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Grafito: ocurrencia, clasificación, purificación y beneficio

admin — Thu, 08 Feb 2024 19:05:51 +0000

Ocurrencia y clasificación del grafito

El grafito es un alótropo de carbón con grafito, nano tubo de carbón, fullereno y diamante. También es un material polimórfico, mostrando estructura romboédrica, hexagonal y turboestrática. Usualmente se encuentra en la naturaleza, principalmente debido al metamorfismo de compuestos sedimentarios de carbón.

El grafito también puede ser formado por medio de procesos sintéticos tratando térmicamente coque de petróleo o brea de alquitrán de hulla. Este grafito es llamado altamente ordenado o grafito pirolítico orientado (HOPG), procesado con tratamiento térmico en el rango de 2500 – 3000 ºC. Las Tablas 1 y 2 resumen el origen, propiedades y aplicación de grafito.

El grafito es un alótropo de carbón con grafito, nano tubo de carbón, fullereno y diamante.

Purificación y beneficio del grafito

Purificación del grafito es la separación física del grafito de una mezcla de minerales.

El beneficio es una técnica de separación para mejorar y enriquecer el contenido mineral útil de los minerales mediante la eliminación de componentes no deseados y nocivos. Este proceso depende de las propiedades físicas y químicas de los minerales del yacimiento, aprovechando propiedades como la gravedad específica, el magnetismo y las características de la superficie. El proceso de beneficio usualmente incluye trituración, concentración por gravedad (Jig, Medios densos, espirales, mesa concentradora), Concentración química (Flotación con espumas) clasificación neumática y separación magnética.

Después de los procesos de beneficio se aplican métodos de refinación para aumentar la pureza del grafito. Estos métodos de refinación incluyen: conminución, flotación con espumas, flotación inversa, separación electrostática, clasificación neumática, lixiviación, tostación y lixiviación, microonda y, separación por gravedad.

Purificación Hidrometalúrgica

Purificación hidrometalúrgica consiste de los siguientes métodos: a) Flotación, b) ácido – base y c) ácido hidrofluórico (HF en agua). El primero, la flotación es un método de bajo costo que utiliza la flotabilidad del grafito para aumentar la purificación. Segundo, método ácido base, se conoce como fusión alcalina o método de hidróxido de sodio (NaOH), en el cual las impurezas reaccionan con el NaOH bajo alta temperatura, produciendo hidróxidos insolubles en agua. Luego, a través de la lixiviación con una conveniente concentración de solución de ácido hidroclórico, se forman cloruros solubles. Estos compuestos se lavan con agua y luego se eliminan. Normalmente, este método es ampliamente utilizado debido a la inversión en infraestructura a pequeña escala, fácil implementación y es conocido globalmente. Sin embargo, es un método que requiere mucho tiempo y genera fuerte contaminación. Por último, el tratamiento en ácido hidrofluórico es un método de purificación en el que el ácido reacciona con casi todas las impurezas del grafito, generando compuestos solubles en agua, que pueden ser removidos enjuagando con agua.

Purificación Pirometalúrgica

La purificación pirometalúrgica incluye: a) Tostación con cloración y b) métodos de alta temperatura. Primero, la tostación por clorinación es cómo sigue: tostación a una temperatura y atmósfera específica, adición de cloro gaseoso para clorar las impurezas en el grafito y, generar fase gaseosa o complejos condensados con cloruro para eliminar impurezas con bajos puntos de fusión y ebullición. Se conoce que la eficiencia de la purificación de éste método alcanza más del 98%. Sin embargo, éste método es costoso y el gas que se genera es difícil de tratar. Segundo, en el método de alta temperatura, el grafito es calentado a más de 4892 ºC donde las impurezas con bajo punto de ebullición se vaporizan y remueven. En éste, la pureza del grafito llega a ser más del 99.995 %. Sin embargo, el inconveniente de este método es que requiere una inversión en infraestructura a gran escala, además de un alto consumo de electricidad.

Conminución del grafito

El primer paso en el beneficio de un yacimiento mineral es la conminución, es decir, la reducción de constituyentes sólidos a partir de un tamaño de partícula típico, a un tamaño de partícula medio aplicando trituración, molienda, corte, vibración u otros procesos. La reactividad de constituyentes sólidos aumenta con la reducción de tamaño de partícula, la cual a su vez permite la separación mecánica de ingredientes indeseables. Conminución esencialmente produce partículas de diferente tamaño y da una descripción cuantitativa que relaciona el tamaño de partícula de las materias primas con los productos. En otras palabras, la conminución modifica solamente la distribución de tamaño de partícula entre el alimento y el producto. Las principales funciones de la reducción de tamaño son: a) la liberación de uno o más minerales económicamente importantes de los componentes ganga, en una matriz de mineral, b) la exposición de una gran área superficial por masa unitaria de material para facilitar alguna reacción química específica, tal como lixiviación, c) reducción de la materia prima al tamaño deseado para el proceso subsiguiente o manipulación, y d) la satisfacción de requerimientos del mercado relativas a las especificaciones de tamaño de partículas.

Tamaño de la partícula o escama, contenido de carbono y el grado de los productos de grafito, son factores importantes para su comercialización.

Después de la conminución, se recomienda una posterior purificación, la cual incluye purificación hidrometalúrgica (flotación, separación por gravedad, ácido base, y métodos ácidos HF) y, purificación pirometalúrgica (tostación por clorinación y métodos de alta temperatura).

