TanzGraphite logo2

Graphit ist ein industrielles Mineral mit einzigartigen physikalischen Eigenschaften, wie z.B. überlegener thermischer/elektrischer Leitfähigkeit, und tritt in der Regel in einer von drei Formen auf – mikrokristalliner oder amorpher Graphit, kristalline Klumpen oder Adern und kristalline Flocken.

Mikrokristalliner oder amorpher Graphit besteht aus Ansammlungen von feinen Graphit-Kristallen, die dem Material ein weiches, schwarzes, erdiges Aussehen verleihen. Dieses Material ist in der Regel in Quarzit zu finden, Phyllit, Meta-Grauwacken und Konglomeraten. Amorpher Graphit ist mit weniger als 40µm Durchmesser definiert, aber einige Handelsstatistiken definieren die Obergrenze bei 70µm. In der Regel, ist bei 40 – 70µm die Auflösungsgrenze des menschlichen Auges erreicht. Lagerstätten mit über 80% Kohlenstoffgehalt gelten als wirtschaftlich.

Kristalline Klumpen oder aderförmiger Graphit findet man als ineinander greifende Ansammlungen von groben und/oder mikrokristallinen Platten, oder weniger häufig, als nadelförmiger Graphit. Die Adern sind in magmatischen und metamorphen Gestein enthalten, wie z.B. Gneis, Schiefer, Quarzit und Marmor.

Graphit in Flockenform tritt als flache, plättchenförmige Kristalle, mit schrägen, abgerundeten oder unregelmäßigen Kanten auf, und einer Kristallverteilung durch die unbearbeiteten, kohlenstoffhaltigen Meta-Sedimente hindurch. Die Graphit-Flocken haben eine Flockengröße von 1mm bis 25mm, mit einer durchschnittlichen Größe von 2,5mm. Aus kommerziellen Zwecken, unterscheidet man Graphit-Flocken in grobe Flocken (150-850µm im Durchmesser) und feine Flocken (45-150µm im Durchmesser). Die feinen Flocken können wiederum unterteilt werden, in Pulver (-75µm), feine Flocken (75-100 µm) und mittlerere Flocken (100-150µm). Verunreinigungen enthalten Mineralien, die in Meta-Sedimenten weit verbreitet sind, in der Regel Quarz, Feldspat, Glimmer, Amphibol, Granat und Calcit, mit gelegentlichen Amphibolen, Pyrrhotite, Pyrite und Magnetite.

Natürliche Graphit-Flocken treten in Gesteinen wie Quarz-Glimmerschiefer, feldspathaltigem Quarzit oder Glimmer-Quarzit und Gneis auf. Graphitflocken können auch in metamorphem Karbonat-Felsen auftreten, wobei diese Fälle von geringer wirtschaftlicher Bedeutung sind. Lagerstätten von Graphit-Flocken bestehen in der Regel aus gebundenen Schichten, mit individuell eingebetteten Flocken oder in Linsen mit einer Dicke von 30cm bis über 30m , bzw. einer Längen-Ausdehnung bis zu über zwei Kilometern. Die Erzkörper sind normalerweise flach, gelegentlich linsenförmig, und treten als unregelmäßige Körper lokal in den Faltenumbiegungen auf. Die meisten wirtschaftlichen Lagerstätten von Graphit-Flocken stammen aus der Zeit des Archaikum bis zum späten Proterozoikum . Diese Gesteine enthalten bis zu 90% Graphit, obwohl nur 10-15% Graphitgehalt typisch für einen Erzkörper sind.

Dieses industrielle Mineral besitzt viele einzigartige physikalische Eigenschaften:

  • Überlegene thermische/elektrische Leitfähigkeit
  • Großer stabiler Temperaturbereich
  • Hoher Schmelzpunkt
  • Ausgezeichnete Schmierfähigkeit
  • Formbar
  • Resistent gegen chemischen Angriff
  • Feuerhemmende und thermisch effiziente Bauprodukte

Sie finden natürliche Graphit-Flocken im alltäglichen Leben in:

  • Feuerfesten Materialen
  • Batterien (Lithium-Ionen-Batterien)
  • Gießereien
  • Produkte die zur Reibung eingesetzt werden
  • Schmierstoffen

