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Grafito

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El grafito es una formación natural de carbono cristalino. Es un mineral de elemento nativo que se encuentra en rocas metamórficas e ígneas. Es un mineral de extremos. Es extremadamente suave, corta con una presión muy ligera y tiene una gravedad específica muy baja. Por el contrario, es extremadamente resistente al calor y casi inerte en contacto con casi cualquier otro material. Estas propiedades extremas le dan una amplia gama de usos en metalurgia y fabricación.

Características generales

El grafito es un mineral bastante común, pero los cristales finos son raros. La mayoría de las áreas de minería de grafito producen enormes cantidades de una o varias vetas grandes de grafito , pero no suelen encontrarse muestras de colectores en buenos cristales.

Debe prestarse mucha atención a las muestras de grafito, especialmente los cristales delgados, que son frágiles. Puede ser difícil lavar los cristales, ya que se desprenden fácilmente y se arruinan. El grafito también manchará su superficie y se desgastará si se mueve demasiado. También mancha la mano cuando se maneja, y manchará una etiqueta o caja de cartón si se almacena en una.

En ausencia de oxígeno,  resiste muy bien la acción del calor. Asimismo, resiste la acción de las bases y de los ácidos no oxidantes, pero reacciona muy fácilmente con los ácidos oxidantes para dar lugar a la formación de compuestos interlaminares que contienen oxígeno e hidrógeno. La composición ideal límite
podría responder a la fórmula C20. Este compuesto interlaminar recibe el nombre de óxido grafítico. El tratamiento del grafito con flúor, a una temperatura de unos 500°C, da lugar a la formación de un compuesto interlaminar que responde a la fórmula (CF)n.

Variedades

Grafito natural

El grafito natural se clasifica en cristalino (escamoso y veta) y amorfo (microcristalino).

Cristalino

Escamoso
  • Se encuentra en forma de láminas planas de aspecto escamoso
  •  Cada una de las láminas están separadas, cristalizadas en las rocas metamórficas como el mármol, neis, esquisto, cuarzo, cuarcita con feldespato o mica.
  • Las láminas tienen un aspecto grasoso y sus dimensiones son variables
  • De un depósito a otro se pueden encontrar variaciones en dureza, grosor, densidad y forma
  • Los depósitos comerciales importantes se presentan en capas o lentes
Veta
  • Se localiza en forma de vetas hidrotermales o en forma de acumulaciones a lo largo de las superficies de contacto entre pegmatitas y calizas.
  • Comercialmente se separan de acuerdo a su tamaño
  • Las vetas varían en dimensión desde unos cuantos milímetros a más de 2 metros
  • Las impurezas que se presentan como granos en el grafito consisten de feldespato, cuarzo, mica, zircón, rutilo y apatito

Amorfo

  • Se encuentra en forma de partículas microcristalinas más o menos uniformemente distribuidas en rocas
    metamórficas suaves como pizarras y filitas
  • Esta variedad tiene una apariencia terrosa, negra y suave
  • El producto comercial contiene entre 50 y 94% de grafito
  • Se han formado por metamorfismo

¿Para qué se usa el grafito?

Gran parte del grafito extraído comercialmente se utiliza para rellenos de lápices. El relleno de “plomo” en lápices está compuesto de hecho por una mezcla de grafito y arcilla. Tiene muchos usos eléctricos, principalmente porque es el único no metal común que es un buen conductor de electricidad. A continuación una breve explicación de sus usos.

Grafito natural

Refractarios
En la producción de ladrillos de magnesita-grafito se requiere de grafito de alta calidad (90-99% C) en granos gruesos, con buena resistencia a la oxidación y alta resistencia a la corrosión, los cuales se usan en hornos de arco eléctrico. En refractarios de magnesita-grafito para refinar y mejorar los aceros en hornos-olla
en los que se requiere de mayor resistencia a la temperatura y la corrosión. En refractarios de alúmina-grafito para la colada continua. El grafito da propiedades de resistencia al impacto térmico y a la corrosión de los refractarios de alúmina.

