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Graphit

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Graphit ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Elemente“. Er ist eine der natürlichen Erscheinungsformen des chemischen Elements Kohlenstoff in Reinform und kristallisiert äußerlich gesehen im hexagonalen Kristallsystem (Genaueres siehe unter Kristallstruktur).

Graphit bildet undurchsichtige, graue bis schwarze Kristalle in sechseckiger, tafeliger, schuppiger oder stängeliger Form, die auf den Kristallflächen Metallglanz aufweisen. Massige oder körnige Aggregate sind dagegen matt. Seine Mohshärte beträgt zwischen 1 und 2, seine Dichte etwa 2,09 bis 2,23 g/cm³, und er hat eine schwarze bis stahlgraue, glänzende Strichfarbe.

Etymologie und Geschichte

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Der Name Graphit leitet sich aus dem altgriechischen γράφειν (graphein) ab, was schreiben bedeutet.[10] Er spielt damit auf die Tatsache an, dass Graphit auf Papier oder anderen rauen Oberflächen durch Abreibung der einzelnen Blättchen leicht eine graue Ablagerung hinterlässt, die im Bleistift ihre Anwendung findet. Abraham Gottlob Werner[11] prägte 1789 den Namen, der sich dann international in der mineralogischen Fachwelt durchsetzte und auch von der International Mineralogical Association (IMA) übernommen wurde.[12]

Im Duden wird nach neuer deutscher Rechtschreibung die Schreibweise Grafit als empfohlene Schreibweise angegeben.[13] Gemäß der Empfehlung vom Rat für deutsche Rechtschreibung sind die Schreibweisen Graphit und Grafit allerdings gleichwertig.[3] Fachlich korrekt für den Mineralnamen ist jedoch nach wie vor die Schreibweise Graphit.[12][4]

Die Verwendung von Graphit kann in Europa auf eine lange Tradition seit der prähistorischen Zeit zurückblicken. Die ersten Hinweise einer Verwendung kennt man aus dem Mesolithikum Norditaliens. Rohgraphitstücke wurden als Färbemittel benutzt und den Toten in die Gräber mitgegeben. Für das Neolithikum finden sich in Böhmen zahlreiche Belege von Graphitton- und graphitierter Keramik. In Bayern fällt in der Frühbronzezeit vor allem die Straubinger Kultur durch starken Graphitgebrauch auf.

In der späten Eisenzeit in Mitteleuropa (Latènezeit) wurde Graphit gerne verwendet, um Gefäße, vor allem Kochtöpfe, feuerfester zu machen. Es fand während dieser Zeit ein großflächiger Handel statt, der die gesamte Verbreitung der Latène-Kultur umfasste. Hier waren besonders die Vorkommen bei Passau und Český Krumlov (ehemals Krummau) bedeutsam. Nach dem Zusammenbruch der keltischen Kultur in Mitteleuropa im Zuge der römischen Eroberung und der germanischen Expansion dauert es etwa 800 Jahre bis ins frühe Mittelalter, bis im slawischen Ostmitteleuropa wieder im größeren Stil Graphit verwendet wurde. In Asien (vor allem dem schon frühzeitig schriftkundigen China) spielte Graphit als Schreibmaterial keine Rolle.

Im 16. Jahrhundert entdeckten die Engländer ein großes Vorkommen an reinem Graphit, welches sie jedoch für eine Form des Bleiminerals Bleiglanz hielten und Plumbago nannten. Erst Carl Wilhelm Scheele gelang 1779 der Nachweis, dass es sich bei Graphit um reinen Kohlenstoff handelt. Trotz Scheeles Nachweis hält sich der Begriff Bleistift bis heute (früher auch Reißblei oder Wasserblei genannt). Da sich Graphit nicht nur als gutes Schreibmaterial, sondern auch als perfektes Material für Gussformen von Kanonenkugeln herausstellte, hatte er auch eine gewisse militärische Bedeutung. So wurde deshalb z. B. während der napoleonischen Kriege Anfang des 19. Jahrhunderts die Ausfuhr von Bleistiften von Großbritannien nach Frankreich verboten.[14]