Die Nachfrage nach Graphit hängt überwiegend von der Stahlindustrie ab, dort dient er als Isolierung für Pfannen und Tiegel, als Ziegel-Bestandteil für die Auskleidung von Öfen ("feuerfest"), und als Faktor um den Kohlenstoffgehalt von Stahl zu erhöhen. In der Automobilindustrie wird er in Bremsbelägen, Dichtungs- und Kupplungs-Materialien verwendet. Graphit wird auch in einer Vielzahl neu entstehender Anwendungsmöglichkeiten verwendet, wie z.B. in Batterien, dem Wärmemanagement in der Unterhaltungselektronik, Schmierstoffen, Flammschutzmitteln, und zur Verstärkung von Kunststoffen.

Die weltweite Nachfrage nach kommerziellen Graphit wächst und wird sich voraussichtlich innerhalb der nächsten acht Jahre verdoppeln. Dieses Wachstumsprofil wird durch die zunehmende Anzahl von Anwendungen für Graphit in der Technik und der Industrie vorangetrieben. Das Material findet Anwendungen in der Elektronik, Kernreaktoren, Herstellung, Flugzeug- und Automobilbau und in der Entwicklung der Energiemärkte. Insbesondere, ist Graphit ein wesentlicher Bestandteil des modernen Lithium-Ionen-Akku, so dass es ein Schlüsselmaterial in Smartphones, Tablets, Laptops und Elektroautos ist.

Graphit wird auch zur Graphen-Produktion verwendet – “der Welt nächstes Wundermaterial.” Graphen ist eine Kohlenstoff-Allotrope, und im wesentlichen eine 1-Atom dicke Schicht aus Graphit. Sein Form und Gewicht macht Graphen interessant für Anwendungen in Computer-Chips, Notebooks, Optik und für Laser etc.

Graphit, in Kombination mit der besonderen Eigenschaft 'expansionsfähig,’ kann auch weiter verarbeitet werden, in 'expandierten’ Graphit. ‘ Expandierter’ Graphit wird für flexible Graphitplatten und Folien verwendet, die für die Herstellung von Dichtungen, Verpackungen und andere Dichtungsmaterialien in kritischen Anwendungen. Insbesondere, ist er bei hoher Temperatur und hohem Umgebungsdruck nützlich, wobei er auch im Batteriemarkt wertvoll ist. ‘ Expandierter’ Graphit ist somit sehr wertvoll und heiß begehrt.

Graphit ist ein sehr wertvoller und einzigartiger Rohstoff, der durch seine einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften schwer ersetzbar ist.

Graphit-Wirtschaft: Eigenschaften und Verarbeitung

Graphit-Flocken treten in Gesteinen wie Quarz-Glimmerschiefer, feldspathaltigem Quarzit oder Glimmer-Quarzit und Gneis auf. Graphitflocken können auch in metamorphem Karbonat-Felsen auftreten, wobei diese Fälle von geringer wirtschaftlicher Bedeutung sind. Lagerstätten von Graphit-Flocken bestehen in der Regel aus gebundenen Schichten, mit individuell eingebetteten Flocken oder in Linsen mit einer Dicke von 30cm bis über 30m , bzw. einer Längen-Ausdehnung bis zu über zwei Kilometern. Die Erzkörper sind normalerweise flach, gelegentlich linsenförmig, und treten als unregelmäßige Körper lokal in den Faltenumbiegungen auf. Die meisten wirtschaftlichen Lagerstätten von Graphit-Flocken stammen aus der Zeit des Archaikum bis zum späten Proterozoikum . Diese Gesteine enthalten bis zu 90% Graphit, obwohl nur 10-15% Graphitgehalt typisch für einen Erzkörper sind.

Eine vorteilhafte Mineralogie ist entscheidend für die einfache Gewinnung von Graphit.

Die mineralogische Charakterisierung, bei im Felsen eingelagertem Graphit, sollte in erster Linie dem Kohlenstoffgehalt und der Flockengröße des Graphits gelten, da diese beiden Eigenschaften maßgeblich den wirtschaftlichen Wert des Graphits bestimmen.

