При обсуждении разных вещей постоянно всплывает такая штука как графит.
С одной стороны — графит вещь простая (с химической стороны — особенно простая), его можно найти в природе, в мире существуют очень крупные месторождения.
Но давайте-ка посмотрим — зачем он нужен и будет ли он доступен для попаданца…
Первая вещь, которую вспоминают по слову «графит» — это карандаш. Классический графитовый карандаш изобрели недавно, в 1775 году, и за последние 200 лет карандаш почти не изменился, но про это будем отдельная статья.
И я верю, что карандаш вещь нужная. И попаданец сможет на этом деле неплохо заработать, но…
Есть применения и поинтереснее.
Современный мир устроен так, что все, что ни делается — делается в Китае и мы уже плохо представляем разные производственные процессы.
Свойства графита уникальны — мягкий электропроводный материл, очень огнеупорный, который отлично проводит электрический ток. Но мы помним только о том, что он отлично пачкает.
Поэтому давайте прикинем, что полезное попаданец получит вместе с графитом.
Во-первых — огнеупорные тигли.
Значение их вообще трудно переоценить. Такие тигли позволят получать очень высокотемпературные выплавки разных материалов высокой чистоты. Тут, правда, море ограничений из-за того, что графит — это все-таки углерод и с доступом кислорода при высоких температурах он может выгорать или соединяться с плавкой. Но температуры должны быть совсем немалые (или металлы специфические). Из графита кроме тиглей делают и футеровочную плитку и высокотемпературные трубопроводы.
Во-вторых — графитовые смазки. Это тоже применяется во многих и многих областях — от вытяжки проволоки (что будет ценным в самой далекой древности) и заканчивая смазкой рессор (лучшая защита от скрипа).
Графитовая смазка — очень стойкая и высокотемпературная, при этом скользкость графита на высоте. Единственный минус — слишком вязкая, не годится для высокоскоростных систем.
В-третьих — очень широкое использование в электротехнике. Это и производство резисторов, и графитовые электроды, и токосъемные щетки в электродвигателях.
Да даже в гальванике без графита никак — например, нанесение металлического покрытия на стекло начинается с покрытия стекла слоем графита, и именно на графит осаждается металл гальваническим методом.
В современном производстве алюминия без графитовых электродов никак.
В-четвертых — использование графита в виде порошка во всяких других, более экзотических применениях. Типа литейной смазки, чтобы металл не касался самой литейной формы, что дает повышение качества отливки. Или антистатические покрытия (используют проводимость графита), или наполнитель для композиционных материалов, или даже термоизоляция.
Да в конце концов — даже нормальный ядерный реактор не построить без графитовых «кирпичей» или стержней-замедлителей нейтронов!
Однако, графит был открыт сравнительно недавно — только в 1565 году, в Англии, в графстве Камбрия (Cumbria County), в местности Grey Knotts (горный озерный край).
В то время там начали интенсивно пасти овец, благодаря чему графит и был обнаружен.
Однако, по некоторым сведениям он был известен еще до 1500 года.
Но если вы в то время захотите получить графит — то слово «графит» достаточно новое, тогда его звали Plumbago. В этом названии главное то, что так называли множество минералов, и не факт что принесут именно графит. Само слово Plumbago — происходит от слова Plumbum, то есть свинец, хотя в графите никакого свинца нет. Радует только одно — в случае с графитом этот термин просуществовал недолго.
После того, как графит открыли, он был использован.. для бытовухи и для военного дела. Во-первых из него начали делать карандаши (очень дорогие были карандаши), а во-вторых из него стали делать литьевые формы для производства ядр пушек Королевского Флота. Ядра при этом получались более гладкими, что давало увеличение дальности выстрела.
И тут вокруг графита наворотилась целая детективная история.
С одной стороны, когда оценили запасы графита, они показались очень маленькими, а с другой стороны графит стал военным стратегическим продуктом, который не должен был попасть к врагам Британии. Поэтому вся его добыча попала под жесткий государственный контроль как добыча стратегического сырья. А заодно — резкое ограничение добычи, шахта имела право работать не более шести недель в год (!).
