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Graphite: Cristaux de graphite dans un morceau de marbre de la zone de skarn de Saint-Jovite, Mont-Tremblant, MRC des Laurentides, Québec, Canada. Ce spécimen mesure environ trois pouces (7,6 cm) de long.
Qu'est-ce que le graphite?
Le graphite est une forme naturelle de carbone cristallin. C'est un élément minéral indigène présent dans les roches métamorphiques et ignées. Le graphite est un minéral des extrêmes. Il est extrêmement doux, clive avec une très faible pression et a une densité très faible. En revanche, il est extrêmement résistant à la chaleur et presque inerte au contact de presque tous les autres matériaux. Ces propriétés extrêmes lui confèrent un large éventail d'utilisations en métallurgie et en fabrication.
Graphite en paillettes: Graphite en paillettes produit à Madagascar.
Morceau de graphite: Graphite en bloc de Kropfmuhl, Autriche. Le spécimen mesure environ 3,8 cm (un pouce et demi).
Graphite avec grenat: Spécimen de schiste graphite-mica avec deux grenats rouges almandine / pyrope de la mine Red Embers, Erving, Massachusetts. Ce spécimen mesure environ 5,08 cm (deux pouces).
Occurrence géologique
Le graphite est un minéral qui se forme lorsque le carbone est soumis à la chaleur et à la pression dans la croûte terrestre et dans le manteau supérieur. Des pressions de l'ordre de 75 000 livres par pouce carré et des températures de l'ordre de 750 degrés Celsius sont nécessaires pour produire du graphite. Celles-ci correspondent aux faciès métamorphiques granulites.
Graphite de métamorphisme régional (graphite en paillettes)
La majeure partie du graphite observé à la surface de la Terre aujourd'hui s'est formée aux limites des plaques convergentes, où des schistes et des calcaires riches en matières organiques ont été soumis à la chaleur et à la pression du métamorphisme régional. Cela produit du marbre, du schiste et du gneiss contenant de minuscules cristaux et des flocons de graphite.
Lorsque les concentrations de graphite sont suffisamment élevées, ces roches peuvent être extraites, broyées en une taille de particules qui libère les flocons de graphite, et traitées par séparation par gravité ou flottation pour éliminer le graphite de faible densité. Le produit fabriqué est connu sous le nom de "graphite en paillettes".
Graphite à partir du métamorphisme de la couche de charbon (graphite "amorphe")
Certaines formes de graphite proviennent du métamorphisme des gisements de charbon. La matière organique du charbon est composée principalement de carbone, d'oxygène, d'hydrogène, d'azote et de soufre. La chaleur du métamorphisme détruit les molécules organiques du charbon, volatilisant l'oxygène, l'hydrogène, l'azote et le soufre. Ce qui reste est un matériau carboné presque pur qui se cristallise en graphite minéral.
Ce graphite apparaît dans des "couches" qui correspondent à la couche de charbon d'origine. Lorsqu'il est extrait, le matériau est connu sous le nom de "graphite amorphe". Le mot "amorphe" est en fait incorrect dans cet usage, car il a une structure cristalline. De la mine, ce matériau a une apparence similaire à celle de morceaux de charbon sans bandes brillantes et ternes.
Graphite du métamorphisme hydrothermal
Une petite quantité de graphite se forme lors de la réaction de composés carbonés dans la roche au cours du métamorphisme hydrothermal. Ce carbone peut être mobilisé et déposé dans des veines en association avec des minéraux hydrothermaux. Du fait de sa précipitation, il présente un degré élevé de cristallinité, ce qui en fait un matériau préféré pour de nombreuses utilisations électriques.
Graphite dans les roches ignées et les météorites
On sait que de petites quantités de graphite apparaissent en tant que minéral primaire dans les roches ignées. C'est ce qu'on appelle des particules minuscules dans les coulées de basalte et la syénite. Il est également connu pour se former dans la pegmatite. Certaines météorites ferreuses contiennent de petites quantités de graphite. Ces formes de graphite sont des occurrences sans importance économique.
La meilleure façon d'apprendre sur les minéraux est d'étudier avec une collection de petits spécimens que vous pouvez manipuler, examiner et observer pour en connaître les propriétés. Des collections de minéraux peu coûteux sont disponibles dans le magasin.
Graphite et Diamant
Le graphite et le diamant sont les deux formes minérales de carbone. Le diamant se forme dans le manteau sous une chaleur et une pression extrêmes. La plupart du graphite trouvé près de la surface de la Terre s'est formé dans la croûte à des températures et des pressions plus basses. Le graphite et le diamant partagent la même composition mais ont des structures très différentes.
Les atomes de carbone dans le graphite sont liés par un réseau hexagonal qui forme des feuilles épaisses d’un atome. Ces feuilles sont mal connectées et se fendent ou glissent facilement les unes sur les autres si elles sont soumises à une faible force. Cela confère au graphite sa très faible dureté, son clivage parfait et son toucher glissant.
En revanche, les atomes de carbone dans le diamant sont liés dans une structure de cadres. Chaque atome de carbone est relié à un réseau tridimensionnel avec quatre autres atomes de carbone à fortes liaisons covalentes. Cette disposition maintient les atomes fermement en place et fait du diamant un matériau exceptionnellement dur.
Consommation de graphite: Consommation de graphite aux États-Unis, par utilisation, en 2012. Données tirées du USGS Mineral Commodity Summary.
Graphite synthétique
Le "graphite synthétique" est obtenu en chauffant des matériaux à haute teneur en carbone, tels que le coke de pétrole et le brai de goudron, à des températures comprises entre 2 500 et 3 000 degrés Celsius. À ces températures élevées, toutes les matières volatiles et de nombreux métaux dans la matière première sont détruits ou chassés. Le graphite qui reste lie dans une structure cristalline en forme de feuille. Le graphite synthétique peut avoir une pureté supérieure à 99% de carbone et est utilisé dans les produits manufacturés nécessitant un matériau extrêmement pur.
Graphite dans le schiste du comté d'Essex, New York. Le spécimen mesure environ 12,7 cm (5 pouces).
Graphite dans le schiste du comté d'Essex, New York. Le spécimen mesure environ 12,7 cm (5 pouces).