Im 20. Jahrhundert hat Graphit in der Kernphysik bzw. Kerntechnik Bedeutung erlangt, da es ein geeigneter Neutronenmoderator ist. Im Rahmen sowohl des Manhattan-Projekts als auch des deutschen Uranvereins wurde die Frage diskutiert, ob ein Natururanreaktor mit Graphit Kritikalität erreichen kann.[15] Im Dezember 1942 gelang es in den USA einem Team um Enrico Fermi im Chicago Pile 1 (CP-1), eine sich selbst aufrecht erhaltende Kettenreaktion in einem graphitmoderierten Kernreaktor, welcher mit Natururan als Kernbrennstoff betreiben wird, zu erzeugen.[16] Genauer gesagt war der CP-1-Stapel mit verschiedenen Uran- und Graphitsorten beladen bzw. konfiguriert, welche in dem Experiment erprobt wurden.[17] Wenig später, aber noch innerhalb des Manhattan-Projekts, wurde das für die Atombomben im Trinity-Test und für Fat Man spaltbare und synthetische Element Plutonium in einem graphitmoderierten Kernreaktor hergestellt.[18] Viele weitere Kernreaktoren und Wiederaufarbeitungsanlagen wurden ab 1945 errichtet und betrieben, vgl. Hanford, Washington.

Da der Graphit bereits lange vor der Gründung der International Mineralogical Association (IMA) bekannt und als eigenständige Mineralart anerkannt war, wurde dies von ihrer Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) übernommen und bezeichnet den Graphit als sogenanntes „grandfathered“ (G) Mineral.[12] Die seit 2021 ebenfalls von der IMA/CNMNC anerkannte Kurzbezeichnung (auch Mineral-Symbol) von Graphit lautet „Gr“.[1]

Klassifikation

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Bereits in der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Graphit zur Mineralklasse der „Elemente“ und dort zur Abteilung „Halbmetalle und Nichtmetalle“, wo er als einziger Vertreter in der Gruppe „Graphit“ mit der Systemnummer I/B.02a steht.

In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer I/B.02-010. Dies entspricht ebenfalls der Abteilung „Halbmetalle und Nichtmetalle“, wo Graphit zusammen mit Chaoit, Diamant, Lonsdaleit und Moissanit eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer I/B.02 bildet.[4]

Auch die von der IMA zuletzt 2009 aktualisierte[19] 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Graphit in die Abteilung der „Halbmetalle (Metalloide) und Nichtmetalle“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach den Hauptelementen der eingruppierten Minerale, so dass Graphit entsprechend in der Unterabteilung „Kohlenstoff-Silicium-Familie“ zu finden ist, wo es als einziges Mitglied eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer 1.CB.05a bildet.

In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Graphit die System- und Mineralnummer 01.03.06.02. Das entspricht ebenfalls der Klasse und gleichnamigen Abteilung „Elemente“. Hier findet er sich innerhalb der Unterabteilung „Elemente: Halbmetalle und Nichtmetalle“ in der Gruppe „Kohlenstoffpolymorphe“, in der auch Diamant, Lonsdaleit und Chaoit eingeordnet sind.

Kristallstruktur

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Graphit kommt in zwei polytypen Kristallstrukturen vor, die als Graphit-2H und als Graphit-3R bezeichnet werden.

