GRAFITE
GRAFITE (dal gr. γράϕειν "scrivere")
Minerale conosciuto, per il suo potere colorante, fino dalla più remota antichità, e ritenuto, per molto tempo, contenente piombo, d'onde il nome di piombaggine. È costituito da carbonio cristallizzato di cui forma la fase stabile, alla pressione ordinaria. Cristallizza nel sistema trigonale in forme, di solito, assai imperfette, lamellari, scagliose, fibrose. Le lamelle meglio formate hanno contorno esagonale.
Proprietà fisiche. - La grafite è morbida e untuosa al tatto, ha colore grigio-scuro o nero, lucentezza metallica, peso specifico 2,2 e durezza 1 (Mohs), sfaldatura basale perfetta. Le lamine flessibili, ma non elastiche, sono opache anche in sezione sottile, con spessori di 0,2-2 μ, lasciano però passare una luce verde cupa. L'indice di rifrazione fu trovato eguale a 1,93-2,07. Al pari del diamante è trasparente ai raggi X. È un buon conduttore del calore e della elettricità. Infusibile al cannello almeno sotto 3000°.
Proprietà chimiche. - La grafite è inattaccabile dagli acidi, compreso il fluoridrico, dalle basi, dal cloro nascente. Arroventata all'aria si ossida con estrema lentezza, nell'ossigeno brucia tra 620-670°. Trattata con acido nitrico concentrato e clorato potassico ben secco essa assume idrogeno e ossigeno trasformandosi in acido grafitico di colore giallo oro. La distinzione tra grafiti e grafititi, basata sul diverso comportamento al calore dopo avere umettato con acido nitrico fumante, oggi non si fa più, essendosi constatato che anche altri minerali a struttura lamellare, come le miche, possono, al pari delle grafiti, rigonfiare e dare delle masse vermiformi. Nelle applicazioni tecniche si sogliono distinguere le varietà lamellari (flinz), bacillari o fibrose, compatte o amorfe.
Giacimenti. - La grafite è assai diffusa in natura e spesso abbondante. Ha genesi organica se deriva dalla carbonizzazione estrema di organismi vegetali, inorganica se si è separata per segregazione magmatica da un magma, come nelle meteoriti, nelle sieniti nefeliniche della Siberia, nella trachite del M. Amiata in Italia, o, come a Ceylon, ove si rinviene in una pegmatite e sarebbe dovuta a fenomeni pneumatolitici. In Italia fu trovata presso Chiesa in Val Malenco, in Valle Strona e qui entro a una formazione pegmatitica e nel calcare stesso ammantante la roccia eruttiva; nelle kinzigiti di Coggiola e di Ornavasso; a Ribordone in Val d'Orco; nei calcari metamorfici della Valle Pellina e a Omegna in provincia di Novara; in una quarzite del M. Rosa e anche nella zona delle pietre verdi della Stura di Lanzo; e, nella Toscana, nella regione metallifera Bottino-Val di Castello, negli scisti paleozoici del M. Pisano, nella trachite, già ricordata, dell'Amiata; nei blocchi calcarei del M. Somma; nelle kinzigiti di Olivadi in Calabria e al M. Rosso in Sicilia, ecc. Però gli unici giacimenti italiani sfruttati sono quelli delle Valli Valdesi (Alpi Cozie) e delle Valli della Bormida (Alpi Marittime). Nelle Valli Valdesi (Chisone e Pellice) si ha una larga fascia di scisti cristallini grafitici, e in qualche punto anche antracitosi che da Giaveno a N. s'estende per 60 km. circa, verso S., fino nelle vicinanze di Saluzzo. La coltivazione è fatta mediante gallerie sotterranee, situate in massima parte sulla destra del Chisone tra Pomaretto e S. Germano e a un'altezza variabile tra 500-1000 m. sul livello del mare.
In Liguria si hanno, per lo più, arenarie e conglomerati permocarboniferi grafitici e anche antracitosi. La grafite ligure, come quella piemontese, è di regola di tipo amorfo e con un tenore in carbonio grafitico tra 42-87%. Nel 1912 la produzione italiana ha raggiunto le 13.170 tonnellate, oggi non arriva alle 10 mila tonnellate annue e presentemente buona parte delle miniere sono chiuse.
