Kritik Hammaddelerden Grafit Nedir?

Grafit, elmas gibi karbonun bir formudur. Kaliteli kömür ile elmas arasında bir yeri vardır. Yağlı yapısı sebebiyle kurşun kalemlerin hammaddesidir.

Grafit, diğer adıyla “karataş”, elmasla birlikte bir karbon formudur. Ancak dünyanın en sert elementi olan elmasla kıyaslanamayacak kadar yumuşaktır. Yağlı yapısı sebebiyle kullanım alanları çok farklı ve geniştir. Bir kâğıt veya yüzeye sürüldüğünde iz bırakır. Bu da grafiti ideal bir yazı ve çizim maddesi haline getirir. Meşhur duvar yazısı sanatı “grafiti” ile grafit arasında “yazı ve çizim” temelinde bir bağ olduğunu tahmin ediyoruz. Çünkü iki kelimenin kökeni de “yazmak” fiilinden geliyor. Endüstride, elektronik cihazlarda çok yaygın olarak kullanılan grafitin üretimi her geçen yıl biraz daha artıyor. Önemi giderek artan kritik ve stratejik bir hammadde olan grafitin üretimi Türkiye’de 30 yılı aşkın bir süredir yapılıyor. Renksiz sert elmasın yumuşak siyah komşusu grafiti yakından tanımaya ne dersiniz?

Tarihçesi

1778 yılında İsveçli kimyager Carl W. Scheele, grafitin karbonun bir türevi olduğunu keşfetti. Bu tarihten önce grafit, bir kurşun çeşidi zannediliyordu. Kurşun ve galen cevherlerine benzerliği sebebiyle bir dönem “siyah kurşun” ve “plumbago” olarak adlandırılmış. Daha sonraki yıllarda Edward G. Acheson, “karborundum” adı verilen silisyum karbür üzerinde yüksek sıcaklıkta deneyler yaparken 1450 derecede silisyumun buharlaştığını fark etti. Karbon da grafit formunda çökeldi. Grafit ve kil karışımı kurşun kalem uçları, 1785 yılında Nicolas-Jacques Conte tarafından icat edildi.

“Grafit” kelimesi, Yunanca “yazmak” anlamındaki “graphein” fiilinden türetilen bir sözcüktür. Bu ismi Alman jeolog Abraham G. Werner, grafitin kâğıt üzerinde iz bırakma özelliği sebebiyle 1789 yılında vermiştir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Grafit; karbonun, elmas ve amorf karbonla birlikte üç ana allotropik şekillerinden biridir. Doğal element minerali ve karbon allotroplarından biridir. Diğer bir ifadeyle; karbon elementlerinden oluşan bir mineraldir. Karbonun bir formu olduğu için “C” simgesi ile ifade edilir. Siyah, gri, kül renginde, yağlı ve yumuşaktır. Kâğıt üzerinde iz bırakabilen bir maddedir. Bu sebeple kurşun kalemlerin uçları, içine kil katılarak sertleştirilmiş grafittir. Kok kömürünün çok yüksek sıcaklıklarda işlenmesi ile yapay olarak elde edilebilir. Yüksek sıcaklıklara dayanabilir. İnce levhalar halinde bükülebilir.

Grafit, elmas gibi karbonun bir allotropudur. Elmas ile grafit arasında atom ve kristal yapıları bakımından farklar vardır. Elmasta her bir karbon atomu, dört farklı karbon atomuna bağlanarak üç boyutlu katı bir yapı oluşturur. Grafitte ise, karbon atomları üst üste yığılmış, geniş, yassı levhalar oluşturacak şekilde, iki boyutla düzlemde birbirine bağlanmıştır. Yani atom yapısı kovalent bağlıdır. Bu levhalar birbirinin üzerinden kolayca kayar. Bu özellik, grafitin yağlayıcı olma özelliğinin kaynağıdır. Bu sebeple grafit yağ haline getirilebilir. Grafitin kâğıtta iz bırakmasının sebebi de, bu ince atom levhalarının grafitten ayrılarak kâğıtta birikmesi durumudur.

