Graphit là một dạng thù hình của cacbon, kết tinh trong hệ lục phương (hình 1), có các dạng: Tinh thể dạng vảy, vô định hình và ẩn tinh, rất ít khi nguyên chất, thường chứa một số tạp chất. Graphit có màu xám thép đến đen, vết vạch đen, ánh kim mạnh. Graphit có độ cứng 1 – 2 theo thang độ cứng mosh, tỷ trọng 2,1 – 2,3 g/cm3, những miếng mỏng thì dẻo, sờ vào mỡ màng làm đen giấy và tay. Nhiệt độ nóng chảy khoảng 3550oC trong điều kiện không có oxy hóa, phân hủy ở hơn 600oC trong điều kiện có oxy hóa. Do đặc điểm cấu trúc tinh thể nên graphit có nhiều thuộc tính giống với kim loại như dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, hòa tan được trong kim loại nóng chảy tạo ra các ôxít lưỡng tính. Graphit là phi kim duy nhất có một số đặc tính hoá lý giống kim loại.
Hình 1. Cấu trúc tinh thể của graphit
Các dạng tồn tại của graphit
Có hai loại graphit là graphit tự nhiên và graphit tổng hợp. Trong đó, graphit tự nhiên được khai thác từ các mỏ đá biến chất như đá cẩm thạch, đá phiến và đá gơnai, và từ sự tích tụ trong các mỏ dạng mạch. Graphit tự nhiên thường hình thành từ quá trình biến chất của các chất hữu cơ tích tụ trong đá trầm tích. Graphite tự nhiên tồn tại dưới ba dạng graphit vô định hình (amorphous graphite), graphit vảy (flake graphite/plumbago) và graphit mạch (vein graphite/ crystalline graphite). Đặc điểm của các loại graphit tự nhiên được thể hiện trong bảng 1. Ngoài ra còn có graphit tổng hợp hay còn gọi là graphit nhân tạo được tổng hợp từ vật liệu cacbon vô định hình.
Trữ lượng, sản lượng graphit trên thế giới
Theo số liệu thống kê của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ [USGS] năm 2019 Thổ Nhĩ Kỳ có trữ lượng graphit tự nhiên lớn nhất thế giới, khoảng 90 triệu tấn, tiếp theo là Trung Quốc 73 triệu tấn, Brazil 72 triệu tấn, Mozambique 25 triệu tấn, Tanzania 18 triệu tấn, Ấn Độ khoảng 8 triệu tấn và Việt Nam khoảng 7,6 triệu tấn.
Sản lượng graphit năm 2019 cho thấy Trung Quốc vẫn là nước sản xuất graphit lớn nhất thế giới với sản lượng 700.000 tấn, đứng thứ 2 là Brazil 96.000 tấn, tiếp đến Madagascar 47.000 tấn, Canada 40.000 tấn, Nga 25.000 tấn, Na Uy, Pakistan …
Bảng 1. Trữ lượng, sản lượng graphit của một số nước trên thế giới [USGS]
| Tên nước | Sản lượng graphit qua các năm (tấn) | Trữ lượng
2019 (tấn) |
||||
| 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | ||
| Úc | – | – | – | 1.000 | 1.000 |
(3) |
| Brazil | 80.000 | 95.000 | 90.000 | 95.000 | 96.000 | 72.000.000 |
| Canada | 30.000 | 30.000 | 40.000 | 40.000 | 40.000 | (3) |
| Trung Quốc | 780.000 | 780.000 | 625.000 | 693.000 | 700.000 | 73.000.000 |
| Ấn Độ | 170.000 | 149.000 | 35.000 | 35.000 | 35.000 | 8.000.000 |
| Bắc Triều Tiên | 30.000 | 6.000 | 5.500 | 6.000 | 6.000 | 2.000.000 |
| Madagascar | 5.000 | 8.000 | – | 46.900 | 47.000 | 1.600.000 |