Graphit-2H ist dabei in hexagonaler Symmetrie in der Raumgruppe P63/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194 orientiert mit den Gitterparametern a = 2,46 Å und c = 6,71 Å sowie 4 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[5]

Bei Graphit-3R ist die Schichtung dagegen trigonal orientiert mit den Gitterparametern a = 2,46 Å und c = 10,06 Å sowie 6 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[5]

Die kristallinen, ebenen Schichten verlaufen parallel und liegen als sogenannte Basalebenen oder Graphen-Schichten. Eine Schicht besteht aus kovalent verknüpften Sechsecken, deren Kohlenstoff-Atome sp2-hybridisiert sind. Innerhalb dieser Ebenen beträgt die Bindungsenergie zwischen den Kohlenstoff-Atomen 4,3 Elektronenvolt, zwischen den Ebenen dagegen lediglich 0,07 Elektronenvolt. Aus dieser extremen Richtungsabhängigkeit der Bindungskräfte resultiert eine deutliche Anisotropie der mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften des Graphits:

  • leichte Spaltbarkeit des reinen Graphits entlang der Basalebenen, deutlich höhere Festigkeit entlang der Kristallschichten;
  • thermische und elektrische Isolation orthogonal zu den Basalebenen gegenüber einer fast metallischen Leitfähigkeit entlang der Ebenen.

Die Leitfähigkeit innerhalb einer Ebene wird durch die Delokalisation der π-Elektronen ermöglicht.

Die bekannten Schmiermitteleigenschaften von Graphit sind jedoch nicht nur strukturbedingt, denn sie treten nur in Gegenwart von Feuchtigkeitsspuren auf.[20]

Weisen die Ebenen keine feste Korrelation zueinander auf, spricht man von turbostratischem Kohlenstoff.

Die durchstrahlungs-elektronenmikroskopische (TEM-)Aufnahme zeigt Basalebenenstapel in Graphit. Die Überlagerung verkippter Stapel erzeugt Moiré-Streifen; die Basalebenenabstände von 3,35 Å (0,335 nm) werden hier nicht aufgelöst.[21]

Im sogenannten Glaskohlenstoff liegen die Ebenen dagegen nicht planparallel wie die Seiten eines Buches, sondern wie geknülltes Papier. Dieser Kohlenstoff ist hart und isotrop wie Glas, daher sein Name. Durch besondere Behandlung (Streckung von Kunststofffasern und anschließendes Graphitieren) gelingt es, die Ebenen in Faserrichtung zu orientieren. Das Ergebnis sind hochfeste Kohlenstofffasern.

Fullerene und Nanoröhren besitzen nur eine Basalebene, die im ersten Fall zu einer Kugel, im zweiten Fall zu Röhren gekrümmt sind. Auch hier sind die Übergänge zum Graphit fließend. Weitere Schichten können sich zwiebelartig anlagern und rußartiges Pulver bilden.

Eigenschaften

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Chemische Eigenschaften

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  • Bei etwa 600 °C und Anwesenheit von Sauerstoff entzündet sich Graphit.[22]
  • Bei einer Temperatur von über 2500 °C (in einer sauerstofffreien Umgebung) wird Graphit plastisch verformbar.[23]
  • Bei einer Temperatur von 3750 °C (in einer sauerstofffreien Umgebung) sublimiert Graphit.[23]

Graphit ist beständig gegen nichtoxidierende Säuren und ist diamagnetisch. Auffällig ist das stark anisotrope Verhalten von Graphit, insbesondere hinsichtlich Härte und elektrischer Leitfähigkeit.

Magnetische Suszeptibilität

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Graphit hat eine negative magnetische Suszeptibilität und ist daher diamagnetisch. Der Betrag der Suszeptibilität und damit das Ausmaß an Diamagnetismus von Graphit hängt von der Qualität des Graphits und seiner Orientierung im Magnetfeld ab.

Bei Ausrichtung senkrecht zu den Atomlagen liegt sie bei = −450 · 10−6 [24] für pyrolytischen Graphit bis zu = −595 · 10−6 [25] für hoch-orientierte Formen. Bei Ausrichtung parallel zu den Atomlagen liegt die Suszeptibilität bei = −85 · 10−6 [24] für pyrolytischen Graphit. Bei polykristallinem Graphit (z. B. Ruß, Glaskohlenstoff) ist die Suszeptibilität isotrop und die Werte mitteln sich über die verschieden ausgerichteten Einkristalle. Für Ruß ergibt sich z. B. eine Suszeptibilität von = −204 · 10−6 .[25]

Graphit ist damit bei senkrechter Ausrichtung das am stärksten diamagnetische Element. Es ist aber immer noch rund 2000 Mal schwächer als ideale Diamagneten – wie z. B. Supraleiter – mit einer magnetischen Suszeptibilität von = −1. Je nach Form ist Graphit auch in polykristalliner Form noch stärker diamagnetisch als das nächststärkste diamagnetische Element Bismut.

