În calitate de furnizor de grafit în fulgi de înaltă puritate, primesc o mulțime de întrebări de la clienți cu privire la modul în care testăm puritatea produsului nostru și, sincer, este una dintre cele mai critice părți ale a ceea ce facem. Fie că sunteți un producător care produce cărămizi de magneziu carbon pentru cuptoare din oțel, un producător de pulbere de grafit micronizat pentru baterii litiu-ion sau cineva care are nevoie de garnituri spiralate din grafit pentru etanșări industriale, puritatea grafitului dvs. afectează direct performanța, longevitatea și siguranța produsului final. Sunt în această industrie de peste un deceniu și am învățat că testarea nu este doar o casetă de verificat, ci este modul în care construim încredere cu fiecare client care se bazează pe materialele noastre.
Ce înseamnă chiar „grafit în fulgi de înaltă puritate”? Pentru context, grafitul natural în fulgi are de obicei un conținut de carbon între 80% și 95% atunci când este extras. Restul sunt impurități precum silice, alumină, oxizi de fier și urme de metale care pot strica performanța utilizării finale. Grafitul în fulgi de înaltă puritate are de obicei 99,9% carbon sau mai mult, iar ajungerea acolo necesită o procesare atentă, împreună cu teste riguroase. Nici metodele de testare pe care le folosim nu sunt universale – le adaptăm nevoilor specifice ale clienților noștri, deoarece un grad de puritate de 99,9% este perfect pentru o aplicație, dar ar putea să nu fie suficient pentru alta.
Să începem cu pasul inițial: testarea minereului brut chiar înainte de a intra în instalația noastră de procesare. Nu puteți produce grafit de înaltă puritate din materie primă impură, așa că mai întâi testăm materialul din mine pentru a identifica nivelurile de impurități. Folosim aici o metodă numită spectroscopie de fluorescență cu raze X (XRF), care bombardează proba cu raze X de înaltă energie și măsoară lungimile de undă caracteristice ale luminii emise de fiecare element prezent. Acest lucru ne spune exact cât de mult silice, fier și alte impurități sunt în fulgi brut înainte de a-l procesa. Pentru clienții care folosesc grafitul ca materie primă pentru cărămizi de magneziu carbon, acordăm o atenție sporită nivelurilor de calciu și alumină, deoarece acestea pot reacționa cu oxidul de magneziu din cărămizi la temperaturi ridicate și pot cauza defecțiuni structurale. De aceea, lucrăm îndeaproape cu minele pentru a obține minereu care îndeplinește cerințele noastre stricte de puritate preprocesare — reducerea lucrărilor necesare ulterior ne asigură că ajungem la un produs final consistent.
Odată ce am procesat grafitul prin flotație cu spumă, leșiere cu acid și purificare termică (cei trei pași principali pentru a crește conținutul de carbon), începe testarea reală. Primul test aprofundat pe care îl facem este analiza de difracție cu raze X (XRD), care este diferită de XRF deoarece identifică structura cristalină a materialelor. Grafitul are o structură cristalină hexagonală foarte specifică, în timp ce majoritatea impurităților (cum ar fi cuarțul, care este silice) au un model cristalin diferit. XRD ne permite să confirmăm nu doar faptul că avem grafit, ci cât de mult din acel grafit este în forma sa cristalină pură - nu carbon amorf sau alți compuși de carbon care nu funcționează la fel. Executăm XRD pe fiecare lot, deoarece chiar și o cantitate mică de carbon necristalin poate reduce conductivitatea termică, ceea ce face ca grafitul în fulgi de înaltă puritate să fie atât de valoros pentru aplicații precum materialele refractare.
