Grafito para la industria

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Para la ingeniería, el carbono se presenta en dos formas importantes: grafito y diamante. El grafito es valorado por sus propiedades refractarias y el diamante en aplicaciones industriales en las que la dureza es un factor muy importante, por ejemplo, en herramientas de corte y esmerilado.

El grafito es la forma más estable del carbono en condiciones normales de presión y temperatura. Su estructura consta de capas de carbono cristalino apiladas de tal forma que los átomos de capas alternas se encuentran en la misma vertical.

Una característica fundamental es su propiedad anisotrópica, es decir que las propiedades del material varían de acuerdo con la dirección de la estructura. Por ejemplo, su resistencia varía significativamente con la dirección.

Esto explica por qué el grafito se puede usar como lubricante o bien como una fibra en materiales compuestos avanzados.

En forma de polvo, el grafito posee características de baja fricción debido a la facilidad con la cual se desliza entre sus capas y lo vuelve un lubricante valioso.

En forma de fibra, el grafito se orienta en una dirección distinta a la del polvo produciendo un material filamentoso de muy alta resistencia y elasticidad. Las fibras de grafito se utilizan en aplicaciones como raquetas de tenis o componentes de aviones.

El grafito posee algunas propiedades a alta temperatura que son de utilidad en la industria y además son inusuales. Es resistente al choque térmico y su resistencia se incrementa considerablemente con la temperatura.

Además, la densidad del carbono es de 2.25 g/mL pero la densidad en masa aparente del grafito es más baja (alrededor de 1.7 g/mL) debido a la porosidad. Esta propiedad se va incrementando con la compactación y el calentamiento.

El grafito es conductor de la electricidad, pero su conductividad no es tan alta como la de la mayoría de los metales. Una desventaja del grafito es que se oxida en presencia del aire, alrededor de los 50 °C.

La forma tradicional del grafito es policristalina con un poco de carbón amorfo en la mezcla. Los cristales de grafito se orientan intencionalmente (en grado limitado) en los procesos de producción comercial para mejorar sus propiedades en la dirección conveniente para la aplicación.

Para mejorar la resistencia del grafito, se reduce el tamaño del grano, de esta manera se utiliza para fabricar crisoles y otros productos como electrodos, materiales de resistencia térmica o antifricción y fibras de materiales compuestos (formados por la unión de dos diferentes materiales con el fin de obtener las propiedades de ambos en un solo producto).

Como vemos, el grafito es un material muy versátil. En polvo es lubricante, en la forma sólida tradicional es un refractario y si se conforma en fibras de grafito, es un material estructural de alta resistencia.

Además de esto, el grafito es más estable que el diamante (otra forma del carbono) y posee una estructura más abierta, por lo que la conversión de grafito en diamante está favorecida con temperatura alta y presión alta.

Con fines industriales se fabrican pequeños diamantes calentando grafito a 2000 °C y de 10 a 5 atmósferas de presión, en presencia de un metal de transición como catalizador (cromo, hierro o platino). El diamante industrial se usa en troqueles y muelas para pulir herramientas, también se utilizan para perforar pozos petroleros y para el corte de todo tipo de piedras.

Por otro lado, el grafito también se utiliza en la industria como refractario, revestimiento, material eléctrico, para la generación de electricidad, en la manufactura de empaques para productos químicos, tiene varios usos dentro la industria automotriz, es componente en la elaboración de pinturas, funciona como lubricante y en la elaboración de puntas para lápices, entre muchas otras.

El interés de la industria por utilizar carbono en sus procesos se debe a las propiedades estables que lo caracterizan.

Perfil del mercado del grafito

Específicamente en México, su aplicación principal es dentro de la industria del acero y del hierro. Es utilizado también en la elaboración de productos refractarios, químicos, de revestimiento; por sus cualidades de autolubricación y conducción de electricidad es usado en la fabricación de conductores en motores eléctricos y en la fabricación de baterías secas.

Los principales destinos del grafito mexicano son: Estados Unidos, 93.57%; Guatemala, 1.78%; España, 2.68%. Las importaciones provienen de Estados Unidos, 55.91%; Brasil, 5.65%; China 22.11% y Canadá, 13.26%.

El grafito es un material indispensable en la industria, proviene del carbono y logra diversas características dependiendo de la forma en la que se presente (polvo, láminas o fibras).

El carbono es un elemento versátil que, de acuerdo con su acomodo, puede lograr propiedades extra duras o extra blandas.

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