При этом само слово «графит» происходит от слова «пишу» — и поэтому можете себе представить, сколько стоили карандаши при таком жесточайшем подходе к добыче!
А там, где можно легко срубить денег, возникают горы злоупотреблений. Тут и пробивка замаскированных «левых» шахт, и просто воровство со складов. А так как продукт стратегический, то все махинации с графитом наказывались как государственная измена — то есть исключительно смертной казнью. Но судя по статистике того времени, это мало кого останавливало…
И ситуация такая продолжалась достаточно долго. Пока не подоспели другие месторождения, фактически до 1750 года, когда началась крупномасштабная добыча в Южной Чехии (кроме него, вроде бы, появлялись более мелкие месторождения, я конкретной информации не нашел). И оказалось, что графита много, и много по всему земному шару. Одно из самых крупных месторождений сейчас разрабатывается в Корее, которая и дает львиную долю современного графита.
На территории бывшего СССР — на Украине на границе Кировоградской и Одесской областей (сейчас крупнейшее разрабатываемое), и в России районе Восточных Саян (разрабатывалось с 19 века, сейчас фактически все выбрано).
Вообще попаданцу в Российскую Империю графит будет доступен со времен Ломоносова, который активно приложил руку к его добыче (хотя масштабы были невелики, еще не открыли действительно большие месторождения).
Итак, вроде бы графит доступен сравнительно недавно.
Однако, это не совсем так.
В той же Южной Чехии графи использовали в керамике за 500 лет до открытия месторождения.
А вообще — первые следы использования графита это Культура Боян-Марица, которая за 4 тыс. лет до нашей эры процветала в низовьях Дуная (Болгария, Румыния, Молдавия). Они с помощью графита украшали свою керамику.
То есть для попаданца доступ к графиту очень странный.
С одной стороны — если он попал в местность, где есть месторождения, то графит — не проблема. Добыча его простая, камень мягкий, никакой высокотемпературной обработки не требует.
С другой стороны — в начале Технической Революции с получением доступа к графиту будут большие проблемы. Даже в Британии он окажется недоступен.
Поэтому я даже и не знаю — а стоит ли автору попаданческих книг давать главному герою доступ к графиту. Уж очень неоднозначная история у этого вещества.
Замечание насчёт «plumbaro» и его отношение к графиту. До графита были такие свинцовые карандашики (и сейчас, вроде, есть).
В начале технической революции доступен пиролизный графит. Он всегда доступен, с момента как научились делать пиролиз (а ведь если не научились, то можено и научить).
Его качество (и качества :)) зависят от технологии, но для многих применений (типа карандашей) может проканать самая простая технология.
Ну и, конечно, уж если ядерный реактор то только и исключительно пиролизный графит, иначе требуемой чистоты не выйдет ни при каких раскладах. Как впрочем, и с любым хай-теком, графен из природного графита ковырять — тоже, небось, не самое лучшее, что можно придумать.
Это все еще будет разбираться.
Ну, кроме как вопросов с ядерным реактором, потому как для попаданца считаю эту тему бесперспективной.
Про ядерный графит ходит такая байка, что директор завода по изготовлению графита попросил Курчатова (который делал заказ) после войны намекнуть как они будут делать алмазы. Чистота нужна очень большая, если хочется реактор на природном уране делать.
Если англичане настолько умные, что ограничивают добычу графита и этим загоняя цены на карандаши вверх, можно составить им конкуренцию, начав выпускать химические (чернильные) карандаши.
Ну, тут логика была — «графит стратегическое сырье для Royal Navy», а карандаши… Ну что карандаши, армия и без них воевать будет. А вот преимущество для флота — это вещь!
Рецептик наколенный химических карандашей не подкините?
Мешаем графит с каолином, формируем стержни, спекаем. Потом в несколько приёмов с промежуточной сушкой пропитываем их, например, индиго. В чём проблема?
В графите же — редком и дорогом стратегическом сырье.
