Vào ngày 16 tháng 4, tại Diễn đàn Nhôm và Nguyên liệu Nhôm thuộc Hội nghị và Triển lãm Công nghiệp Nhôm AICE 2025 SMM (lần thứ 20), do Công ty TNHH Thông tin & Công nghệ SMM, Trung tâm Giao dịch Kim loại SMM và Công ty TNHH Công nghệ Thông tin Aisi Sơn Đông tổ chức, và đồng tổ chức bởi Công ty TNHH Công nghệ Zhongyifeng Jinyi (Tô Châu) và Công ty TNHH Dịch vụ Đầu tư Lezhi Qianrun, ông Vương Triệu Dương, Tổng Giám đốc Công ty TNHH Carbon Vạn Kỷ Lạc Dương, đã phân tích xu hướng phát triển công nghệ và thị trường của các cực âm graphit hóa.
**Ứng dụng, quy trình và tiêu chuẩn của cực âm nhôm**
Cực âm nhôm: khối carbon cực âm graphit cao, khối carbon cực âm graphit hóa hoàn toàn.
Phân loại khối carbon cực âm nhôm:
Cực âm bán graphit: Sử dụng than antraxit nung chảy điện nhiệt độ cao làm cốt liệu và nhựa đường nhiệt độ trung bình hoặc cao làm chất kết dính, sản phẩm này có độ dẫn điện kém, khả năng chống ăn mòn yếu và tuổi thọ cực ngắn (khoảng 1.000 ngày). Nó không còn đáp ứng các chính sách công nghiệp và nhu cầu thị trường hiện tại và đã bị loại bỏ dần.
Cực âm graphit cao: Sử dụng than antraxit nung chảy điện nhiệt độ cao và phế liệu graphit làm cốt liệu và nhựa đường nhiệt độ trung bình hoặc cao làm chất kết dính, sản phẩm này có độ dẫn điện trung bình, khả năng chống ăn mòn tốt hơn một chút và tuổi thọ cực vừa phải (khoảng 1.800 ngày). Nó vẫn là một lựa chọn tốt cho các công ty nhôm tập trung vào giá cả nhưng dự kiến sẽ bị loại bỏ trong tương lai gần.
Cực âm graphit hóa: Sử dụng than cốc dầu nung chảy làm cốt liệu và nhựa đường nhiệt độ trung bình hoặc cao làm chất kết dính, với xử lý nhiệt graphit hóa ở nhiệt độ 3.000°C, sản phẩm này có độ dẫn điện tuyệt vời, tiết kiệm điện năng đáng kể và tuổi thọ cực vượt quá 3.500 ngày. Nó đang dần trở thành xu hướng chính trên thị trường.
**Máy đúc rung cực âm KHD (Đức)**
Đặc điểm chính: 1. Hút chân không liên tục; 2. Độ xốp thấp của sản phẩm; 3. Kết cấu đồng đều của sản phẩm; 4. Mật độ thể tích cao của sản phẩm.
**Lò nung phủ hình vòng**
Đặc điểm chính: 1. Cách nhiệt tuyệt vời, nhiệt độ sản phẩm đồng đều; 2. Cấu trúc bên trong ổn định; 3. Giá trị than cốc cao của sản phẩm, cao hơn 2-3% so với lò mở.
**Lò graphit hóa dòng nhiệt trong**
Đặc điểm chính: 1. Hiệu suất năng lượng cao; 2. Graphit hóa đồng đều; 3. Chất lượng sản phẩm ổn định.
**Lò graphit hóa dòng trong U-Type**
Quy trình graphit hóa: Bằng cách kết hợp các sản phẩm cực âm đã nung thành một mạch làm dây dẫn, sử dụng năng lượng điện để nung cực âm lên khoảng 3.000°C và sử dụng kích hoạt nhiệt để chuyển đổi các nguyên tử carbon không ổn định về mặt nhiệt động học từ cấu trúc lớp không có trật tự sang cấu trúc tinh thể graphit có trật tự, đồng thời loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh, vanadi, sắt và silic, graphit chất lượng cao được sản xuất.
