Pada 16 April, dalam Forum Alumina dan Bahan Baku Aluminium pada Konferensi Industri Aluminium dan Pameran Industri Aluminium AICE 2025 SMM (ke-20) yang diselenggarakan oleh SMM Information & Technology Co., Ltd., SMM Metal Trading Center, dan Shandong Aisi Information Technology Co., Ltd., serta diselenggarakan bersama oleh Zhongyifeng Jinyi (Suzhou) Technology Co., Ltd. dan Lezhi Qianrun Investment Service Co., Ltd., Wang Zhaoyang, General Manager Luoyang Wanji Carbon Co., Ltd., menganalisis tren teknologi dan pengembangan pasar katoda tergrafit.
**Aplikasi, Proses, dan Standar Katoda Aluminium**
Katoda aluminium: blok karbon katoda bergrafit tinggi, blok karbon katoda tergrafit penuh.
Klasifikasi blok karbon katoda aluminium:
Katoda semi-grafit: Menggunakan antrasit yang dikalsinasi secara listrik pada suhu tinggi sebagai agregat dan pitch suhu sedang atau tinggi sebagai perekat, produk ini memiliki konduktivitas yang buruk, ketahanan korosi yang lemah, dan masa pakai sel yang pendek (sekitar 1.000 hari). Produk ini tidak lagi memenuhi kebijakan industri dan permintaan pasar saat ini dan telah dihentikan secara bertahap.
Katoda bergrafit tinggi: Menggunakan antrasit yang dikalsinasi secara listrik pada suhu tinggi dan serpihan grafit sebagai agregat serta pitch suhu sedang atau tinggi sebagai perekat, produk ini memiliki konduktivitas rata-rata, ketahanan korosi yang sedikit lebih baik, dan masa pakai sel yang cukup (sekitar 1.800 hari). Produk ini tetap menjadi pilihan yang baik bagi perusahaan aluminium yang berfokus pada harga tetapi diperkirakan akan dihentikan dalam waktu dekat.
Katoda tergrafit: Menggunakan kokas minyak yang telah dikalsinasi sebagai agregat dan pitch suhu sedang atau tinggi sebagai perekat, dengan perlakuan panas grafitisasi pada suhu 3.000°C, produk ini menawarkan konduktivitas yang sangat baik, penghematan daya yang signifikan, dan masa pakai sel yang melebihi 3.500 hari. Produk ini secara bertahap menjadi arus utama di pasar.
**Mesin Cetakan Getar Katoda KHD (Jerman)**
Fitur utama: 1. Ekstraksi vakum berkelanjutan; 2. Porositas produk rendah; 3. Tekstur produk seragam; 4. Massa jenis produk tinggi.
**Tungku Panggang Bertutup Tipe Cincin**
Fitur utama: 1. Isolasi yang sangat baik, pemanasan produk yang seragam; 2. Struktur internal yang stabil; 3. Nilai kokas produk tinggi, 2-3% lebih tinggi daripada tungku terbuka.
**Tungku Grafitisasi Seri Panas Internal**
Fitur utama: 1. Efisiensi daya tinggi; 2. Grafitisasi yang seragam; 3. Kualitas produk yang stabil.
**Tungku Grafitisasi Seri Internal Tipe U**
Proses grafitisasi: Dengan menggabungkan produk katoda yang telah dipanggang menjadi sebuah sirkuit sebagai konduktor, menggunakan energi listrik untuk memanaskan katoda hingga sekitar 3.000°C, dan menggunakan aktivasi termal untuk mengubah atom karbon yang tidak stabil secara termodinamika dari struktur berlapis yang tidak teratur menjadi struktur kristal grafit yang teratur, sambil menghilangkan kotoran seperti belerang, vanadium, besi, dan silikon, grafit berkualitas tinggi diproduksi.
**Unit Pengolahan**
Fitur utama: 1. Presisi pengolahan tinggi; 2. Penampilan produk yang indah; 3. Otomatisasi dan kapasitas tinggi; 4. Pengumpulan debu yang efektif.
Ia juga memperkenalkan standar untuk blok karbon katoda aluminium.
**Peran Penting Katoda dalam Sel Elektrolisis Aluminium**
Aplikasi blok karbon katoda:
1. Blok karbon katoda merupakan komponen penting dari lapisan dalam sel elektrolisis aluminium.
2. Kinerja blok karbon katoda secara signifikan mempengaruhi konsumsi daya dan masa pakai sel elektrolisis.
3. Sebagai wadah, blok karbon katoda harus menahan korosi dari aluminium cair dan elektrolit sambil memastikan distribusi arus yang seragam dalam aluminium dan elektrolit.
