
  • الابتلاع : غير ذي صلة، نظراً لشكل المنتج في حالته المصنعة والمُشحونة. مع ذلك، قد يُسبب ابتلاع الغبار الناتج أثناء عمليات التشغيل الغثيان والقيء.
  • الآثار الفيزيائية/الكيميائية المحتملة: المادة غير قابلة للاشتعال. قد تُكوّن المادة غبارًا وتتراكم عليها شحنات كهروستاتيكية، مما قد يُسبب شرارة كهربائية (مصدر اشتعال). قد تُؤدي المستويات العالية من الغبار إلى احتمالية حدوث انفجار.

الولايات المتحدة

حددت إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) الحد القانوني ( الحد المسموح به للتعرض ) للجرافيت في مكان العمل كمتوسط ​​مرجح زمنيًا (TWA) يبلغ 15  مليون جسيم لكل قدم مكعب (1.5  ملغم/م³ ) على مدار يوم عمل مدته 8 ساعات. وحدد المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حدًا موصى به للتعرض (REL) يبلغ متوسطًا مرجحًا زمنيًا (TWA) يبلغ 2.5  ملغم/م³ من الغبار القابل للاستنشاق على مدار يوم عمل مدته 8 ساعات. وعند مستويات تبلغ 1250  ملغم/م³ ، يُصبح الجرافيت خطرًا مباشرًا على الحياة والصحة . [ 74 ]

إعادة التدوير

تتمثل الطريقة الأكثر شيوعًا لإعادة تدوير الجرافيت في تصنيع أقطاب الجرافيت الاصطناعية، حيث تُقطع أجزاء منها أو تُتخلص من نشارة الخراطة لإعادة استخدامها، أو عند استخدام القطب (أو مواد أخرى) بالكامل حتى حامل القطب. يُستبدل القطب القديم بقطب جديد، لكن تبقى قطعة كبيرة من القطب القديم. تُسحق هذه القطعة وتُصنف حسب الحجم، ويُستخدم مسحوق الجرافيت الناتج في الغالب لرفع نسبة الكربون في الفولاذ المنصهر.

تُعاد تدوير المواد الحرارية المحتوية على الجرافيت أحيانًا، ولكن غالبًا لا يُعاد تدويرها نظرًا لانخفاض محتواها من الجرافيت: فالمواد ذات الحجم الأكبر، مثل طوب الكربون والمغنيسيت الذي يحتوي على 15-25% فقط من الجرافيت، عادةً ما تحتوي على كمية قليلة جدًا من الجرافيت تجعل إعادة تدويرها غير مجدية. ومع ذلك، يُستخدم بعض طوب الكربون والمغنيسيت المُعاد تدويره كأساس لمواد إصلاح الأفران، كما يُستخدم طوب الكربون والمغنيسيت المسحوق في مُحسّنات الخبث.

على الرغم من أن البواتق تحتوي على نسبة عالية من الجرافيت، إلا أن حجم البواتق المستخدمة ثم التي يتم إعادة تدويرها صغير جدًا.

يمكن إنتاج منتج جرافيت رقائقي عالي الجودة، يُشبه إلى حد كبير الجرافيت الرقائقي الطبيعي، من مخلفات صناعة الصلب (الكيش). الكيش عبارة عن نفايات شبه منصهرة بكميات كبيرة، تُزال من الحديد المنصهر المُغذّي لفرن الأكسجين القاعدي، وتتكون من مزيج من الجرافيت (المترسب من الحديد فائق التشبع)، والخبث الغني بالجير، وبعض الحديد. يُعاد تدوير الحديد في الموقع، تاركًا مزيجًا من الجرافيت والخبث. تستخدم أفضل عملية استخلاص التصنيف الهيدروليكي (الذي يعتمد على تدفق الماء لفصل المعادن حسب الكثافة النوعية: الجرافيت خفيف الوزن ويترسب في النهاية تقريبًا) للحصول على مُركّز جرافيت خام بنسبة 70%. يُعطي ترشيح هذا المُركّز بحمض الهيدروكلوريك منتج جرافيت بنسبة 95%، بحجم رقائق يتراوح من 2 مم (10  مش) فما دون.

تاريخ الجرافيت الصناعي

ابتكار عملية إنتاج

في عام ١٨٩٣، اكتشف تشارلز ستريت من شركة لو كاربون عمليةً لصنع الجرافيت الاصطناعي. وفي منتصف تسعينيات القرن التاسع عشر، اخترع إدوارد جودريتش أتشيسون (١٨٥٦-١٩٣١) بالصدفة طريقةً أخرى لإنتاج الجرافيت الاصطناعي بعد تصنيعه للكربورندوم (المعروف أيضًا باسم كربيد السيليكون). اكتشف أن تسخين الكربورندوم بدرجة حرارة عالية، على عكس الكربون النقي، ينتج جرافيتًا نقيًا تقريبًا. أثناء دراسته لتأثيرات درجات الحرارة العالية على الكربورندوم، وجد أن السيليكون يتبخر عند حوالي ٤١٥٠ درجة مئوية (٧٥٠٠ درجة فهرنهايت) ، تاركًا الكربون في الكربون الجرافيتي. أصبح هذا الجرافيت ذا قيمة كبيرة كمادة تشحيم. [ ١٦ ]  

تُعرف تقنية أتشيسون لإنتاج كربيد السيليكون والجرافيت باسم عملية أتشيسون . في عام 1896، حصل أتشيسون على براءة اختراع لطريقته في تصنيع الجرافيت، [ 75 ] وفي عام 1897 بدأ الإنتاج التجاري. [ 16 ] تأسست شركة أتشيسون للجرافيت في عام 1899.