În continuare, folosim o metodă numită analiza combustiei Leco pentru a măsura conținutul total de carbon. Acesta este standardul de aur pentru cuantificarea cât de mult carbon pur este într-o probă de grafit. Iată cum funcționează: cântărim o mostră mică și precisă de grafit, o ardem într-un mediu cu oxigen la temperatură înaltă (în jur de 1.000 până la 1.500 de grade Celsius) și captăm dioxidul de carbon care este eliberat. Instrumentul Leco măsoară volumul de CO2, pe care îl folosim pentru a calcula procentul exact de carbon din probă. Pentru grafitul în fulgi de înaltă puritate, dorim ca acest număr să fie cât mai aproape de 100% posibil — gradele noastre standard pentru uz industrial general sunt 99,9% carbon și oferim grade de specialitate până la 99,995% pentru aplicații aerospațiale și semiconductoare. Am văzut concurenți făcând colțuri aici folosind instrumente mai puțin precise, dar la unitatea noastră, fiecare lot trece prin testarea Leco de trei ori: o dată înainte de ambalarea finală, o dată într-o reținere de control al calității și o dată chiar înainte de expediere pentru a ne asigura că nu există contaminare încrucișată în timpul procesării.
Un alt test pe care îl rulăm în mod regulat este Spectroscopia de emisie optică cu plasmă cuplată inductiv (ICP-OES), care este modul în care măsurăm urmele de impurități metalice pe care XRF le-ar putea lipsi. Chiar dacă o probă testează la 99,9% carbon, restul de 0,1% ar putea fi alcătuit din metale grele precum plumbul, nichelul sau vanadiul sau metale alcaline precum potasiul și sodiul. Pentru aplicații precum pulberea de grafit micronizat, care este utilizată în anozii bateriilor cu litiu-ion, urmele de metale pot acționa ca contaminanți care reduc durata de viață a bateriei sau pot cauza probleme de siguranță. De exemplu, chiar și 10 părți per milion (ppm) de cupru în grafit de calitate pentru baterie pot forma un scurtcircuit într-o celulă, așa că trebuie să măsurăm acele niveluri cu o precizie extremă. ICP-OES funcționează prin transformarea probei într-o plasmă (gaz supraîncălzit, în jur de 10.000 de grade Celsius) care excită fiecare element și apoi măsurând lumina pe care fiecare element o emite la lungimea sa unică de undă. Acest lucru ne permite să detectăm impuritățile până la nivelul ppb (părți pe miliard) - mult mai sensibile decât XRF. Pentru clienții noștri care produc garnituri spiralate din grafit, care sunt utilizate în conductele industriale de înaltă presiune, testăm și conținutul de sulf, deoarece excesul de sulf poate provoca coroziune în flanșele metalice în timp.
Facem, de asemenea, teste de performanță în lumea reală, nu doar analize de laborator. La sfârșitul zilei, o probă de grafit poate trece toate testele noastre de puritate, dar trebuie să funcționeze în aplicația specifică a clientului. De exemplu, dacă un client folosește grafitul nostru de înaltă puritate pentru a face cărămizi de carbon de magneziu, luăm o mică parte din grafitul procesat și o amestecăm cu magnezia, o modelăm într-o cărămidă mică și o ardăm într-un cuptor la 1.800 de grade Celsius. Testăm apoi rezistența la compresiune a cărămizii, rezistența la șoc termic și porozitatea pentru a ne asigura că funcționează conform așteptărilor într-o fabrică de oțel. Pentru grafitul micronizat de calitate baterie, lucrăm cu clienții pentru a realiza anozi de testare mici, pentru a rula cicluri de încărcare-descărcare și pentru a măsura eficiența coulombică pentru a confirma că puritatea grafitului se traduce printr-o performanță mai bună a bateriei. Acest tip de testare este o muncă suplimentară, dar este modul în care ne asigurăm că clienții noștri nu primesc doar un produs pur de laborator, ci primesc un produs care le rezolvă problemele specifice.
