Del Grafito al Grafeno: desde el lápiz y Metalurgia A las Baterías de Autos Eléctricos


Estructura del Grafeno

Imagen : Estructura del Grafeno.

El carbón: El origen de todo…

Partimos del carbono en su forma mas conocida: el carbón, este ha sido utilizado por los humanos desde hace 40.000 y 10.000 a.C. en las pinturas rupestres, usado pasta de carbón y otras tierras, eran maceradas y mezcladas con saliva o grasas, lo que servía para dejar las impresiones en las porosas paredes de las cuevas.

Con los avances de la ciencia, en especial de la química se ha podido desentrañar las composiciones de los elementos, de los minerales, sustancias y demás materiales que se encuentran en la naturaleza ( y las que no).  El grafito hallado en su estado natural, al principio fue confundido con un “tipo de plomo” aunque más tarde se comprobó, que es sin embargo, un tipo de carbón, cuyo uso ya  ha trascendido en  usos particulares e importantes en nuestra sociedad en los últimos siglos. Una pieza importante, como lo es también el carbón, del engranaje que ha moldeado el mundo moderno.

Uso del grafito en la industria

Grafito

El grafito es un tipo de carbono, alótropo cristalino, en su forma más estable y en condiciones estándar, ubicado molecularmente entre el carbón y los diamantes.

Estructura molecular

Posee una estructura molecular en capas llamas grafeno, constituidas en redes hexagonales (forma alfa) o romboédricas (forma Beta), con separaciones de 0.142nm, unidos en enlaces covalentes en tres de los cuatro enlaces posibles dejando un electrón de valencia libre o descolocado (fenómeno llamado aromaticidad), para migrar en el plano, haciendo al grafito eléctricamente conductor pero no siendo esto así en la dirección perpendicular al plano que forma la estructura. Estos planos están separados a 0.335nm, unidos en enlaces de  Van der Waals  y que se deslizan entre sí como si fueran capas que se deshojaran, pues estos enlaces entre capas son más débiles, lo que describe como anisotropía: las propiedades del plano horizontal son diferentes al perpendicular., lo que hace por lo tanto que funcione bien como un no metal (lubricante en altas y bajas temperaturas), aunque también posee propiedades de metales (flexibilidad y buen conductor térmico y eléctrico).

Propiedades químicas y Mecánicas

  • Es insoluble en alcalisis, en ácidos puros o diluidos y en cloro caliente.
  • Es inhibidor de la corrosión, químicamente inerte y antimagnético.
  • Su peso especifico aparente es 1.9, du dureza 0.5/1 Mohs.

Propiedades Térmicas, Acústicas y Eléctricas.

  • Las propiedades son igualmente altamente anisotropicas , ya que los fonones  (vibración de las partículas en cristales, estudiadas en transmisión de calor y sonidos) se propagan rápidamente a lo largo de los planos pero son más lentos al viajar de u plano a otro.
  • La forma alfa y beta se apilan de forma diferentes, siendo el alfa más plana y ajustada. La forma alfa puede convertirse en Beta por tratamiento mecánico y la beta se revierte a alfa si es calentada por encima de 1300ºC. No funde a presión atmosférica, aunque sublima a 3750ºC, y su punto de fusión ocurre a los 3927 ºC
  • La alta estabilidad térmica y conductividad eléctrica y térmica, permiten un uso generalizado en electrodos y refractarios en el procesamiento de materiales a altas temperaturas. Como conductor eléctrico es utilizado en electrodos de lámpara de arco.
  • En atmosferas que contienen O2  y con temperaturas de 700ºC y superiores el grafito se oxida (arde) rápidamente y forma CO2 . El grafito por debajo de 600°C no se combina con oxigeno (es incombustible). Soporta hasta 3000°C en atmosfera inerte. Materiales basados e carbón amorfo como el lignito, hulla, petróleo y brea, coque de petróleo, se grafitizan (grafito policristalino) calentándolo a estas temperaturas (2600-2800°C) en ausencia de oxigeno, a las cuales los átomos de carbono se disponen en grafito.

Corrosión Galvánica

Una de las limitaciones del uso del grafito es que debido a la conductividad eléctrica induce la corrosión galvánica entre diferentes metales y corrosión por picadura en algunos aceros inoxidables.

