Grafit adalah salah satu sumber daya strategis yang sangat diperlukan suatu negara dan telah terdaftar di berbagai negara sebagai bahan baku non-logam dan mineral penting yang penting. Karena konduktivitas listriknya yang baik, konduktivitas termal, ketahanan terhadap korosi, ketahanan radiasi, dan sifat lainnya, ia banyak digunakan dalam bidang kimia, ruang angkasa, energi atom, energi baru, dan bidang-teknologi tinggi lainnya.
Penerapan Grafit dalam Industri Tradisional
Dalam bidang bahan tahan api tradisional-berkarbon berkualitas tinggi, grafit dapat digunakan untuk membuat wadah-tahan suhu-tinggi, seperti perahu grafit dan cawan lebur grafit, karena ketahanan-suhunya yang tinggi. Ini juga dapat digunakan sebagai bahan tambahan atau pengisi dalam kombinasi dengan bahan lain. Dalam proses pengecoran baja, perlu ditambahkan rekarburizer untuk mengkompensasi kehilangan karbon selama pengecoran, dan grafit dapat digunakan sebagai rekarburizer.
Dalam industri pembuatan berlian, berlian dibedakan menjadi berlian alam dan berlian sintetis. Berlian alam memiliki khasiat yang sangat baik, namun sumber dayanya terbatas dan tidak mudah diperoleh. Intan sintetis yang dibuat dengan grafit sebagai sumber karbon memiliki sifat yang hampir sama dengan intan alami, dengan biaya sintesis yang rendah dan efektivitas-biaya yang tinggi. Oleh karena itu, berlian sintetis banyak diminati di pasaran. Semakin tinggi kemurnian grafit, semakin baik untuk sintesis berlian.
Di bidang bahan nuklir, energi nuklir merupakan sumber energi yang bersih dan efisien. Pengembangan energi nuklir dapat mengatasi permasalahan penipisan energi di masa depan. Karena reaktor nuklir memiliki efek korosif yang kuat terhadap material dan beroperasi pada suhu tinggi, tidak semua material cocok. Bahan karbon-grafit memiliki koefisien muai panas yang rendah, ketahanan guncangan termal yang baik, dan aktivasi neutron yang rendah, sehingga cocok sebagai bahan reaktor nuklir. Sebagai bahan yang digunakan dalam industri nuklir, khususnya pada reaktor berpendingin-gas bersuhu tinggi-, kandungan abu dan boron masing-masing harus kurang dari 50 ppm dan 0,1 ppm.
Di bidang pelumasan, minyak pelumas merupakan zat yang sangat diperlukan dalam kehidupan modern. Mobil, kapal laut, pesawat terbang, peralatan mesin, dan bidang lainnya tidak dapat berjalan tanpa minyak pelumas. Di beberapa lingkungan khusus, seperti kondisi-suhu tinggi, kinerja oli pelumas sangat berkurang, dan masalah seperti pelumasan yang tidak mencukupi mungkin terjadi selama penggunaan. Gaya pengikatan antar lapisan grafit kecil, dan di bawah gaya eksternal, mudah terjadi pergeseran. Oleh karena itu, grafit memiliki kinerja pelumasan yang sangat baik dan merupakan pelumas padat yang ideal.
Di bidang penyegelan, lembaran grafit fleksibel dapat diperoleh dengan menekan dan mencetak grafit yang diperluas, yang longgar, berpori, dan memiliki energi permukaan yang tinggi. Karena grafit fleksibel tahan terhadap suhu tinggi dan korosi, memiliki sifat kimia yang stabil, dan memiliki kekuatan tertentu, maka grafit dapat berperan dalam beberapa lingkungan khusus. Oleh karena itu, grafit fleksibel mendapat reputasi sebagai "Raja Penyegelan".
Metode Pemurnian Grafit
Kemurnian grafit mempunyai dampak yang menentukan baik pada bidang penerapan maupun nilai ekonomi grafit. Saat ini, baik digunakan untuk memproduksi berlian sintetis, bahan anoda baterai lithium-ion, bahan grafit fleksibel, atau bahan grafit kelas atas yang digunakan di ruang angkasa dan industri nuklir, grafit harus memiliki kandungan karbon tetap antara 99% dan 99,99%. Semakin tinggi kemurnian grafit, semakin stabil konduktivitas listrik, pelumasan, dan sifat lainnya, dan semakin besar nilai penerapan material tersebut. Oleh karena itu, kemurnian grafit menjadi salah satu indikator penting untuk mengukur kualitas grafit, dan teknologi pemurnian grafit telah menjadi teknologi utama dalam industri grafit.
Metode Flotasi
Flotasi adalah metode pemurnian paling dasar. Ia menggunakan perbedaan kemampuan mengapung antara mineral berguna dan mineral gangue untuk pemisahan. Melalui flotasi, kandungan karbon tetap grafit dapat ditingkatkan hingga sekitar 80% –95%. Pemurnian flotasi grafit adalah metode-biaya terendah.