Los canales que conducen metal fundido de la olla a la colada, se construyen de alúmina-grafito. En el área de control de salida del acero se utilizan compuertas de alúmina-grafito para manejar el flujo de metal. En la manufactura de crisoles. Al mezclar grafito con otros materiales como arcillas refractarias, arena, talco y mica
se genera un acabado muy fino a la superficie de los moldes evitando que los metales se adhieran a las paredes de los moldes, facilita la remoción de la colada al enfriarse el molde y reduce costos de maquinado y terminado de productos. En la carburización del acero. Se utiliza como agente aislante en las coladas de acero.

Revestimiento

Como recubrimiento de tubos de televisión, de substancias explosivas, de fundición del fierro y acero; el grafito mezclado con arcillas es aplicado como delgado revestimiento para limpiar y liberar fácilmente el molde de los vaciados metálicos y en recubrimientos para frenos y clutch. En la fabricación de balatas y el fortalecimiento de metales.

Material eléctrico

Su calidad de autolubricación lo hace ideal en la fabricación de conductores en motores eléctricos y otros equipos eléctricos para aviones y submarinos, así como en la elaboración de cepillos de carbón para motores eléctricos y electrodos. Insertando átomos de calcio entre las láminas de la estructura hexagonal del grafito se obtiene un material (CaC6) que es superconductor. El nuevo material se torna superconductor a 11.5 °K. El CaC6 es un ejemplo de compuesto de grafito intercalado, una nueva clase de materiales electrónicos que consisten en intercalar átomos extraños como calcio, sodio o potasio entre las capas del grafito.

El grafito es un semimetal y esto implica que los electrones donados o adquiridos por el átomo extraño alteran sus propiedades eléctricas transformándolo, bajo este punto de vista, en un metal. Para fabricar el nuevo superconductor se utiliza grafito pirolítico calentado a 350°C junto con una aleación fundida de litio-calcio en una atmósfera de argón.

Generación de electricidad

En la fabricación de baterías secas, el grafito se adhiere al dióxido de manganeso para dar una mejor conductividad y funciona como material absorbente.

Tradicionalmente se ha usado en baterías secas de zinc-carbono, pero también en el uso de baterías recargables y alcalinas, estas últimas requieren de alto contenido de carbono.

Productos químicos

En la manufactura de empaques especiales; como ingrediente en la fabricación de caucho, explosivos y pulimentos. En la elaboración de fibras y municiones. En forma de polvos se emplea en lubricantes, recubrimientos y conductores.

Automotriz

En la sinterización se mezcla grafito de alta pureza con polvos de metal para obtener fórmulas específicas usadas en la industria automotriz. Por rechazo ecológico del asbesto, el grafito lo reemplaza en la producción de balatas.

También es usado en la producción de escobillas para motores. En esta industria, en la sinterización se mezcla grafito de alta pureza con polvos metálicos para obtener formas específicas usadas en la industria automotriz (cuando se absorbe carbón se refuerzan los metales) y como rellenador de juntas y cojinetes.

Pinturas

Como componente en la elaboración de pinturas y pigmentos. En la elaboración de pinturas para proteger superficies metálicas y pinturas antiestáticas de suelos.

Lubricantes

Como lubricante ya que se adhiere a la superficie metálica rellenando los poros. Puntillas para lápices
En la elaboración de puntillas para lápices.

Puntillas para lápices

En la elaboración de puntillas para lápices.

Grafito sintético

Electrodos

En la producción de acero y hornos de arco eléctrico, en el proceso de aluminio Hall-Héroult, hornos de carburo, hornos de reducción para fósforo y sílice.

Producción de acero

Para aumentar el contenido de carbón en el acero.

Fundición

Vaciado, sinterización, lingoteo, moldes de fierro fundido y crisoles.

Industria química

En la manufactura de plantas químicas (intercambiadores de calor, torres, bombas, tubería). En la actualidad se emplean grandes cantidades de grafito ultrapuro como moderador de los neutrones con el fin de reducir la acción de los neutrones del uranio en reactores nucleares.