A.-El grafito natural

El grafito natural y cristalino no es usado en su forma pura en materiales estructurales debido a sus planos en cizalladura , por su fragilidad y propiedades mecánicas inconsistentes

El grafito natural se usa (al año  2017) principalmente para:

  • Fabricación de acero (…)52%
  • Fundición (material Refractarios de hornos, hornos, metalurgia, Revestimiento de crisoles de fundición) 14%
  • Baterías (pilas, ánodos de baterías de litio) 8%
  • Productos de fricción (forros de frenos, …) 5%
  • Lubricantes 5% (lubricantes sólidos)
  • Recarburacion 4%
  • Lápices 4%
  • Piezas de Grafito 1%
  • Otros 7% (Barras de control-Plantas Nucleares, Diamantes sintéticos, grafeno, Termoquímica: define el calor de la forma estándar de formación de compuestos de carbón…)

Según el USGS de los Estados Unidos ,

En consumo de grafito natural:

Producción de polvo y desecho de grafito sintético 95,000 toneladas 2001
consumo de electrodos de grafito 197,000 toneladas 2005
Siderurgia 10,500 toneladas 2005
forros de frenos 6.510 toneladas 2005
Revestimientos de fundición y lubricantes 2.200 toneladas 2005
Grafito expandido 7.500 toneladas. 2005
Consumo de Grafito Natural 42.400 2005
materiales refractarios 12.500 toneladas 2010.
Lápices 7% de los 1,1 millones de toneladas 2011

En consumo de grafito sintético

Producción grafito sintético 209.000 TM ($846MM) 2005
Importación de Grafito sintético 51.400 2005
Consumo de Grafito sintético 226.000 TM 2005
Exportación de Grafito sintético 34.100 2005

El suministro del carbono por los proveedores es muy competitivo y, por lo tanto, está sujeto a los precios despiadados de alternativas como el polvo de grafito sintético, el coque de petróleo y otras formas de carbono.

Una estimación basada en las estadísticas de consumo de grafito de USGS US indica que se usaron 10,500 toneladas de esta manera en 2005.

Fabricación de acero (Siderurgia)

El grafito natural se destina principalmente a la producción de carbono en el acero fundido. Se agrega un material que puede ser el grafito para que actúe como elevador de carbono para aumentar el contenido de carbono del acero al nivel especificado. El polvo de grafito sintético y el coque de petróleo en polvo también se pueden usar como carbón.

Electrodos:

En los hornos de arco eléctrico, (que son la gran mayoría de los hornos de acero). Los electrodos de grafito transportan la electricidad que derrite la chatarra y el acero, y en ocasiones el hierro de reducción directa (DRI).

Los electrodos están hechos de coque de petróleo después de que se mezcla con alquitrán de hulla. Luego se extruyen y se moldean, se hornean para carbonizar el aglutinante (brea), y finalmente se grafitizan calentándolo a temperaturas cercanas a 3000°C (2600-2800°C), a los cuales los átomos de carbono se disponen en grafito. Pueden variar en tamaño hasta 11 pies de largo (3.25m) y 30 pulgadas de diámetro (0.762m). Una proporción creciente de acero global se fabrica usando hornos de arco eléctrico, y el horno de arco eléctrico en sí mismo se está volviendo más eficiente, produciendo más acero por tonelada de electrodo.

La fundición electrolítica de aluminio también usa electrodos de carbono grafítico. En una escala mucho más pequeña, los electrodos de grafito sintético se utilizan en el mecanizado de descarga eléctrica (EDM), comúnmente para hacer moldes de inyección para plásticos.

Refractarios:

Refractarios de hornos:

  • crisoles (‘crucibles’ en Ingles): son refractarios usados desde antes de los años 1900, usados para fundir metales distintos al hierro. En principio usaban grafito en escamas muy grande y ladrillos de carbono y magnesita que no requieren grafito en escamas tan grande.
  • ladrillos monolíticos (mezclas prensadas y pisadas), los de alta pureza a menudo se usan como revestimiento de horno continuo en lugar de ladrillos de carbono y magnesita.
  • ladrillo de carbono-magnesita, desde mediados de la década de 1980, proceden principalmente de China, se usa en líneas de convertidores de acero y hornos de arco eléctrico para soportar temperaturas extremas. Se usan en partes de revestimientos de Altos Hornos donde la alta conductividad térmica del grafito es crítica.
  • Formas de alúmina-grafito, sucede al uso del Carbono –Magnesita. Usadas como piezas de colada continua, como boquillas y canales, para transportar el acero fundido de la cuchara al molde