يمكن أيضاً تحضير الجرافيت الاصطناعي من البوليميد ثم تسويقه تجارياً. [ 76 ] [ 77 ]

البحث العلمي

يُعدّ الجرافيت البيروليتي عالي التوجيه (HOPG) أعلى أنواع الجرافيت الاصطناعي جودةً. ويُستخدم في البحث العلمي، ولا سيما كمعيار طول لمعايرة مجاهر المسح المجهري . [ 78 ] [ 79 ]

الأقطاب الكهربائية

تُستخدم أقطاب الجرافيت لنقل الكهرباء اللازمة لصهر خردة الحديد والصلب، وأحيانًا الحديد المختزل المباشر ، في أفران القوس الكهربائي ، التي تُشكل الغالبية العظمى من أفران الصلب . تُصنع هذه الأقطاب من فحم الكوك البترولي بعد مزجه بقطران الفحم . تُشكّل الأقطاب بالبثق، ثم تُخبز لتحويل المادة الرابطة (القطران) إلى كربونات . بعد ذلك، تُحوّل هذه المادة إلى جرافيت بتسخينها إلى درجات حرارة تقارب 3000 درجة مئوية (5430 درجة فهرنهايت) ، حيث تترتب ذرات الكربون لتكوين الجرافيت. يتراوح طول أقطاب الجرافيت حتى 3.5 متر (11 قدمًا) وقطرها حتى 75 سم (30 بوصة) . تُصنع نسبة متزايدة من الصلب عالميًا باستخدام أفران القوس الكهربائي، كما أن هذه الأفران نفسها تشهد تحسنًا في الكفاءة، مما يُنتج كمية أكبر من الصلب لكل طن من الأقطاب. تشير التقديرات المستندة إلى بيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية إلى أن استهلاك أقطاب الجرافيت بلغ 197000 طن (217000 طن قصير) في عام 2005. [ 53 ]       

تستخدم عملية صهر الألومنيوم الإلكتروليتي أيضًا أقطابًا من الكربون الجرافيتي. وعلى نطاق أصغر بكثير، تُستخدم أقطاب الجرافيت الاصطناعية في عملية التصنيع بالتفريغ الكهربائي (EDM)، والتي تُستخدم عادةً في صناعة قوالب حقن البلاستيك . [ 80 ]

مسحوق وخردة

يُصنع المسحوق بتسخين مسحوق فحم الكوك البترولي فوق درجة حرارة التغرافيت، مع بعض التعديلات الطفيفة أحيانًا. أما خردة الجرافيت فتأتي من قطع مواد الأقطاب الكهربائية غير القابلة للاستخدام (سواءً في مرحلة التصنيع أو بعد الاستخدام) ومن نشارة الخراطة، عادةً بعد التكسير والتحجيم. يُستخدم معظم مسحوق الجرافيت الصناعي في رفع نسبة الكربون في صناعة الصلب (منافسًا للجرافيت الطبيعي)، ويُستخدم جزء منه في البطاريات وبطانات الفرامل. ووفقًا لهيئة المسح الجغرافي الأمريكية ، بلغ إنتاج الولايات المتحدة من مسحوق وخردة الجرافيت الصناعي 95,000 طن (93,000 طن إنجليزي؛ 105,000 طن أمريكي) في عام 2001 (أحدث البيانات). [ 53 ] 

من الممكن إنتاج الجرافيت المستخدم في صناعة البطاريات عن طريق إعادة تدوير كميات كبيرة من المخلفات الدقيقة الناتجة عن إنتاج البطاريات. تتضمن هذه العملية تجفيف المخلفات الدقيقة بالرش فوق قطران البترول باستخدام مادة رابطة وعامل ربط متقاطع، ثم تجفيفها. [ 81 ]

مُعدِّل النيوترونات

تُستخدم أنواع خاصة من الجرافيت الصناعي أيضًا كقالب ومُهدئ للنيوترونات في المفاعلات النووية . كما أن انخفاض مقطعه العرضي للنيوترونات يجعله مناسبًا للاستخدام في مفاعلات الاندماج النووي المقترحة . يجب التأكد من خلو الجرافيت المستخدم في المفاعلات من المواد الماصة للنيوترونات، مثل البورون ، الذي يُستخدم على نطاق واسع كقطب بذرة في أنظمة ترسيب الجرافيت التجارية - وهو ما تسبب في فشل المفاعلات النووية الألمانية القائمة على الجرافيت خلال الحرب العالمية الثانية . ولأنهم لم يتمكنوا من تحديد المشكلة، اضطروا إلى استخدام الماء الثقيل كمهدئات، وهو أكثر تكلفة بكثير. يُشار غالبًا إلى الجرافيت المستخدم في المفاعلات النووية باسم " الجرافيت النووي" . كان هربرت جي. ماكفرسون ، الفيزيائي المتخرج من جامعة بيركلي والذي عمل في شركة "ناشونال كاربون" التابعة لشركة "يونيون كاربايد"، له دور محوري في تأكيد فرضية ليو زيلارد بأن شوائب البورون، حتى في الجرافيت "النقي"، مسؤولة عن انخفاض مقطع امتصاص النيوترونات في الجرافيت، مما أثر سلبًا على التفاعلات المتسلسلة لليورانيوم-235. كان ماكفرسون على دراية بوجود الشوائب في الجرافيت، لأنه مع استخدام تقنية تيكنيكولور في التصوير السينمائي، تطلبت أطياف أقواس أقطاب الجرافيت المستخدمة في أجهزة عرض الأفلام وجود شوائب لتعزيز انبعاث الضوء في المنطقة الحمراء لعرض درجات لون بشرة أكثر دفئًا على الشاشة. وبالتالي، لولا الأفلام الملونة، لكان من المحتمل أن يتطلب أول تفاعل تسلسلي طبيعي مستدام لليورانيوم مفاعلًا مُعدَّلًا بالماء الثقيل. [ 82 ]