Blok karbon katoda memainkan peran penting dalam sel elektrolisis, sering disebut sebagai "ginjal" sel. Kualitas katoda secara langsung mempengaruhi masa pakai dan efisiensi ekonomi sel serta sangat penting untuk pemeliharaan sel.
►Fungsi wadah: Katoda, pasta, dan blok karbon samping bersama-sama membentuk wadah tempat aluminium cair dan elektrolit disimpan, menjalani proses seperti pemanasan, elektrolisis, dan pengetapan aluminium.
►Konduktivitas termal dan ketahanan suhu tinggi: Sel elektrolisis aluminium beroperasi pada suhu di atas 930°C, memerlukan bahan tahan panas untuk menahan panas dan konduktivitas termal yang baik untuk mendistribusikan panas secara merata di seluruh katoda, mencegah stres termal dan deformasi yang signifikan.
►Konduktivitas: Arus masuk ke sel melalui batang baja di bagian bawah katoda, didistribusikan secara relatif merata di dasar sel. Setelah melewati aluminium cair dan elektrolit, arus tersebut membentuk sirkuit dengan anoda, memungkinkan reaksi elektrokimia dan menyelesaikan proses elektrolisis. Penurunan tegangan katoda adalah parameter kunci untuk operasi sel.
►Ketahanan korosi: Katoda harus menahan erosi garam natrium dalam garam cair dan mencegah pembentukan Al₄C₃, memerlukan stabilitas tinggi dalam struktur atom karbon lapisan katoda.
**Alasan Munculnya Katoda Tergrafit**
Mengapa menggunakan grafit untuk membuat katoda aluminium?
Grafit adalah konduktor panas dan listrik yang sangat baik, dengan konduktivitas termal dan listrik yang sebanding dengan sebagian besar logam tetapi dengan karakteristik unik. Sementara konduktivitas termal sebagian besar logam meningkat dengan suhu, konduktivitas termal grafit menurun. Pada suhu yang sangat tinggi, grafit menjadi isolator termal, menjadikannya bahan isolasi termal yang andal di bawah suhu ultra tinggi.
**Sifat Grafit**
►Ketahanan suhu tinggi: Grafit memiliki titik leleh 3.850°C dan titik didih 4.250°C, dengan kekuatan meningkat dengan suhu. Grafit umumnya digunakan dalam bahan burner roket dan rudal serta merupakan bahan penting dalam industri kedirgantaraan dan militer.
►Konduktivitas listrik dan termal yang tinggi: Konduktivitas listrik grafit 100 kali lebih tinggi daripada sebagian besar bijih non-logam. Konduktivitas termalnya melebihi baja, besi, dan timah. Konduktivitas termal menurun dengan suhu, dan pada suhu yang sangat tinggi, grafit menjadi isolator.
►Lubrikasi: Sifat pelumas grafit bergantung pada ukuran serpihannya. Serpih yang lebih besar menghasilkan koefisien gesekan yang lebih rendah dan pelumasan yang lebih baik. Grafit sering digunakan dalam bantalan suhu tinggi tanpa perlu pelumas tambahan.
►Stabilitas kimia dan plastisitas: Grafit memiliki stabilitas kimia yang sangat baik pada suhu kamar, menahan korosi asam, alkali, dan pelarut organik. Grafit juga sangat mudah dibentuk dan dapat diproses menjadi lembaran tipis dan berbagai bentuk.
►Ketahanan terhadap goncangan termal: Grafit dapat menahan perubahan suhu yang drastis tanpa kerusakan. Volumenya berubah sangat sedikit selama perubahan suhu mendadak, mencegah retak.
**Keuntungan Bahan Grafit dalam Produksi Katoda**
Masa pakai sel yang lebih lama: Seri pertama sel elektrolisis katoda tergrafit di Cina (Wanji Aluminium) mulai beroperasi pada 18 Januari 2006, dengan masa pakai rata-rata sel melebihi 3.730 hari. Masa pakai sel terpanjang adalah 5.696 hari, berakhir pada 31 Oktober 2021. Sebaliknya, perusahaan yang menggunakan katoda bergrafit tinggi sebagian besar telah menjalani satu atau dua kali perbaikan besar, dengan beberapa bahkan memerlukan tiga kali perbaikan, masing-masing biayanya sekitar 2 juta yuan.