Esta industria tuvo una crisis entre 2000-2003 en EE. UU. y Europa.  Con planteas cerradas y capacidades perdidas. En este proceso RHI AG adquirió refractarios Harbison-Walker. gran parte de la capacidad perdida fue para el ladrillo de carbono-magnesita, el consumo de grafito dentro del área de refractarios se movió hacia las formas de alúmina-grafito y los monolíticos.

Casi todos estos refractarios se utilizan en la siderúrgica, (para fabricar acero), representado el 75% del consumo de refractarios; el resto es utilizado e otras industrias, como el cemento.

Fundición

Se usa en fundiciones de Hierro y Acero, en hornos eléctricos de Arco o de Inducción sin núcleo, en hornos básicos de oxigeno o en cubilotes.

Se usa una pintura a base de agua de grafito amorfo o escamas finas para lavados de moldes de fundición de arena con revestimiento. Pintando el interior de un molde con él y dejándolo secar deja una fina capa de grafito que facilitará la separación del objeto fundido después de que el metal caliente se haya enfriado.

En la Fundición , el grafito natural y el sintético pueden  utilizarse además para lubricar los moldes empleados en la extruccion del acero caliente.

Al añadirse grafito natural a las fundiciones de hierro, este se beneficia proporcionándole una notable reducción e velocidad de  enfriamiento y de la dureza superficial del metal, induciendo al ablandamiento del hierro para efectuar trabajos de labrado o maquinado de piezas.

El grafito se usa igualmente para producción de hierro forjado (dulce) siendo este tipo de hierro  el más puro que aparece en la naturaleza.

Recarburizantes.

El grafito es una de las fuentes de carbono o recarburizantes (comúnmente se emplea la chatarra y las ferroaleaciones que contengan alto contenido de carbono o el arrabio que el producto principal del alto horno con muy alto porcentaje de hierro).Su práctica consiste en la recarburizacion siendo esta en la fundición, un paso de la producción  del hierro fundido cuando se utiliza chatarra económica y de baja concentración de carbono, sin embargo estas se usan  cuando la práctica, la economía o las especificaciones lo exigen, por ejemplo aumentando la cantidad de chatarra de acero se puede reducir o bien eliminar el consumo de arrabio.

El carburo de silicio (SiC) es otro ejemplo de recarburizante en la producción de aceros. En la fundición produce un proceso exotérmico aumentando la temperatura, disminuye la aparición de poros, ahorra energía y facilita la distribución del grafito en el colada, en tanto que en su descomposición  el carbono recarbura el hierro, y el silicio induce la desoxidación del metal.

Lubricante:

Los lubricantes de grafito son artículos especiales para usar a temperaturas muy altas o muy bajas, como el lubricante para forjar, un agente antiadherente, un lubricante para engranajes para maquinaria de minería y para lubricar cerraduras. Se prefiere grafito sin gránulos (pureza ultra alta) o bien, grafito de grano bajo.

Se puede usar como un polvo seco, en agua o aceite, o como grafito coloidal (una suspensión permanente en un líquido). Las propiedades lubricantes han sido tratadas de ser explicadas a través de efecto denominado superlubricidad.

El grafito en tanto, en presencia de humedad es corrosivo para el aluminio. Por esta razón fue prohibido como lubricante de aviación por la USAF en aviones de aluminio, así como desalentó su uso en armas automáticas contentivas de aluminio, incluso la escritura sobre aluminio con lápices de grafito puede inducir la corrosión.

El Nitrutro de Boro es también a altas temperaturas un lubricante de constitución molecular hexagonal similar al grafito, por lo que se le conoce como grafito blanco, aunque químicamente no lo es.

Baterías (ánodos de baterías de iones de Litio)

A fines 80’s y principios de 90’s el impulso del uso de dispositivos electrónicos portátiles provoco un crecimiento en la demanda de baterías, principalmente de hidruro de níquel-metal y baterías de iones de litio. El grafito natural y el sintético se usan para construir el ánodo de todas las principales tecnologías de baterías. La batería de iones de litio utiliza aproximadamente el doble de grafito que el carbonato de litio. Por lo que la demanda de grafito también ha aumentado sustancialmente y gradualmente las baterías de los vehículos eléctricos aumentarán la demanda de grafito.