Modifikationen und Varietäten

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Vom Element Kohlenstoff sind vier Modifikation bekannt, die als natürliche Bildungen (ohne menschlichen Einfluss) nachgewiesen werden konnten und daher als eigenständige Mineralart anerkannt sind. Neben dem in den zwei polytypen Schichtstrukturen Graphit-2H (hexagonal) und Graphit-3R (trigonal) vorkommenden Graphit sind dies noch

  • Diamant, in kubischer Symmetrie
  • Chaoit, in hexagonaler Symmetrie, jedoch mit vom Graphit-2H abweichender Raumgruppe und anderen Gitterparametern
  • Lonsdaleit, mit ebenfalls hexagonaler Symmetrie und gleicher Raumgruppe wie Graphit-2H, jedoch mit anderen Gitterparametern.

Bildung und Fundorte

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Graphit im Calcit aus Pargas, Finnland

Natürlicher Graphit entsteht durch eine Kombination aus Diagenese und Metamorphose (Kontakt- und Regionalmetamorphose) und durchläuft dabei die Prozesse der Inkohlung. Bedingungen dafür sind organischer Kohlenstoff und hohe Temperaturen und Drücke über Zeiträume von Jahrmillionen.[26]

Das Ausgangsmaterial des Graphits sind kohlenstoffhaltige Sedimente (z. B. Pflanzen- oder Faulschlammasse), deren Kohlenstoffgehalt durch Inkohlung auf bis zu 90 % angereichert wird. Die Anreicherungsprozesse können unter relativ niedrigen Drücken und Temperaturen ablaufen (Diagenese). Für die endgültige Entstehung von Graphit bedarf es aber hoher Temperaturen und Drücke, um den amorphen Kohlenstoff in kristallinen Kohlenstoff umzuwandeln. Solche Bedingungen können ausschließlich durch metamorphe oder magmatische Prozesse erreicht werden und müssen anoxisch ablaufen, da Kohlenstoff bei erhöhten Temperaturen ansonsten Verbindungen mit Sauerstoff eingeht und als Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid entweicht.[26]

Graphit kommt daher bevorzugt in metamorphen Gesteinen vor, die in plattentektonischen Kollisionsgebieten während der Gebirgsbildung aus sedimentären Ausgangsgesteinen entstanden sind.[26] Durch Regionalmetamorphose gebildete Graphitvorkommen befinden sich linsen- oder nestartig abgetrennt im Umgebungsgestein, durch Kontaktmetamorphose gebildetes Graphit kann auch in Pegmatiten sowie in Kalk- und Sandsteinen vorkommen.[27] Weiterhin kann Graphit Bestandteil von Meteoriten sein.

Nach der Entstehung wird Graphit in drei Arten eingeteilt:

  • Der Flockengraphit (flake graphite) ist die häufigste Graphitvariante, er besteht aus Plättchen und kommt in metamorphen Gesteinen, wie z. B. Marmor, Gneis oder Schiefern vor.
  • Der amorphe Graphit (amorphous graphite) ist ein sehr feinkörniger Graphit, der in Kohleflözen, Tonsteinen und Schiefern vorkommt.
  • Der Ganggraphit (vein graphite) ist der seltenste Graphit, er bildet sich in Pegmatitgängen und Spalten, in denen bei bereits relativ niedrigen Temperaturen von etwa 500–600 °C verschiedene Minerale kristallisieren. Seine Entstehung ist noch umstritten, jedoch gilt die Lösung von kohlenwasserstoffhaltigem Material in wässrigen Fluiden mit anschließender Auskristallisation für am wahrscheinlichsten.[26]