**Đơn vị xử lý**
Đặc điểm chính: 1. Độ chính xác xử lý cao; 2. Ngoại hình sản phẩm tinh tế; 3. Tự động hóa và công suất cao; 4. Thu bụi hiệu quả.
Ông cũng đã giới thiệu các tiêu chuẩn cho khối carbon cực âm nhôm.
**Vai trò quan trọng của cực âm trong các cột điện phân nhôm**
Ứng dụng của khối carbon cực âm:
1. Khối carbon cực âm là một thành phần thiết yếu của lớp lót trong các cột điện phân nhôm.
2. Hiệu suất của khối carbon cực âm ảnh hưởng đáng kể đến mức tiêu thụ điện năng và tuổi thọ cột điện phân.
3. Là một thùng chứa, khối carbon cực âm phải chịu được sự ăn mòn từ nhôm nóng chảy và điện phân trong khi đảm bảo phân bố dòng điện đồng đều trong nhôm và điện phân.
Khối carbon cực âm đóng một vai trò quan trọng trong các cột điện phân, thường được gọi là "thận" của cột. Chất lượng của cực âm ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu quả kinh tế của cột và rất quan trọng đối với việc bảo trì cột.
►Chức năng thùng chứa: Cực âm, bột nhão và các khối carbon bên hông cùng tạo thành một thùng chứa nơi nhôm nóng chảy và điện phân được giữ, trải qua các quy trình như nung nóng, điện phân và lấy nhôm.
►Độ dẫn nhiệt và khả năng chịu nhiệt độ cao: Các cột điện phân nhôm hoạt động ở nhiệt độ trên 930°C, đòi hỏi vật liệu chịu nhiệt để chịu được nhiệt và độ dẫn nhiệt tốt để phân bố nhiệt đồng đều trên cực âm, ngăn ngừa căng thẳng nhiệt và biến dạng đáng kể.
►Độ dẫn điện: Dòng điện đi vào cột thông qua thanh thép ở đáy cực âm, phân bố tương đối đồng đều trên đế cột. Sau khi đi qua nhôm nóng chảy và điện phân, nó tạo thành một mạch với cực dương, cho phép các phản ứng điện hóa và hoàn thành quy trình điện phân. Sụt áp cực âm là một thông số quan trọng cho hoạt động của cột.
►Khả năng chống ăn mòn: Cực âm phải chịu được sự ăn mòn muối natri trong muối nóng chảy và ngăn chặn sự hình thành Al₄C₃, đòi hỏi sự ổn định cao trong cấu trúc nguyên tử carbon của lớp lót cực âm.
**Lý do cho sự nổi lên của cực âm graphit hóa**
Tại sao sử dụng graphit để làm cực âm nhôm?
Graphit là một chất dẫn nhiệt và điện tuyệt vời, với độ dẫn nhiệt và điện tương đương với hầu hết các kim loại nhưng có những đặc điểm độc đáo. Trong khi độ dẫn nhiệt của hầu hết các kim loại tăng theo nhiệt độ, độ dẫn nhiệt của graphit giảm. Ở nhiệt độ cực cao, graphit trở thành vật liệu cách nhiệt nhiệt, làm cho nó trở thành một vật liệu cách nhiệt đáng tin cậy ở nhiệt độ cực cao.
**Tính chất của Graphit**
►Khả năng chịu nhiệt độ cao: Graphit có điểm nóng chảy 3.850°C và điểm sôi 4.250°C, với độ bền tăng theo nhiệt độ. Nó thường được sử dụng trong vật liệu họng đốt tên lửa và tên lửa đạn đạo và là một vật liệu quan trọng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và quân sự.
►Độ dẫn điện và nhiệt cao: Độ dẫn điện của graphit cao hơn 100 lần so với hầu hết các quặng phi kim loại. Độ dẫn nhiệt của nó vượt trội so với thép, sắt và chì. Độ dẫn nhiệt giảm theo nhiệt độ và ở nhiệt độ cực cao, graphit trở thành một chất cách điện.
