Jaettu omaisuuspohja
Kolme ominaisuutta selittää, miksi grafiitti voittaa jatkuvasti elektrodirooleja hyvin erilaisilla teollisuudenaloilla. Ensinnäkin se johtaa sähköä siirrettyjen elektronien läpi ja jatkaa johtamista lämpötiloissa, joissa metallit sulavat. Toiseksi sen kerrosrakenne antaa alhaisen lämpölaajenemisen ja korkean lämpöiskun kestävyyden. Kolmanneksi se on kemiallisesti vakaa monissa ympäristöissä ja voidaan työstää tarkkoihin muotoihin. Jokainen toimiala, joka valitsee grafiitin, tekee niin, koska yksi tai useampi näistä ominaisuuksista on ratkaiseva sen prosessin kannalta.
Teräksen valmistus: Uunin elektrodi
Valokaariuunien teräksen valmistuksessa elektrodin täytyy kantaa kymmeniä tuhansia ampeeria ja kestää kaari, joka kärjessä on selvästi yli 3000 celsiusastetta. Grafiitti on ainoa käytännöllinen materiaali, jossa yhdistyvät riittävä johtavuus, sublimaatiopiste lähellä 3 650 celsiusastetta, lämpöiskun kestävyys ja lujuus pitkän pylvään tukemiseksi. EAF-reitti tuottaa noin 28-30 prosenttia maailman raakateräksestä, ja käytännössä kaikki se sulatetaan grafiittielektrodeilla. Laadun valinta seuraa uunin tehoa: RP-, HP- ja UHP-elektrodit valitaan toiminnan virrantiheyden mukaan.
Elektrolyysi: johtaminen aggressiivisissa soluissa
Elektrolyyttisissä prosesseissa elektrodin tulee kestää kemiallista ympäristöä sekä kuljettaa virtaa. Hiilianodeja käytetään alumiinin sulatuksessa, jossa prosessi kuluttaa anodia, ja grafiittia esiintyy erilaisissa sähkökemiallisissa kennoissa, joissa vaaditaan sen inertiteettiä ja johtavuutta. Grafiittianodit ovat yleisiä myös kloorin ja kaustisen soodan tuotannossa ja muissa elektrolyyttisuolaprosesseissa. Näissä sovelluksissa elektrodi toimii kohtuullisessa lämpötilassa, mutta kemiallisesti aggressiivisissa väliaineissa, ja hiilen korroosionkestävyys on ratkaiseva ominaisuus.
Energian varastointi: Akun anodi
Litium{0}}ioni-akuissa grafiitti on tavallinen anodimateriaali. Litiumionit interkaloituvat hiilikerrosten väliin latauksen aikana ja poistuvat niistä purkauksen aikana, mikä on mahdollista juuri grafiitin kerrosrakenteen vuoksi. Akku-laadun grafiitti on erittäin järjestyneiden hiukkasten jauhe, joka on aivan erilainen kuin uunielektrodi, mutta se on sama elementti ja sama kemia. Sähköajoneuvojen ja verkkovarastoinnin kasvu on tehnyt grafiitista tilavuudeltaan suurimman hiilielektrodimateriaalin energia-alalla.
Oikean hiilimuodon valitseminen
Näiden teollisuudenalojen opetus on, että grafiitti ei ole yksi tuote, vaan joukko hiilen muotoja, jotka on viritetty erilaisiin tehtäviin. UHP-uunielektrodi on suuri ekstrudoitu sylinteri grafitoidusta neulakoksista; akun anodi on hieno jauhe, jonka hiukkaskoko on kontrolloitu; elektrolyysianodi on tiheä, korroosiota{1}}kestävä lohko. Jokaisen toimialan ostajat määrittelevät prosessinsa tarvitseman laadun, tiheyden, puhtauden ja mitat, ja sama peruskemia tukee niitä kaikkia.
Usein kysytyt kysymykset
K: Mitkä ominaisuudet tekevät grafiitista suosituimman materiaalin elektrodeille?
Kolme ominaisuutta ratkaisee sen: sähkönjohtavuus siirrettyjen elektronien kautta, joka kestää lämpötiloja, joissa metallit sulavat, alhainen lämpölaajeneminen ja korkea lämpöiskunkesto sen kerrosrakenteesta ja kemiallinen stabiilisuus hyvällä työstettävyydellä. Jokainen toimiala ottaa käyttöön grafiitin, koska yksi tai useampi niistä on ratkaiseva sen prosessin kannalta.
K: Miksi grafiittia käytetään valokaariuunien elektrodeissa?
Uunin elektrodin on kuljettava kymmeniä tuhansia ampeereja, kun sen kärki kulkee paljon yli 3000 celsiusastetta. Grafiitissa yhdistyvät riittävä johtavuus, sublimaatiopiste lähellä 3 650 celsiusastetta, lämpöiskun kestävyys ja riittävä lujuus pitkän kolonnin tukemiseen, joten RP-, HP- ja UHP-laadut valitaan kunkin uunin virrantiheyden mukaan.
K: Ovatko alumiinisulatuksen hiilianodit samat kuin grafiittielektrodit?
Ei. Molemmat ovat hiilielektrodimateriaaleja, mutta alumiinikennot kuluttavat esipaistettuja hiilianodeja, jotka on suunniteltu tätä prosessia varten, kun taas uunielektrodit ovat grafitoituja tuotteita, jotka on suunniteltu suurvirtaa ja toistuvaa lämpökiertoa varten.
K: Miksi grafiitti on litiumioniakkujen tavallinen anodimateriaali?
Litiumionit interkaloituvat hiilikerrosten väliin latauksen aikana ja poistuvat purkamisen aikana. Tämä liike on mahdollista juuri grafiittikerroksen rakenteen ansiosta, minkä vuoksi akku-laadun grafiitti on hienoa, erittäin järjestettyä jauhetta ison sylinterin sijaan.
K: Mikä ominaisuus on tärkein elektrolyysielektrodille?
Kemiallinen kestävyys soluympäristöä vastaan yhdistettynä sähkönjohtavuuteen. Kloori-, natriumhydroksidi- ja muissa elektrolyyttisuolaprosesseissa väliaineet ovat aggressiivisia, vaikka lämpötilat ovat kohtalaisia, joten inertisyys on ratkaiseva ominaisuus.
K: Mikä osuus maailman raakateräksestä riippuu grafiittielektrodeista?
Valokaariuunireitti tuottaa noin 28-30 prosenttia maailman raakateräksestä, ja lähes kaikki se sulatetaan grafiittielektrodeilla. Maissa, joissa romua on runsaasti, EAF-osuus on selvästi yli kaksi kolmasosaa.