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Grafita

A grafita ou grafite é um minério feito exclusivamente de carbono com muitas aplicações e é usada para produzir grafeno, um material revolucionário.

Propriedades

A grafita é uma das formas alotrópicas do carbono. Alotropia é a propriedade de um elemento químico formar estruturas diferentes, criando materiais diferentes. A estrutura molecular da grafita é formada por camadas de átomos de carbonos em forma de hexágonos e as camadas são atraídas pela força de Van der Waals.

Outras estruturas alotrópicas do carbono são:

  • Diamante: Não conduz eletricidade e é formado em lugares de altíssima temperatura e pressão.

  • Buckminsterfullerene ou fulereno ou buckball: O mais comum tem 60 átomos de carbono, mas alguns têm 20 ou 70 átomos.

  • Nanotubo de carbono.

  • Grafeno: é uma camada de grafite.

Escreverei sobre nanotubos e grafeno futuramente. A grafita é cinzenta, opaca, refratária, tem ponto de fusão de 3927ºC e um brilho metálico.

Conduz eletricidade e calor, é quimicamente inerte, flexível e leve. A dureza na escala Mohs é entre 1 e 2, dureza é a resistência do material à arranhões, riscos e outras deformações plásticas localizadas por outro material.

Reservas e produção

Este gráfico de 2018, cuja fonte está no link, mostra os países que têm as maiores reservas de grafita em 1000 toneladas métricas. As maiores reservas ficam na Turquia com 90 bilhões de toneladas.

Quase três quartos da produção mundial é da China, o segundo e o terceiro maiores produtores são Índia e Brasil respectivamente. Recentemente, a China desativou muitas minas devido à contaminação ambiental.

Extração e processamento

No meio ambiente, a grafita pode ficar em três formas.

  • Amorfa: É a mais abundante, tem 60 a 85% de carbono. A estrutura é formada por microcristais, cujos tamanhos variam entre 5 e 40 μm. Geralmente é encontrada nas minas de carvão, ardósia e xisto.

  • Flocos: O teor de carbono é entre 85 e 97%, tem flocos de vários tamanhos. Pode ser encontrada em minas de calcário e depósitos com material orgânico. É a mais procurada devido às aplicações.

  • Veio cristalino: É encontrado somente no Sri Lanka. Teor de carbono entre 90 e 99%, tem poucas aplicações devido à escassez.

A extração é feita em minas a céu aberto ou subterrâneas. O minério bruto encontrado na natureza tem teor de carbono entre 4 e 15%, é necessário um processo de beneficiamento para aumentar o teor de carbono e remover impurezas. Primeiro, o minério é colocado em vibradores elétricos (feeder) para ser transportado, depois passa por britagem e moagem, usando trituradores (PE jaw crusher/ Cone Crusher). A tela vibratória (vibrating screen) separa os grãos de acordo com o tamanho, o moinho de bolas (Ball mill) é outro tipo de triturador. Depois uma espiral de Arquimedes (Spiral Classifier) separa os materiais pela gravidade.

Em seguida, é agitado em um tanque (agitator barrel) e vai para máquinas de separação (hydrocyclone), a próxima etapa é a flotação. Após a flotação, passa por uma máquina espessante (thickener) e filtros de vácuo (vacuum filter) para secagem. No final do processo, o grafite fica com um teor de carbono de mais de 90%, adicionando outros processos de separação pode aumentar o grau de pureza. Além do impacto ambiental da mineração, o processo de produção de grafite concentrado deixa dejetos (tailings) na parte de limpeza (scavenging).

Algumas aplicações

Além do lápis e fabricação do grafeno, algumas outras aplicações são:

  • Os flocos servem como anodo das baterias.

  • O grafite amorfo é usado como lubrificante em pó.

  • Materiais refratários como tijolos de magnésio e carbono.

  • Moderadores em usinas nucleares.
  • Eletrodos em fornos de arco elétrico, devido a condutividade elétrica e alto ponto de fusão.

 

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