Die mineralogische Charakterisierung bildet auch die Planungs-Grundlage für nützliche Laborversuche, zur Bestimmung der Größe und Form der Graphitflocken, ihrer Beziehung zu anderen Mineralien und die wahrscheinliche Befreiungs-Größe. Die Labor-Studien verwenden die Graphit-Flocken-Proben zur Bestimmung der optimalen Trennungs-Methode, wodurch die Produktausbeute und der Gehalt maximiert wird.

Die Ausbeute ist der Anteil der gesamten Graphitmenge aus der Kopf-Probe (Start-Material) welche das Konzentrat bestimmt. Sie berechnet den Gehalt und sammelt Ertragsdaten durch die Prozess-Studien.
Der Gehalt ist der graphitische Kohlenstoffgehalt und besteht aus dem Kopf-Gehalt (Gehalt des Start-Material) und der Konzentrat-Klasse (Gehalt des verarbeiteten Konzentrates).
Der Ertrag ist der Anteil am Gesamtgewicht des Start-Materials, das im Konzentrat enthalten ist.

Eine Bewertung des wirtschaftlichen Potenzials, für Proben einer Lagerstätte, wird die Angabe auf das voraussichtliche Verarbeitungsschema erfordern, einschließlich Gehalt und Rückgewinnungs-Daten über das Flocken-Größen-Spektrum. Zudem können auch noch Ergebnisse von verschiedenen, nutzungsbezogenen Tests erforderlich werden.

Graphit ist relativ leicht von seinem Wirtsgestein zu trennen, obwohl dann eine Verbarbeitung zur Produktion hochqualitativen Materials erforderlich wird (+90%) und einige Graphit-Arten zudem mehrere Bearbeitungsschritte zur Beseitung von Verunreinigungen erfordern.

Verarbeitung
Die Konzentration des Graphits aus dem Graphit enthaltendem Material ist abhängig von der Graphit-Flocken-Morphologie und der Befreiungs-Größe. Graphit ist beständig gegen Witterungseinflüsse, und dürfte oft in graphithaltigem Boden vorkonzentriert sein, nur bei in Felsen eingelagertem Graphit, muss der Graphit befreit werden. Walzenmühlen und Kegelbrecher (oder High-Speed-Prallmühlen in größeren Operationen) produzieren einen differentiellen Zermahlungseffekt, der dazu tendiert, den Graphit in den gröberen Größenbereichen zu konzentrieren . Körnige Materialien, wie Quarz und Feldspat, werden in Feinstkornanteile zermahlen, während die Graphit-Flocken relativ unbeschadet durchschlüpfen. Dies kann jedoch dem gemahlenen Graphit entgegenwirken, eine gleichmäßige Graphitverteilung zu besitzten, aufgrund des Kontakts mit dem Granulat beim Zermahlen. Vorsicht sollte geboten sein, den Graphit nicht zu sehr zu zerkleinern, da er dazu neigt, sich über die anderen Mineralien zu schmieren.

Aufbereitung
Die Untersuchung der Bruchteil-Größen mit einem Binokular-Mikroskop wird zeigen, ob die richtige Befreiungs-Größe gewählt wurde, und ob im wesentlichen alle Graphit-Flocken aus dem Wirtsgestein befreit wurden. Wenn ein Großteil des Graphit 'eingesperrt’ im Nebengestein ist, dann werden Trennungs-Versuche schlechte Ergebnisse produzieren, und der Anteil an großen Größen muss möglicherweise weiter zermahlen werden. Wenn dies erforderlich ist, dann wird der nächstgrößte Sieb-Durchmesser als die neue Befreiungs-Größe verwendet. Ansonsten wird zum Beispiel, wenn die ursprüngliche Befreiungs-Größe von 2mm gewählt wurde, dann 1mm als die neue Befreiung Größe ausgewählt. (absteigende Sieb-Serie 2mm, 1mm, 500µm, 250µm und 125µm). Der Prozess des Zermahlens und der mikroskopischen Untersuchung wird solange wiederholt, bis die richtige Befreiungs-Größe erreicht wird. Wenn die Flocken-Größe oder die Befreiungs-Größe klein sind, dann ist der Kopf-Gehalt für die wirtschaftliche Bedeutung ausschlaggebend.