►Tính bôi trơn: Tính bôi trơn của graphit phụ thuộc vào kích thước của các mảnh của nó. Các mảnh lớn hơn dẫn đến hệ số ma sát thấp hơn và bôi trơn tốt hơn. Nó thường được sử dụng trong các vòng bi nhiệt độ cao mà không cần thêm chất bôi trơn.
►Ổn định hóa học và tính dẻo: Graphit có ổn định hóa học tuyệt vời ở nhiệt độ phòng, chống lại sự ăn mòn axit, kiềm và dung môi hữu cơ. Nó cũng rất dễ uốn và có thể được chế biến thành các tấm mỏng và các hình dạng khác nhau.
►Khả năng chống sốc nhiệt: Graphit có thể chịu được những thay đổi nhiệt độ mạnh mà không bị hư hỏng. Thể tích của nó thay đổi rất ít trong các thay đổi nhiệt độ đột ngột, ngăn ngừa nứt vỡ.
**Ưu điểm của vật liệu graphit trong sản xuất cực âm**
Kéo dài tuổi thọ cột: Loạt cột điện phân cực âm graphit hóa đầu tiên ở Trung Quốc (Vạn Kỷ Nhôm) bắt đầu hoạt động vào ngày 18 tháng 1 năm 2006, với tuổi thọ cột trung bình vượt quá 3.730 ngày. Tuổi thọ cột dài nhất là 5.696 ngày, kết thúc vào ngày 31 tháng 10 năm 2021. Ngược lại, các công ty sử dụng cực âm graphit cao phần lớn đã trải qua một hoặc hai lần đại tu lớn, với một số thậm chí yêu cầu ba lần đại tu, mỗi lần đại tu có chi phí khoảng 2 triệu nhân dân tệ.
Tiết kiệm điện năng vượt trội: Sau khi áp dụng cực âm graphit hóa và công nghệ đúc, sụt áp đáy cột đạt mức tối thiểu 175 mV, thấp hơn hơn 90 mV so với cực âm graphit cao. Bản chất ổn định của graphit cũng dẫn đến sự gia tăng tương đối nhỏ trong sụt áp đáy cột trong quá trình sử dụng, tiết kiệm 300 kWh cho mỗi tấn nhôm sản xuất. Đầu tư bổ sung có thể được thu hồi trong một thời gian ngắn.
Hoạt động ổn định: Do sự hấp thụ natri thấp của cực âm graphit hóa, hệ số giãn nở natri của chúng rất thấp, dẫn đến giãn nở ngang tối thiểu và biến dạng vỏ cột tương ứng sau khi khởi động cột, giảm thiểu hư hỏng cột sớm. Ngoài ra, độ dẫn nhiệt tuyệt vời của graphit giúp hình thành một thành lò tốt, bảo vệ các bên một cách hiệu quả và giảm tiêu thụ dòng điện ngang, đảm bảo hoạt động ổn định của cột.
Tăng cường dòng điện để tăng công suất: Do các chính sách chính phủ nghiêm ngặt chống lại sản xuất nhôm bất hợp pháp, thị trường nhôm của Trung Quốc dự kiến sẽ phải đối mặt với khoảng cách cung cầu, dẫn đến lợi nhuận mạnh mẽ. Do đó, tăng công suất sẽ trở thành ưu tiên hàng đầu đối với các nhà máy nhôm. Cả các ví dụ quốc tế và trong nước đều cho thấy rằng áp dụng cực âm graphit hóa có thể tăng cường công suất bằng cách tăng cường dòng điện.