استخدامات أخرى

تُستخدم ألياف الجرافيت (الكربون) وأنابيب الكربون النانوية أيضًا في البلاستيك المُقوّى بألياف الكربون ، وفي المواد المركبة المقاومة للحرارة مثل الخرسانة المُقوّاة بالكربون (RCC). تشمل الهياكل التجارية المصنوعة من مركبات ألياف الكربون والجرافيت صنارات الصيد ، وأعمدة مضارب الجولف، وهياكل الدراجات، وألواح هياكل السيارات الرياضية، وجسم طائرة بوينغ 787 دريملاينر ، وعصي البلياردو ، وقد استُخدمت بنجاح في الخرسانة المُقوّاة . تتأثر الخواص الميكانيكية لمركبات البلاستيك المُقوّى بألياف الكربون والجرافيت والحديد الزهر الرمادي بشكل كبير بدور الجرافيت في هذه المواد. في هذا السياق، يُستخدم مصطلح "جرافيت (100%)" بشكل عام للإشارة إلى خليط نقي من تقوية الكربون والراتنج ، بينما يُستخدم مصطلح "مركب" للمواد المركبة التي تحتوي على مكونات إضافية. [ 83 ]

يتم تغليف البارود الحديث عديم الدخان بالجرافيت لمنع تراكم الشحنات الساكنة .

استُخدم الجرافيت في ثلاثة مواد ماصة للرادار على الأقل . وقد مُزج بالمطاط في مادتي "سومبف" و"شورنشتاينفيغر"، اللتين استُخدمتا في أنابيب التنفس الخاصة بالغواصات الألمانية لتقليل مقطعها الراداري . كما استُخدم أيضاً في بلاطات طائرات إف-117 نايت هوك الشبحية الهجومية في مراحلها الأولى.

تُستخدم مركبات الجرافيت كممتص للجسيمات عالية الطاقة، على سبيل المثال في ممتص حزمة مصادم الهادرونات الكبير . [ 84 ]

تُصنع أدوات صناعة الزجاج غالبًا من الجرافيت لأنه لا يلتصق بالزجاج المنصهر الساخن، على عكس الأدوات والقوالب المعدنية التي تتطلب طلاءات أو مواد تشحيم، والتي غالبًا ما تكون مصنوعة من الجرافيت. وتعتمد آلات صناعة الزجاج الآلية بشكل كبير على الجرافيت في التعامل مع الزجاج المنصهر والقطع المشكلة حديثًا. [ 85 ] [ 86 ]

البحث والابتكار

توزيع عائلات براءات الاختراع المتعلقة بالجرافيت حسب نوع المصدر - 2012-2022
مصفوفة نضج الابتكار للجرافيت

على الصعيد العالمي، تم تسجيل أكثر من 60,000 مجموعة براءات اختراع في تقنيات الجرافيت خلال الفترة من 2012 إلى 2021. وقدّم هذه الطلبات متقدمون من أكثر من 60 دولة ومنطقة. مع ذلك، فإن مجموعات براءات الاختراع المتعلقة بالجرافيت نشأت في الغالب من عدد قليل من الدول. وكانت الصين المساهم الأكبر بأكثر من 47,000 مجموعة براءات اختراع، ما يمثل أربعة من كل خمس مجموعات براءات اختراع للجرافيت تم تسجيلها عالميًا في العقد الماضي. ومن بين الدول الرائدة الأخرى اليابان ، وجمهورية كوريا ، والولايات المتحدة ، والاتحاد الروسي . وشكّلت هذه الدول الخمس مجتمعةً 95% من إجمالي براءات الاختراع العالمية المتعلقة بالجرافيت. [ 87 ]

من بين مصادر الجرافيت المختلفة، يمتلك الجرافيت الرقائقي أكبر عدد من عائلات براءات الاختراع، حيث تم تقديم أكثر من 5600 طلب براءة اختراع في جميع أنحاء العالم من عام 2012 إلى عام 2021. وبدعم من الأبحاث النشطة التي تجريها كياناتها التجارية ومؤسساتها البحثية، تعد الصين الدولة الأكثر نشاطًا في استغلال الجرافيت الرقائقي، وقد ساهمت بنسبة 85 بالمائة من طلبات براءات الاختراع العالمية في هذا المجال.

في الوقت نفسه، تكتسب الابتكارات التي تستكشف طرقًا جديدة لتصنيع واستخدام الجرافيت الاصطناعي اهتمامًا عالميًا، حيث تسعى الدول إلى استغلال الخصائص المادية المتميزة لهذه المادة المصنعة وتقليل الاعتماد على المادة الطبيعية. وتقود الكيانات التجارية، ولا سيما مصنعي البطاريات وموردي مواد الأنود ذوي الشهرة العالمية، نشاط براءات الاختراع ، مع تركيز الاهتمام ببراءات الاختراع على تطبيقات أنود البطاريات . [ 87 ]

تمت دراسة عملية تقشير الجرافيت الكتلي، والتي تتضمن فصل طبقات الكربون داخل الجرافيت، على نطاق واسع بين عامي 2012 و2021. وعلى وجه التحديد، كان التقشير بالموجات فوق الصوتية والتقشير الحراري هما النهجان الأكثر شيوعًا في جميع أنحاء العالم، حيث بلغ عدد عائلات براءات الاختراع 4267 و2579 عائلة على التوالي، وهو عدد أكبر بكثير من البدائل الكيميائية أو الكهروكيميائية.