O întrebare pe care o primesc tot timpul este: de ce contează atât de mult puritatea? Permiteți-mi să vă dau un exemplu real. Acum câțiva ani, un client a venit la noi cu un lot de fulgi de grafit de înaltă puritate de la alt furnizor. Îl foloseau pentru a face creuzete pentru topirea aluminiului, iar creuzetele lor s-au defectat după doar 10 utilizări - mult mai devreme decât standardul din industrie. Când le-am testat grafitul, am descoperit că avea 0,5% silice și 0,3% impurități de fier. La temperaturi de topire a aluminiului (aproximativ 660 de grade Celsius), acele impurități reacţionează cu grafitul pentru a forma compuși fragili care crapă creuzetul. Le-am trimis o mostră din grafitul nostru cu puritate de 99,9%, iar creuzetele lor au acum peste 50 de utilizări. Aceasta este diferența pe care o face testarea – nu le-am vândut doar grafit; am rezolvat o problemă prin verificarea faptului că produsul nostru are puritatea exactă de care aveau nevoie.
O altă parte importantă a procesului nostru de testare este trasabilitatea. Fiecare lot de fulgi de grafit de înaltă puritate pe care îl livrăm are un raport de testare complet, cu date de la XRD, Leco, ICP-OES și orice teste de performanță pe care le-am efectuat. Păstrăm evidența fiecărui test timp de cel puțin cinci ani, astfel încât, dacă un client are o problemă în continuare, putem să ne uităm în urmă și să confirmăm puritatea grafitului primit. Pentru industriile cu standarde de reglementare stricte, cum ar fi industria aerospațială, unde materialele trebuie să îndeplinească cerințele NASA sau ISO, această trasabilitate nu este negociabilă. De asemenea, facilităm accesul clienților la aceste rapoarte: trebuie doar să contactați echipa noastră și vă putem trimite o copie digitală completă a rezultatelor testelor pentru lotul dvs.
Vreau să fiu clar: testarea nu este un proces pe care îl facem pentru a bifa o casetă. Acesta este modul în care ne protejăm clienții și așa ne asigurăm că grafitul nostru în fulgi de înaltă puritate se ridică la nivelul reputației pe care ne-am construit-o de-a lungul anilor. Indiferent dacă sunteți o întreprindere mică abia la început sau o corporație mare cu specificații stricte privind materialele, înțelegem că obținerea nivelului de puritate potrivit este perfectă pentru produsul dvs. Dacă aveți întrebări despre metodele noastre de testare, doriți să vedeți un eșantion de raport de testare sau sunteți gata să plasați o comandă pentru grafit în fulgi de înaltă puritate, echipa noastră este aici pentru a vă ajuta. Lucrăm cu clienți din diverse industrii, de la materiale refractare până la stocarea energiei și suntem bucuroși să personalizăm procesul nostru de testare pentru a răspunde nevoilor dumneavoastră unice.
Dacă încă nu sunteți sigur ce grad de grafit este potrivit pentru dvs. sau dacă aveți nevoie de mai multe informații despre modul în care testarea de puritate afectează aplicația dvs., nu ezitați să contactați. Ne mândrim că suntem transparenți în ceea ce privește procesele noastre - fără detalii ascunse, fără comenzi rapide, doar grafit consecvent, pur și datele pentru a le face backup. Când alegeți grafitul nostru în fulgi de înaltă puritate, nu cumpărați doar un material; investiți într-un partener căruia îi pasă la fel de mult de calitatea produsului dvs. ca și dvs.
Referinte:
- Grafit de carbon american. (nd). Metode de purificare cu grafit de înaltă puritate. Preluat din documentația tehnică a industriei.
- Organizația Internațională pentru Standardizare. (2018). ISO 14429:2018, Materiale refractare – Determinarea conținutului de carbon din grafit și materiale carbonice.
- Sawyer, DT și Grubb, SE (1996). Chimia materialelor carbonice. Wiley-Interscience, New York.
- Asociația Industriei Bateriilor Litiu Ion. (2020). Ghid pentru cerințele de puritate a materialului anodului de grafit. Preluat din ghidurile tehnice ale asociațiilor comerciale.
- Serviciul de Informații Minerale USGS. (2021). Grafit natural: procesare și control al calității. Preluat din rapoartele industriei publice ale USGS.
