Ảnh minh họa

Bởi vì cấu trúc duy nhất này mà graphite có một loạt những thuộc tính-ví dụ như, dễ uốn, chịu lửa cao, trơ với hóa chất và dẫn điện và nhiệt cao. Những tính chất này cho phép graphite được sử dụng rộng rãi, bao gồm cả để lót má phanh và các chi tiết ô tô khác (14 %), bôi trơn (14 %), làm vật liệu chịu lửa, nồi nấu luyện kim loại (35 %), đúc kim loại và sản xuất thép (26 %) và pin (10 %). Tuy nhiên công nghệ năng lượng thay thế và những ứng dụng như lò phản ứng hạt nhân sỏi cầu, pin ion-nhiên liệu, grapheme, pin nhiên liệu và tấm pin năng lượng mặt trời cũng sẽ thúc đẩy nhu cầu graphite, nhất là graphite vảy chất lượng cao. Tuy nhiên, không phải tất cả graphite đều thích hợp cho mọi sử dụng. Trong thực tế, có 3 loại graphite chủ yếu, và trong nhiều trường hợp việc sử dụng riêng biệt yêu cầu chỉ một loại graphite thôi.

Dưới đây xin nêu tóm tắt 3 loại graphite này và việc sử dụng graphite này trên thế giới hiện nay.

1. Graphite vảy

Graphite vảy xuất hiện là những hạt giống như tấm, phẳng và cách biệt có các cạnh góc lục giác hoặc góc lượn. Người ta tìm thấy graphite trong đá biến chất-như là đá vôi, đá gneiss và đá schist-được phân bổ đồng nhất trong khắp thân quặng hoặc trong túi quặng dạng thấu kính, tập trung. Ngày nay, graphite vảy là loại graphite được ngành công nghiệp quan tâm nhất kể từ đầu năm 2014 khi công ty Tesla Motors thông báo sẽ xây dựng một nhà máy lớn để sản xuất pin ion-lithiun, sử dụng loại graphite này để sản xuất a nốt cho pin này. Các các công ty khác cũng nói sẽ sản xuất pin này. Graphite vảy có 4 kích cỡ cơ bản: cực lớn, lớn. trung bình và mịn. Có thể khó hiểu là chúng khác nhau như thế nào và có liên quan đến độ tinh khiết như thế nào, điều này rất quan trọng đối với nhà đầu tư. Theo ông Riddle-CEO của công ty Asbury Carbons-nhà cung cấp các sản phẩm carbon và graphite cho ứng dụng trong trong các ngành công nghiệp, tiêu chuẩn công nghiệp cho kích cỡ vảy như sau:

– Vảy cực lớn: +35 mesh hoặc +500 microns - Vảy lớn: -35 mesh tới 50 mesh hoặc -300 microns tới 500 microns - Vảy trung bình: -50 mesh tới 80 mesh hoặc -150 microns tới 300 microns - Vảy mịn: -80 mesh và mịn hơn.

Khi nói rằng kích cỡ vảy “tốt”, thường người ta nghĩ tới một tụ khoáng graphite hoặc một mỏ graphite có tổng tinh quặng graphite với kích cỡ vảy lớn hơn 80 mesh-và có thể có một số vảy với kích cỡ +50 mesh và thậm chí +35 mesh. Quan trọng ở đây là liệu một công ty thu được số lượng graphite sau tuyển nổi bởi phải mất một thời gian lớn trong quá trình tuyển nổi graphite bị phá vụn để nhằm thu được graphite có độ tinh khiết đáp ứng thị trường. Xét về độ tinh khiết phù hợp với việc pha trộn thế nào, nói chung là độ tinh khiết của tinh quặng graphite càng cao, thì giá bán FOB trung bình có xư hướng cũng cao hơn. Sản phẩm mỏ tinh khiết hơn sẽ ít phải chế biến hơn, và chi phí sản xuất cũng ít hơn. Nói chung, graphite có độ tinh khiết cao, vảy lớn là sản phẩm được mong muốn nhất đối với một công ty khai thác Tuy nhiên, đối với một số ngành công nghiệp thì độ tinh khiết quan trọng hơn, còn các ngành công nghiệp khác thì kích cỡ vảy lại quan trọng hơn. Ví dụ, đối với ngành công nghiệp sử dụng graphite dạng hình cầu thì độ tinh khiết và hình dạng của các hạt graphite lại là hai yếu tố quan trọng. Trong khi đó, đối với ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa thì kích cỡ vảy lại là nhân tố chính để quyết định giá cả.