انخفض النشاط العالمي في مجال براءات الاختراع المتعلقة بالتقشير بالموجات فوق الصوتية على مر السنين، مما يشير إلى أن هذه التقنية منخفضة التكلفة قد ترسخت مكانتها. أما التقشير الحراري فهو عملية أحدث. وبالمقارنة مع التقشير بالموجات فوق الصوتية، فقد حظي هذا النهج الحراري السريع والخالي من المذيبات باهتمام تجاري أكبر. [ 87 ]

باعتباره المادة الأكثر شيوعًا في صناعة الأنودات لبطاريات الليثيوم أيون ، حظي الجرافيت باهتمام عالمي واسع النطاق لاستخدامه في تطبيقات البطاريات . ومع تسجيل أكثر من 8000 مجموعة براءات اختراع بين عامي 2012 و2021، شكّلت تطبيقات البطاريات محركًا رئيسيًا للاختراعات العالمية المتعلقة بالجرافيت. ويقود الابتكارات في هذا المجال مصنّعو البطاريات أو مورّدو الأنودات الذين جمعوا محافظ براءات اختراع ضخمة تركز بشكل كبير على تحسين أداء البطاريات بالاعتماد على ابتكارات أنودات الجرافيت . وإلى جانب الشركات الصناعية، مثّلت المؤسسات الأكاديمية والبحثية مصدرًا أساسيًا للابتكار في تقنيات أنودات الجرافيت.

كان استخدام الجرافيت في تطبيقات البوليمرات موضوعًا ابتكاريًا رائجًا بين عامي 2012 و2021، حيث سُجِّل أكثر من 8000 مجموعة براءات اختراع حول العالم. مع ذلك، شهدت السنوات الأخيرة انخفاضًا في طلبات براءات الاختراع في الدول الرائدة في هذا المجال، بما فيها الصين واليابان والولايات المتحدة الأمريكية. [ 87 ]

يمثل الجرافيت المستخدم في صناعة السيراميك مجالًا آخرًا يشهد أبحاثًا مكثفة، حيث تم تسجيل أكثر من 6000 مجموعة براءات اختراع خلال العقد الماضي وحده. وعلى وجه التحديد، استحوذ الجرافيت المستخدم في المواد المقاومة للحرارة على أكثر من ثلث مجموعات براءات اختراع الجرافيت المتعلقة بالسيراميك في الصين، ونحو خُمسها في بقية أنحاء العالم. وتشمل التطبيقات المهمة الأخرى للجرافيت مواد سيراميكية عالية القيمة، مثل الكربيدات، المستخدمة في صناعات محددة، بدءًا من الصناعات الكهربائية والإلكترونية، وصناعات الطيران والفضاء، والهندسة الدقيقة، وصولًا إلى التطبيقات العسكرية والنووية .

تمثل فرش الكربون مجالاً تطبيقياً للجرافيت تم استكشافه منذ فترة طويلة. وقد شهد هذا المجال عدداً قليلاً من الاختراعات خلال العقد الماضي، حيث لم يتجاوز عدد براءات الاختراع المسجلة 300 براءة بين عامي 2012 و2021، وهو عدد أقل بكثير مما كان عليه بين عامي 1992 و2011.

Biomedical, sensor, and conductive ink are emerging application areas for graphite that have attracted interest from both academia and commercial entities, including renowned universities and multinational corporations. Typically for an emerging technology area, related patent families were filed by various organizations without any players dominating. As a result, the top applicants have a small number of inventions, unlike in well-explored areas, where they will have strong technology accumulation and large patent portfolios. The innovation focus of these three emerging areas is highly scattered and can be diverse, even for a single applicant. However, recent inventions are seen to leverage the development of graphite nanomaterials, particularly graphite nanocomposites and graphene.[87]

See also

Sources

 This article incorporates text from a free content work.Licensed under CC-BY.Text taken from Patent Landscape Report - Graphite and its applications​,WIPO.