Cantidad de grafito en ánodos de baterías de iones de Litio:

  • Teléfono inteligente: 2grm
  • Computadora portátil: 90grm
  • Vehículo completamente eléctrico: 70kg
  • Vehículo Híbrido: 10kg

Productos de fricción

El grafito natural amorfo y de escamas finas se utiliza en la industria del revestimiento de frenos, en los forros de frenos o zapatas de freno para vehículos más pesados (no automotrices)

Este uso se volvió importante con la necesidad de sustituir el amianto y se ha mantenido asi durante bastante tiempo, aunque  la producción de composiciones orgánicas que no son de amianto “Non-Asbestos Organic” (NAO),  empezó a reducir la cuota de mercado del grafito, generando algunos cierres de plantas.

Lápices:

La mina del lápiz o “plomo” es comúnmente una mezcla de grafito en polvo y arcilla, método inventado por Nicolas-Jacques Conté en 1795. Actualmente los lápices siguen siendo un mercado pequeño pero significativo para el grafito natural. Se usa el grafito amorfo de baja calidad que se obtiene principalmente de China.

Debido a que es carbón, las marcas de grafito no se desvanecen ni reaccionan con el papel, a lo que las marcas de lápiz realmente son para siempre.

Moderador de neutrones (Grafito nuclear)

Las calidades especiales de grafito sintético, como Gilsocarbon, también encuentran uso como matriz y moderador de neutrones dentro de reactores nucleares. Su baja sección transversal de neutrones también lo recomienda para su uso en reactores de fusión propuestos. Debe tenerse cuidado de que el grafito de grado reactor no contenga materiales absorbentes de neutrones como el boro, ampliamente utilizado como electrodo semillas en los sistemas comerciales de deposición de grafito; esto causó la falla de los reactores nucleares basados en grafito de la Segunda Guerra Mundial de los alemanes, donde como no podían aislar la dificultad, se vieron obligados a usar moderadores de agua pesada, mucho más costoso. El grafito utilizado para los reactores nucleares a menudo se denomina grafito nuclear.

Otros usos:

La fibra de grafito (carbono) y los nanotubos de carbono también se usan en plásticos reforzados con fibra de carbono y en materiales compuestos resistentes al calor como carbono-carbono reforzado (RCC). Las estructuras comerciales hechas de compuestos de grafito de fibra de carbono incluyen cañas de pescar, ejes de golf, marcos de bicicletas, paneles de carrocería de automóviles deportivos, el fuselaje del Boeing 787 Dreamliner y tacos de billar y se han empleado con éxito en hormigón armado. Las propiedades mecánicas de la fibra de carbono los compuestos de plástico reforzado con grafito y el hierro fundido gris están fuertemente influenciados por el papel del grafito en estos materiales. En este contexto, el término  (100%) grafito  a menudo se usa de forma vaga para referirse a una mezcla pura de refuerzo de carbono y resina, mientras que el término  compuesto  se usa para materiales compuestos con ingredientes adicionales.  El moderno polvo sin humo está recubierto de grafito para evitar la acumulación de carga estática.  El grafito se ha utilizado en al menos tres materiales absorbentes de radar, como la mezcla con caucho usada por Alemania y codificada como “Sumpf y Schornsteinfeger”, que se usaron en los tubos de los periscopios de submarinos para reducir su sección transversal de radar. También se usó en azulejos en los primeros F-117 Nighthawk (1983) s.

B.-grafito en polvo :

El grafito en polvo es usado en sensores de presión de micrófonos de carbón, en los absorbedores de radiación en las camaras anecoicas, semi-anecoicas y de compatibilidad electromagnética

El grafito y grafito en polvo tienen la propiedad e lubricación automática y lubricante en seco. Esta propiedad es además de la característica interlaminar flexible, obedece también a que en entornos de vacio debido a las condiciones hipoxicas (en aplicaciones e tecnologías en el espacio),el grafito se degrada como lubricante, es decir es un mal lubricante.

