Аллотропные модификации углерода

В природных условиях карбин был впервые обнаружен в 1970г геофизиками из Института Карнеги (США) в метеоритном кратере на территории Германии. Также кристаллический углерод, близкий по структуре к карбину, обнаружен в метеорите Новый Урей советскими геохимиками. Такой же углерод найден в Баварии в кратере Рис. Кратер Рис образовался в результате падения метеорита. Карбин оказался посланником космоса.

Карбин самая «спорная» аллотропная модификация углерода: у него есть как свои ярые сторонники, так и непримиримые противники. Однако, учитывая всю совокупность экспериментальных данных, необходимо признать факт существования карбина, хотя этих данных недостаточно, чтобы сделать однозначный вывод о его строении.

 

1.4 Фуллерен

В последнее время найдено множество модификаций углерода при низком давлении и относительно невысоких температурах в результате поликонденсации простых углеродосодержащих молекул. К их числу относятся фуллерены, полученные в 1985г и в последующие годы. Получил своё имя фуллерен в честь американского инженера и архитектора Р. Б. Фуллера.

Примечательно, что существование таких молекул было теоретически предсказано в самом начале 1970-х гг. японским учёным Осавой и сотрудниками лаборатории квантовой химии Института элементоорганических соединений И. В. Станкевичем и Е. Г. Гальперн. Не имея необходимой математической подготовки, Осава в своём более раннем сообщении из чисто химических соображений предположил возможность образования сферической молекулы с большим числом атомов углерода.

 В  появившейся вскоре после публикации  Осавы статье российских учёных был дан детальный квантовомеханический расчёт, который доказал способность существования таких молекул. Иными словами расчёт указал не только на возможность образования молекул со сферической конфигурацией из большого числа углеродных атомов, но, и это главное, на стабильное существование такой молекулы. Цель расчёта – доказать, что многоатомная молекула сферической формы будет стабильна.

Идея конкретной пространственной конструкции сферического углеродного кластера пришла к И. В. Станкевичу неожиданно, однако её поиск был предопределён задачей более общего плана, сформулированной академиком А. Н. Несмеяновым. В период интенсивных исследований соединений типа ферроцена и была поставлена эта проблема – поиск молекулы типа «птичка в клетке», где «птичка» - атом металла, а «клетка» - оболочка из атомов углерода.

С одобрения и при участии профессора Д. А. Бочвара – профессионального химика, а также специалиста в области математической логики и теории групп, И. В. Станкевич и Е. Г. Гальперн осуществили весьма трудоёмкий и очень сложный для той поры квантовомеханический расчёт структуры молекулы фуллерена, упомянутый выше. Расчёт был завершён в 1971г, а соответствующая публикация появилась в 1973г.

А в 1985г Р. Керлом, Г. Крото и Р. Смоли был открыт фуллерен при испарении графитовой мишени лазерным пучком и последующей кластеризации атомов углерода; позднее обнаружены в саже, образующейся при горении свечи, сжигании графитовых электродов и т. п., а также в образцах из древних геологических отложений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2   Области применения аллотропных модификаций

                 углерода

2.1  Алмаз

Алмазы – исходный материал для получения бриллиантов. На долю ювелирных алмазов обычно приходится 20 – 25 % добываемых алмазов; в россыпных месторождениях их доля заметно выше, чем в коренных.

Ювелирные алмазы прозрачны, без трещин и включений. При их огранке выявляются наибольший блеск и игра камня, устраняются природные дефекты, при этом теряется около 50% первоначальной массы.

Разработана специальная бриллиантовая форма огранки, но используется также огранка клиньями, кабошоном, ступенчатая и их комбинации.

Крупнейшие в мире центры по огранке алмазов расположены: в Бельгии, специализирующейся на высококачественной огранке камней средней величины; США (Нью-Йорк) – обработке крупных алмазов; Индии (Сурат) – огранке наиболее дешёвых жёлтых алмазов; Израиле (Рамат-Ган) – экономичной огранке, максимально сохраняющей массу камня, часто в ущерб качеству огранки. В России ведётся высококачественная огранка мелких камней на предприятиях в Москве, Санкт - Петербурге, Екатеринбурге и Смоленске.

