Caracterización y procesado de una roca de grafito natural para la producción de materiales grafénicos

Abstract

En el presente trabajo se plantea la caracterización y procesamiento de una roca de grafito natural procedente de una mina aún sin explotar industrialmente de la región de Ancuabe, Mozambique, con vistas a su utilización para la obtención de materiales grafénicos. Este estudio se integra plenamente dentro de las directrices prioritarias de la Unión Europea, dado que el grafito es considerado, hoy en día, como una materia prima crítica. Inicialmente se caracterizaron tanto la fracción grafítica como la materia mineral que la acompaña formando parte de la roca de grafito. Se determinaron los parámetros estructurales de la fracción grafítica mediante, entre otras, Difracción de rayos-X, técnica que proporcionó una valiosa información acerca de la distancia interplanar de la estructura del grafito, así como de los parámetros cristalinos de la misma. En cuanto a la materia mineral, se estudió su composición mediante Fluorescencia de rayos-X, al objeto de determinar su contenido en otros elementos críticos tales como el vanadio o el titanio. Previo a su procesado, se procedió a la separación de la materia mineral de la fracción grafítica mediante molienda, tamizado y flotación. De esta manera se obtuvo un grafito fraccionado por tamaños granulométricos (más del 60% de grafito en forma de lascas grandes, 20% lascas de tamaño intermedio y 20% de una fracción polvorienta). La combinación de las fracciones constituye el grafito total en la roca. A partir del grafito recombinado, se preparó un óxido de grafeno mediante un procedimiento químico estándar. Las propiedades que presentó fueron similares a las obtenidas a partir de grafitos comerciales, como se corroboró mediante espectroscopía Raman y espectrofotometría de rayos-X. Sin embargo, los rendimientos fueron mucho menores, lo que se atribuyó al tamaño de la fracción mayoritaria de grafito (lascas grandes). Para superar este problema, se utilizaron como materias primas las fracciones de grafito separadas por tamaño y el procedimiento utilizado para cada una de ellas se optimizó de acuerdo al tamaño de partícula que presenta. Como resultado, se obtuvieron óxidos de grafeno con rendimientos sustancialmente mayores. Además, cada fracción grafítica dio lugar a un óxido de grafeno de propiedades diferenciadas, lo que proporciona un método para controlar sus propiedades.