«Итальянский карандаш (с XIV в.) изготовлялся из чёрного глинистого сланца или порошка жжёной кости с растительным клеем. Итальянский карандаш даёт линию матового оттенка и слабой черноты. С XVI в. распространились графитные карандаши (штрих которых обладает малой интенсивностью и лёгким блеском), а с конца XVIII в. — карандаш с пишущими стержнями из смеси графитного порошка с глиной в деревянной оправе. » (С)
«…всё, что НИ делается, делается в Китае».
Для нанесения металлического покрытия поверхность (не только стекла) протравливается токопроводящими солями, например олова, свинца или серебра. Графитовый слой не даёт прочного сцепления металла с подложкой. Зато при гальванопластике графитовый подслой незаменим.
Литейная смазка — совсем не «экзотика», а классическое и древнее применение графита. Собственно, в статье это есть.
Пропущено такое важное применение, как металлографитовые подшипники скольжения. Токосъёмные щётки — только частный случай.
Английское месторождение графита находится в округе Борроудейл, графство Камбрия (историческая область Камберлэнд), на границе с Шотландией. Графства Кемберли нет, есть город Кимберли в графстве Суррей .(Такого произношения требует традиция русского языка, англичане произносят Кэмберли и Сари). Суррей — в пригородах Большого Лондона, на противоположном конце Англии.
И последнее. Нельзя ли прикрутить к форуму какие-никакие личные сообщения? Чтобы не играть в КО.
Литейная краска — это совсем не древнее изобретение, всего пару сотен лет. Я ее буду разбирать, вещь крайне полезная в некоторых случаях.
Про подшипники скольжения… а это точно попаданческая технология? Я точно не помню, но вроде там все сложно.
Про Кимберли поправил.
А про форум… он и так сам прикручен к вордпрессу левым образом. 🙁
Бронзографитные втулки для подшипников скольжения делаются по той же технологии, что меднографитные щётки для электрических машин. То есть, технология для попаданца в начало 19 века и с очень узким «окном успеха»: сначала оно никому не надо, а потом как-то и без него справились…
1. Вам сколько графита надо? Тысячи, десятки тысяч тонн? А если тонны — десятки тонн, то таких месторождений много, легко доступных в том числе. К примеру, Тайгинка под Кыштымом, можно к Демидову на поклон идти.
2. Насколько высокоскоростная смазка вам нужна, в гироскопах к примеру применяется.
А с какого года будут доступны месторождения в Сибири и на Урале? Сибирь тут уже обсуждалась, когда вспоминали месторождения платины.
Тут уж лучше в Южную Чехию…
Графитовая смазка в гироскопах — там просто хай-тек, для попаданца недоступна. Для попаданца будет доступна только такая смазка, которой сейчас колесные ступицы мажут, чтобы не прикипали к колесам. Но и то — на порядок хуже качеством.
>А с какого года будут доступны месторождения в Сибири и на Урале? Сибирь тут уже обсуждалась, когда вспоминали месторождения платины.
Тут уж лучше в Южную Чехию…
Ну когда к Ермаку пойдёте, то и спросите, «какой сейчас год?». За одно прошу передать привет.
На то и попаданец. В Англии впервые стали применять графит в промышленных целях — отсюда и ограничения. И именно до тех пор, пока остальные страны не освоили его применения в промышленности. Там, где его промышленного применения ещё не знают, узнают от попаданца, и тогда доступ к графиту для него проблемой не будет.
Для карандашей полезен графит в смеси с липкой глиной — они будут менее хрупкими:
«Современный карандаш был изобретен французским ученым Николой Жак Конте в 1794-м году. Предпосылкой для этого изобретения стал запрет английским парламентом вывоза драгоценного по тем временам графита. В результате Конте получил задание от французского конвента разработать альтернативный и более дешевый карандаш. Конте выполнил поручение и изобрел технологию смешивания графита и глины с последующей термической обработкой. Качество новых стержней было на высоте, к тому же изменяя пропорции смеси, появилась возможность создавать стержни различной твердости».
Впрочем, и для огнеупорных тиглей в промышленности применялась смесь графита с глиной, в которой глины было до 50% (особенность месторождения графита в Нассау, Германия). В начале промышленного переворота графит можно также импортировать — в Европе из той же Чехии, Австрии (Штирии), Германии, Италии — если невозможно достать его в данной стране. Промышленный переворот не во всех странах одновременно начался.