Penghematan daya yang unggul: Setelah mengadopsi katoda tergrafit dan teknologi pengecoran, penurunan tegangan dasar sel mencapai minimum 175 mV, lebih dari 90 mV lebih rendah daripada katoda bergrafit tinggi. Sifat stabil grafit juga menghasilkan peningkatan yang relatif kecil dalam penurunan tegangan dasar sel selama penggunaan, menghemat 300 kWh per ton aluminium yang diproduksi. Investasi tambahan dapat dikembalikan dalam waktu singkat.
Operasi yang stabil: Karena penyerapan natrium yang rendah pada katoda tergrafit, koefisien ekspansi natriumnya sangat rendah, menghasilkan ekspansi horizontal yang minimal dan deformasi cangkang sel yang sesuai setelah sel dinyalakan, mengurangi kerusakan sel awal. Selain itu, konduktivitas termal grafit yang sangat baik membantu membentuk dinding tungku yang baik, secara efektif melindungi sisi dan mengurangi konsumsi arus horizontal, memastikan operasi sel yang stabil.
Arus yang ditingkatkan untuk meningkatkan kapasitas: Karena kebijakan pemerintah yang ketat terhadap produksi aluminium ilegal, pasar aluminium Cina diperkirakan akan menghadapi kesenjangan pasokan, yang mengarah pada profitabilitas yang kuat. Oleh karena itu, meningkatkan kapasitas akan menjadi prioritas bagi pabrik aluminium. Baik contoh internasional maupun domestik menunjukkan bahwa mengadopsi katoda tergrafit dapat meningkatkan kapasitas dengan memperkuat arus.
Manfaat lingkungan: Bahan lapisan yang dihasilkan setelah perbaikan sel mengandung sejumlah besar unsur berbahaya, menyebabkan kerusakan lingkungan yang parah. Bahan tersebut telah diklasifikasikan sebagai limbah berbahaya, yang memerlukan pembuangan yang mahal oleh perusahaan aluminium. Katoda tergrafit, dengan masa pakai yang lebih lama, menghasilkan limbah berbahaya yang lebih sedikit, menarik perhatian dari otoritas lingkungan dan pabrik aluminium, berpotensi menjadi kebutuhan karena tuntutan lingkungan.
Tiga keseimbangan: Katoda tergrafit lebih baik mempertahankan keseimbangan pendapatan dan pengeluaran termal sel elektrolisis, memastikan keseimbangan material konsentrasi elektrolit dan alumina, serta mencapai keseimbangan antara anoda (jantung sel) dan katoda (ginjal sel).
**Status Saat Ini, Peluang, dan Tantangan dalam Industri Katoda Aluminium**
Status saat ini industri katoda aluminium:
1. Kapasitas katoda tergrafit meningkat menjadi 850.000 mt/tahun.
Dalam beberapa tahun terakhir, kapasitas katoda tetap sekitar 700.000 mt. Pada tahun 2021, kapasitasnya adalah 740.000 mt/tahun, meningkat menjadi 850.000 mt/tahun pada tahun 2022, naik 14,8% YoY, dengan peningkatan yang berasal dari produk katoda tergrafit.
Selain perusahaan katoda tradisional, beberapa produsen elektroda juga telah menyesuaikan struktur produk mereka untuk memasuki bisnis katoda tergrafit.
2. Produksi katoda tergrafit telah meningkat secara signifikan, menyumbang lebih dari 70% dari total produksi katoda.
Pada tahun 2023, produksi katoda aluminium Cina mendekati 400.000 mt, dengan pertumbuhan YoY kurang dari 1%. Produksi katoda tergrafit adalah 270.000 mt, naik 30% YoY, menyumbang 70% dari total produksi katoda.
Tren harga pasar katoda selama lima tahun terakhir:
3. Harga katoda tergrafit sangat fluktuatif, dengan persaingan sengit yang meningkat.
Selama lima tahun terakhir, harga katoda telah berfluktuasi secara dramatis, dari hampir 20.000 yuan/mt pada tahun 2019 menjadi sekitar 14.000 yuan/mt pada tahun 2021, kemudian naik tajam menjadi sekitar 36.000 yuan/mt, sebelum secara bertahap turun pada tahun 2023, memicu serangkaian keruntuhan harga. Perusahaan katoda telah bersaing untuk menurunkan harga, dengan harga terendah saat ini jatuh di bawah 15.000 yuan/mt, membuat sebagian besar perusahaan katoda mengalami kerugian.