Industria aeroespacial

Toberas de cohetes, narices cónicas, aspas de control, tubos de explosión y como aislante térmico.

Fibra de grafito

En la manufactura de raquetas, cañas de pescar, poste para salto de garrocha y esquís.

Usos del grafito natural y sintético
Usos del grafito natural y sintético

Proceso de obtención

Extracción

En México la extracción se realiza en forma subterránea y a cielo abierto aplicando el plan de minado diseñado y posteriormente se acarrea el mineral a la planta de trituración. En esta etapa puede llevarse a cabo una trituración primaria del mineral.

Trituración

Es una operación que generalmente se realiza en dos o tres etapas. La trituración secundaria se realiza con el fin de reducir aun más el tamaño del grano del mineral que proviene de la trituración primaria. La trituración puede ser un circuito abierto o cerrado, dependiendo del tamaño del producto.

Secado

El secado se realiza para remover la humedad, mecánicamente por medio de un secador horizontal, cuando no se tiene este equipo se realiza en patios a través del calor del sol, en este caso, el grafito se extiende en el suelo secándose primero la parte superior y con rastras se le va dando de vueltas para secar la parte que al principio quedó abajo. Este proceso se realiza en el grafito amorfo.  Posteriormente, pasa al proceso de clasificación.

Molienda

La molienda es el proceso donde el tamaño de las partículas se reduce más que en la etapa anterior por una combinación de mecanismos de quebrado de impacto y abrasión ya sea en seco o en suspensión de agua, generalmente se realiza en húmedo. La molienda es la operación que requiere mayor consumo de energía dentro del proceso de los minerales. Este proceso se aplica a grafito cristalino, y al amorfo cuando lo requiera el cliente. En el caso de grafito cristalino, después de la molienda pasa al proceso de flotación.

Flotación

Proceso que permite la separación de impurezas del grafito y se realiza a través de la columna y celdas de flotación para obtener una mejor recuperación e incremento del contenido de carbono en el concentrado.

Clasificación

Es un proceso de mezcla de minerales en dos o más productos teniendo como base la velocidad con que caen los granos a través de un medio fluido. La aplicación en húmedo se lleva a cabo en partículas minerales que se consideran demasiado finas para ser separadas eficientemente por cribado.

Tolvas para el producto

Después de su clasificación, el producto es enviado a tolvas especiales de acuerdo a su tamaño, del cual puede existir una amplia variedad.

Empaque

Los productos de grafito varían en tamaño y contenidos de carbón. El empaque se realiza en bolsas o sacos sobre una plataforma de acarreo y a granel en tolva cerrada.

Embarque

Posteriormente a su empaque, el grafito es llevado a través de bandas transportadoras hasta el medio de transporte que lo llevará al cliente.

Control de calidad

Las técnicas de proceso de control computarizadas guían cada etapa del proceso de manufactura asegurando la calidad y la consistencia, lo cual proporciona confiabilidad a largo plazo a los clientes. Este proceso se realiza principalmente después de las siguientes etapas: molienda, clasificación y empaque.

Proceso de grafito sintético

El grafito sintético es un producto manufacturado hecho por el tratamiento a alta temperatura de los materiales amorfos del carbón. En los Estados Unidos, la materia de base primaria usada para hacer el grafito sintético es coque de petróleo  calcinado y alquitrán de carbón, que se componen de formas de carbón altamente “grafitizable”.

El proceso de fabricación consiste en varias mezclas, moldeado y operaciones de horneado seguidas de tratamiento térmico a temperaturas entre 2500°C y 3000°C. La temperatura de tratamiento térmico se requiere para conducir la transformación de fase sólido/sólido carbón amorfo a grafito.

La morfología de la mayoría del grafito sintético varía de hojuelas en polvos finos a granos irregulares y agujas en productos más gruesos.