References

  1. ↑Warr, L.N. (2021). "IMA–CNMNC approved mineral symbols". Mineralogical Magazine. 85 (3): 291–320. Bibcode:2021MinM...85..291W. doi:10.1180/mgm.2021.43. S2CID 235729616.
  2. ↑Liquid method: pure graphene production. Phys.org (May 30, 2010).
  3. ↑Graphite. Mindat.org.
  4. ↑Graphite. Webmineral.com.
  5. 123Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C., eds. (1990). "Graphite"(PDF). Handbook of Mineralogy. Vol. I (Elements, Sulfides, Sulfosalts). Chantilly, VA: Mineralogical Society of America. ISBN 978-0-9622097-0-3. Archived(PDF) from the original on 2013-10-04.
  6. ↑"Graphite global consumption share by end use and type".
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 روبنسون، جيلبين ر.؛ هامارستروم، جين م.؛ أولسون، دونالد و. (2017). شولز، كلاوس ج.؛ دي يونغ، جون هـ.؛ سيل، روبرت ر.؛ برادلي، دوايت س. (محررون). "الجرافيت". تقرير هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية : 3. رمز Bibcode : 2017usgs.rept....3R . doi : 10.3133/pp1802J .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  8. 1 2 بانيك، ن. أ.، أبيل، د. ت.، ماكنزي، ك. ر. الابن، فاغنر، م. ج. (2018). "التحويل المستدام للّجنين السليلوزي إلى جرافيت رقائق البطاطس عالي النقاء وعالي التبلور". مجلة ACS للكيمياء والهندسة المستدامة . 6 (10): 13199-13207 . Bibcode : 2018ASCE....613199B . doi : 10.1021/acssuschemeng.8b02799 . OSTI 1475076 . 
  9. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 836355 ، أتشيسون، إي جي، "إنتاج الجرافيت"، نُشرت في 20 نوفمبر 1906 
  10. ↑ مارش، هاري؛ رودريغيز-رينوسو، فرانسيسكو (2006). "مواد الإنتاج والمواد المرجعية". الكربون المنشط . الصفحات 454-508 . doi : 10.1016/B978-008044463-5/50023-6 . ISBN  978-0-08-044463-5.
  11. ↑ "بطاريات مصنوعة من رقائق الخشب قد تُساهم في تنظيف صناعة السيارات الكهربائية" . يورونيوز . 26 فبراير 2024.
  12. ↑ " مادة أنود الجرافيت الحيوي المتجدد من CarbonScape جاهزة للتوسع" . www.batterytechonline.com
  13. ↑ بانيك، ن. أ.، ماكنزي، ك. ر. الابن، أبيل، د. ت.، فاغنر، م. ج. (2022). "التحويل المستدام للكتلة الحيوية إلى جرافيت مصمم بشكل عقلاني لبطاريات الليثيوم أيون" . التقارير العلمية . 12 (1) 8080. Bibcode : 2022NatSR..12.8080B . doi : 10.1038/s41598-022-11853- x . PMC 9110727. PMID 35577817 .  
  14. ↑ "الجرافيت" . قاعدة بيانات المعادن . ائتلاف تعليم المعادن. 2018. تم الاطلاع عليه في 9 ديسمبر 2018 .
  15. ↑ بوستامانتي، سي.؛ كاردونا، أ. (2024). "هل تُعدّ سلسلة جبال الأنديز الوسطى في كولومبيا مصدرًا محتملاً للجرافيت؟: الآثار المترتبة على تحوّل الطاقة في كولومبيا" . جيولوجيا الأنديز . 51 (2): 413-420 . Bibcode : 2024AndGe..51..413B . doi : 10.5027/andgeoV51n2-3728 .
  16. 1 2 3 4 5 جرافيت . الموسوعة البريطانية على الانترنت.
  17. ↑ لوغارو، ماريا (2005). غبار النجوم من النيازك: مقدمة عن الحبيبات ما قبل الشمسية . وورلد ساينتيفيك. الصفحات 14، 154-157 . ISBN  978-981-4481-37-3.
  18. ↑ هازن، آر إم؛ داونز، آر تي؛ كاه، إل؛ سفيرجنسكي، دي. (13 فبراير 2013). "تطور المعادن الكربونية". مراجعات في علم المعادن والكيمياء الجيولوجية . 75 (1): 79-107 . Bibcode : 2013RvMG...75...79H . doi : 10.2138/rmg.2013.75.4 .
  19. ↑ مكوي، تي جيه (22 فبراير 2010). "التطور المعدني للنيازك". العناصر . 6 (1): 19-23 . Bibcode : 2010Eleme...6...19M . doi : 10.2113/gselements.6.1.19 .
  20. ↑ ديلهايس، بيير (2000). "تعدد أشكال الكربون". في ديلهايس، بيير (محرر). الجرافيت والمواد الأولية . جوردون وبريتش. ص 1-24 . ISBN  978-90-5699-228-6.
  21. ↑ بيرسون، هيو أو. (2012). دليل الكربون والجرافيت والماس والفوليرين: الخصائص والمعالجة والتطبيقات . منشورات نويز. الصفحات 40-41 . ISBN  978-0-8155-1739-9.
  22. ↑ ديلهايس، ب. (2001). الجرافيت والمواد الأولية . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-90-5699-228-6.
  23. ↑ تشونغ، د. د. ل. (2002). "مراجعة الجرافيت". مجلة علوم المواد . 37 (8): 1475-1489 . doi : 10.1023/A:1014915307738 . S2CID 189839788 . 
  24. ↑ بيرسون، هيو أو. (1993). دليل الكربون والجرافيت والماس والفوليرين: الخصائص والمعالجة والتطبيقات . بارك ريدج، نيوجيرسي: منشورات نويز. ISBN 0-8155-1739-4. OCLC 49708274 . 
  25. 1 2 الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " الجرافيت المعيني ". doi : 10.1351/goldbook.R05385
  26. 1 2 لاتيشيفسكايا، تاتيانا؛ سون، سيوك كيون؛ يانغ، يابينغ؛ المستشار ديل. براون، مايكل. أوزدمير، سيرفيت؛ مادان، إيفان؛ بيروتو، غابرييلي؛ كاربوني، فابريزيو؛ ميششينكو، أرتيم؛ نوفوسيلوف ، كوستيا (2019-08-17). “تكديس الانتقال في الجرافيت المعيني”. حدود الفيزياء . 14 (1). 13608. أرخايف : 1908.06284 . بيب كود : 2019FrPhy..1413608L . دوى : 10.1007/s11467-018-0867-y . S2CID 125322808 . 
  27. ↑ إي. فيتزر وآخرون (1995). "المصطلحات الموصى بها لوصف الكربون كمادة صلبة (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 1995)" . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 67 (3): 473-506 . Bibcode : 1995PApCh..67..473F . doi : 10.1351/pac199567030473 . 
  28. 1 2 بوندي، ب.؛ باسيت، واشنطن؛ ويذرز، إم إس؛ هيملي، آر جيه؛ ماو، إتش كيه؛ غونشاروف، إيه إف (1996). "مخطط الضغط ودرجة الحرارة للطور والتحول للكربون؛ مُحدَّث حتى عام 1994". الكربون . 34 (2): 141-153 . Bibcode : 1996Carbo..34..141B . doi : 10.1016/0008-6223(96)00170-4 .
  29. ↑ وانغ، سي إكس؛ يانغ، جي دبليو (2012). "الأساليب الديناميكية الحرارية والحركية للماس والمواد النانوية ذات الصلة المتكونة بواسطة الاستئصال بالليزر في السوائل". في يانغ، غووي (محرر). الاستئصال بالليزر في السوائل: المبادئ والتطبيقات في تحضير المواد النانوية . منشورات بان ستانفورد. ص 164-165 . ISBN  978-981-4241-52-6.