Die Bedeutung der Flocken-Größe

Die Bestimmung der Flocken-Größe wird durch die Größe angegeben, bei der Graphit von Wirtsgestein befreit werden kann. Dies ist wichtig, da es die Zerkleinerungs-Menge verringert und das Zermahlen vor der mineralischen Trennung erforderlich macht. Flocken im Größenbereich von 250µm - 1mm werden die höchsten Preise erzielen, und feine Graphitflocken (bis 125µm) werden vermehrt nachgefragt. Ein Übermaß an graphitischem Feinstanteil verringert die Flockengröße und damit den Wert des Endprodukts. Feines Graphit wird auch zur Beschichtung anderer Mineralien verwendet, welche dann als Graphit während der Schaum-Flotation agieren können und mit dem Graphit-Konzentrat wieder hergestellt werden. Dadurch verringert sich die Qualität des Produktes. Glimmer tritt häufig als Zwischenschicht bei Graphit auf, was während der Vorbereitung gegebenfalls schwer wieder entfernt werden kann. Feinmaterial (wie Lehm und lateritische Böden) kann wiederum auch Graphit beschichten. Solche Mineralien werden jedoch die Graphitbearbeitung erschweren.

Welt-Nachfrage & Angebot

  • Der Gesamtmarkt beläuft sich auf 1.2Mtpa mit China als größten Produzenten und Verbraucher
  • Die Nachfrage von natürlichen Flocken außerhalb Chinas entspricht 320ktpa, welche weitgehend aus China bezogen werden
  • Händler und Endverbraucher suchen nach einem vielfältigen Angebot, alternativ zur chinesischen Versorgung
  • China will selbst große Graphit-Flocken importieren
  • China nimmt 20% Ausfuhrzoll und 17% Mehrwertsteuer für natürliche Graphit-Flocken
  • Chinas Kosten steigen
  • Die Welt sucht nach einer umweltfreundlichen Energieversorgung

Kibaran Welt - Nachfrage / Versorgung
USA, Japan, Korea, Taiwan und Europa suchen alternative Graphit-Quellen zu China

Wachstumsmärkte

Expandierbare Graphit-Flocken

Eine expandierte Graphit-Flocke ist eine Form von Graphit, die in einem Prozess genutzt wird, in dem ein zweites Material zwischen den Graphen-Schichten eines Graphit-Kristalls oder Partikels eingefügt wird, im wesentlichen erfolgt eine Expansion des Materials. Das resultierende Graphit-Produkt hat eine insgesamt verminderte Schüttdichte und eine etwa 10fache Zunahme der Oberfläche. Seine neuen Eigenschaften machen ‘ expandierten’ Graphit zu einem wichtigen Material für hohe Temperaturen und Hochdruck-Anwendungen.

Wichtig ist, dass nicht alle Graphite gleichermaßen expandiert werden können, wenn sie überhaupt expandiert werden können. Die ‘Expansions’ - Kapazität ist spezifisch für bestimmte Formen von Naturgraphit und Unterschiede in der Art der Behandlung, Partikel/Flocken-Größe, etc., können auch alle eine Rolle spielen, wenn es um die gesamte Ausdehnung des graphitischen Materials geht.

Einige Anwendungen, die expandierbare Graphit-Flocken nutzen, erfordern ein hohes Expansionsverhältnis, und einige Anwendungen erfordern ein geringes Expansionsverhältnis. Ein wichtiger Materialparameter, der das Expansionsverhältnis betrifft, ist die Partikel/Flocken-Größe der expandierbaren Graphit-Flocke. In der Regel, ist die Partikelgröße direkt proportional zum Expansionsverhältnis. Große Flocken haben in der Regel höhere Expansionsverhältnisse als kleinere Flocken.

Sphärischer Graphit

Wird in den aufstrebenden Lithium-Ionen-Akku-Märkten verwendet, vorausgesetzt die Anode in der Batterie besteht aus Graphit.

Lithium-Ionen-Akku (LIB)

  • Graphit is ein wesentlicher Bestandteil der Lithium-Ionen-Batterien (Elektrofahrzeuge und Energiespeicher)
  • Hohes Wachstum und Nachfrage erwartet
  • Hybrid-Fahrzeug (HV), Elektro-Fahrzeug (EV) und Plug-in(PHEV) werden alle Lithium-Ionen-Akkus verwenden (LIB)
  • LIB Anode eine Mischung aus synthetischen und natürlichen Graphit-Flocken