Пигмент скрытокристаллический графит

Пигмент графит скрытокристаллический — общие сведения

Скрытокристаллический (микрокристаллический, аморфный) графит — природный минерал, представляющий собой полиморфную модификацию углерода с разупорядоченной кристаллической структурой. Термин «аморфный» исторически закрепился в промышленности, хотя минералогически некорректен: графит по определению кристалличен, однако размер кристаллитов в скрытокристаллической разновидности настолько мал (менее 1 мкм), что они не разрешаются ни визуально, ни методами стандартной оптической микроскопии.

В качестве пигмента скрытокристаллический графит применяется прежде всего в литейном и металлургическом производстве — как наполнитель противопригарных красок и покрытий для форм и стержней. Кроме того, графитовый пигмент востребован в антикоррозионных грунтовках и специальных защитных покрытиях по металлу, электропроводящих составах и в ряде других отраслей.

Отличие от других видов природного графита

Природный графит разделяют на три основных разновидности: чешуйчатый (кристаллический), жильный (плотнокристаллический, вейновый) и скрытокристаллический. Пигментные свойства каждой из них существенно различаются.

Чешуйчатый графит имеет выраженную пластинчатую форму частиц с серебристым блеском и размером чешуек от десятков до сотен микрометров. При использовании в красках и покрытиях чешуйчатые частицы создают барьерный эффект, однако их крупный размер ограничивает укрывистость и проникающую способность. Скрытокристаллический графит, напротив, даёт плотные мелкодисперсные порошки насыщенного чёрного цвета с матовым оттенком. Размер первичных частиц товарного продукта составляет от нескольких до 20 мкм — значительно мельче, чем у чешуйчатого графита. Это обеспечивает высокую укрывистость, хорошую адгезию к поверхности и стабильность суспензий при приготовлении красок.

Содержание углерода в скрытокристаллическом графите ниже, чем в чешуйчатом: товарные марки содержат от 75 до 87 % связанного углерода (у высокосортного чешуйчатого — 90 % и более). Зольная часть представлена глинистыми минералами, кварцем, оксидами железа и алюминия. Из-за тесной связи микрокристаллов графита с минеральной матрицей глубокое обогащение скрытокристаллического графита флотацией затруднено, поэтому чистота товарного продукта достигается преимущественно механическим размолом и гравитационной сортировкой.

Физико-химические свойства пигмента

Скрытокристаллический графит, используемый как пигмент, обладает следующими характеристиками:

Параметр	Значение
Цвет	От тёмно-серого до чёрного
Блеск	Матовый, землистый (в отличие от металлического блеска чешуйчатого графита)
Плотность	2,09–2,23 г/см³
Твёрдость по Моосу	1–2
Размер кристаллитов	Менее 1 мкм
Рабочий размер частиц пигмента	2–20 мкм (для противопригарных покрытий)
Химическая стойкость	Устойчив к кислотам (кроме сильных окислителей), щелочам, органическим растворителям
Термостойкость (в инертной среде)	Сохраняет свойства до 3000 °C; на воздухе окисление начинается при 400–500 °C
Электропроводность	Проводник (ниже, чем у чешуйчатого графита)
Смазывающая способность	Высокая — жирный на ощупь, легко образует плёнки на твёрдых поверхностях

Для пигментных целей наиболее важны: мелкодисперсность (обеспечивает укрывистость), химическая инертность (стойкость покрытия в агрессивных средах), низкий коэффициент трения (разделительные свойства в литейных формах) и термостойкость (работоспособность при контакте с расплавами металлов).

Марки ГЛС по ГОСТ Р 52729-2007

Основной нормативный документ на скрытокристаллический графит в Российской Федерации — ГОСТ Р 52729-2007 «Графит скрытокристаллический. Общие технические условия». Этот стандарт заменил ранее действовавший ГОСТ 5420-74, утративший силу с 01.07.2008. Маркировка марок установлена ГОСТ 17022-81.

В зависимости от зольности и области применения графит выпускают четырёх марок: ГЛС-1, ГЛС-2, ГЛС-3, ГЛС-4.

Показатель	ГЛС-1	ГЛС-2	ГЛС-3	ГЛС-4
Зольность, %, не более	13	17	22	25
Остаток на сетке № 02, %, не более	1	1	1	1
Остаток на сетке № 0071, %, не более	10	10	10	10
Массовая доля влаги, %, не более	1	1	1*	1*

* Для марок ГЛС-3 и ГЛС-4 по согласованию с потребителем допускается массовая доля влаги до 2 %.

Марка ГЛС-1 с наименьшей зольностью обеспечивает максимальное содержание углерода (не менее 87 %) и используется для ответственных противопригарных покрытий при литье отливок сложной конфигурации с повышенными требованиями к качеству поверхности. Марка ГЛС-3 — наиболее массовая в промышленности, оптимальна по соотношению зольности и стоимости для стандартных литейных задач. Марка ГЛС-4 с максимально допустимой зольностью применяется в менее ответственных операциях — в составе формовочных смесей, шлакообразующих присыпок, теплоизоляционных засыпок.