Kristal sistemi hekzagonaldır. Kristallerindeki karbon atomları koşut düzlemler içinde hekzagonal olarak dizilmiştir. Diğer bir ifade ile karbonun hegzagonal kristal yapıdaki tabakalı formudur. Grafitin düzlemsel yapısına “grafin” adı verilir. Düz ve levhaya benzer kristalleri vardır. Kristal yapısında hareketli elektronlar olduğundan elmasın tersine iyi bir elektrik iletkenidir. Grafitin içeriğindeki sabit karbon ve kül içeriği yüzdesi, saflığını belirler. Bu parametreler, kullanım alanlarını da belirleyen kriterlerdir.

Grafit doğada yaygın olarak bulunur. Ancak ince kristalli formu nadirdir. Birçok grafit yatağında oldukça fazla grafit oluşumu vardır. Düzgün kristalli grafite nadir rastlanır. Doğada kristal, pul ve amorf şekillerde bulunabilir. Tenörü en yüksek formu, kristal grafittir. Genellikle metaformik zonlarda şistler, mermerlerle birlikte magmatik kayaçların yakınlarında bulunur. Rejiyonal metamorfizma alanlarında daha geniş rezervlere ve yüksek tenörlere rastlanır. Doğada yaygın olarak filon, damar, adese ve dissemine türü yatak şekillerinde bulunur.

Hangi Alanlarda Kullanılır?

Grafit, teknolojideki gelişmelere paralel olarak önemi giderek artan ve teknolojik ürünlerde kullanılan önemli bir endüstriyel hammaddedir. Son yıllarda uzay kapsüllerinin ısı kalkanlarında kullanılmaktadır. Yağ haline getirilerek endüstrideki çeşitli uygulamalarda kullanılır. Yağlı yapısı sebebiyle kurşun kalemlerin yapıtaşıdır. Yağ formu, hareketli metal aksamların yağlanması işlemlerinde aranan bir maddedir. Döküm ve refrakter sanayisinde asitlere ve ateşe karşı dayanıklılığı özelliğinden faydalanılır. Pota ve laboratuar malzemeleri üretiminde de kullanılabilen grafit, ateşe dayanıklı siyah renkli boyaların hammaddesidir. Elektrik iletkenliğinin yüksek olması sebebiyle elektrotlar başta olmak üzere motor fırçaları, pil çubukları ve elektronik aletlerin aranan maddeleri arasında yer alır.

Türkiye’de boya imalatında ve demir çelik fabrikalarında kullanılan grafit ithal edilmektedir. Türkiye’de üretilen grafit düşük tenörlü olduğu için döküm sanayisi ve kurşun kalem imalatında kullanılabilmektedir. Sentetik olarak üretilen grafitin döküm uygulamalarında kullanımı yaygındır. Sentetik grafit, doğal grafite oranla yüksek sıcaklığa daha dayanıklıdır ve 2500 derece sıcaklıkta daha az sünme özelliğine sahiptir. Bu sebeple birçok alanda doğal grafitin yerini yapay grafit almaktadır. Yapay grafitin en çok kullanıldığı ürün ise elektrotlardır.

Grafitin yağlayıcı olarak kullanılabilmesi için en az yüzde 95 oranında grafitleşmiş karbon içermesi yani oldukça saf olması, kuvars gibi sert mineraller içermemesi gerekiyor. Bu sebeple yağlayıcı grafit, pul şeklinde olan türüdür. Yağlayıcı özellikteki grafit 0,1-1 mikron boyutunda öğütülerek yağ, su ve alkol eklenerek yağ haline getirilir. Yağ formu, makine parçaları için ideal bir yağlayıcıdır.

