Grafit Nedir?

Grafit, gayet yumuşak, dokunumu yağsı ve ince levhalar halinde bükülme özelliğine sahip, bir karbon mineralidir. Sertliği 1, yoğunluğu 2’dir. Rengi siyah ve gri, çizgi rengi kül renginde ve yağlıcadır. Doğada; kristal, pul ve “amorf” diye tanımlanan şekilleri mevcut olup, en iyi formu kristal grafittir ve tenörü en yüksek olanıdır.
Doğada daha ziyade metamorfik zonlarda şistler ve mermerlerle birlikte ve magmatik kayaçların yakınlarında bulunmakta ve daha ziyade rejiyonal metamorfizma alanlarında daha geniş  rezervlere ve yüksek tenörlere sahip olabilmektedirler. Grafitin doğadaki yatak şekilleri; fillon, damar, adese, bazen de dissemine şekildedir. Sadece Rusya’da cevherleşme, dayk şeklinde magmatik olarak teşekkül etmiştir.

Grafit, karbonun üç ana allotropik şekillerinden biri olup, yatay tabakalar şeklinde oluşmuştur ve kullanım alanı hayli fazlacadır. Ülkemizde tenörü düşük bir kaç grafit yatağı mevcut olup, her geçen gün bu yataklara değişik özelliklerde, farklı yatakların da eklendiği izlenmektedir. Son yıllarda bazı demir çelik üretimi yapan fabrikalarımızın da  önemli ihtiyaçlarından biri olan grafit elektrotlarının ithal edilmesi durumu, grafitin önemini daha da arttırmıştır. Bu potaların yerli hammaddeye dayandırılarak, üretimlerinin Türkiye’de de yapılabilmesi, gerek döviz kaybımızı önleme, gerekse demir ve çeliğin üretiminin zamana göre çok önemli olabileceği özelliğinden dolayı, bu üretim organlarını dışa bağımlı kalmaktan kurtarmamız açısından  önemlidir.

Grafit, dünyada, teknolojinin gelişmesiyle birlikte, hızla kullanılan ve günümüz teknolojisinin vazgeçilemeyen bir  endüstri hammaddesi olmuştur. II. Dünya savaşından önce 200-250 bin ton olan dünya üretiminin son senelerde 800 bin tona ulaşması, ülkemizin grafit ihtiyacının gittikçe bariz bir şekilde artması ve örneğin A.B.D.’de 1979 yılında 60 bin ton civarında olan grafit ihtiyacının 2100 yılında 100 binlerce ton  civarına ulaşacağının beklenmesi de grafit ihtiyacının teknoloji gelişimiyle paralel olduğunu ortaya koymaktadır.
Ülkemizdeki grafit ihtiyacının karşılanabilmesi ve ilave potansiyelin ortaya  çıkarılabilmesi için mevcut potansiyelin vakit geçirilmeksizin uygun bir teknoloji geliştirilmek suretiyle işletilmeye açılması  zorunludur.

Üretim yapılan cevherlerin grafitleşme durumları daha ziyade X ışınları, reflektans ölçen fotomultiplierli mikroskoplar ve H/C oranlarının tesbitiyle saptanabilmekte, tenörleri de, bunlardan olumlu rapor alınması durumunda, “sabit karbon” yüzdelerinin tesbit edilmesi ile ortaya konabilmektedir. Numunenin grafit olup olmadığını saptamadan, sabit karbon yüzdesinin tesbiti ve böylece yorumlara gitmek hatalıdır. Bu gün işletilmekte olan gerçek grafitin yüzde reflektans değerleri % 6,5 ‘tan büyük olup, H/C oranları da 0,15 ‘ten küçüktür ve bu özellikte olan grafit yataklarının sabit karbon oranları da % 1,5  ile % 30 arasında değişmektedir. Tabii ki bunlardan daha yüksek tenöre sahip yataklar da mevcuttur.

Özellikleri nedeni ile, grafitin kullanım alanları çok geniştir. Yumuşaklığı nedeniyle, kurşun kalem yapımı ve hareketli metal aksamlarının yağlanması işlemlerinde, ateşe ve asitlere karşı dayanıklığı nedeniyle de döküm ve refrakter sanayiinde, pota ve laboratuvar malzemeleri imalinde kullanılır. Siyah renkli ateşe dayanıklı boyalar da  genellikle grafitten yapılır. İyi elektrik iletkenliği dolayısı ile elektrod, motor fırçaları, pil çubukları ve elektronik aletlerin imalinde kullanılmaktadır. Grafit ayrıca lastik, araba balataları, kibrit ve motor yağlarında katkı malzemesi olarak ta kullanılmaktadır.