| Mexico | 22.000 | 4.000 | 9.000 | 9.000 | 9.000 | 3.100.000 |
| Mozambique | – | – | 300 | 104.000 | 100.000 | 25.000.000 |
| Na Uy | 8.000 | 8.000 | 15.500 | 16.000 | 16.000 | 600.000 |
| Pakistan | – | 14.000 | 14.000 | 14.000 | 14.000 | (3) |
| Nga | 15.000 | 19.000 | 17.000 | 25.200 | 25.000 | (3) |
| Thổ Nhĩ Kỳ | 32.000 | 4.000 | 2.300 | 2,000 | 2,000 | 90.000.000 |
| Ucraina | 5.000 | 15.000 | 20.000 | 20.000 | 20.000 | (3) |
| Việt Nam | – | 5.000 | 5.000 | 5.000 | 5.000 | 7.600.000 |
| Zimbabwe | 7.000 | 6.000 | 1.580 | 2.000 | 2.000 | (3) |
| Các nước khác | 1.000 | 2.000 | 1.900 | 200 | 200 | (3) |
| Tổng cộng | 1.190.000 | 1.150.000 | 897.000 | 1.120.000 | 1.100.000 | 300.000.000 |
Ghi chú: bao gồm trong tổng trữ lượng của cả thế giới
Khái quát thị trường graphit
Giá trị sản phẩm graphit trên thị trường toàn cầu được dự đoán sẽ đạt khoảng 27 tỷ đô la Mỹ vào năm 2025, tăng hơn 9 tỷ đô la Mỹ so với giá trị thị trường ước tính trong năm 2018 [theo statista].
Graphit vảy sẽ tiếp tục chiếm thị phần từ graphit vô định hình, vì các ứng dụng công nghệ cao trở nên quan trọng hơn và nguồn cung của graphit vảy tăng mạnh. Đặc biệt, sự quan tâm của thị trường đối với graphit vảy đã tăng lên đáng kể cùng với sự gia tăng của pin lithium ion, được sử dụng trong các phương tiện điện tử và động cơ điện. Trong thế giới ngày nay, graphit còn được coi là vật liệu chiến lược quan trọng trong nền kinh tế công nghệ xanh mới nổi (còn gọi là Thời đại Carbon) bao gồm những tiến bộ về lưu trữ năng lượng, xe điện, quang điện và điện tử.
Thị trường graphit trên thế giới trong những năm gần đây đã có nhiều biến động theo chiều hướng gia tăng mạnh nhu cầu sử dụng graphit trong các ngành pin và điện cực. Trong khi đó, nguồn cung của thế giới chưa đáp ứng đủ nhu cầu, dẫn đến giá graphit luôn ở mức cao. Giá graphit vảy cao đã thúc đẩy sự phát triển ngành sản xuất và chế biến graphit ở các nước khác bên ngoài Trung Quốc.
Hình 2: Graphit trên thế giới từ năm 2015 dự kiến đến năm 2025
Châu Á – Thái Bình Dương là khu vực lớn nhất trong thị trường graphit toàn cầu, chiếm 70,2% năm 2018. Tiếp theo là Tây Âu, Bắc Mỹ và các khu vực khác. Trong tương lai, các khu vực tăng trưởng nhanh nhất trong thị trường graphit sẽ là Đông Âu và Châu Phi, nơi tăng trưởng sẽ ở mức lần lượt là 3,0% và 2,9%. Tiếp theo là châu Á-Thái Bình Dương và Bắc Mỹ, nơi các thị trường graphit dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng lần lượt là 2,6% và 2,5%.
Trung Quốc đứng đầu thế giới về sản lượng graphit. Trung Quốc sản xuất 83% lượng graphit tự nhiên và 70% lượng graphit nhân tạo của thế giới (theo số liệu năm 2017 của Công ty SGL Carbon). Trong năm 2019, Trung Quốc đã sản xuất hơn 60% lượng graphit của toàn thế giới. Bắc Mỹ chỉ sản xuất 4% nguồn cung graphit thế giới ở Canada và Mexico [USGS].