Flotasi juga memiliki keterbatasan. Selama proses penggilingan dan flotasi yang berkelanjutan, mineral berguna dan mineral gangue secara bertahap dibebaskan sebagai partikel individu, dan sebagian besar dihilangkan melalui flotasi. Namun, selama penggilingan terus menerus, efek penggilingan pada mineral gangue yang membebaskan terus melemah, dan peningkatan kandungan karbon tetap grafit menjadi terbatas. Oleh karena itu, flotasi hanya dapat digunakan untuk pemurnian utama grafit, sedangkan grafit dengan kemurnian tinggi memerlukan metode pemurnian kimia.
Metode Suhu-Tinggi
Metode-suhu tinggi terutama memanfaatkan fakta bahwa grafit memiliki titik didih lebih tinggi dibandingkan pengotor lain dalam bijih grafit. Melalui kalsinasi suhu ultra-tinggi-, kotoran diuapkan dan dihilangkan, sehingga diperoleh produk pemurnian grafit dengan kemurnian sangat-tinggi-. Hal ini karena titik didih grafit adalah 4500 derajat, yang pada dasarnya melebihi titik didih semua pengotor. Dalam produksi sebenarnya, wadah grafit umumnya digunakan untuk menampung bubuk grafit, yang kemudian ditempatkan dalam tungku bersuhu tinggi dan disetel ke suhu tertentu. Suhu dinaikkan di atas suhu penguapan pengotor (dengan gas pelindung dimasukkan untuk mencegah oksidasi bahan), dan kemudian bahan dijaga pada suhu tinggi sehingga pengotor-titik didih-rendah menguap dari wadah, sehingga mencapai pemurnian grafit. Metode suhu tinggi dapat memurnikan bahan mentah sebesar 95%–99% hingga 99,99%.
Metode-suhu tinggi dapat membuat kemurnian grafit mencapai sekitar 99,995%, dan dapat melindungi struktur grafit serta meningkatkan kualitas produk grafit. Produk ini dapat digunakan dalam pertahanan nasional, industri nuklir, ruang angkasa, dan bidang-teknologi tinggi lainnya.
Metode Asam Hidrofluorat
Metode asam fluorida memiliki keunggulan konsumsi energi yang rendah, aliran proses yang sederhana, efisiensi pemurnian yang tinggi, kandungan karbon tetap yang tinggi pada grafit yang diperoleh, dan dampak yang kecil terhadap kinerja produk grafit. Namun, persyaratan peralatan dan kondisi produksinya ketat, dan air limbahnya sulit diolah, sehingga memerlukan biaya perlindungan lingkungan yang tinggi. Dengan mengontrol jumlah dan cara kerja asam fluorida, metode pemurnian asam fluorida telah dioptimalkan. Selama proses pemurnian, asam fluorida dapat bereaksi secara kimia dengan hampir semua pengotor dan mengubahnya menjadi zat yang larut. Untuk menghilangkan kotoran ini secara efektif, kotoran tersebut dapat dibersihkan dengan pencucian air sederhana, sehingga mencapai pemurnian grafit. Proses ini membantu meningkatkan kemurnian grafit sehingga memenuhi kebutuhan berbagai aplikasi industri.
Alkali-Metode Asam
Metode asam alkali-meliputi dua proses: fusi alkali dan pencernaan asam. Artinya, pengotor asam dalam grafit, seperti silikat, aluminosilikat, dan kuarsa, mula-mula bereaksi secara kimia dengan zat basa dalam keadaan cair untuk membentuk garam larut, yang kemudian dihilangkan dengan pencucian air. Setelah itu, pengotor yang tidak bereaksi dengan alkali selama fusi alkali, seperti oksida logam, bereaksi dengan asam membentuk senyawa yang larut dalam asam-, yang kemudian dicuci dengan air dan disaring untuk mencapai pemurnian akhir grafit. Dalam proses fusi alkali, NaOH biasanya dipilih sebagai zat basa karena memiliki titik leleh yang rendah (titik leleh 318 derajat), alkalinitas yang kuat, dan harga yang murah. Asam yang digunakan dalam proses pencernaan asam dapat berupa HCl, H₂SO₄, HNO₃, atau asam campuran yang dibuat dari asam tersebut, di antaranya HCl yang paling umum digunakan.
Metode Pemanggangan Klorinasi
Untuk mengurangi suhu yang diperlukan untuk kalsinasi-suhu tinggi, metode memasukkan gas klor untuk mengubah pengotor menjadi klorida dan kemudian memisahkannya juga digunakan. Sistem yang sudah mapan ini-disebut metode pemanggangan klorinasi. Dalam metode pemanggangan klorinasi, grafit dicampur dengan zat pereduksi dalam proporsi tertentu dan dikalsinasi pada suhu tinggi di bawah perlindungan gas inert, menguraikan pengotor dalam grafit menjadi oksida seperti SiO₂, Fe₂O₃, dan Al₂O₃. Gas klorin kemudian dimasukkan, dan pada suhu tinggi 400–1200 derajat, oksida diubah menjadi klorida dan kompleks dengan titik leleh dan titik didih lebih rendah, yang menguap dan keluar, sehingga mencapai tujuan pemurnian.