Türkiye’de grafiti ham olarak tüketen sanayi dalları kurşun kalem ve döküm  sanayiidir. Boya yapımcıları ve demir çelik fabrikaları ithal grafit ve ürünlerini kullanmaktadırlar. Döküm sanayiinde kullanılan grafitte % 60 – 70 oranında sabit karbon istenilmektedir. Kurşun kalem sanayiinde ise bu oran % 95 in üzerindedir.
Grafit, sentetik olarak ta yapılabilmektedir. Petrol kok’u veya antrasit aglomeraları elektrik fırınlarında 4000 °C de ısıtılarak yapay grafit elde edilir. Kalsine petrol kokunun karbon içeriğinin çok yüksek olması yüzünden döküm fabrikalarında kullanımı çok sık olmakta bu da ucuz olduğu için yerli grafit üretimini etkilemektedir.
Bazen grafit yerine, öğütülmüş kok da, döküm yüzeyleri için kullanılmaktadır. Molibden disülfidler de katı yağlayıcı vazifesi görebilmekte ama oksitleyici şartlara daha fazla duyarlılık göstermektedir.

Dünyada, grafit, kristal damar tipi, levhamsı veya “amorf” (taş içerisinde mikro kristalcikler halinde, dissemine durumda bulunmakta olan grafit) şekilde teşekkül etmekte ve bunlar genellikle yeraltı madenciliği, yalnız levhamsı grafitler bazen açık işletme metodları ile üretilmektedir. Grafit, ham cevher içerisinde % 20 – 30 oranına kadar çıkabilmektedir. % 5’ten aşağı grafit içeren yatakların işletilmesi genellikle ekonomik değildir.

İşletme yöntemi, genellikle cevherin bulunduğu yere ve grafit türüne göre değişmektedir. Grafit cevherinin zenginleştirilmesi ise, yatakların çok büyük değişiklikler göstermesi nedeni ile farklı metotlarla yapılır. El ile temizlemeden, boyutlandırmaya, ağır sıvı ayırımında yüzdürmeye ve hatta çok fazla saflığının gerektiği durumlarda, kimyasal saflaştırmaya kadar değişen çeşitli zenginleştirme yöntemleri uygulanabilmektedir. Ufalama yolu ile zenginleştirmede en büyük sorun, özellikle pulsu grafitin bu ufalanma sırasında boyutlarının küçülmesidir. Küçük boyutlu grafitin de fiyatı düşüktür. Amorf grafitte en büyük sorun kilden ayrılma veya grafit, kuvars ile beraber ise, öğütülme maliyetlerinin yüksek oluşudur.

Bazı grafitlere, bazen kömür, bazende “Karni kömürü (yüksek oranda karbon içeren kok fırını ürünü)” veya kok kömürü katılarak piyasaya değişik özelliklerde, ama % C oranları nisbeten daha yüksek ürünler sunulmaktadır. Tabii ki bu ürünlerin aranan gerçek, doğal grafitle ilişkisi yoktur. Dünya’da  grafit, kristal damar tipi veya amorf teşekkül olsun, genellikle yeraltı madenciliği ile üretilmektedir. Yaprak veya levhamsı şeklindekilerde ise bazen yüzeysel metotlar uygulanır.

Doğal grafit, tek başına veya diğer bazı malzemelerle, belirli oranlarda karıştırılıp, şekillendirmek suretiyle, çok geniş bir alanda kullanılmaktadır. Grafitin kullanılmasında “sabit karbon” veya “kül içeriği yüzdesi”, grafit‘in saflığını belirleyen ve buna bağlı olarak kullanım alanlarının saptanmasına yardımcı olan parametrelerdir. En saf grafitin daha ziyade elektrik bataryalarında, kuru pillerde, çelik sanayii ve elektrometalurji sanayiinde, elektrik cihazlarındaki elektrodlarda, kalem yapımında ve atomik grafit olarak reaktörlerde kullanılmasına karşın, daha az saflıkta olan grafitler  dökümcülükte (demir-çelik), boyacılıkta, refrakter kaplamalarda ve fırınlarda refrakter macunları yapımında, grafitli gres yağlarında   ve daha bir çok alanda kullanılabilmektedir.

