Grafitisoituminen

Grafitisoituminen on hiilen tai hiiltä sisältävien aineiden muuttumista grafiitiksi. Sitä esiintyy sekä luonnossa geologisten prosessien aikana että teollisesti lämpökäsittelyn tuloksena. Grafiittiin siirtyvät hiiliatomit järjestäytyvät kerroksittain ja saavat kiteisen rakenteen.

Geologinen grafitisoituminen liittyy hiilirikkaiden sedimenttien ja karbonoituneiden kivilajien diagenesin sekä metamorfian vaiheisiin. Lämpötilat ovat tyypillisesti noin 500–800 °C; paineet ja aikatekijä vaikuttavat prosessin etenemiseen. Ajan myötä hiili-atomit järjestäytyvät grafiitin kiteiseksi rakenteeksi ja muodostuvat grafiittilaattoja tai -nauhoja. Grafiitin kristallisuuden aste kasvaa grafitisoitumisen edetessä.

Teollinen grafitisoituminen saavutetaan paljon korkeammissa lämpötiloissa, yleensä noin 2500–3000 °C, pitkän ajan kuluessa. Lähtöaineina käytetään usein pitch-pohjaisia hiiliyhdisteitä sekä kivihiiltä tai muita hiilirakenteita. Tuloksena on erittäin kiteinen grafiitti, jolla on hyvä sähkön- ja lämpöjohtavuus sekä korkea kemiallinen vakaus.

Grafitisoitumisen astetta voidaan arvioida esimerkiksi röntgen-diffraktiolla (XRD) ja Raman-spektroskopialla. Geologisesti prosessi tarjoaa tietoa metamorfisesta historiasta ja lämpötiloista, kun taas teollisesti grafiitin laatu riippuu käsittelyn olosuhteista ja lähtöainesta.

Se on keskeinen ilmiö sekä luonnongrafiitin muodostumisessa että teollisesti valmistettavan grafiitin tuotannossa, ja sen ymmärtäminen edistää mineraaligeologiaa sekä materiaali- ja energiateollisuutta.