Крупные алмазы ювелирного качества встречаются редко и получают собственные имена (крупнейший в мире «Куллинан», «Эксельсиор» - 971,5 карат, «Звезда Сьерра – Леоне» - 968,9 карат).

В начале 21 века мировое потребление технических алмазов составило 250 млн. карат или 50 тонн, из них около 70%  синтетические.

Технические алмазы используются в алмазных буровых коронках, пилах, резцах, фильерах для вытягивания проволоки, для изготовления полировальных порошков и паст, а также в оптической и электронной промышленности как полупроводники, датчики в счётчиках ядерных частиц, как вещество с теплопроводностью выше, чем у меди, прозрачное для широкого диапазона волн.

 

2.2 Графит

Использование графита как пишущего средства было обусловлено его чешуйчатым строением.

В радиотехнике используют смазочные вещества и волокна, созданные на основе графита. Уникальная способность графита повышать свою прочность с ростом температуры и выдерживать большие перепады температур нашла применение при изготовление плавильных тиглей для стали и цветных металлов.

В ядерных реакторах реализуется замечательное свойство графита – замедлять быстрые нейтроны.

 Используют  графит и в качестве наполнителя  при производстве пластмасс, называемых  графитопластами. Их широко применяют  при производстве химической  аппаратуры, электродов, а также  деталей машин, работающих в агрессивных  средах.

Как и большинство элементов, углерод может находиться в стеклообразном состоянии. Такой продукт, названный стеклоуглеродом, газонепроницаем. Его используют в химической и авиационной промышленности, а также в приборостроении. Особенно перспективна замена платиновых электродов стеклоуглеродными.

Применение углерода для практических целей многообразно, в частности, на производство коленчатых валов, поршней и инструментов идут так называемые графитизированные стали, в структуру которых «вмонтированы» микрокристаллы графита.

В производстве алюминия графитовый катод служит в качестве материала для покровного слоя, защищающего расплав металла от окисления, и является «подложкой» для нарастающего металла.  

                                              

2.3 Карбин

Карбин обладает полупроводниковыми свойствами и способностью увеличивать свою электрическую проводимость под действием света. На этом свойстве основано первое практическое применение – в фотоэлементах.

Фотопроводимость карбина сохраняется при температуре 500о С, что выделяет его среди материалов такого же назначения.

Карбин, 4-хлор-бутин-2-ил-N-(3-хлорфенил) - карбамат, системный гербицид, применяется для борьбы с овсюгом в посевах пшеницы, ячменя, сахарной свеклы, льна, подсолнечника, зернобобовых и крестоцветных культур.

 

2.4 Фуллерен

В 1994г международная промышленная корпорация «Мицубиси» сообщила о применение фуллеренов в качестве основы для производства аккумуляторных батарей, способных запасать пятикратное количество водорода в сравнении с обычными металлогидридными никелевыми батареями. Их предлагают использовать для питания персональных компьютеров.

 Но  главное – с фуллеренами связаны  большие возможности в создании  новых материалов и технологий. Так, фуллерены применяют для  изготовления антирадаров. Они выдерживают температуру более 3000о С. Активно ведутся работы по использованию соединений включения высших фуллеренов для достижения высокотемпературной сверхпроводимости.

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3    ООО «Сычёвский электродный завод» - ведущее предприятие

                  по производству графитовых электродов  

 

3.1 История становления и развития  предприятия

Сычёвский электродный завод известен как производитель электродов с 1957 года. Образован завод на базе ремонтной мастерской управления сельского хозяйства. В сжатые сроки на завод было завезено и установлено технологическое оборудование, одновременно шло обучение рабочих и вскоре начали выпуск электродов. Предприятие работало стабильно, и в итоге уже в первый год своего существования выпустило и отправило потребителям из различных регионов страны 3 тыс. тонн электродов.

Начали осваивание электродов методом окунания. В ручную раскладывали проволоку, закрепляли на рамки, окунали в жидкую массу, а потом подвешивали рамки на подвяливание и затем в печь на прокалку.

Упаковывали электроды в деревянные ящики весом 40кг. Выпускали электроды марки ООМ-5, пытались освоить электроды марки УОНИИ. В первый год работы произвели всего 2376 тонн электродов. Примерно через год появился опрессовочный и брикет -  пресс.