Применение в качестве пигмента в противопригарных покрытиях

Основная область использования скрытокристаллического графита как пигмента — противопригарные краски и покрытия для литейного производства. Графитовый пигмент выполняет в составе покрытия несколько функций одновременно.

Разделительная функция

Мелкодисперсные частицы графита при нанесении на поверхность литейной формы или стержня формируют тонкую плёнку с низким коэффициентом трения. Эта плёнка предотвращает прямой контакт расплавленного металла с формовочной смесью и обеспечивает лёгкое извлечение отливки после затвердевания. Разделительная способность графитового пигмента особенно важна при литье чугуна, меди, бронзы, латуни, алюминия и цинка.

Термобарьерная функция

Графит остаётся стабильным при температурах контакта с расплавами чёрных и цветных металлов (в восстановительной атмосфере). Покрытие снижает термический удар на формовочную поверхность, уменьшает механический и химический пригар, что напрямую влияет на чистоту поверхности отливки и сокращает трудоёмкость последующей очистки.

Типовой состав противопригарной краски на основе графитового пигмента

Противопригарная краска представляет собой суспензию, включающую: скрытокристаллический графит (наполнитель-пигмент), связующее (поливинилбутираль, бентонит, декстрин, жидкое стекло и др.), растворитель (вода или изопропиловый/этиловый спирт) и при необходимости — пластификатор, стабилизатор суспензии. Спиртовые краски сохнут быстрее водных и широко применяются на линиях с ограниченным временем цикла.

Применение графитового пигмента в антикоррозионных покрытиях

Помимо литейного производства, скрытокристаллический графит используется как пигмент в антикоррозионных красках и грунтовках по металлу. Графитовый пигмент в составе покрытия обеспечивает барьерную защиту: мелкие частицы плотно укладываются в плёнке связующего, затрудняя диффузию влаги и агрессивных агентов к поверхности металла.

Графит химически инертен в контакте с большинством кислот и щелочей, не разрушается ультрафиолетовым излучением и атмосферными осадками. Эти свойства делают графитовые покрытия пригодными для длительной эксплуатации на открытом воздухе. Покрытия с графитовым пигментом применяются для защиты стальных конструкций, трубопроводов, ёмкостей и элементов промышленного оборудования.

Применение в электропроводящих составах

Электропроводность графита позволяет использовать его в качестве пигмента-наполнителя в электропроводящих красках, лаках, грунтовках и клеях. Такие составы применяются для создания токопроводящих покрытий (экранирование, отвод статического электричества), для графитизации поверхностей перед гальванопластикой и в производстве резины с повышенной электропроводностью.

Требования к качеству графитового пигмента

При выборе скрытокристаллического графита для пигментных целей ключевое значение имеют следующие параметры.

Зольность

Чем ниже зольность, тем выше содержание углерода и, соответственно, выше функциональные свойства пигмента — смазывающая способность, укрывистость, химическая стойкость. Для ответственных противопригарных покрытий рекомендуется марка ГЛС-1 (зольность ≤13 %) или ГЛС-2 (≤17 %). Для массовых литейных операций достаточна ГЛС-3 (≤22 %).

Дисперсность

Тонкость помола непосредственно влияет на седиментационную устойчивость суспензии, проникающую способность покрытия и качество создаваемой защитной плёнки. По ГОСТ Р 52729-2007 остаток на сите № 0071 не должен превышать 10 %. Для покрытий с повышенными требованиями к поверхности отливок используют графит с контролем остатка на более тонких ситах (по согласованию с потребителем).

Влажность

Избыточная влажность графитового порошка приводит к комкованию, затрудняет диспергирование в связующем и может вызывать газовые дефекты при контакте покрытия с расплавом. Нормативный предел — не более 1 %.

Упаковка, транспортирование и хранение

Согласно ГОСТ Р 52729-2007, графитовый порошок упаковывают в четырёх-, пяти- или шестислойные бумажные мешки закрытого типа массой нетто не более 30 кг, либо в мягкие специализированные контейнеры (биг-бэги) для сыпучих грузов. Транспортирование допускается любым видом транспорта. Хранение осуществляется в закрытых проветриваемых помещениях при влажности воздуха не более 60 %. Срок хранения не ограничен при соблюдении условий.

Формы поставки

Скрытокристаллический графит для пигментных целей поставляется в виде тонкомолотого порошка чёрного цвета. Доступны все четыре марки ГЛС по ГОСТ Р 52729-2007. Фасовка — мешки 25–30 кг, биг-бэги 500–1000 кг. Возможен подбор дисперсности под конкретную задачу по согласованию с потребителем.

Также может поставляться скрытокристаллический графит других марок и назначений, а также готовая графитовая краска противопригарная на основе графитового пигмента.