Trong năm 2018 và 2019, có sự tăng trưởng mạnh mẽ về nhu cầu đối với graphit hình cầu – sản phẩm trung gian được chế biến từ graphit vảy để sử dụng cho cực dương pin lithium-ion. Tuy nhiên, sản xuất graphit hình cầu ở quy mô thương mại vẫn chủ yếu ở Trung Quốc, do chi phí sản xuất ở các nước khác cao và việc sử dụng axit mạnh và các hóa chất khác trong sản xuất gây ảnh hưởng đến môi trường. Một số công ty khác trên thế giới cũng đang cố gắng phát triển chuỗi cung ứng graphit hình cầu, trong đó sử dụng các phương pháp thân thiện hơn với môi trường, nhưng vẫn chưa chứng minh được khả năng cạnh tranh với Trung Quốc ở quy mô thương mại.
Nhu cầu thế giới về graphit tự nhiên và tổng hợp (bao gồm cả sợi cacbon) tăng 5,8% mỗi năm lên 4,2 triệu tấn trong năm 2018, với giá trị thị trường gần 30 tỷ USD.
Đại dịch Covid-19 đã phá vỡ sự ổn định giá graphit. Giá graphit vảy đã giảm trong bối cảnh nhu cầu giảm do ảnh hưởng của các biện pháp được sử dụng để chống lại đại dịch Covid-19.
Đánh giá mới nhất của Fastmarkets về giá graphit vảy, 94% C, -100 mesh, giá fob Trung Quốc, đã giảm khoảng 1,9% xuống còn 530 USD/tấn vào ngày 23 tháng tư năm 2020, sau tám tháng ở mức 540 USD/tấn.
Thị trường tiêu thụ graphit tại Việt Nam
– Chổi quét ( Chổi than) – Carbon Brush cho các động cơ điện trong nhà máy xi măng, sắt thép, nhiệt điện, đường sắt, Cao su, mía đường,…. Nhà cung cấp: Toyo Tanso – Nhật Bản, Muller Rossner -Đức, Mersen – Pháp…
– Graphite cho các ứng dụng cơ khí để thay thế một số vật liệu truyền thốngtrơn, làm tấm đệm graphite bôi trơn cho vành lò trong công nghệ xi măng lo đứng tiến tiến làm tăng tuổi thọ của thiết bị lên gấp nhiều lần. Nhà cung cấp: Mersen- Pháp, Muller & Rossner – Đức, Toyo Tanso – Nhật Bản, Nippon Techno Carbon – Nhật Bản
– Vật liệu graphite điện cực – EDM graphite dùng trong máy xung điện để thay thế điện cực đồng. Nhà cung cấp: Mersen – Pháp, Nippon Techno Carbon – Nhật bản, Nhà sản xuất và cung cấp graphite lớn nhất thế giới.
– Khuôn mẫu làm bằng graphit đặc biệt cho các nhà máy đúc liên tụckim loại quý (Continous casting graphite die). Nhà cung cấp: Mersen – Pháp, Toyo Tanso – Nhật Bản, Eurografite: Italia,..
– Các thiết bị phụ trợ graphite cho công nghệ nấu và đúc vàng, bạc như nồi graphite, khuôn graphite, que khấy graphite,…
– Graphite dùng trong công nghiệp bán dẫn, điện tử…
Kết luận
Nghiên cứu thị trường graphit trên thế giới và ở Việt Nam cho thấy đây là một thị trường đầy tiềm năng, tăng trưởng ổn định. Nhu cầu sử dụng graphit cho các ngành sản xuất sẽ ngày càng gia tăng, đặc biệt là nhu cầu graphit để sản xuất pin và graphit mở rộng có tốc độ tăng nhanh nhất. Tuy nhiên thị trường hiện nay đòi hỏi graphit có hàm lượng cacbon cao ít nhất từ 94% C trở lên, nhu cầu đối với graphit có hàm lượng <90%C đang ngày càng giảm, đặc biệt đối với những ứng dụng graphit trong lĩnh vực công nghệ cao và nhiều tiềm năng như pin Litium và graphit mở rộng còn yêu cầu sản phẩm graphit với độ tinh khiết lên tới > 99%C. Graphit có hàm lượng cao và kích thước vảy lớn thì mức giá càng cao.
Hoahocngaynay.com