  30. ↑ روك، بيتر أ. (1983). الديناميكا الحرارية الكيميائية . منشورات جامعة العلوم. ص 257-260 . ISBN  978-1-891389-32-0.
  31. ↑ هاناور، دوريان؛ ميشيلاتزي، ماركو؛ تشينو، جيريمي؛ ليونيلي، كريستينا؛ سوريل، تشارلز سي. (ديسمبر 2011). "تأثير ظروف الحرق على خصائص أغشية ثاني أكسيد التيتانيوم المترسبة كهربائيًا على ركائز الجرافيت". مجلة الجمعية الأوروبية للخزف . 31 (15): 2877-2885 . arXiv : 1303.2757 . doi : 10.1016/j.jeurceramsoc.2011.07.007 .
  32. ↑ ديبريز، ن.؛ ماكلاكلان، د.س. (1988). "تحليل الموصلية الكهربائية لمساحيق الجرافيت أثناء الضغط". مجلة الفيزياء د: الفيزياء التطبيقية . 21 (1): 101-107 . Bibcode : 1988JPhD...21..101D . doi : 10.1088/0022-3727/21/1/015 . S2CID 250886376 . 
  33. ↑ التآكل الجلفاني ( مؤرشف بتاريخ 10 مارس 2009 في أرشيف الإنترنت ). keytometals.com
  34. ↑ "ملاحظات ASM التقنية – TN7-0506 – التآكل الجلفاني" (ملف PDF) . شركة أطلس للمعادن المتخصصة . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 27-02-2009.
  35. ↑ جونز، ريك (متقاعد من القوات الجوية الأمريكية) مواد تشحيم أفضل من الجرافيت . graflex.org
  36. ↑ "زيوت تشحيم الأسلحة في الصحراء" . 16 سبتمبر 2005. مؤرشف من الأصل في 15 أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليه في 6 يونيو 2009 .
  37. ↑ "الممارسات الهندسية الجيدة/التآكل" . نادي لوتس سفن. 9 أبريل 2003. مؤرشف من الأصل في 16 سبتمبر 2009.
  38. ^ مارش ، هاري. رينوسو ، فرانسيسكو رودريغيز (2007). الكربون المنشط ( الطبعة الأولى). إلسفير. ص 497 – 498. ISBN   978-0-08-045596-9.
  39. 1 2 3 مارتينيز مارتن، ديفيد؛ لونجوينهوس، رافائيل؛ إزكويردو، يسوع ج.؛ ماريلي، أنتونيلا؛ الكسندر، سيمون S .؛ جعفر، مريم؛ غوميز رودريغيز، خوسيه م.؛ باناريس، لويس؛ سولير، خوسيه م. جوميز هيريرو ، خوليو (سبتمبر 2013). “الملوثات الجوية على الأسطح الجرافيتية”. الكربون . 61 : 33– 39. بيب كود : 2013Carbo..61...33M . دوى : 10.1016/j.carbon.2013.04.056 .
  40. ↑ لي، زيتينغ؛ وانغ، يونغجين؛ كوزبيال، أندرو؛ شينوي، غانيش؛ تشو، فينغ؛ ماكغينلي، ريبيكا؛ أيرلندا، باتريك؛ مورغانشتاين، بريتني؛ كونكل، أليسا؛ سورواد، سوميد ب.؛ لي، لي؛ ليو، هايتاو (أكتوبر 2013). "تأثير الملوثات المحمولة جوًا على قابلية ترطيب الجرافين والجرافيت المدعوم". مجلة نيتشر ماتيريالز . 12 (10): 925-931 . Bibcode : 2013NatMa..12..925L . doi : 10.1038/nmat3709 . PMID: 23872731 . 
  41. ↑ بوردمان، جون (1924). "العصر الحجري الحديث - العصر النحاسي" (ملف PDF) . تاريخ كامبريدج القديم، المجلد 3، الجزء 1. مطبعة جامعة كامبريدج. الصفحات 31-32 . ISBN  978-0521224963تمت أرشفة هذا الملف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 25 فبراير 2013.{{cite book}}: CS1 maint: ignored ISBN errors ( link )
  42. ↑ نورغيت، مارتن؛ نورغيت، جين (2008). "دليل كمبريا القديم، منجم الرصاص الأسود، سيثويت" . قسم الجغرافيا، جامعة بورتسموث . تاريخ الاسترجاع: 19 مايو 2008 .
  43. ↑ وينرايت، ألفريد (2005). دليل مصور لتلال ليكلاند، التلال الغربية . لندن: فرانسيس لينكولن. ISBN 978-0-7112-2460-5.
  44. ↑ أوتلي، جوناثان (1819). "وصف منجم الرصاص الأسود في بوروديل" . مذكرات الجمعية الأدبية والفلسفية في مانشستر، السلسلة 2. 3 : 168-175 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أبريل 2025 .
  45. ↑ القوانين العامة: من عام ... من عهد ... إلى عام ... من عهد . 1764. ص 415. 
  46. ↑ "التاريخ" . شركة ديكسون تيكونديروجا . مؤرشف من الأصل في 7 أبريل 2018.
  47. 1 2 نغوين، آهن (2003). علم الغرويات في الطفو . مطبعة سي آر سي. ص 11. ISBN  978-0-8247-4782-4.
  48. ↑ سيركل، فريتز (1907). الجرافيت: خصائصه، وجوده، تكريره، واستخداماته . أوتاوا: وزارة المناجم الكندية. ص. متفرقة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أبريل 2018 . 
  49. ↑ الطلاء الكهربائي على المواد غير المعدنية . إيصالات ورشة سبون، المجلد الثاني: من الصباغة إلى التزجيج. سبون. 1921. ص 132. 
  50. ↑ إيفانز، جون دبليو. (1908). "V.— معاني ومرادفات كلمة Plumbago" . معاملات الجمعية اللغوية . 26 (2): 133– 179. doi : 10.1111/j.1467-968X.1908.tb00513.x .
  51. ^ وايدنمان، يوهان فريدريش فيلهلم (1794). Handbuch des oryktognostischen Theils der Mineralogie: Mit einer Farbentabelle und einer Kupfertafel . كروسيوس. ص. 653. 
  52. ^ شيل، سي دبليو كيه (1779). "Versuche mit Wasserbley؛ Molybdaena" . سفينسكا فيتنسك. أكاديمية. التعامل مع . 40 : 238.
  53. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 "إحصاءات ومعلومات عن الجرافيت" . هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 سبتمبر 2009 .
  54. ^ ألميدا، برونو فيدال دي؛ نيفيز، إلتون سيلفا؛ سيلفا، سيديني ناسيمنتو؛ فيرنيلي جونيور، فرناندو (15 مايو 2017). "بطانة موقد الفرن العالي: تحليل ما بعد الوفاة" . بحوث المواد . 20 (3): 814-818 . دوى : 10.1590 / 1980-5373-mr-2016-0875 .
  55. ↑ لي، ييوي؛ لي، ياوي؛ سانغ، شاوباي؛ تشين، شيلاي؛ تشاو، لي؛ لي، يوانمينغ؛ لي، شوشيتينغ جينغ (يناير 2014). "تحضير كتلة كربونية مرتبطة بالسيراميك لفرن الصهر". مجلة المعادن والمواد، الجزء أ . 45 (1): 477-481 . Bibcode : 2014MMTA...45..477L . doi : 10.1007/s11661-013-1976-4 . S2CID 137571156 . 
  56. ↑ "48-مركبات المغنيسيوم" (ملف PDF) . مركبات المغنيسيوم .
  57. ↑ "صناعة المواد الحرارية وفقًا لمعايير NESHAP: لمحة عامة عن الصناعة، والمنهجية، وتحليل الأثر الاقتصادي" (ملف PDF) . المواد الحرارية .
  58. ↑ تارغراي (27 أغسطس 2020). "مواد الأنود الجرافيتي" . تارغراي .
  59. ↑ تشانغ، هاو؛ يانغ، يانغ؛ رين، دونغشنغ؛ وانغ، لي؛ هي، شيانغمينغ (أبريل 2021). "الجرافيت كمواد أنود: الآلية الأساسية، والتقدم والتطورات الحديثة". مواد تخزين الطاقة . 36 : 147-170 . Bibcode : 2021EneSM..36..147Z . doi : 10.1016/j.ensm.2020.12.027 .