Kurşun kalem ucu, işlenmiş kaolen, bentonit ve grafit karışımından üretilir. Grafitin sürüldüğü yerden silinebilme özelliği sebebiyle kurşun kalem uçlarında kullanılmaktadır. Kurşun kalemler için en uygun grafit türü, ince taneli ve kompakt olandır. Doğal grafitin saflığı oranında bu alandaki kullanımı da değer kazanır. Düşük kaliteli kalem uçları için amorf grafit kullanılır.

Grafitin kullanışlı yapısı kullanım alanını artırıyor. Kullanıldığı bazı ürünler şunlardır; beyaz eşyalar, elektrikli süpürgeler, küçük ev aletleri, refrakter tuğlalar, döküm boyaları, potalar, soba boyaları, elektrotlar, motor ve jeneratör fırçaları, pil tozları, fren astarları ve balataları, basım cihazları, ısı değiştiriciler, nötron yavaşlatıcılar, karbon yükselticiler, yağlayıcılar, yapıştırıcılar, cilalar, lastikler, kurşun kalemler, tohum ve gübre kaplamaları, piston halka ve yatakları, motor gömlekleri, pas temizleyiciler, kibrit, motor yağları, elektrik bataryaları, kuru piller, gres yağları, elektrometalürji uygulamaları, jet motorları, uçak parçaları, spor malzemeleri, atom reaktörleri, ilaç sanayisi, dinamo kömürleri, karbon kâğıdı, karbon siyahı, mürekkep, elektro-gitar ve bas-gitarların üst eşikleri…

Hangi Ülkelerde Rezervi Bulunur?

Grafitin dünya genelindeki yıllık üretimi 1 milyon tonun üzerinde gerçekleşmektedir. Üretimin yaklaşık yüzde 80’i Çin’de yapılıyor. Grafitin elde edildiği başlıca ülkeler şunlardır; Sri Lanka, Sibirya, Kuzey Amerika, Kuzey Kore, Güney Kore, Meksika, Avusturya, Çin, Almanya, Çek Cumhuriyeti, Güney Afrika, Madagaskar, Norveç, Brezilya, Romanya, İtalya.

Türkiye’de düşük tenörlü grafit yatakları bulunmaktadır. Özellikle demir çelik fabrikalarında kullanılan grafit elektrot ihtiyacı arttıkça yeni yataklar bulunması için çalışmalar hızlanmıştır. Türkiye’de grafit oluşumlarının bulunduğu bölgeler şunlardır; Balıkesir – Susurluk - Bandırma, Kastamonu – İnebolu - Abana, Yozgat – Akmağdeni - Çığmış, Adıyaman, Kütahya – Altıntaş - Oysu, Konya, Muğla - Milas, Adıyaman-Sincik, İzmir – Tire, İstanbul – Çatalca, Aydın – Germencik, Artvin.

Bunları Biliyor Musunuz?

• Grafite yüksek basınç uygulandığında elmasa dönüşür. Ancak bu elmasın doğal olması için binlerce yıl zaman gerekir.
  
• Yapay elmas, yüksek ısı ve basınç uygulanan grafitten elde edilir. Bu elmas, doğal elmasın optik özelliklerine sahip değildir. Metal, cam veya beton kesimi için kullanılan elmas, yapay elmastır.
  
• Renksiz elmas doğadaki en sert elementtir, siyah renkli grafit ise en yumuşak mineraldir.
  
• Grafit çubuğa 12 volt elektrik verilirse akkor bir lamba halini alır ve sarı bir ışık verir; ayrıca ısı yayar.
  
• 2011 yılında üretilen 1,1 milyon ton grafitin yüzde 7’si kurşun kalem ucu üretiminde kullanıldı.
  
• Grafit, karbon değeri yüksek bir kömür formu olan antrasitin hemen üstünde, en yüksek kömür kökü seviyesi olarak da tanımlanabilir. Alternatif meta-antrasit olarak da bilinmektedir. Ancak kömür gibi yanmaz veya çok zor yanar.
  
• Avrupa Birliği’nin belirlediği kritik hammaddeler arasında grafit de yer alır.