Analoghi ai giacimenti del Piemonte sono quelli della Stiria in Austria, gli unici importanti che siano rimasti dopo la guerra mondiale a questa nazione, la quale, per molti anni, fu la più forte produttrice di grafite del mondo (tonn. 54.500 nel 1913). I cospicui depositi di Boemia, sfruttati fin dal 1617, sono contenuti in una formazione gneissica e considerati come il prolungamento di quelli di Passau in Baviera, dai quali la Germania estrae un'ottima grafite di tipo lamellare che servì, fin dal Medioevo, per confezionare crogioli refrattarî già adoprati dagli alchimisti.
Presso Isérables, nel Vallese, furono estratte nel 1899 tonn. 3000 di grafite. Presentemente la produzione elvetica è insignificante. Anche negli altri paesi europei i giacimenti di grafite hanno scarsa importanza. La Spagna ha grafite lamellare nella provincia di Huelva, ma sfrutta, per ora, solo quella di Marbella nella provincia di Málaga. Nella Svezia si è trovaia della grafite presso Vittangi sul fiume omonimo, tra formazioni granitiche, sienitiche e gabbrîche. Per la Norvegia va ricordato un ricco filone nel Nordland. Coltivazioni periodiche di grafite flinz (lamellare) si trovano in Finlandia.
La famosa miniera di Borrowdale nel Cumberland è chiusa da circa un secolo. Pure esaurita, ma non meno nota, è la miniera Alibert a O. di Irkutsk in Siberia, sfruttata un tempo da Faber di Norimberga.
Forte produttrice di grafite è l'isola di Ceylon, ove il minerale si presenta in filoni ben delimitati dalle rocce incassanti (gneiss e calcari cristallini). Anche la Corea ha buoni giacimenti entro rocce gneissiche ma fornisce per lo più grafite amorfa, formatasi, pare, da carboni paleozoici metamorfosati. Cospicui giacimenti di grafite lamellare esistono nel Madagascar, ove la produzione è in aumento anche perché il minerale viene estratto con poca spesa. Molto ricercata per matite è quella di Sonora nel Messico, originatasi per metamorfismo di banchi di carbone fossile. Negli Stati Uniti la grafite fu oggetto di ricerche in ben 17 stati diversi, ma il grosso della produzione proviene dallo stato di New York, ove a Ticonderoga il minerale avrebbe origine pneumatolitica, poi dalla Pennsylvania e dall'Alabama. Questi giacimenti dànno contemporaneamente grafite lamellare, amorfa, filoniana o cristallina. Nello stato di New York la grafite si rinviene in formazioni metamorfiche precambriche (calcari e scisti) attraversate, in molti punti, dalle pegmatiti; nell'Alabama entro a scisti che ne contengono solo 3-5%, ma per contro abbondanti, poco coerenti, il che facilita l'escavazione. Nella contea di Chester, in Pennsylvania, la roccia grafitica è pure un gneiss alterato, largamente compenetrato dalle pegmatiti. Grafite cristallina o piombaggine dànno l'Alasca, il Montana; grafite lamellare la California e il Texas; grafite amorfa il Michigan, il Nevada, il Colorado, Rhode Island, derivata da antracite metamorfosata.
Prima della guerra mondiale la produzione mondiale era di circa r00.000 tonn. all'anno, durante la guerra raggiunse le 215.000 tonn. (1917), ora è ritornata press'a poco alla media prebellica.
Trattamento industriale. Fabbricazione della grafite artificiale. - L'industria sottopone a purificazione la grafite naturale liberandola dalle impurezze (sabbia, pirite) presenti e prepara la grafite artificiale. La grafite naturale viene purificata meccanicamente mediante triturazione e setacciamento o triturazione e lisciviazione con acqua corrente. Si ricorre alla purificazione per via chimica quando si voglia ottenere grafite purissima: si possono, ad es., eliminare i silicati presenti, trattandola opportunamente con fluoruro di ammonio e acido solforico concentrato.
La grafite si prepara artificialmente col processo Acheson. In esso si adoperano forni come quelli che servono per la preparazione del carborundo e che sono costituiti da una grossa camera di materiale refrattario. Dalle pareti anteriore e posteriore di essa entrano gli elettrodi che portano la corrente; al centro e nel senso dell'asse del forno si dispone un nucleo di carbone in frammenti per collegare elettricamente gli elettrodi e, attorno, il carbone da trasformare in grafite. Regolando opportunamente l'intensità della corrente, si raggiunge, dopo 12-24 ore, la temperatura adatta alla grafitizzazione (oltre i 2200°). Nel processo Acheson si adopera, come materia prima, antracite della Pennsylvania ad alto contenuto in ceneri (25-30%). Si ammette che, a causa della silice presente come impurezza, si formi come corpo intermedio carburo di silicio, che poi si scompone, per ulteriore innalzamento della temperatura, mentre il silicio distilla e rimane indietro la grafite. Le esperienze di E. Moissan dimostrano tuttavia che tutte le varietà di carbonio, anche se purissime, possono, sotto determinate condizioni, trasformarsi in grafite. D'altra parte è stato dimostrato che anche altri ossidi, come gli ossidi di ferro, di alluminio, di manganese, di calcio, hanno la stessa funzione della silice. Si crede perciò che essi facilitino la conversione del carbone in grafite, funzionando quasi da catalizzatori, con formazione di un carburo intermedio che poi si decompone in metallo e grafite. E.G. Acheson prepara grafite molto pura adoperando come materiale di partenza coke di petrolio con una piccola percentuale di ossido ferrico.