Durante el proceso de concentración las impurezas contenidas en los carbones precursores se reducen significativamente. Esto ocurre como resultado de la vaporización de alta temperatura de las impurezas volátiles, que en las temperaturas de proceso utilizadas incluye la mayoría de los óxidos de metal, azufre, nitrógeno, hidrógeno y todos los componentes orgánicos que eran parte del coque de petróleo o del alquitrán de carbón.

Como resultado de este tratamiento térmico, virtualmente todos los productos de grafito sintético son de pureza elevada y está disponible en tamaños de partícula a partir de polvos de 2 milímetros a piezas de 2 centímetros. Las purezas son típicamente mayores a 99% de carbono.

¿Dónde se encuentra el grafito?

El grafito es un mineral que se forma cuando el carbono se somete a calor y presión en la corteza terrestre y en el manto superior. Se necesitan presiones en el rango de 75,000 libras por pulgada cuadrada y temperaturas en el rango de 750 grados Celsius para producir grafito. Estos corresponden a las facies metamórficas de granulita.

Grafito del metamorfismo regional (grafito en escamas)

La mayor parte del grafito que se ve hoy en la superficie de la Tierra se formó en límites de placas convergentes donde las lutitas y las calizas ricas en materia orgánica fueron sometidas al calor y la presión del metamorfismo regional. Esto produce mármol, esquisto y gneis que contienen pequeños cristales y escamas de grafito.

Cuando está en concentraciones suficientemente altas, estas rocas pueden extraerse, triturarse hasta un tamaño de partícula que libera las escamas de grafito y procesarse mediante separación por gravedad específica o flotación de espuma para eliminar el grafito de baja densidad. El producto producido se conoce como “grafito en escamas”.

Grafito del metamorfismo de la veta de carbón (grafito “amorfo”)

Algunas formas de grafito del metamorfismo de las vetas de carbón. El material orgánico en el carbón está compuesto principalmente de carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y azufre. El calor del metamorfismo destruye las moléculas orgánicas de carbón, volatilizando el oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y azufre. Lo que queda es un material de carbono casi puro que cristaliza en grafito mineral.

Este grafito ocurre en “vetas” que corresponden a la capa original de carbón. Cuando se extrae, el material se conoce como “grafito amorfo”. La palabra “amorfo” es realmente incorrecta en este uso, ya que tiene una estructura cristalina. De la mina, este material tiene una apariencia similar a los trozos de carbón sin las bandas brillantes y sin brillo.

Grafito del metamorfismo hidrotermal

Se forma una pequeña cantidad de grafito por la reacción de los compuestos de carbono en la roca durante el metamorfismo hidrotermal. Este carbono puede ser movilizado y depositado en vetas en asociación con minerales hidrotermales. Debido a que es precipitado, tiene un alto grado de cristalinidad, y eso lo convierte en un material preferido para muchos usos eléctricos.

Grafito en rocas ígneas y meteoritos

Se sabe que se producen pequeñas cantidades de grafito como mineral primario en rocas ígneas. Se conoce como partículas diminutas en flujos de basalto y sienita. También se sabe que se forma en pegmatita. Algunos meteoritos de hierro contienen pequeñas cantidades de grafito. Estas formaciones en particular, son ocurrencias sin importancia económica.

Ciudades

Aunque el grafito no es particularmente raro, los buenos cristales de grafito son poco comunes. Las localidades mundiales conocidas para Graphite son Pargas, Finlandia; El monte Vesubio, Italia; Borrowdale, Cumbria, Inglaterra; y Mont Saint-Sauveur, Quebec, Canadá. Las colinas Merelani de Arusha, Tanzania, han producido placas de cristal afiladas asociadas con Diopside y granate .