Es existieren zahlreiche Graphitfundorte weltweit.[28] Von wirtschaftlicher Bedeutung sind aber vor allem die Volksrepublik China, Korea, Madagaskar, Simbabwe, Brasilien und Indien sowohl im Tagebau als auch unter Tage. Im Jahr 2021 wurden rund 1,17 Millionen Tonnen gefördert.[29]

In Europa gibt es zurzeit nur noch wenige aktive Graphitbergwerke. In der Ukraine, in Norwegen und in Tschechien wird makrokristalliner Graphit in unterschiedlicher Qualität unter Tage abgebaut. Beim makrokristallinen Graphit sind die einzelnen Graphitkristallitpakete (Flocken) gut erhalten und sichtbar. In Österreich wurden dagegen mikrokristalline Graphite gewonnen, deren Kristalle nicht so deutlich ausgeprägt sind.

Österreich nahm in den 1960er-Jahren den nach Südkorea zweiten Platz unter den graphitfördernden Ländern ein (Höchststand 1964 mit etwa 100.000 Tonnen Förderung). Der größte Bergbau befand sich in Kaisersberg bei Sankt Stefan ob Leoben in der Steiermark. Er wurde 1997 stillgelegt; seit Frühjahr 2008 wird im dortigen Marie-Stollen wieder gearbeitet. Bis 1991 bestand in Sunk bei Trieben im Paltental (Steiermark) ein Bergbau, in dem Graphit mit einem sehr hohen Kohlenstoffanteil von zum Teil über 85 % gewonnen wurde. Weitere kleine Graphitbergbaue bestanden bis in die 1970er-Jahre am Semmering, im Liesingtal (Steiermark), im Dunkelsteiner Wald (Niederösterreich) sowie im Waldviertel, wo das seit 1831 in Abbau stehende Vorkommen in Mühldorf[30] am bedeutendsten war. Aktuell (2022) ist der Untertagebergbau in Sankt Stefan ob Leoben der einzige aktive Graphitbergbau in den Alpen[31], wobei die dort abgebaute Menge je nach Quelle mit 100 t[32] und einmal mit 500 t[33] für das Jahr 2020 angegeben wird.

In Deutschland war und ist der Graphit-Bergbau von Kropfmühl im Landkreis Passau bedeutsam. Am 21. Juni 2012 wurde das dortige Graphitbergwerk offiziell wiedereröffnet, denn der Abbau wurde, laut einer Pressemitteilung des Unternehmens, aufgrund der steigenden Nachfrage nach Graphit und der Preisentwicklung am Weltmarkt wieder rentabel.[34] Die in Deutschland abgebauten Mengen betrugen 2020 je nach Quelle 108 t[32] bis 300 t[33].

Die weltweit größte Graphitmine befand sich 2022 in Mosambik und soll 50 Jahre lang betrieben werden.[33] Weltweit verteilten sich die Fördermengen wie folgt:[29]

Graphit
Sehr reiner Graphit aus dem ehemaligen Ceylon, heute Sri Lanka
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Symbol

Gr[1]

Andere Namen
Chemische Formel C
Mineralklasse
(und ggf. Abteilung)		 Elemente – Halbmetalle (Metalloide) und Nichtmetalle
System-Nummer nach
Strunz (8. Aufl.)
Lapis-Systematik
(nach Strunz und Weiß)
Strunz (9. Aufl.)
Dana
I/B.02a
I/B.02-010[4]