El polvo de grafito se produce calentando coque de petróleo en polvo por encima de la temperatura de grafitación, a veces con modificaciones menores.

La mayoría de los polvos de grafito sintético se destinan a la extracción de carbono en acero (uso que compite con el grafito natural), y algunos se utilizan en baterías y forros de freno.

C.-Grafito Sintético

El grafito se encuentra en estado natural, sin embargo en 1893 Charle Street  de “le Carbone” descubrió un proceso para elaborar grafito sintético.

Así mismo, poco tiempo después, en 1896 mediante otro proceso fue sintetizado accidentalmente por Edward Goodrich Acheson quien estudiaba el carborundo, donde al sobrecalentarlo a 4150ºC (7500ºF) descubrió que el silicio se vaporizaba, dejando el carbono grafitico, casi puro, de gran utilidad como lubricante. Con ello fundo la Acheson Graphite Co., en 1899, aunque se ha producido comercialmente desde 1897 luego de recibir este la patente.

Grafito expandido:

La elaboración del grafito expandido se efectua sumergiendo grafito en escamas natural en un baño de ácido crómico, luego ácido sulfúrico concentrado, lo que fuerza a los planos de la red cristalina a separarse, expandiendo así el grafito.

El grafito expandido puede usarse para hacer láminas de grafito o usarse directamente como compuesto  caliente  para aislar el metal fundido en un cucharón o lingotes de acero al rojo vivo y disminuir la pérdida de calor, o como contenedores de fuego instalados alrededor de una puerta cortafuegos o en collares de laminas de metal circundante a tuberías de plástico (durante un incendio, el grafito se expande y forma una capa resistente a la penetración y propagación del fuego), o para fabricar material de junta de alto rendimiento para uso a altas temperaturas.

Después de ser fabricado en lámina de grafito, la lámina se maquina y se ensambla en las placas bipolares en celdas de combustible. La lámina se usa en la fábrica en disipadores de calor para computadoras portátiles, lo que los mantiene frescos mientras se ahorra peso, y se fabrica en un laminado de aluminio que se puede usar en empaques de válvula o en empaquetaduras, donde además una representación menor de esta agrupación, está constituida por la aplicación del grafito de escamas finas en aceites o grasas para usos que requieren resistencia al calor, usadas así como empaquetaduras de estilo antiguo. Una estimación GAN (Generalized Activity network) del consumo actual de grafito natural de los Estados Unidos sugiere que el uso final es de 7.500 toneladas.

Grafito intercalado:

El grafito forma compuestos de intercalación con algunos metales y moléculas pequeñas. En estos compuestos, la molécula o átomo huésped se  intercala  entre las capas de grafito, dando como resultado un tipo de compuestos con estequiometría variable. Un ejemplo destacado de un compuesto de intercalación es el grafito de potasio, indicado por la fórmula KC8. Los compuestos de intercalación de grafito son superconductores.

La temperatura de transición más alta (en junio de 2009) Tc = 11.5 K se alcanza en CaC6, y aumenta aún más bajo presión aplicada (15.1 K a 8 GPa)

Grafeno

El grafeno se produce naturalmente en el grafito puesto que es el constituyente de cada una de sus capas o  escamas, aunque se ha logrado producirlo a escala de laboratorio, el proceso de producción en gran escala requiere de mayores avances y desarrollo.

En su fabricación se parte de una lamina de carbono, con la que se prepara la deposición de carbono puro sobre una matriz dentro de un horno en presencia de argón para eliminar el oxigeno del aire, a esta deposición en forma de hoja se le añade una capa de plástico y de hace girar a 3000rev/min. Luego la lámina se descompone mediantes procesos químicos eliminando minerales como el cobre. La lámina se sitúa sobre una placa e silicio y se le aplica ráfagas de plomo (Pb) y oro (Au). Otra forma común de producción de grafeno en los laboratorios es mediante un limpiador ultrasónico.

La comercialización del Grafeno es en forma de grano (polvo) o en láminas. También existe la forma comercial de oxido de grafeno (GO), obtenida por la oxidación y exfoliación del grafito.

Posee propiedades físicas únicas. Su espesor es el de un átomo de carbón por lo que pesara 0.77mg  por cada m^2, con una densidad cercana a la de la fibra de carbono siendo 5 veces más ligero que el aluminio.