Genellikle grafitin kullanım alanına göre, şekli belirtilmez. Ancak pota gibi şekillendirilmiş refrakterlerin yapımında, daha üstün özellikleri nedeni ile, pul şeklindeki grafit türü;  diğer tüketim alanlarında ise, ekonomik nedenlerinden ötürü, amorf yani küçük kristaller halinde, oluştuğu kayaç içerisinde dissemine halde bulunan grafit tercih edilmektedir.
Bugün, bir çok alanda doğal grafit, yapay grafitle yer değiştirebilmektedir. Bunun en önemli nedeni, yüksek sıcaklığa dayanıklılığı ve doğal grafite göre, 2.500  °C  sıcaklıkta daha az sünme  özelliğine sahip oluşudur.

Yapay grafit en çok elektrod yapımında kullanılmakta, elektrodlar ise elektrik ve ergitme yapılan, hurda demiri de kullanabilen bazı demir çelik fabrikalarında kullanılmaktadır. Elektrod artıklarından ise çeliğe karbon verici olarak faydalanılmaktadır. Bu nedenle, elektrodlarda  fiziksel özellikler yanında kimyasal olarak da, belli sınırların üzerinde empürite istenmemektedir. Yapay grafit üretimi sırasında empürite kontrolü kolaydır. Bu nedenle yüksek derecede saf yapay grafit, demirin, karbon oranını arttırmak gayesiyle de üretilmektedir.

Doğal grafit tek başına veya diğer bazı malzemelerle karıştırılıp, şekillendirilerek, sayılamayacak kadar çok geniş alanlarda kullanılmaktadır. Yağlayıcı olarak, elektrik sanayiinde, dökümcülükte, boyacılıkta, elektronik malzeme yapımında, izole tesislerinde, motorlarda, kurşun kalem yapımında ve daha birçok alanda grafitten yararlanır. En önemli kullanım alanı ise, çelik sanayii ve elektrometalurji sanayi’dir.
Grafitin kullanım alanına göre, genellikle şekli belirtilmez. Ancak, pota gibi şekillendirilmiş refrakterlerin yapımında, daha üstün özellikleri  nedeniyle, pul şeklindeki grafit türü, diğer metalurji uygulamalarında ise  daha ucuz olmasından dolayı, amorf grafit tercih edilmektedir.

a) Makine Parçalarında Yağlayıcı Olarak
Kayganlığı, yumuşaklığı ve makine parçaları üzerinde uzun müddet yapışabilmesi özelliği  nedeni ile, makine yataklarında yağlama maddesi olarak kullanılabilir. Bu alan için kullanılabilecek grafitin çok saf olması (en az % 95 grafitleşmiş karbon) ve kuvars gibi sert mineralleri içermemesi gerekir. Bu alan için en uygun grafit türü, şüphesiz pul şeklinde olanıdır. Grafit 0,1 – 1 mikron boyutuna öğütüldükten sonra, yağ, su, alkol veya bunlara benzer taşıyıcı bir sıvı içerisinde kolloid hale getirildikten sonra, makine parçasının istenen yerine iletilir. Taşıyıcı sıvının türüne bağlı olarak, grafit burada kuru veya yaş bir tabaka oluşturur. Kuru tip, fırın zincir ve arabalarında, motor silindirlerinde, deniz araçlarında ve kimyasal tesislerde; yaş tabaka türü ise, yüksek basınç altında, bilyeli yataklarda kullanılır.