1.CB.05a
01.03.06.02
Ähnliche Minerale Molybdänit (Molybdänglanz)
Kristallographische Daten
Kristallsystem hexagonal
Kristallklasse; Symbol dihexagonal-dipyramidal; 6/m2/m2/m
Raumgruppe P63/mmc (Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194[5]
Gitterparameter a = 2,46 Å; c = 6,71 Å[5]
Häufige Kristallflächen {001}
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte 1 bis 2[6]
Dichte (g/cm3) gemessen: 2,09 bis 2,23; berechnet 2,26[6]
Spaltbarkeit vollkommen nach {0001}[6] (Schichtabstand 3,35 Å beim idealen Einkristall[7])
Bruch; Tenazität glimmerartig;[8] biegsam, aber nicht elastisch; schneidbar (sektil)[6]
Farbe stahlgrau bis eisenschwarz[6]
Strichfarbe schwarz bis stahlgrau, glänzend[6]
Transparenz undurchsichtig (opak), in feinsten Blättchen durchscheinend[6][9]
Glanz Metallglanz, matt, erdig
Magnetismus diamagnetisch
Kristalloptik
Brechungsindex n = 1,93 bis 2,07 (rot)
Optischer Charakter einachsig negativ
Pleochroismus stark rot
Weitere Eigenschaften
Chemisches Verhalten unlöslich in nicht-oxidierenden Säuren
Besondere Merkmale hohe Anisotropie (z. B. Härte, Leitfähigkeit)
Land 2017 2018 2019 2020 2021
(in Tonnen)
 Österreich150150100100100
 Brasilien95.00078.98181.77067.02078.555
 Deutschland422222207108181
 Volksrepublik China625.000630.000700.000665.000735.000
 Indien33.64939.03034.67435.38657.264
 Kanada14.00011.00011.0457.6207.700
 Kolumbien013500
 Madagaskar13.30052.95145.10661.40588.110
 Mexiko10.3104.1302.3422.0331.778
 Mosambik802104.000153.00018.159 177.116
 Namibia2.2163.456000
 Nordkorea50.00045.00045.00045.00030.000
 Norwegen9.60010.0009.7805.5496.293
Russland19.50011.90017.50012.90017.300
 Sri Lanka3.8003.8003.1002.5003.200
 Südkorea06703023.05218.297
 Türkei4.00016.7529.99015.20528.336
Ukraine13.00015.00010.00010.00017.000
 Vietnam01.5003.5003.7001.200
 Simbabwe1.5770000
Gesamt896.3261.028.5421.127.551954.7371.167.430
1 
Vorübergehende Minenschließungen wegen der COVID-19-Pandemie[35]

Synthetische Herstellung

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Durch Verkoken kohlenstoffhaltiger Materialien entstehen graphitierbare Kohlenstoffe. Ausgangssubstanzen sind zum Beispiel Braunkohle, Steinkohle, Erdöl und Peche, aber auch Kunststoffe. Bei der Graphitierung erfolgt durch Erhitzen unter Luftabschluss auf etwa 3000 °C eine Umwandlung vom amorphen Kohlenstoff zum polykristallinen Graphit.

Künstlich hergestellter Graphit ist auch als Acheson-Graphit bekannt. Bedeutende Hersteller sind unter anderem Showa Denko Carbon, SGL Carbon, Schunk Kohlenstofftechnik (Deutschland), Imerys (Schweiz), Tōkai Carbon (Japan), Morgan Advanced Materials (Großbritannien) und Tōyō Tanso (Japan).

Highly ordered pyrolytic graphite (HOPG) ist eine sehr reine Form von Graphit.

Recycling

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Auch bei Graphit spielt Recycling eine wichtige Rolle, recycelter Graphit von Gussformen, Ofenauskleidungen und Graphitelektroden wird vor allem für Bremsbeläge und thermische Isolierungen verwendet. Das Recyclingpotential ist noch ausbaufähig, wird derzeit aber auf Grund reichlich vorhandener weltweiter Graphitmengen nicht ausgeschöpft.[33]

Verwendung

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Graphitelektroden

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2011 wurden 42 % aller synthetischen Graphite zu Elektroden verarbeitet. So werden für die Herstellung einer Tonne Elektrostahl im Durchschnitt 2–2,5 kg Graphit verbraucht.[36]

Nukleargraphit

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Graphit wurde und wird in hochgereinigter Form in vielen Kernreaktor-Varianten der 1. und 2. Generation als Moderator eingesetzt.[37][38] In den deutschen, inzwischen stillgelegten Kugelhaufenreaktoren Versuchsreaktor Jülich und THTR-300 diente Graphit zugleich als Moderator und Brennelementmatrix.

