إن استخدام مسحوق الجرافيت مع أقطاب الجرافيت له بالفعل العديد من المزايا.

يتمتع مسحوق الجرافيت المستخدم كأقطاب كهربائية بالعديد من المزايا. ومع ذلك، فإن كيفية استغلال هذه المزايا على أكمل وجه، وتحقيق تحسينات حقيقية في الكفاءة، وخفض التكاليف، وتعزيز القدرة التنافسية في السوق، ليست مجرد مسائل تخص منتجي الجرافيت فحسب، بل هي أيضًا تحديات يجب على مستخدمي الجرافيت أخذها على محمل الجد. لذا، عند استخدام مواد الجرافيت، ما هي المشكلات التي يجب حلها أولًا؟

إزالة الغبار: نظرًا لبنية جزيئات الجرافيت الدقيقة، ينتج عن المعالجة الميكانيكية كمية كبيرة من الغبار، مما يؤثر بشكل كبير على بيئة المصنع. بالإضافة إلى ذلك، ينعكس تأثير الغبار على المعدات بشكل رئيسي في تأثيره على إمدادها بالطاقة. نظرًا للتوصيل الكهربائي الممتاز للجرافيت، فإنه بمجرد دخوله إلى صندوق الطاقة، يكون عرضة للتسبب في حدوث ماس كهربائي وأعطال أخرى. لذلك، يُنصح بتجهيز المصنع بآلة معالجة جرافيت خاصة. مع ذلك، ونظرًا لارتفاع تكلفة الاستثمار في معدات المعالجة الخاصة بالجرافيت، فإن العديد من الشركات تتخذ الحيطة والحذر في هذا الشأن. في ظل هذه الظروف، يمكن اعتماد الحلول التالية:

الاستعانة بمصادر خارجية لأقطاب الجرافيت: مع تزايد استخدام الجرافيت في صناعة القوالب، قامت المزيد والمزيد من شركات تصنيع القوالب التعاقدية (OEM) بإدخال أعمال تصنيع أقطاب الجرافيت التعاقدية.

بعد عملية المعالجة بالغمر في الزيت: بعد شراء الجرافيت، يُغمر أولاً في زيت خاص بالشرارات لفترة زمنية محددة (تعتمد على حجم الجرافيت)، ثم يوضع في مركز تشغيل آلي للمعالجة. بهذه الطريقة، يستقر غبار الجرافيت بدلاً من أن يتطاير، مما يقلل من تأثيره على المعدات والبيئة.

تعديل مركز التشغيل: يتضمن التعديل بشكل أساسي تركيب مكنسة كهربائية على مركز تشغيل عادي.

فجوة التفريغ أثناء معالجة الجرافيت: على عكس النحاس، ونظرًا لسرعة تفريغ أقطاب الجرافيت، تتآكل كمية أكبر من الخبث في وحدة الزمن. وتُصبح كيفية إزالة هذا الخبث بفعالية مشكلةً. لذا، يُشترط أن تكون فجوة التفريغ أكبر من فجوة النحاس. وبشكل عام، عند ضبط فجوة التفريغ، تكون فجوة الجرافيت أكبر بنسبة تتراوح بين 10 و30% من فجوة النحاس.

الفهم الصحيح لعيوبه: إلى جانب الغبار، يعاني الجرافيت من بعض العيوب. فعلى سبيل المثال، عند معالجة قوالب الأسطح العاكسة، تقل احتمالية تحقيق التأثير المطلوب باستخدام أقطاب الجرافيت مقارنةً بأقطاب النحاس. وللحصول على سطح أفضل، يجب اختيار أدق جزيئات الجرافيت، وغالبًا ما يكون سعر هذا النوع أعلى من سعر الجرافيت العادي بمقدار 4 إلى 6 أضعاف. إضافةً إلى ذلك، فإن إمكانية إعادة استخدام الجرافيت منخفضة نسبيًا. فبسبب عملية الإنتاج، لا يمكن استخدام سوى جزء صغير منه لإعادة الإنتاج والاستخدام. ولا يمكن إعادة استخدام نفايات الجرافيت بعد عملية التصنيع بالتفريغ الكهربائي في الوقت الحالي، مما يفرض تحديات معينة على الإدارة البيئية للشركات. وفي هذا الصدد، نوفر خدمة إعادة تدوير نفايات الجرافيت مجانًا لعملائنا لتجنب أي مشاكل تتعلق بشهاداتهم البيئية.