Debido a su constitución molecular es transparente a la vista y es una de las sustancias más fuertes conocidas siendo 100 veces más fuerte que el acero.

Tiene aplicaciones en creación de baterías de vehículos eléctricos, sensores de contaminación atmosférica, del agua y productos químicos peligrosos, sensores OLED, circuitos y celdas solares, hay investigaciones combinándolo con las proteínas porfirinas que en la fotosíntesis transportan el oxigeno y como contactos con las neuronas individuales.

Por su descubrimiento Andre Geim y Kostantin Novoselov de la Universidad de Manchester recibieron el nobel de física en 2010, en Europa dos proyectos Human Brain Project (HBP) que estudia el cerebro y el  Graphene  Flagship que estudia el grafeno fueron financiados en 2013 con 1000MM de Euros C/u.

La producción de grafeno en el 2017 se estima en lo siguiente:

  • Europa occidental 39 productores: España, Inglaterra, Alemania
  • Asia: China 33 productores, India, Corea, Singapur, Japón
  • América: EEUU: 30 productores, Canadá

Grafito pirolítico

Se presenta cuando los planos están unidos por una gran cantidad de defectos cristalográficos, perdiendo las propiedades de lubricación, a la vez que es altamente anisotrópico y diamagnético, por lo que flotara en presencia de un fuerte campo magnético.

El Grafito pirolítico altamente ordenado (HOPG): se refiere a aquel cuya dispersión entre láminas es menor de 1º. Es una forma sintética de mayor calidad usada particularmente como estándar de longitud en la calibración del escáner del microscopio de sonda de barrido.

El carbono pirolítico es un material diferente al grafito pirolitico, el cual  poseyendo un enlace covalente entre laminas,  se produce por la pirolisis (descomposición térmica) de hidrocarburos gaseosos (propano, acetileno, metano, propileno) como un lecho fluidozado en ambiente epoxico (libre de oxigeno), a 1000-1300ºC donde su vuelve isotrópico tusbostratico y no es diamagnetico. Es usado en dispositivos que entran en contacto con la sangre como válvulas cardiacas mecánicas u otras próstesis biomédicas, y aplicaciones de altas temperaturas (conos de misiles, motores de cohetes, escudos de calor, hornos de laboratorios, plásticos reforzados en grafito, mantas en partículas de combustible nuclear)

Minería de Grafito:

El grafito se extrae tanto a cielo abierto como a métodos subterráneos. El grafito generalmente necesita beneficio (Clasificacion, molienda, flotación, separación…) . Esto puede llevarse a cabo mediante la selección manual de las piezas de ganga (roca) y el cribado a mano del producto o mediante la trituración de la roca y la flotación del grafito. El beneficio por flotación encuentra la dificultad de que el grafito es muy suave y  marca  (capas) las partículas de ganga. Esto hace que las partículas de ganga  marcadas  floten con el grafito, produciendo un concentrado impuro.

Hay dos maneras de obtener un concentrado o producto comercial:

  • Repetición de molienda y flotación (hasta siete veces) para purificar el concentrado, o
  • Lixiviando ácido (disolviendo) la ganga con ácido fluorhídrico (para una ganga de silicato) o ácido clorhídrico (para una ganga carbonatada).

En la molienda, los productos y concentrados de grafito entrantes se pueden moler antes de clasificarlos (clasificarlos o tamizarlos), conservando cuidadosamente las fracciones de tamaño de copos más gruesas (malla inferior a 8, malla 8-20, malla 20-50) y luego el contenido de carbono están determinadas. Algunas mezclas estándar se pueden preparar a partir de las diferentes fracciones, cada una con cierta distribución de tamaños de copos y contenido de carbono.

También se pueden realizar mezclas personalizadas para clientes individuales que desean una determinada distribución de tamaños de escamas y contenido de carbono. Si el tamaño de las escamas no es importante, el concentrado se puede moler más libremente. Los productos finales típicos incluyen un polvo fino para usar como lechada en la extracción de petróleo y revestimientos para moldes de fundición, y en la industria siderúrgica.

Impactos ambientales

 Los impactos ambientales de los molinos de grafito consisten en la contaminación del aire, incluida la exposición a partículas finas de los trabajadores y también la contaminación del suelo por derrames de polvo que conducen a la contaminación del suelo por metales pesados.