Lợi ích môi trường: Vật liệu lót được tạo ra sau khi đại tu cột chứa một lượng lớn các nguyên tố nguy hại, gây ra thiệt hại môi trường nghiêm trọng. Chúng đã được phân loại là chất thải nguy hại, đòi hỏi các doanh nghiệp nhôm phải xử lý với chi phí cao. Cực âm graphit hóa, với tuổi thọ dài hơn, tạo ra ít chất thải nguy hại hơn, thu hút sự chú ý từ các cơ quan môi trường và các nhà máy nhôm, có khả năng trở thành một điều cần thiết do yêu cầu môi trường.
Ba sự cân bằng: Cực âm graphit hóa duy trì tốt hơn sự cân bằng thu nhập và chi tiêu nhiệt của các cột điện phân, đảm bảo sự cân bằng vật chất của nồng độ điện phân và nhôm oxit và đạt được sự cân bằng giữa cực dương (trái tim của cột) và cực âm (thận của cột).
**Tình hình hiện tại, cơ hội và thách thức trong ngành công nghiệp cực âm nhôm**
Tình hình hiện tại của ngành công nghiệp cực âm nhôm:
1. Công suất cực âm graphit hóa tăng lên 850.000 tấn/năm.
Trong những năm gần đây, công suất cực âm đã duy trì ở mức khoảng 700.000 tấn. Năm 2021, công suất là 740.000 tấn/năm, tăng lên 850.000 tấn/năm vào năm 2022, tăng 14,8% so với cùng kỳ năm ngoái, với sự tăng lên đến từ các sản phẩm cực âm graphit hóa.
Ngoài các công ty cực âm truyền thống, một số nhà sản xuất điện cực cũng đã điều chỉnh cấu trúc sản phẩm của họ để tham gia vào kinh doanh cực âm graphit hóa.
2. Sản xuất cực âm graphit hóa đã tăng đáng kể, chiếm hơn 70% tổng sản xuất cực âm.
Năm 2023, sản xuất cực âm nhôm của Trung Quốc đã tiếp cận 400.000 tấn, với tăng trưởng dưới 1% so với cùng kỳ năm ngoái. Sản xuất cực âm graphit hóa là 270.000 tấn, tăng 30% so với cùng kỳ năm ngoái, chiếm 70% tổng sản xuất cực âm.
Xu hướng giá thị trường cực âm trong năm năm qua:
3. Giá cực âm graphit hóa đã biến động mạnh, với sự cạnh tranh khốc liệt ngày càng tăng.
Trong năm năm qua, giá cực âm đã dao động mạnh, từ gần 20.000 nhân dân tệ/tấn vào năm 2019 đến khoảng 14.000 nhân dân tệ/tấn vào năm 2021, sau đó tăng mạnh lên khoảng 36.000 nhân dân tệ/tấn, trước khi dần dần giảm vào năm 2023, kích hoạt một loạt các vụ sụp đổ giá. Các công ty cực âm đã cạnh tranh để giảm giá, với giá thấp nhất hiện tại giảm xuống dưới 15.000 nhân dân tệ/tấn, khiến hầu hết các công ty cực âm phải đối mặt với thua lỗ.
Sự biến động giá cực đoan đã làm nản lòng một số công ty đầu tư vào cực âm. Theo thời gian, khi thua lỗ mở rộng, ngành công nghiệp dự kiến sẽ trở lại với sự hợp lý và chuyển sang cạnh tranh lành mạnh.**Cung và cầu trên thị trường cực âm nhôm**
Tổng công suất sản xuất nhôm của Trung Quốc là khoảng 45 triệu tấn. Nếu toàn bộ sản lượng nhôm sử dụng cực âm graphit hóa, với mức tiêu thụ 6-8 kg cực âm trên mỗi tấn nhôm, thì mức tiêu thụ hàng năm của cả nước sẽ là 250.000-340.000 tấn. Với việc tất cả các dự án mới trong nước đi vào hoạt động, nhu cầu trong nước không có nhiều khả năng thay đổi đáng kể.