التكسر في المعالجة الميكانيكية: نظرًا لأن الجرافيت أكثر هشاشة من النحاس، فإن معالجته بنفس طريقة معالجة أقطاب النحاس قد تؤدي بسهولة إلى تكسر الأقطاب، خاصةً عند معالجة الأقطاب ذات الأضلاع الرقيقة. في هذا الصدد، يمكن تقديم دعم فني مجاني لمصنعي القوالب. ويتحقق ذلك بشكل أساسي من خلال اختيار أدوات القطع، وطريقة مرور الأداة، والضبط الأمثل لمعايير المعالجة. تم تشكيل عينات من الجرافيت الطبيعي الرقائقي بالضغط البارد دون استخدام مادة رابطة. دُرست تأثيرات تغيرات ضغط التشكيل ومدة الضغط على كثافة العينات ومساميتها وقوة انحنائها. كما تم تحليل العلاقة بين البنية المجهرية وقوة الانحناء لعينات الجرافيت الطبيعي الرقائقي تحليلًا نوعيًا. تم اختيار نظامين، حمض البوريك - اليوريا، وسيليكات رباعي الإيثيل - الأسيتون - حمض الهيدروكلوريك، لدراسة ومناقشة خصائص وآليات مضادات الأكسدة لمسحوق الجرافيت الطبيعي وعينات أقطاب الجرافيت الطبيعي قبل وبعد المعالجة بمضادات الأكسدة، على التوالي. تتلخص محتويات البحث ونتائجه الرئيسية فيما يلي: دُرست خصائص تشكيل رقائق الجرافيت الطبيعي وتأثير ظروف التشكيل على بنيتها المجهرية وخواصها. أظهرت النتائج أنه كلما زاد ضغط التشكيل لعينة رقائق الجرافيت الطبيعي، زادت كثافتها ومقاومتها للانحناء، بينما قلت مساميتها. لم يكن لوقت تثبيت الضغط تأثير يُذكر على كثافة العينة، ولكن عند تجاوزه خمس دقائق، تحسنت قابلية تشكيلها. أظهرت مقاومة الانحناء تباينًا واضحًا، حيث بلغ متوسط ​​مقاومة الانحناء في الاتجاهات المختلفة 5.95 ميجا باسكال، و9.68 ميجا باسكال، و12.70 ميجا باسكال على التوالي. يرتبط تباين مقاومة الانحناء ارتباطًا وثيقًا بالبنية المجهرية للجرافيت.

تمت دراسة الخصائص المضادة للأكسدة لنظام البورون-النيتروجين المُحضر بطريقة المحلول وطريقة الغرواني، بالإضافة إلى مسحوق الجرافيت الطبيعي المُغطى بغرواني السيليكا قبل وبعد المعالجة. أظهرت النتائج أنه مع ازدياد عدد مرات التشريب، تزداد كمية غرواني السيليكا ونظام البورون-النيتروجين المُغطية لسطح مسحوق الجرافيت، مما يُحسّن من خصائصه المضادة للأكسدة. تبلغ درجة حرارة الأكسدة الأولية للجرافيت الطبيعي 883 كلفن، ومعدل فقدان الوزن الناتج عن الأكسدة عند 923 كلفن هو 407.6 ملغم/غم/ساعة. تم تشريب مسحوق الجرافيت تسع مرات في نظام حمض البوريك-اليوريا، ونظام سيليكات الإيثيل-الإيثانول-حمض الهيدروكلوريك. بعد المعالجة الحرارية لمدة ساعة واحدة في جو من النيتروجين عند درجة حرارة 1273 كلفن، بلغ معدل فقدان الوزن الناتج عن الأكسدة للجرافيت الطبيعي الرقائقي عند درجة حرارة 923 كلفن 47.9 ملغم/غ/ساعة و206.1 ملغم/غ/ساعة على التوالي. وبعد المعالجة الحرارية لمدة ساعة واحدة في جو من النيتروجين عند درجتي حرارة 1973 كلفن و1723 كلفن على التوالي، بلغ معدل فقدان الوزن الناتج عن الأكسدة للجرافيت الطبيعي الرقائقي عند درجة حرارة 923 كلفن 3.0 ملغم/غ/ساعة و42.0 ملغم/غ/ساعة على التوالي. كلا النظامين يُقللان من معدل فقدان الوزن الناتج عن الأكسدة للجرافيت الطبيعي الرقائقي، إلا أن تأثير مضادات الأكسدة في نظام حمض البوريك واليوريا أفضل من تأثير نظام سيليكات الإيثيل والإيثانول وحمض الهيدروكلوريك.