Reciclaje del grafito

La forma más común de reciclar el grafito proviene de la chatarra o desecho de grafito en la etapa de fabricación de  los electrodos de grafito sintético y  se obtiene de las piezas que son cortadas,  o bien de las virutas del torno que son descartadas  o   del sobrante  inutilizable después de que  el electrodo se utiliza hasta el portaelectrodo, en este caso un nuevo electrodo reemplaza al anterior, pero queda una pieza considerable del antiguo electrodo. Este material es generalmente triturado y dimensionado, y el polvo de grafito resultante se usa principalmente para elevar el contenido de carbono del acero fundido.

Los refractarios que contienen grafito a veces también se reciclan, pero a menudo no, debido a su bajo contenido de grafito: los artículos de mayor volumen, como los ladrillos de carbono y magnesita que contienen solo 15-25% de grafito, generalmente contienen muy poco grafito. Sin embargo, algunos ladrillos de carbono-magnesita reciclados se utilizan como base para los materiales de reparación de hornos, y también se usa ladrillo triturado de carbono-magnesita en los acondicionadores de escoria.

Por otro lado los crisoles tienen un alto contenido de grafito, sin embargo el volumen de crisoles utilizados y luego reciclados es muy pequeño.

Un producto de grafito en escamas de alta calidad que se asemeja mucho al grafito en escamas natural se puede hacer de acero kish. Kish es un desecho de gran volumen, casi fundido, desnatado del suministro de hierro fundido a un horno de oxígeno básico, y consiste en una mezcla de grafito (precipitado del hierro sobresaturado), escoria rica en cal y algo de hierro. El hierro se recicla en el sitio, dejando una mezcla de grafito y escoria.

El mejor proceso de recuperación utiliza la clasificación hidráulica (que utiliza un flujo de agua para separar minerales por gravedad específica: el grafito es liviano y se instala casi al final) para obtener un 70% de concentrado bruto de grafito. La lixiviación de este concentrado con ácido clorhídrico da un producto de grafito al 95% con un tamaño de copos que varía desde 10 de malla hacia abajo.

Consumo actual 1Millon TM anual

  • Aumento de demanda en 4% en años próximos
  • Principales productores (2016) China 67%, India , Brasil,

Tipos de yacimientos

Grafito  cristalino en escamas: partículas en forma de granos planos aislados y escamosos, con bordes hexagonales, si los bordes están rotos suelen ser angulares o irregulares. Se encuentra diseminado en rocas metasedimentarias, corresponde a la mayor parte de la producción mundial. Se presentan en estrechas secuencias de rocas mineralizadas con leyes o constitución de carbono variable entre 8% a 15%, en algunas partes de los yacimientos puede llegar a 60%.

Grafito amorfo: (microcristalino) tipo de grafito  cristalino en escamas muy fino. En un principio restringido a refractarios de gama baja. Usado en pinturas a base de agua de grafito, como revestimientos de fundición. Aparece en forma de partículas o impurezas como granos pequeños, lo que dificulta la separación y explotación industrial, su ley o constitución de carbono varia de 30% a 95%, en la mayoría de los casos 80%.

Grafito a granel o venoso: (en filones) hallado en venas o fracturas de fisuras de pocos milímetros hasta 3m de espesor que s extienden cientos de metros con leyes de 40% a 90% en la composición de carbono, como intercrecimientos platinos masivos de agregados aciculares o cristalinos fibrosos, posiblemente de origen hidrotermal.

Alotrópica Cristalina: sustancia frieble: usados en la fabricación de lápices

Principales Yacimientos:

  • Mozambique (Montupuez)(2018) 3.64M TM-50.000TMA durante 30 años. Cristalino en escamas
  • India (Orissa), Cristalino en escamas
  • Ski Lanka (Wanni) Grafito en filones (único yacimiento de este tipo)
  • México (Sonora) de Granito Microcristalino
  • Rusia (Siberia) esquisto de Granito Microcristalino
  • Madagascar Cristalino en escamas
  • China (鸡四-Jisi de Granito Microcristalino, Cristalino en escamas)
  • Península de Corea
  • Brasil Cristalino en escamas
  • Canadá Cristalino en escamas
  • España (Toledo)

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