Thị trường cực âm của Trung Quốc chủ yếu tập trung ở Tấn Trung, Sơn Tây, Hà Nam và Ninh Hạ, với tổng công suất đạt 800.000 tấn. Kể từ năm ngoái, một số công ty điện cực graphite đã tham gia vào ngành cực âm, tiếp tục mở rộng tổng công suất. Nhìn chung, thị trường vẫn bị dư thừa cung nghiêm trọng, với sự cạnh tranh khốc liệt.
Ông cũng đã giới thiệu tình hình các công ty Trung Quốc xây dựng các dự án nhôm ở nước ngoài.
**Tình hình hiện tại của thị trường than cốc dầu ít lưu huỳnh dùng cho cực âm graphit hóa**
Tăng trưởng hạn chế trong sản xuất than cốc dầu ít lưu huỳnh:
1. Sản xuất than cốc dầu ít lưu huỳnh trong nước đã giảm. Trong những năm gần đây, lượng nhập khẩu dầu thô nặng của Trung Quốc đã tăng đáng kể, với tỷ lệ dầu thô có hàm lượng lưu huỳnh cao tăng lên, dẫn đến xu hướng rõ ràng là tăng sản xuất than cốc dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao và chất lượng thấp.
2. Nguồn than cốc dầu ít lưu huỳnh ở nước ngoài có hạn. Dữ liệu nhập khẩu trong những năm gần đây cho thấy lượng nhập khẩu hàng năm khoảng 4 triệu tấn, với không gian tăng trưởng rất hạn chế.
③ Do nguồn than cốc dầu ít lưu huỳnh có hạn, Trung Quốc đã nhập khẩu một lượng lớn than cốc bọt biển có hàm lượng lưu huỳnh cao. Thông qua công nghệ khử lưu huỳnh và phối trộn chính xác, vấn đề giảm chất lượng nguyên liệu đã được giải quyết.
Ứng dụng công nghệ mới trong cực âm nhôm
Ứng dụng công nghệ mới trong cực âm nhôm
1. Công nghệ đúc thanh thép rộng + gang luyện phốt pho
Bằng cách thay đổi phương pháp kết nối và hình thức lắp ráp giữa thanh thép cực âm và khối carbon cực âm, cấu trúc dẫn điện cực âm đã được tối ưu hóa. Điều này giúp giảm dòng điện ngang trong chất lỏng nhôm, tăng dòng điện dọc, mở rộng diện tích tiết diện dẫn điện, giảm điện trở của thanh thép, tăng cường dẫn điện, giảm tiêu thụ điện một chiều (DC) trong cột điện phân và đạt được sự giảm đáng kể cả dòng điện ngang trong chất lỏng nhôm và giảm điện áp cực âm. Phân bố dòng điện cực âm trở nên đồng đều và ổn định hơn, kéo dài tuổi thọ của cột điện phân.
2. Đúc thanh thép đính đồng
Vẫn sử dụng cực âm graphit hóa làm vật mang, mục tiêu là tối ưu hóa cấu trúc dẫn điện cực âm và giảm dòng điện ngang và giảm điện áp cực âm. Công nghệ này hiện đang ở giai đoạn thăm dò, với sự tham gia của nhiều viện thiết kế khác nhau, và các cột thử nghiệm quy mô nhỏ đang được tiến hành một cách có trật tự.
3. Cực âm có cường độ cao, độ dẫn điện cao và mật độ thể tích cao cũng đang được áp dụng
Hiện nay, một số doanh nghiệp nhôm đã thực hiện mua sắm phân cấp đối với khối carbon cực âm, với cấp một là tốt nhất và cấp hai đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia. Các biện pháp khuyến khích đã được cung cấp cho cấp một, đến một mức độ nào đó thúc đẩy sự phát triển lành mạnh của ngành cực âm. Trong khi đó, một số người dùng đã bày tỏ nhu cầu thị trường đối với cực âm ngâm tẩm, điều này cũng sẽ chiếm một vị trí trong tương lai.
Nhấp để xem Báo cáo đặc biệt Hội nghị Nhôm và Triển lãm Công nghiệp Nhôm AICE 2025 SMM (lần thứ 20)