  60. ↑ لويس، ميشيل (9 يونيو 2022). "بطاريات السيارات الكهربائية تحتاج إلى الجرافيت - إليكم ما هو متوقع للإمدادات" . إلكترِك .
  61. ↑ "سبائك الجرافيت/المعدن تطيل عمر المواد في العمليات ذات درجات الحرارة العالية" . إدارة وتكنولوجيا المسابك . 2004-06-04 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2019-06-20 .
  62. ↑ هاربر، دوغلاس. "غرافيت" . قاموس أصل الكلمات على الإنترنت .
  63. ↑ ريتر، ستيف (15 أكتوبر 2001). "أقلام الرصاص ورصاص أقلام الرصاص" . الجمعية الكيميائية الأمريكية .
  64. ↑ "تاريخ القلم الرصاص" . جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 مارس 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 فبراير 2013 .
  65. ↑ "الطلب المتزايد على الجرافيت الكهربائي من السيارات الكهربائية والإلكترونيات المحمولة" (ملف PDF) . galaxycapitalcorp.com. 20 يوليو 2011. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 4 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 15 فبراير 2013 .
  66. ↑ غير معروف (29 يناير 2018). "تقنية فنية - الجرافيت كوسيط" . سيباريس .
  67. ↑ "الوحدة 6: الوسائط للفن ثنائي الأبعاد" (ملف PDF) . Saylor.org. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 9 أغسطس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 أبريل 2012 .
  68. ↑ "أهم 5 نصائح لزيادة سرعة سيارتك في سباقات بينوود ديربي" . شركة إس آند دبليو كرافتس للتصنيع . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 يوليو 2022 .
  69. ↑ اللون/المظهر الحقيقي لألوان "الجرافيت" أو "سموك بوكس" . List.nwhs.org. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-04-2013.
  70. ↑ إيمري، نيكولاس؛ هيرولد، كلير؛ ماريشيه، جان فرانسوا؛ لاغرانج، فيليب (2008). "تخليق وخواص الموصلية الفائقة لـ CaC6 " . مجلة العلوم والتكنولوجيا للمواد المتقدمة ، 9 (4) 044102. Bibcode : 2008STAdM...9d4102E . doi : 10.1088 / 1468-6996/9/4/044102 . PMC 5099629. PMID 27878015 .  
  71. ↑ "ملخصات السلع المعدنية 2020" (ملف PDF) . المركز الوطني لمعلومات المعادن . هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 9 فبراير 2017.
  72. ↑ "العجيبة 5: مناجم الجرافيت - مدينة بوم" . 24 مارس 2015.
  73. ↑ جيريمي لو (16 مايو 2018). "شركة ويست ووتر ريسورسز تستحوذ على شركة ألاباما جرافيت" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 فبراير 2020 .
  74. ↑ "دليل مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها - المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية المختصر للمخاطر الكيميائية - الجرافيت (الطبيعي)" . www.cdc.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 نوفمبر 2015 .
  75. ↑ أتشيسون، إي جي "صناعة الجرافيت"، براءة اختراع أمريكية رقم 568323 ، صدرت في 29 سبتمبر 1896.
  76. ↑ كاتو، توموفومي؛ يامادا، ياسوهيرو؛ نيشيكاوا، ياسوشي؛ إيشيكاوا، هيروكي؛ ساتو، ساتوشي (يونيو 2021). "آليات الكربنة في البولي إيميد: منهجية لتحليل المواد الكربونية المحتوية على النيتروجين والأكسجين والخماسيات والسباعيات". الكربون . 178 : 58-80 . Bibcode : 2021Carbo.178...58K . doi : 10.1016/j.carbon.2021.02.090 .
  77. ↑ كاتو، توموفومي؛ يامادا، ياسوهيرو؛ نيشيكاوا، ياسوشي؛ أوتومو، توشيا؛ ساتو، هاياتو؛ ساتو، ساتوشي (أكتوبر 2021). "أصول قمم النيتروجين الجرافيتي والبيرولي في أطياف الأشعة السينية الكهروضوئية N1s للمواد الكربونية: نيتروجين رباعي، أم أمين ثالثي، أم أمين ثانوي؟". مجلة علوم المواد . 56 (28): 15798-15811 . Bibcode : 2021JMatS..5615798K . doi : 10.1007/s10853-021-06283-5 .
  78. ↑ لابشين، روستيسلاف ف. (1 سبتمبر 1998). "المعايرة الجانبية التلقائية لماسحات المجهر النفقي". مراجعة الأدوات العلمية . 69 (9): 3268-3276 . رمز Bibcode : 1998RScI...69.3268L . doi : 10.1063/1.1149091 .
  79. ↑ لابشين، روستيسلاف ف. (مارس 2019). "معايرة موزعة غير حساسة للانحراف لماسح مجهر المسبار في نطاق النانومتر: الوضع الحقيقي". العلوم التطبيقية للأسطح . 470 : 1122-1129 . arXiv : 1501.06679 . Bibcode : 2019ApSS..470.1122L . doi : 10.1016/j.apsusc.2018.10.149 .
  80. ↑ بيرسون، هيو أو. (1993). دليل الكربون والجرافيت والماس والفوليرين: الخصائص والمعالجة والتطبيقات . منشورات نويز. ISBN 0-8155-1339-9. OL 8048799M . 
  81. ↑ أبريغو-مارتينيز، خوان كارلوس؛ وانغ، يولينغ؛ فانبين، فيكتور؛ رويه، ليونيل (2023-06-05). "من نفايات الجرافيت الدقيقة إلى مادة الأنود المعاد تدويرها لبطاريات الليثيوم أيون" . الكربون . 209 118004. Bibcode : 2023Carbo.20918004A . doi : 10.1016/j.carbon.2023.118004 . ISSN 0008-6223 . 
  82. ↑ واينبرغ، ألفين م. (1994). العصر النووي الأول . نيويورك، نيويورك: المعهد الأمريكي للفيزياء. الشكل 11. ISBN 978-1-56396-358-2.
  83. ↑ كوبر، جيف. ما هي أفضل مادة لمضرب التنس؟ مؤرشف بتاريخ 7 يوليو 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine ). tennis.about.com
  84. ↑ يوركويتش، كاتي. "حماية مصادم الهادرونات الكبير من نفسه" (ملف PDF) . مجلة التناظر . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 10-09-2015.
  85. ↑ شركة أولميك للمواد المتقدمة (2019). "كيف يُستخدم الجرافيت في صناعات الزجاج والألياف الزجاجية" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يناير 2019 .
  86. ↑ "كسر القالب" . زيوت التشحيم والشحوم . 18-10-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-01-2025 .
  87. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ المنظمة العالمية للملكية الفكرية. (٢٠٢٣). "تقرير المشهد العام لبراءات الاختراع - الجرافيت وتطبيقاته" . www.wipo.int . تقارير المشهد العام لبراءات الاختراع. المنظمة العالمية للملكية الفكرية . doi : 10.34667/tind.47589 . تاريخ الاسترجاع: ١٣ نوفمبر ٢٠٢٣ .