Analisi. - Le determinazioni che si eseguiscono sulla grafite sono quelle che si riferiscono al contenuto in ceneri e in carbonio. Il contenuto in carbonio si può determinare per combustione diretta in corrente di ossigeno, ma più comunemente si detemmina facendo un'intima mescolanza di gr. 0,5 di grafite finemente polverizzata con 25 di litargirio. Il miscuglio si pone in un crogiolo di terra refrattaria, si ricopre con un po' di litargirio e si riscalda, coperto, in un forno fino a completa fusione; dopo raffreddamento, il regolo di piombo ottenuto viene estratto, pulito e pesato: 34,5 parti di piombo corrispondono a 1 parte di carbonio. Il contenuto in carbonio va dal 50% per quelle più impure, al 95-99,8% per le varietà più pure provenienti da Ceylon; le usuali contengono circa il 60-80% di carbonio. La grafite naturale si distingue da quella artificiale, perché, mentre la prima contiene sempre dello zolfo, la seconda non ne contiene.
Usi. - Gli usi della grafite sono numerosi e si fondano essenzialmente sulla refrattarietà al fuoco e sulla poca durezza, sulla untuosità e sulla conducibilità.
Per la refrattarietà al fuoco e pel suo debole coefficiente di dilatazione. sino dall'antico, la grafite è stata utilizzata per fabbricare crogioli da fonderia, mescolandola con argilla (i parte di grafite e 1 di argilla) o con sabbia quarzifera. Essa viene usata per verniciare i forni; s'impiega anche per spalmare oggetti di ghisa e di ferro per preservarli dalla ruggine. Per la sua untuosità trova impiego come lubrificante, sia da sola, sia mescolata con vaselina o sospesa in acqua o in olî lubrificanti. Si adopera, di preferenza, la grafite artificiale. A questo scopo Acheson prepara della grafite finemente suddivisa col processo di deflocculazione. La grafite, finemente macinata, viene sospesa in aequa contenente tannino e un po' di ammoniaca: dalla soluzione colloidale di grafite che risulta, si ottiene poi un liquido pastoso che è chiamato Aquadag e che può essere diluito a piacere senza che si abbia separazione di grafite. Un altro metodo consiste nel mescolare l'Aquadag concentrato con olio minerale; la grafite passa nell'olio allo stato deflocculato e il prodotto che risulta (Oildag) può essere miscelato con olio minerale senza che si abbia separazione notevole di grafite. L'Aquadag serve specialmente come lubrificante nella tornitura dei metalli; l'Oildag è un buon lubrificante usato per i cilindri dei motori a scoppio. In Germania si preparano soluzioni colloidali di grafite analoghe all'Aquadag e all'Oildag e vanno sotto i nomi commerciali di Hydrosol (corrispondente all'Aquadag) e di Oleosol o di Kollag (corrispondenti all'Oildag). Questi prodotti sono fabbricati con grafite naturale che ha subito un trattamento opportuno. La grafite, mescolata a caolino, viene largamente adoperata per la fabbricazione delle matite (v.). A causa della sua conducibilità elettrica la grafite viene anche adoperata in galvanoplastica per rivestire le forme che si debbono rendere piuttosto conduttrici, nella fabbricazione delle pile a secco, nella preparazione di elettrodi per forni elettrici (per il quale scopo si usa specialmente la grafite artificiale), nella fabbricazione dei carboni per le lampade ad arco.
Bibl.: V. Villavecchia, Trattato di chimica analitica applicata, Milano 1921; J.W. Mellor, A comprehensive treatise on inorganic and theoretical Chemistry, Londra 1924; E. Molinari, Trattato di chimica generale ed applicata all'industria, Milano 1927-30; F. Ullman, Enzyklopädie der technischen Chemie, Berlino 1930.