b) Ergitme – Pota Endüstrisinde
Grafitin, dünya üretiminin hemen hemen yarısına yakın miktarı, bu alanda kullanılmaktadır. Grafitin ergime derecesi çok yüksek olduğundan (yaklaşık 4 000 °C), ısıya dayanıklıdır. Genleşme sabitesi çok düşük; mekanik yüklenmeye, kimyasal etkilenmeye ve sıcaklık değişimlerine karşı dayanıklılığı çok iyidir. Isıyı çok iyi iletmesi ve dış yüzeylerinin bir sıvının metali kavrayıp – tutmayacağı şekilde kaygan olması gibi nedenler de, özellikle döküm potaları için tercih edilen özellikler arasındadır. Bağlayıcı özellik kazandırmak için, ağırlığının yarısı kadar ateş kili veya kömür katranı; istenen özellikleri kazandırmak ve maliyeti düşürmek amacıyla da kum, ateş tuğlası ve asbest gibi ilaveler yapılır. Karışıma giren maddelerin oranı, kullanılış amacına göre değişir.
Pota için elverişli grafit türü, ince taneli (ortalama tane boyu 0,3 mm.), yoğunluğu fazla, kül ve kükürt içermeyen, yüksek tenörlü (% 85 veya daha fazla)  grafitleşmiş karbon içerendir. Kül içerdiği takdirde, külün ergime derecesinin yüksek olması (çoğunlukla Sri – Lanka tipi) istenir.
Grafitin kullanım alanları

c) Döküm Sanayinde
% 40 – 60 grafitleşmiş karbon içeren grafit tozlarının, asıl kullanıldığı yerler dökümhanelerdir. Kil ve kumla karıştırmak suretiyle döküm kalıpları yapımında kullanılır. Bentonit veya olivin ile karıştırılıp, öğütülmüş kok kömürü tozu ve petrol koku, bu sanayi dalında grafiti ikame edebilmektedir.

d) Kurşun Kalem Ucu Yapımında 
Kurşun kalem ucu, işlenmiş kaolen, bentonit ve grafit karışımından yapılır. Bu kullanıma en uygun grafit türü, ince taneli ve kompakt olanıdır. Yumuşaklığı nedeniyle, daha çok doğal grafit tercih edilir. Saflığının yüksekliği oranında, bu alandaki kıymeti artar. Düşük kaliteli kalem uçları için amorf grafit kullanılır. Her iki durumda da arzu edilen grafit türü, aşındırıcı madde (kuvars gibi) içermeyen ve % 96 oranında grafitleşmiş karbona sahip olandır.

e) Motor ve Jeneratör Fırçaları İmalinde
Bu malzemeler, yüksek sıcaklıktaki amorf veya damar türündeki doğal grafitten yapılır. Bu amaçla uygun grafitin grafitleşmiş karbon miktarı % 85’ten fazla olmalıdır. Grafit fırça yapımında, zift, katran veya reçine ile bağlanmış grafit ve metal tozları (bakır veya gümüş) kullanılır.

f) Grafitin Diğer Kullanım Alanları
Son senelerde kuru pil sanayiinde, bol miktarda grafit kullanılmaya başlanmıştır. Bunun için pul türü (levhamsı) ve grafit tozu en uygunu olup,  en az % 85 grafitik karbon içermesi gereklidir. Grafit ayrıca uçak sanayiinde, belirli jet motoru parçaları ve uçak parçalarında, büyük ölçüde ağırlık azaltılması için grafit flamanla kuvvetlendirilmiş kompozit malzemeler kullanılır. Bu tür malzemeler aynı zamanda, spor malzemelerinde de kullanılmakta olup, otomobillerde kullanılabilirliği konusunda da araştırmalar yapılmaktadır.

Grafit, atom reaktörlerinde, ilaç üretiminde, metalurji sanayiinin çeşitli dallarında çok yönlü olarak kullanılmaktadır. Toz metalurjisinde, grafit, yatak malzemesi yapımında ve çelik imalinde, çeliğe, karbon sağlayıcı olarak iki ayrı amaçla kullanılır. Grafit, toz harman malzemenin sıkıştırılmak suretiyle şekillendirilmesi sırasında yağlayıcı olarak; bu materyalin sinterlenmesi sırasında ise, metal oksitleri indirgeyici olarak görev yapar. Demir – çelik üretiminde kullanılan grafit çok saf olmalıdır. Diğer  bazı metallerin üretimindeki gerekli grafitin aynı derecede saf olması o kadar önemli olmayabilir. Grafitin saflığı, tane boyutu, boyut dağılımı ve nem durumu gibi faktörlerin değişimine bağlı olarak; aşınma ve sürtünmesi istenilen düzeyde, kendinden  yağlı yataklar imal edilebilir. Bu sahada kullanılan grafitin türü ve saflığı konusında bir sınırlama yoktur.

Detaylı Bilgi İçin: https://kimyadeposu.com/urun/yuksek-iletken-grafit-tozu-1-kg-sc80-44-conductive/