تُستخدم أقطاب الجرافيت بشكل رئيسي في الصناعات واسعة النطاق، مثل صناعة الصلب في الأفران الكهربائية، وإنتاج الفوسفور في أفران الخامات، والصهر الكهربائي لرمل المغنيسيا، وتحضير المواد الحرارية بالصهر الكهربائي، والتحليل الكهربائي للألومنيوم، وإنتاج الفوسفور والسيليكون وكربيد الكالسيوم على المستوى الصناعي. تُقسم أقطاب الجرافيت إلى نوعين: أقطاب الجرافيت الطبيعي وأقطاب الجرافيت الصناعي. بالمقارنة مع أقطاب الجرافيت الصناعي، لا تتطلب أقطاب الجرافيت الطبيعي أي معالجة كيميائية. ونتيجة لذلك، يتم تقليل دورة إنتاج أقطاب الجرافيت الطبيعي بشكل ملحوظ، مما يُقلل استهلاك الطاقة والتلوث بشكل كبير، ويُخفض التكاليف بشكل ملحوظ. تتميز أقطاب الجرافيت الطبيعي بمزايا سعرية واضحة وفوائد اقتصادية كبيرة، وهو أحد الأسباب الرئيسية لتطويرها.

إضافةً إلى ذلك، تُعدّ أقطاب الجرافيت الطبيعي منتجات عالية القيمة مُعالَجة بعمق من الجرافيت الطبيعي، ولها قيمة تطويرية وتطبيقية كبيرة. مع ذلك، فإنّ أداء التشكيل ومقاومة الأكسدة والخواص الميكانيكية لأقطاب الجرافيت الطبيعي حاليًا أقلّ من تلك الموجودة في أقطاب الجرافيت الاصطناعي، وهو ما يُشكّل العائق الرئيسي أمام تطويرها. لذا، فإنّ تخطّي هذه العقبات هو مفتاح تطوير تطبيقات أقطاب الجرافيت الطبيعي.

تمت دراسة خصائص مضادات الأكسدة لنظام البورون-النيتروجين المُحضر بطريقة المحلول وطريقة الغرواني، بالإضافة إلى كتل الجرافيت الطبيعي المُغلفة بغرواني السيليكا قبل وبعد المعالجة. أظهرت النتائج أن خاصية مضادات الأكسدة لكتل ​​الجرافيت الطبيعي المُغلفة بغرواني السيليكا تتدهور مع ازدياد عدد مرات التشريب. في المقابل، تتمتع كتل الجرافيت الطبيعي المُغلفة بنظام البورون-النيتروجين بخصائص مضادات أكسدة أفضل مع ازدياد عدد مرات التشريب. بلغت معدلات فقدان الوزن بالأكسدة لكتل ​​الجرافيت الطبيعي عند 923 كلفن و1273 كلفن 122.432 ملغم/غم/ساعة و191.214 ملغم/غم/ساعة على التوالي. تم تشريب كتل الجرافيت الطبيعي تسع مرات في نظام حمض البوريك-اليوريا ونظام سيليكات الإيثيل-الإيثانول-حمض الهيدروكلوريك. بعد المعالجة الحرارية لمدة ساعة واحدة في جو من النيتروجين عند درجة حرارة 1273 كلفن، بلغت معدلات فقدان الوزن الناتج عن الأكسدة عند 923 كلفن 20.477 ملغم/غ/ساعة و28.753 ملغم/غ/ساعة على التوالي. وعند 1273 كلفن، بلغت 37.064 ملغم/غ/ساعة و54.398 ملغم/غ/ساعة على التوالي. بعد المعالجة عند 1973 كلفن و1723 كلفن على التوالي، بلغت معدلات فقدان الوزن الناتج عن الأكسدة لكتل ​​الجرافيت الطبيعي عند 923 كلفن 8.182 ملغم/غ/ساعة و31.347 ملغم/غ/ساعة على التوالي. وعند 1273 كلفن، بلغت 126.729 ملغم/غ/ساعة و169.978 ملغم/غ/ساعة على التوالي. كلا النظامين قادران على خفض معدل فقدان الوزن الناتج عن الأكسدة لكتل ​​الجرافيت الطبيعي بشكل ملحوظ. وبالمثل، فإن التأثير المضاد للأكسدة لنظام حمض البوريك - اليوريا يتفوق على نظام سيليكات الإيثيل - الإيثانول - حمض الهيدروكلوريك.