Большие куски графита до его популярности в качестве материалов для тиглей исользовали как балласт корабли, шедшие из индии, и графит этот выкидывался (в штатах по крайней мере) на берег когда становиля ненужен.
не выкидывали, а специально везли графит под видом балласта. так то графит в качестве балласта сильно хуже, чем любые другие камни — плотность почти в полтора раза ниже
аналогично контрабандой под видом балласта везли монацитовый песок из Индии и Бразилии в начале XX в
Терморасширенный графит
Если на порошок графита подействовать серной кислотой кислотой в присутствии сильных окислителей (лучше всего азотной кислоты, но иногда применяются и другие окислители) по происходит частичное окисление, сопровождающееся образование интеркаляционного соединения, в котором молекулы серной кислоты внедряются между монослоями графита, несколько увеличивая при этом межплоскостных расстояний (с 3.35 до 3.4 ангстем). Аналогичного эффекта можно добиться при обработке одной азотной или хлорной кислотой; при этом внедряется соответствующая кислота.
После отмывания водой такой графит внешне мало изменяется, однако получает интересное и полезное свойство — при нагревании выше ~200 градусов происходит резкое увеличение объема за счет газов, образовавшихся при разложении и восстановлении интеркалированных молекул (оксиды серы, азота, углерода, а также вода). Чешуйки графита при этом многократно увеличиваются в размерах по одной оси, превращаясь в червеобразные частицы крайне малой кажущейся плотности. При этом 1 г графита может давать от 20 до 200 см3 такого порошка.
Одно из важнейший применений терморасширяющегося графита — это огнезащитные краски. Краски с небольшой добавкой такого графита при действии огня вспучиваются, и за счет своей малой теплопроводности защищают окрашенную поверхность от дальнейшего нагревания огнем.
Другая, не менее важная область применения основана на том, что червеобразные частицы терморасширенного графита способны спрессовываться безо всякого связующего. При этом получаются листы так называемой графитовой фольги, обладающей всеми свойствами графита и про этом гибкой и достаточно эластичной.
https://www.graflex.ru/upload/iblock/121/1214f0fb5229c6c80cb85ffea1303699.jpg
Графитовая фольга находит очень широкое применение в различных уплотнениях, сальниках и прокладках.
Графит для графитовой фольги подвергается очень быстрому, в течение нескольких секунд, нагреванию до 900-1000 градусов, и при этом получается материал с более чем 99% содержанием углерода.
Для получения терморасширенного графита можно использовать весьма никокачественное графитовое сырье, которое, в отличие от крупнокускового графита, встречается весьма широко. Ведь даже от самых трудноотделимых примесей такой графит можно очистить на стадии обработки кислотами (серной, соляной или плавиковой).
Конечно, ни терморасширенный графит, ни уплотнения из него переворота в технике не совершат. Но тем не менее, эти материалы могут существенно облегчить прогресс в других сферах.
Флотация графита
Хотя месторождений крупнокускового графита во всём мире весьма мало, и их можно пересчитать по пальцам одной руки (Кембрия в Англии, Шри-Ланка и несколько месторождений в Индии), однако менее качественный графит, смешанный с пустой породой, встречается крайне широко. Чтобы извлечь графит из таких пород, хорошо подойдёт метод флотации.
Ещё в 70-х годах XIX в. в Германии стали очищать графит, помещая размолотую руду в чаны с водой и небольшим количеством масла и нагревая эту смесь до кипения. При этом гидрофобный графит вместе с маслом образовывал пену, легко снимаемую с поверхности, а более тяжёлые и гидрофильные примеси оставались на дне.
Вместо кипячения, требующего огромного расхода энергии, оказалось достаточным просто продувать через смесь воздух. С начала XX в. и по сей день масляная флотация остаётся основным методом обогащения графита. А получающийся мелкочешуйчатый графит хорошо подходит для производства карандашей, смазок, графитовых тиглей и многих других полезных вещей.