Flotación del grafito con espumas

El grafito es el primer mineral concentrado a partir de un cuerpo conminuído por flotación con espumas. La precondición de la flotación con espumas es la trituración y molienda de una roca grafítica. El proceso de flotación con espumas es utilizado para separar selectivamente minerales hidrofóbicos de los hidrofílicos en una suspensión en agua. La superficie de las partículas de carbón grafítico es resistente al agua y por eso es muy susceptible a la flotación en agua mediante reactivos de acondicionamiento selectivo. Las partículas de grafito hidrofóbico unidas a burbujas de aire en suspensión se mueven hacia una capa de espuma en la parte superior del fluido y se separan de las partículas hidrofílicas. El diseño del proceso de flotación difiere en complejidad, dependiendo tanto del grado de liberación como de la pureza preferida del producto. Sin embargo, normalmente incluye varias etapas de flotación fuerte/limpieza (rougher/cleaner) con etapas intermedias de remolienda. Generalmente, el mineral de grafito en escamas se purifica mediante procesos de molienda-flotación en varias etapas, como se muestra en la siguiente figura.

Estos procesos evitan que las escamas de grafito se destruyan durante la remolienda, generando una gran cantidad de medios (partículas de grafito con impurezas). En la técnica típica de beneficio de grafito, el método de tratamiento para medios de grafito incluye retorno de concentrado b), retorno de concentrado paso por paso c), y una técnica de proceso individual d). Se sabe que el retorno de concentrados medios simplifica el diagrama de flujo general. Sin embargo, produce efectos negativos sobre la flotación, cuando la cantidad de medios es grande o existe una gran diferencia en las propiedades de los medios. El retorno de medios, paso por paso, se adapta para la recuperación del grafito con pobre flotabilidad.

La flotación puede afectar la química de la superficie. Sin embargo, la pureza de partículas discretas de grafito usualmente no cambia. Luego, las impurezas residuales crecen internamente entre el grafito por medio de químicos o acción térmica, llegando a grados de grafito de alta calidad. En adición a su flotabilidad natural, la introducción de reactivos tales como keroseno y aceite de pino puede facilitar la separación de minerales ganga como cuarzos, micas, feldespatos y carbonatos. No obstante, la selectividad se mejora con la adición de modificadores de pH (soda cáustica) en un rango de 7.7 – 8.5.

Para que el proceso de flotación sea óptimo, se deben realizar pruebas con las cuales se establecen la cantidad y tipo de reactivos que se deben aplicar a un mineral de grafito en particular. En estas pruebas se utilizan equipos como la Columna de flotación a escala de laboratorio, con diámetro de 100 mm y altura de 1800 mm, como la que se muestra en la siguiente figura.

Referencias:

(1) 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.

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El grafito y sus aplicaciones

admin — Thu, 08 Feb 2024 00:33:42 +0000

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.

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Colombian Thermal Coal: The perfect fuel for your company

admin — Sun, 26 Nov 2023 23:26:50 +0000

It is a pleasure for us to present you an exclusive offer to supply your operations with high quality coal, extracted from legally formalized mines in Colombia. Our coal is known for its integrity, high carbon content, low ash content and low sulfur content. It is ideal for use in many applications, including but not limited too, power generation, steel manufacturing and cement production.

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Type A coal: an efficient, high-performance energy resource, with exceptional calorie and moisture content characteristics.

Particle size: bulk.
Available quantity: 60,000 ton/month.

Type B Coal

Versatile and technically superior quality, suitable for various industrial and energetic applications.

Particle size: bulk.
Available quantity: 60,000 ton/month

Anthracite

High carbon content, it is perfect for specialized applications where purity is essential.

Particle size: bulk.
Available quantity: 20,000 ton/month.

Graphite

A fundamental mineral for the metallurgical and technology industry, with exceptional levels of purity and quality.

Particle size: delivered as sliver type.
Available quantity: 5,000 ton/month.

Results correspond to the analyzes carried out on samples of each type of mineral, by allied certified laboratories in the indicated analysis parameters.

Exploitation plan

The exploitation operation will begin with a delivery plan of 60,000 metric tons per month for the first 6 months of exploitation and with a second expansion phase for 120,000 metric tons.

The delivery plans will be 19,000 metric tons per week, either at mine collection point or at port. The first delivery will be 45 days after starting and documentary formalization of operation. This for type A and B coal.

For anthracite and graphite coals, delivery of offered quantities is maintained with possibility of expansion.

International Trade Terms

Delivery Location:

Port of Brisa, Colombia (Types A, B and anthracite coal).
Port of Barranquilla, OHL maritime transport (Graphite type coal).

Terms of Trade (INCOTERMS):

FOB (Free On Board) – All loading and unloading shipment costs at port are buyer responsibility, for types A, B and anthracite coals.
CIF (Cost, Insurance, and Freight – Cost, Insurance and Freight) – The seller pays cost of freight and insurance to bring merchandise to designated port of destination. The risk is transferred to the buyer once goods are on board ship. It applies, if necessary for graphite-type carbon.

Unit Price²:

- Type A: 141 USD/ton³
- Type B: 123 USD/ton
- Anthracite: 209 USD/ton
- Graphite: 400 USD/ton

Note 2: prices offered are in accordance with international prices as of October 3^rd, 2023. At the time of negotiation, they are established in accordance with offer in the international market.

Note3: “ton” means metric ton.

Supply agreement: minimum commercial relationship of 1 year, extendable depending on commercial relationship.

Payment terms: irrevocable Standby Letter of Credit of Credit (SBLC MT760/MT103).

Additional Services

Sampling and analysis: we offer mineral quality sampling and analysis services if necessary.

Documentation

The different types of minerals offered have a certificate of origin, a current concession contract, a national mining registry and the Single Registry of Mineral Marketers (RUCOM), which will be supplied once the agreement is perfected and formalized.

Contact

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NOLBAYRO MARIN OSORIO

Materials Engineer

Cellphone: (+57) 311 7125296

ABRAHAM GONZALEZ

Business Administrator

Cellphone: (+57) 312 7787783

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