Volatilitas harga yang ekstrem telah membuat beberapa perusahaan enggan berinvestasi dalam katoda. Seiring waktu, karena kerugian terus meluas, industri tersebut diperkirakan akan kembali ke rasionalitas dan beralih menuju persaingan yang sehat.**Permintaan dan Penawaran di Pasar Katoda Aluminium**
Total kapasitas aluminium Tiongkok adalah sekitar 45 juta ton. Jika semua produksi aluminium menggunakan katoda tergrafitasi, dengan konsumsi 6-8 kg katoda per ton aluminium, maka konsumsi tahunan nasional akan mencapai 250.000-340.000 ton. Dengan semua proyek domestik baru mulai beroperasi, permintaan domestik tidak mungkin berubah secara signifikan.
Pasar katoda Tiongkok terutama terkonsentrasi di Shanxi Jinzhong, Henan, dan Ningxia, dengan total kapasitas mencapai 800.000 ton. Sejak tahun lalu, beberapa perusahaan elektroda grafit telah memasuki industri katoda, yang semakin memperluas total kapasitas. Secara keseluruhan, pasar masih mengalami kelebihan pasokan yang parah, dengan persaingan yang sangat sengit.
Ia juga memperkenalkan situasi perusahaan-perusahaan Tiongkok yang membangun proyek-proyek aluminium di luar negeri.
**Status Saat Ini Pasar Batu Bara Minyak Rendah Sulfur untuk Katoda Tergrafitasi**
Pertumbuhan terbatas dalam produksi batu bara minyak rendah sulfur:
1. Produksi batu bara minyak rendah sulfur domestik telah menurun. Dalam beberapa tahun terakhir, impor minyak mentah berat Tiongkok telah meningkat secara signifikan, dengan proporsi minyak mentah berat meningkat, yang menyebabkan tren jelas peningkatan produksi batu bara minyak berkualitas rendah dan tinggi sulfur.
2. Sumber daya batu bara minyak rendah sulfur luar negeri terbatas. Data impor dalam beberapa tahun terakhir menunjukkan impor tahunan sekitar 4 juta ton, dengan sedikit ruang untuk pertumbuhan.
③ Karena sumber daya batu bara minyak rendah sulfur yang terbatas, Tiongkok telah mengimpor sejumlah besar batu bara minyak spons tinggi sulfur. Melalui teknologi desulfurisasi dan pencampuran yang tepat, masalah penurunan kualitas bahan baku telah diatasi.
Penerapan Teknologi Baru dalam Katoda Aluminium
Penerapan Teknologi Baru dalam Katoda Aluminium
1. Teknologi Pengecoran Baja Lebar + Besi Cor Fosfor
Dengan mengubah metode koneksi dan bentuk perakitan antara batang baja katoda dan blok karbon katoda, struktur konduktif katoda telah dioptimalkan. Hal ini membantu mengurangi arus horizontal dalam cairan aluminium, meningkatkan arus vertikal, memperluas area penampang konduktif, menurunkan resistansi batang baja, meningkatkan konduktivitas, mengurangi konsumsi arus searah (DC) dalam sel elektrolisis, dan mencapai pengurangan yang signifikan baik dalam arus horizontal dalam cairan aluminium maupun penurunan tegangan katoda. Distribusi arus katoda menjadi lebih seragam dan stabil, memperpanjang masa pakai sel elektrolisis.
2. Pengecoran Baja Berlapis Tembaga
Masih menggunakan katoda tergrafitasi sebagai pembawa, tujuannya adalah untuk mengoptimalkan struktur konduktif katoda dan mengurangi arus horizontal serta penurunan tegangan katoda. Teknologi ini saat ini berada dalam tahap eksplorasi, dengan berbagai lembaga desain yang terlibat, dan sel uji skala kecil sedang dilakukan secara teratur.
3. Katoda dengan Kekuatan Tinggi, Konduktivitas Tinggi, dan Kepadatan Volume Tinggi Juga Sedang Diterapkan
Saat ini, beberapa perusahaan aluminium telah menerapkan pengadaan bertingkat untuk blok karbon katoda, dengan tingkat pertama sebagai yang terbaik dan tingkat kedua memenuhi standar nasional. Langkah-langkah insentif telah diberikan untuk tingkat pertama, yang sampai batas tertentu mempromosikan perkembangan yang sehat dalam industri katoda. Sementara itu, beberapa pengguna telah menyatakan permintaan pasar untuk katoda terimpregnasi, yang juga akan menempati tempat di masa depan.
Klik untuk melihat Laporan Khusus Konferensi Aluminium AICE 2025 SMM (ke-20) dan Pameran Industri Aluminium