Sử dụng

Như đã nói, công ty Tesla và các công ty khác cần một số lượng lớn graphite vảy để sản xuất pin ion-lithium.Graphite vảy là một cấu thành quan trọng của a nốt pin ion-lithium. Hiện tại thì chưa có thể nói các công ty này cần bao nhiêu graphite vảy, chỉ mới rõ là Tesla đã ký hai thương vụ cung cấp lithium để đáp ứng nguồn cung cấp graphite; còn số liệu của các công ty khác thì rất hiếm hoi. Công ty Benchmark Mineral Intelligencecho biết nếu đạt được công suất mục tiêu 35 GWh vào năm 2020, Tesla có thể cần tới 25.000 tấn lithium, 112.500 tấn graphite vảy, 45.000 tấn graphite hình khối và 7.000 tấn cobalt mỗi năm. Ngày nay nhu cầu tiêu thụ xe ô tô điện ngày một tăng thì nhu cầu graphite cho sản xuất pin ion-lithium cũng tăng, trong thập kỷ tới có thể cần tới 1,6 triệu tấn graphite vảy chất lượng cao cho việc này. Vào năm 2020, có thể 6 triệu xe ô tô điện được sản xuất ra mỗi năm, và hệ thống pin cho mỗi xe cần tới 40 pound graphite. Tuy nhiên, graphite vảy còn được sử dụng vào việc khác chứ không chỉ cho sản xuất pin ion-lithium. Ví dụ, pin nhiên liệu thậm chí sử dụng nhiều graphite hơn là pin ion-lithium, và các chuyên gia còn kỳ vọng pin nhiên liệu sẽ thay thế cả động cơ đốt trong khi chuyển đổi nhiên liệu thành năng lượng hiệu quả hơn. Pin nhiên liệu có tất cả các kíc cỡ cũng sẽ dọn đường vào lĩnh vực điện tử dân dụng và thậm chí sang cả lĩnh vực phát điện, pin nhiên liệu có thể được sử dụng để cung cấp điện khẩn cấp cho bệnh viện hoặc chuyển đổi khí methan thành điện năng tại các nhà máy nước thải. Graphite vảy cũng là một phần quan trọng của công nghệ pin hóa khử ô xy (redox)-vanadium, người ta sử dụng gần 300 tấn graphite vảy cho mỗi 1.000 megawatts tích điện. Các thuộc tính duy nhất của vanadium và graphite kết hợp với nhau cho phép tích trữ năng lượng dư thừa trong thời gian dài. Những lò phản ứng hạt nhân sỏi cầu-loại lò này sử dụng uranium trộn lẫn vào các viên bi graphite có cỡ lớn bằng nắm tay-là một ví dụ khác cho thấy graphite trở nên quan trọng như thế nào đối với lĩnh vực năng lượng. Ngay cả một lò phản ứng sỏi cầu 100-GW cần300 tấn graphite để khởi động sản xuất lúc đầu, sau đó cần bổ sung từ 60 đến 100 tấn mỗi năm cho hoạt động tiếp theo.

2. Graphite vô định hình

Graphite vô định hình được tìm thấy dưới dạng các hạt vô cùng nhỏ giống như tinh thể trong các vỉa đá hình thái trung bình (mesomorphic) giống như than, đá lợp và đá phiến, và hàm lượng carbon của nó phụ thuộc vào vật liệu gốc của nó. Khi được tìm thấy trong than thì graphite là kết quả của sự biến chất nhiệt của than, và được coi là meta-anthracite. Tuy nhiên, không giống như than, graphite vô định hình không được sử dụng làm nhiên liệu bởi nó rất khó bốc cháy. Ngày nay graphite vô định hình có độ tinh khiết phổ biến trong khoảng 70 đến 90 %. Rất khó nâng cao độ tinh khiết này lên bởi chi phí rất lớn.

Sử dụng

Graphite vô định hình được sử dụng trong ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa để sản xuất ra nồi nấu luyện kim loại, thùng chứa hay thùng chuyển đổi kim loại lỏng, khuôn, vòi rót và máng, những thiết bị này phải chịu được nhiệt độ rất cao, nhất là trong đúc thép. Trong thực tế, các điện cực cho các lò điện luyện kim, bao gồm cả lò hồ quang điện cho nấu thép, được chế tạo từ graphite. Ngoải ra, trong sản xuất thép, graphite được sử dụng là một chất gia cường carbon để làm tăng độ bền của thép. Graphite cũng được sử dụng để lót lò cao để sản xuất gang bởi tính dẫn nhiệt cao của nó. Ngoài ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa, graphite vô định hình cũng được sử dụng để làm vật liệu lót má phanh, miếng đệm và vật liệu ly hợp. Ngoài ra, graphite vô định hình được sử dụng trong đúc kim loại để làm sạch khuôn, nó giúp tách một cách dễ dàng các vật kết dính khi đúc ra khỏi khuôn. Cuối cùng là graphite vô định hình chất lượng thấp được sử dụng làm bút chì, chủ yếu ở Trung Quốc.

3. Graphite mạch

Graphite mạch, cũng được gọi là graphite cục, được cho là có nguồn gốc thủy nhiệt và xuất hiện trong các vết nứt hoặc vết gãy, các đụn phẳng nhô lên với những cục vụn tinh thể graphite hình kim hay sợi. Graphite mạch được cho là bắt nguồn từ các tụ khoáng dầu thô trải qua thời gian, nhiệt độ và áp suất được chuyển hóa thành graphite, mạch rất là nhỏ và có bề rộng khoảng 5 đến 10 cm, có độ tinh khiết từ 70 đến 99%. Graphite dưới dạng này được tìm thấy ở khắp nơi trên thế giới, nhưng hiện nay chỉ được khai thác ở Sri Lanka.

Sử dụng

Graphite mạch được sử dụng trong các ứng dụng cọ sát cao, nhiệt và công nghệ hiện đại như là phanh xe hơi và bộ ly hợp. Graphite này cũng có thể được dùng theo kiểu như graphite vảy bởi nó cũng có tính dẫn điện và nhiệt cao.

Khai thác graphite trên thế giới

Trung Quốc là nước sản xuất graphite lớn nhất thế giới, đã đạt sản lượng 780.000 tấn vào năm 2014. Ấn Độ là nước sản xuất lớn thứ hai với sản lượng 170.000 tấn năm 2014. Ngoài ra có rất nhiều công ty khác cũng mong ký được hợp đồng với Tesla như: Alabama Graphite,Canada Carbon, Canada Strategic Metals, Caribou King Resources,Focus Graphite,Graphite One Resources, Great Lakes Graphite,Lomiko Metals, Northern Graphite and Zenyatta Ventures; Energizer Resources, IMX Resources, Kibaran Resources,Magnis Resources and Triton Minerals; Eagle Graphite,Flinders Resources, StratMin Global Resources.

Trần Minh Huân

Graphite Investing News, September 15,2015