Nukleargraphit war zum Beginn des Atomzeitalters günstig und in großen Mengen von der Chemieindustrie lieferbar. Es erfüllt die Anforderungen eines Moderators. Das Material ist jedoch reaktionsfähig mit Wasserdampf (> 900 °C) unter Bildung brennbarer Gase und neigt zu energetischen Instabilitäten, auch bekannt als Wigner-Energie.[39][40]

In diesem Zusammenhang stehen die Reaktorunfälle Windscale 1957 und Tschernobyl 1986. Beide graphit-moderierten Kernreaktoren, jedoch unterschiedlicher Bauart, verwendeten Nukleargraphit als Moderator. Das Material war jedoch nicht die Hauptursache an den Unfällen.

Da hochreines Graphit (Nukleargraphit) für Kernreaktoren zur Erzeugung von Plutonium genutzt werden kann, steht es unter entsprechenden Ausfuhrkontrollen, ähnlich wie dies für schweres Wasser als Moderator, der Fall ist.[41]

In dem Jahr 2006 schätzte man weltweit 250.000 t bestrahlten, d. h. in Kernreaktoren durch Neutronen bestrahlten, Nukleargraphit. Davon in Deutschland ca. 1000 t. Für das bestrahlte Material ist wegen seines hohen Gehalts an Kohlenstoff-14, ein radioaktives Isotop mit einer Halbwertszeit von 5700 Jahren, noch keine ökonomisch akzeptable Entsorgungs- bzw. Endlagerstrategie umgesetzt.[42]

Im Sinne einer modernen Anwendung, verspricht die sog. Diamantbatterie – gegebenenfalls nach isotopischer Anreicherung – Nukleargraphit eben gerade aufgrund der Radioaktivität von 14C zu nutzen.[43][44]

Weitere Verwendungsmöglichkeiten

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Graphitierte Kohlenstoffe: Streifen einer Graphitplatte; Faserbündel mit ca. 5000 Kohlenstoff-Fasern; zylindrische Elektrode; Graphit-Folie (1 Cent-Münze zum Größenvergleich).
Zwei Kohlebürsten eines Elektromotors – Sinterwerkstoff aus Graphit und häufig Kupfer

Graphit wird vielfältig genutzt als

Siehe auch

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Literatur

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  • Ernst H. Weinschenk: Der Graphit, seine wichtigsten Vorkommnisse und seine technische Verwerthung. Verl.-Anst. und Dr. A.-G., Hamburg 1898, urn:nbn:de:hbz:061:1-86250.
  • Eugen Ryschkewitsch: Graphit. Charakteristik, Erzeugung, Verarbeitung und Verwendung. S. Hirzel, Leipzig 1926.
  • Irene Kappel: Die Graphittonkeramik von Manching. F. Steiner, Wiesbaden 1969.
  • Wolfgang Delle et al.: Graphitische Werkstoffe für den Einsatz in Kernreaktoren. 2. polykristalliner Graphit und Brennelementmatrix. Thiemig, München 1983.
  • Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien-Enzyklopädie (= Dörfler Natur). Edition Dörfler im Nebel-Verlag, Eggolsheim 2002, ISBN 978-3-89555-076-8, S. 15.
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Commons: Graphit – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Graphit – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Weltkarte mit Graphitbergwerken und Produzenten. In: mineral-exploration.de. Mineral & Exploration, 2012;.
  • Achim Breitruck, Harry E. Hoster, R. Jürgen Behm: Metal organic coordination networks of oligopyridines and Cu on graphite. In: uni-ulm.de. Archiviert vom Original am 11. Juni 2016; (Metallorganische 2D-Netzwerke auf einer Graphitoberfläche dargestellt mit einem Rastertunnelmikroskop).