للمزيد من القراءة

  • ليبسون، هـ.؛ ستوكس، أ. ر. (1942). "بنية جديدة للكربون" . مجلة نيتشر . 149 (3777): 328. رمز Bibcode : 1942Natur.149Q.328L . doi : 10.1038/149328a0 . S2CID 36502694 . 
  • سي. مايكل هوجان؛ مارك بابينو؛ وآخرون  . (18 ديسمبر 1989). المرحلة الأولى من التقييم البيئي للموقع ، مصنع أسبري للجرافيت، 2426-2500 شارع كيركهام، أوكلاند، كاليفورنيا، تقرير إيرث ميتريكس 10292.001 (تقرير).
  • كلاين، كورنيليس؛ كورنيليوس س. هورلبوت الابن (1985). دليل علم المعادن: نقلاً عن دانا (  الطبعة العشرون). وايلي. ISBN 978-0-471-80580-9.
  • تايلور، هارولد أ. (2000). الجرافيت . تقارير فايننشال تايمز التنفيذية للسلع. لندن: منشورات مجلة التعدين. ISBN 978-1-84083-332-4.
  • تايلور، هارولد أ. (2005). الجرافيت . المعادن والصخور الصناعية (  الطبعة السابعة). ليتلتون، كولورادو: جمعية مهندسي التعدين (AIME). رقم ISBN 978-0-87335-233-8.