La demanda tradicional de grafito natural está ligada en gran medida a la industria del acero, donde se utiliza como componente en ladrillos que recubren altos hornos (“refractarios”), como revestimiento para cucharas y crisoles, y grafito sintético en electrodos para el reciclaje de acero. En la industria automotriz se utiliza en forros de frenos, empaquetaduras y materiales para embragues. El grafito también tiene muchos otros usos industriales en lubricantes, escobillas de carbón para motores eléctricos, retardantes de fuego y productos de aislamiento y refuerzo. El grafito es una parte muy importante de la vida cotidiana, pero rara vez se ve ni se oye hablar de él.
La demanda tradicional del grafito natural esta ligada en gran medida a la industria del acero.
Electrodos de grafito
El mayor uso final del grafito sintético primario es la producción de electrodos de grafito. Estos pueden manejar corrientes muy altas y se producen moldeando grafito sintético con la forma correcta directamente después de la fabricación del grafito. Los electrodos de grafito se utilizan principalmente en hornos de arco eléctrico (EAF) para la producción de acero, hierro y metales no ferrosos.
Refractarios
Los aditivos de grafito se utilizan en la producción de materiales refractarios para entornos de alta temperatura, como revestimientos de hornos, hornos, incineradores y reactores. Los refractarios son el segundo mercado más grande de grafito después de los electrodos. El grafito se utiliza para aumentar la eficacia del producto refractario final mediante:
ü Aumento de la conductividad térmica.
ü Disminución del gradiente térmico entre las caras fría y caliente del producto, reduciendo así la expansión.
ü Repeler la escoria fundida
ü Aumento de la vida útil del producto.
ü Aumento de la capacidad del producto para resistir
ü Choques térmicos/corrosión, mejorando así el rendimiento a temperaturas más altas.
ü Reducir la humectabilidad de los metales fundidos para que no afecten al producto final.
Baterías
El crecimiento en el mercado de baterías continúa dando forma a la industria del grafito, respaldado por la creciente demanda de grafito natural y sintético como material de ánodo activo en baterías de iones de litio. El grafito se utiliza en baterías para mejorar la conductancia eléctrica y al mismo tiempo permanecer químicamente inerte y estable contra la corrosión. En las baterías de iones de litio, el grafito es el componente principal del ánodo y actúa como anfitrión de los iones de litio. El grafito también se utiliza en pequeñas cantidades en otros tipos de baterías, principalmente como aditivo conductor de electricidad. Las pilas de combustible han acaparado una parte cada vez mayor del mercado de baterías. Mientras que las baterías tradicionales sólo almacenan energía eléctrica, las pilas de combustible también tienen capacidad de generación.
Lubricantes
La estructura atómica única del grafito lo hace adecuado para su uso en lubricantes comerciales e industriales. El grafito consta de capas distintas, unidas débilmente entre sí, de modo que las capas se deslizan unas sobre otras y se depositan fácilmente en una superficie de contacto. Esta estructura confiere al grafito un nivel de fricción muy bajo. El grafito se puede utilizar como lubricante en forma de polvo sólido o se puede aplicar como una película o dentro de una dispersión fluida.
Recarburizar
Se introducen aditivos de carbono en algunos hierros y aceros, cuando están en forma líquida fundida, para aumentar el contenido de carbono y mejorar el rendimiento final. El proceso de adición de carbono se denomina recarburación, aunque también se conoce como carburación, carburación o elevación de carbono. El término recarburación también tiene un significado más especializado dentro de la industria: reponer el carbono perdido durante el proceso de fabricación. Los aditivos de carbono utilizados para este fin suelen incluir mezclas de grafito sintético, grafito natural, coque de petróleo calcinado, coque metalúrgico, antracita o materiales similares.
Formas del grafito
El grafito se puede mecanizar fácilmente en una variedad de formas. Las formas de grafito son términos generales que se utilizan para describir productos de grafito sólidos y moldeados que se utilizan en muchas industrias, a menudo en aplicaciones de temperatura elevada. Los usuarios finales incluyen la industria aeroespacial, automotriz, de maquinaria industrial y electrónica.
Fibra de carbono/composites de fibra y especialidades del grafito
Hoy en día, los compuestos y las soluciones basadas en grafito desempeñan un papel clave en las aplicaciones automotrices y seguirán haciéndolo en el futuro. Ya sea para la carrocería y piezas principales, tren motriz, bloque motor o sistema de frenos: como socio de desarrollo y componentes de larga data para la industria automotriz, suministramos materiales y componentes de alta calidad para la movilidad eléctrica y no eléctrica. La fibra de carbono es significativamente más ligera que los materiales convencionales. Por tanto, es obvio utilizar cada vez más estructuras compuestas para el desarrollo de componentes. Reducen el peso de los vehículos y garantizan así menores emisiones de CO2.
Producción y aplicaciones del grafito
El grafito y materiales con base en el grafito, listados como minerales estratégicos y críticos por el gobierno de los U.S. y por la Unión Europea, tiene aplicaciones claves en varias industrias, tales como las baterías y la metalurgia (2). Con base en la relación estructura – propiedades, el grafito ofrece aplicaciones tecnológicamente innovadoras tales como la producción industrial de baterías Ion – Litio, celdas de combustible, grafeno bidimensional, purificación de agua, electrónica, fibra óptica, espintrónica, refractarios, productos eléctricos, vehículos eléctricos, etc. (3).
El valor monetario del grafito depende en gran medida del contenido de carbono y del tamaño de las escamas. El grafito comercial se puede categorizar como grafito natural y grafito sintético. El grafito natural es extraído a partir de depósitos naturales del mineral, sujetos a restricciones geográficas. Las excavaciones de grafito causan significativos daños ambientales y la purificación de grafito involucra una serie de procesos sensibles a la energía y a los reactivos químicos. La demanda de energía para producir 1Ton de grafito natural, grado batería, se estima ser, aproximadamente, 1.1 x 104 MJ, asociado con el potencial calentamiento global (GWP) de aproximadamente 5.3 ton de emisiones de CO2 equivalentes (CO2 – eq). Otra preocupación respecto al grafito natural son las fuentes del mineral. La mayoría de los polvos de grafito natural se extraen actualmente en China e India, que poseen el 66% y el 14% de la producción mundial total, respectivamente, mientras la producción de grafito natural en polvo en Europa es menos del 1 %. El grafito sintético, por otro lado, se produce utilizando recursos de carbono de origen fósil como materia prima, y el proceso de grafitización requiere temperaturas ultra altas (>2500◦C) durante varias semanas. La fabricación de 1 Ton métrica de grafito (En términos de electrodos de grafito) consume cerca de 4.0 x 104 MJ de energía, con cerca de 10 ton métricas de emisiones de CO2 – eq. En resumen, los procesos de producción de grafito actuales consumen mucha energía, generan una alta huella de carbono y, por lo tanto, son insostenibles. A medida que el mundo avanza hacia el logro de emisiones netas cero, la contradicción entre la alta demanda de productos de grafito de excelente calidad y su proceso de producción insostenible es cada vez más prominente (2).
Referencias:
(1) https://ecga.net/main-uses-of-graphite/
(2) SHI et al (2023). Establishment of green
graphite industry: Graphite from biomass and its various applications. Sweden.
(3) A.D. Jara et al (2019). Purification, application and current market trend of natural graphite: A review. International Journal of Mining Science and Technology, Ethiopia.