Einzelnachweise

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  1. 1 2 Laurence N. Warr: IMA–CNMNC approved mineral symbols. In: Mineralogical Magazine. Band 85, 2021, S. 291–320, doi:10.1180/mgm.2021.43 (englisch, cambridge.org [PDF; 351 kB; abgerufen am 9. März 2023]).
  2. ↑ canooNet.eu (Hrsg.: Informatique-MTF SA (IMTF)): Rechtschreibung von Grafit/Graphit (Schreibweise Grafit nach neuer Rechtschreibung als Nebenvariante erlaubt) (Memento vom 23. September 2019 im Internet Archive)
  3. 1 2 Amtliches Regelwerk des Rats für deutsche Rechtschreibung / Wörterverzeichnis – g / G. In: grammis.ids-mannheim.de. Rat für deutsche Rechtschreibung, abgerufen am 9. August 2020.
  4. 1 2 3 Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. Alle Mineralien von A – Z und ihre Eigenschaften. Stand 03/2018. 7., vollkommen neu bearbeitete und ergänzte Auflage. Weise, München 2018, ISBN 978-3-921656-83-9.
  5. 1 2 3 4 Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. Chemical-structural Mineral Classification System. 9. Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 51.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 Graphite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, handbookofmineralogy.org [PDF; 49 kB; abgerufen am 3. März 2025]).
  7. ↑ Arnold Frederick Holleman, Nils Wiberg: Grundlagen und Hauptgruppenelemente. 103. Auflage. Band 1. De Gruyter, Berlin, Boston 2017, ISBN 978-3-11-026932-1, S. 997–998 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  8. ↑ Graphite. In: mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy, abgerufen am 3. März 2025 (englisch).
  9. ↑ Hans Jürgen Rösler: Lehrbuch der Mineralogie. 4., durchgesehene und erweiterte Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (VEB), Leipzig 1987, ISBN 3-342-00288-3, S. 287–289.
  10. ↑ Hans Lüschen: Die Namen der Steine. Das Mineralreich im Spiegel der Sprache. 2. Auflage. Ott Verlag, Thun 1979, ISBN 3-7225-6265-1, S. 232.
  11. ↑ A. G. Werner: Mineralsystem des Herrn Inspektor Werners mit dessen Erlaubnis herausgegeben von C.A.S. Hoffmann. In: Alexander Wilhelm Köhler (Hrsg.): Bergmännisches Journal. Band 1. Crazische Buchhandlung, Freyberg 1789, S. 369–386 (rruff.info [PDF; 1,9 MB; abgerufen am 28. September 2018] Graphit S. 13).
  12. 1 2 3 Malcolm Back, Cristian Biagioni, William D. Birch, Michel Blondieau, Hans-Peter Boja und andere: The New IMA List of Minerals – A Work in Progress – Updated: January 2025. (PDF; 3,8 MB) In: cnmnc.units.it. IMA/CNMNC, Marco Pasero, Januar 2025, abgerufen am 11. Februar 2025 (englisch).
  13. ↑ Grafit. In: duden.de. Duden, abgerufen am 17. September 2020.
  14. ↑ Andre K. Geim, Philip Kim: Wunderstoff aus dem Bleistift. In: Spektrum der Wissenschaft. Band 8, 2008, S. 86–93 (spektrum.de [abgerufen am 28. September 2018]).
  15. ↑ B. Cameron Reed: Walther Bothe's Graphite: Physics, Impurities, and Blame in the German Nuclear Program. In: Annalen der Physik. Band 532, Nr. 7, Juli 2020, ISSN 0003-3804, doi:10.1002/andp.202000121 (englisch, wiley.com [abgerufen am 26. September 2025]).
  16. ↑ Louise Lerner: UChicago News – The first nuclear reactor, explained. University of Chicago, abgerufen am 11. Februar 2025.
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