Сычёвский электродный завод являлся предприятием республиканского значения. Его продукция пользовалась большим спросом, причём требовалось её всё больше и больше. На смену ручному труду приходили машины, внедрялись новые технологии, поступало новое оборудование. Всё это положительно сказалось на объёме производства и качестве выпускаемой продукции.

Важным этапом в жизни завода стал 1978 год. Директором предприятия был назначен И. П. Семёнов. Грамотный специалист и хороший хозяйственник Иван Павлович быстро освоился в новом коллективе, оценил возможности предприятия и предложил свой план преобразования производства и способы увеличения объёма выпускаемой продукции. Более того, он сумел убедить в реальности этих планов и специалистов, и рабочих завода. Выпуск продукции в 1978 году уже составил 10114 тонн.

 Наряду  с выпуском продукции шла модернизация  производства, расширялись производственные  площади, ассортимент продукции, улучшились  условия труда. Именно в тот  период на заводе был налажен  выпуск товаров народного потребления  – для строительных нужд населения  открылась линия по производству  гвоздей различного размера, выпуск  металлической сетки – рабицы, которая пользовалась большим спросом в районе и далеко от него, а также выпуск красного полнотелого кирпича. В настоящее время сетка и гвозди изготавливаются на импортном оборудовании, что позволяет быстро реализовать продукцию.

И. П. Семёнов не останавливался на достигнутом. Он хорошо понимал, что для того, чтобы предприятие могло уверенно смотреть в будущее, необходимо и дальше расширять производство. Строить новые цеха, улучшать условия труда людей на производстве.

С этой целью предприятие «Монстрансгаз» совместно с Сычёвским электродным заводом произвели покупку, смонтировали и освоили импортное оборудование фирмы «Манса Судаж», произвели реконструкцию существующего завода. Были введены в эксплуатацию цеха №2, №3, №4, оснащённые новым высокоэффективным оборудованием. Применение этого оборудования позволило получить высококачественные электроды.

В 1996 году был сдан в эксплуатацию цех по производству компонентов. Этот цех был вынесен за пределы города, что значительно улучшило экологическую обстановку в городе. Также ведётся строительство очистных сооружений.

В настоящие время завод имеет богатейший опыт производства сварочных электродов. Освоили выпуск различных марок: МР-3, МР-3С, МИТ-2, АНО-29М, Булат, ОЗН-6, УОНИИ 13/55.

Начали выпуск электродов марки МТГ, технология производства которых приобретена Предприятием «Монстрансгаз» у зарубежной фирмы «Манса Судаж». Эта марка электродов с высокими качественными показателями. Технические характеристики этих электродов позволяют применять их в газовой промышленности. Этими электродами можно производить сварку газовых труб, которые эксплуатируются при температурах до 90 – 60 ºС, что позволит применить их в Северных регионах страны. Упаковываются электроды в картонные коробки весом до 30кг.    Сейчас завод установил линию по производству полиэтиленовых пеналов. Пеналы были удобны в обращении, вес их 5кг. Они защищают электроды от механического и атмосферного воздействия.

О том, что предприятие вновь прочно встало на ноги, говорит такой факт: за 1996 год выпущено почти 6 тысяч тонн электродов, более 1 миллиона 200 тысяч тонн кирпича, 203 тонны гвоздей, 15210кв. метров сетки – рабицы.

В середине 90-х гг. прошлого столетия начались времена хорошо известной всем «перестройки». Многие надеялись на «ветер перемен» и на прекрасный лозунг к народу: повысить производительность труда в 2,5 – 3 раза и на этой основе повысить уровень благосостояния советских людей в 2 раза и более. Однако вместо подъёма экономики и повышения производительности труда получился полный развал экономики.

Ещё больше экономику потряс развал СССР – предприятия развалились, а те, которые продолжали работать, значительно сокращали объём производства продукции.

Все эти проблемы коснулись и нашего района, в том числе и электродного завода. Самым страшным для предприятия оказалось то, что были разорваны хорошо налаженные связи с поставщиками проволоки и различных компонентов для производства электродов. В итоге – простои производства, снижение объёмов выпускаемой продукции. В то же время появилась ещё одна база – в связи с тем, что в стране сократились объёмы строительства различных объектов, стало всё труднее реализовать произведённую на заводе продукцию.