En los EE. UU., Existen extensos depósitos comerciales de grafito en Ticonderoga, Essex Co., Nueva York, y en Clay Co., Alabama. El grafito como copos y placas pequeñas es común en el mármol FranklinBelt, específicamente en Amity, Orange Co., Nueva York, y al otro lado de la frontera estatal en Franklin, Ogdensburg y Sparta, Sussex Co., Nueva Jersey. Las masas de cristal y los platos grandes también provienen de la región de Hudson Highlands, especialmente cerca de Stony Point, Condado de Rockland, Nueva York. También se han encontrado manchas de grafito en la mina French Creek Chester Co., Pennsylvania; en Bisbee, Cochise Co., Arizona; y en Crestmore, Riverside Co., California.

Relación del diamante con el grafito

El grafito y el diamante son las dos formas minerales de carbono. El diamante se forma en el manto bajo presión y calor extremos. La mayor parte del grafito encontrado cerca de la superficie de la Tierra se formó dentro de la corteza a temperaturas y presiones más bajas. El grafito y el diamante comparten la misma composición pero tienen estructuras muy diferentes (casi opuestas).

Los átomos de carbono en el grafito están unidos en una red hexagonal que forma láminas de un átomo de espesor. Estas láminas están mal conectadas y se pueden cortar o deslizar fácilmente una sobre otra si están sometidas a una pequeña cantidad de fuerza. Esto le da su muy baja dureza, su escote perfecto y su sensación resbaladiza.

Por el contrario, los átomos de carbono en el diamante están unidos en una estructura de estructura. Cada átomo de carbono está unido a una red tridimensional con otros cuatro átomos de carbono con fuertes enlaces covalentes. Esta disposición mantiene los átomos firmemente en su lugar y hace que el diamante sea un material excepcionalmente duro.

¿Con qué minerales está asociado?

El grafito esta asociado con: diamante, calcita, cuarzo , moscovita, Biotita, hornblenda

¿Qué otros minerales son similares a el grafito?

Hay una gran cantidad de minerales de apariencia similar al grafito, pero las propiedades intrínsecas del grafito lo distinguirán fácilmente. La molibdenita , que comúnmente se confunde con el grafito, es más pesada y no mancha.

Galería de Fotos del grafito

Les dejamos un listado de imágenes del grafito

Fotografías: John Betts

Fórmula Química

C

Propiedades Físicas

Composición Carbón
Color Gris plateado a negro
Veta Negro
Dureza 1 – 2
Sistema Cristalino Hexagonal
Formas cristalinas y agregados Los cristales consisten en placas hexagonales delgadas o grupos distorsionados de placas escamosas en una matriz . Los cristales hexagonales grandes y gruesos son raros. La mayoría de las veces ocurre como venas , como masas foliadas y en forma masiva . También se producen pequeños áridos redondos en forma de bola y esferas radiantes , al igual que las piedras redondeadas y empapadas en agua.
Transparencia Opaco
Peso específico 1.9 – 2.3
Brillo Metálico
Cleavage 1,1 – basal
Fractura Concoidal
Tenacidad quebradiza ; escamas delgadas son flexibles
Otras marcas de identificación 1) Tiene un tacto grasiento.
2) Se mancha las manos al tocarlas.
3) Buen conductor de electricidad (aunque un mal conductor de calor).
Características llamativas Bajo peso, tacto grasiento, manchas y baja dureza .
Entorno Más a menudo en la roca metamórfica causada por el metamorfismo de los carbonatos . Rara vez en pegmatita y venas hidrotermales.
Popularidad Muy Popular
Prevalencia Muy común
Demanda Muy demandado

Comentarios

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2 Comentarios
  1. Andrés Cáceres dice

    Hola, excelente información, que tipo de análisis químico o petroquímico recomendarían para determinar:
    1) la ocurrencia de grafito en roca, y
    2) para determinar la concentración de carbono (grafito), considerando que se da por confirmada la existencia de contenido de grafito en una roca.

    por su valiosa ayuda y pronta respuesta les quedo agradecido.

    Andrés Cáceres

  2. Andrés larez dice

    Compré un polvo de grafito y el vendedor me dijo que no es brillante, que es opaco. Como se que en realidad es grafito y no negro humo? Gracias por su respuesta. . Venezuela.

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