I. CƠ SỞ THỊ TRƯỜNG TIÊU THỤ
3- Sản phẩm bột đá Calcium Carbonate
3.1 Công dụng
Theo thống kê thì sản phẩm bột đá được sử dụng trong hơn 1000 ứng dụng khác nhau. Có thể nêu một số lĩnh vực sản xuất chính như sau:
Nghành công nghiệp nhựa: bột đá CaCO3 làm cho sản phẩm nhựa khó bị biến dạng, làm tăng độ dẻo và độ ổn định. Hình dạng bên ngoài của sản phẩm bóng đẹp hơn và tăng độ chống trượt. Ngoài ra, việc sử dụng bột CaCO3 còn tiết kiệm chi phí sản xuất vì nó rẻ hơn các loại nguyên liệu làm chất độn khác cùng công dụng có nguồn gốc từ dầu mỏ.
Một số sản phẩm nhựa có sử dụng bột CaCO3 là: ống nhựa, vỏ bọc dây điện, phụ kiện ngành điện, phụ kiện cho nghành sản xuất xe ô tô, đồ chơi, phim ảnh, tấm Vinyl, keo dán . Tỷ lệ pha trộn bột đá CaCO3 từ 20% - 25%.
Nghành công nghiệp cao su: bột đá CaCO3 được sử dụng nhiều trong nghành sản xuất cao su như là chất bím kín lỗ hỏng trên bề mặt sản phẩm với giá thành rẻ. Đồng thời làm tăng khả năng chịu mài mòn của cao su.
Một số sản phẩm cao su có chứa bột CaCO3 : ủng cho nghành hóa chất, vỏ bọc cáp điện, vỏ xe, ống cao su, keo ....
Nghành công nghiệp sơn: thêm bột đá CaCO3 vào trong quá trình sản xuất sơn làm tăng khả năng kéo-duỗi, tăng độ kết dính, ngăn sự chảy giọt và bảo quản bề mặt của các sản phẩm được sơn. Tỷ lệ pha trộn bột CaCO3 từ 30% - 40%.
Nghành công nghiệp giấy: bột đá CaCO3 không những làm cho giấy trắng hơn mà nó còn trung hòa tính a-xít trong giấy làm tăng thời gian bảo quản giấy, khả năng bám mực tốt hơn, giấy mỏng hơn, bóng hơn và dai hơn.
Một số sản phẩm giấy có chứa bột CaCO3 : giấy cho nghành mỹ thuật, giấy gói, giấy cao cấp, giấy in bản đồ, giấy tã lót trẻ em.
Nghành thực phẩm và thuốc: bột đá CaCO3 là phụ gia thực phẩm và là thành phần Canxi của thuốc uống. Là một chất trung hòa axit có hiệu quả, PCC thường được sử dụng trong các loại thuốc viên và thuốc nước kháng axit. Do có hàm lượng canxi cao, PCC cho phép sản xuất các phụ gia canxi liều lượng cao và các thuốc viên vitamin, thuốc bổ sung khoáng chất. Cỡ hạt nhỏ và dạng hạt đặc biệt của PCC giúp phát triển các loại thực phẩm và đồ uống bổ sung canxi. Một trong những tính chất quan trọng nhất của PCC đối với việc áp dụng trong lĩnh vực y tế là chứa rất ít các nguyên tố vi lượng có hại. đặc điểm này có được là do quy trình sản xuất của nó (phương pháp kết tủa hóa học) được thể hiện qua 1 số phản ứng sau:
CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaCl Ca(NO3)2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaNO3 Ca(OH)2 + Na2CO3 CaCO3 + NaOH
Trong thực phẩm: bột CaCO3 được thêm vào xúc xích, bánh mì, nước trái cây, bánh Biscuit ..., ngoài ra nó còn được thêm vào các thực phẩm có tăng cường can xi.
Trong sản xuất thuốc chữa bệnh: bột CaCO3 được làm thuốc giảm độ A-xít trong dạ dày, chất kết dính các thành phần thuốc, chất đánh bóng trong kem đánh răng và làm thuốc viên Can xi....
Canxicacbonat được biết đến là "chất làm trắng" trong việc tráng men đồ gốm sứ nơi nó được sử dụng làm thành phần chung cho nhiều loại men dưới dạng bột trắng. Khi lớp men có chứa chất này được nung trong lò, chất vôi trắng là vật liệu trợ chảy trong men
Canxicacbonat cũng thường được gọi là đá phấn vì nó là thành phần chính của phấn viết bảng. Phấn viết ngày nay có thể hoặc làm từ Canxicacbonat hoặc là thạch cao, sulfat canxi ngậm nước CaSO4.2H2O.
Trong nông nghiệp và thức ăn gia súc: bột CaCO3 được sử dụng làm chất Hydrat hóa hay chất chuyển tải của hóa công nghiệp. Nó cũng được dùng làm chất trung tính đất đai.
Trong lĩnh vực chăn nuôi và thủy sản bột CaCO3 được bổ sung vào thức ăn làm cứng vỏ trứng, vỏ tôm cua ... nó được sử dụng trong thuốc thú y.
Ngoài ra bột đá vôi trắng siêu mịn còn được sử dụng làm phụ gia trong một số lĩnh vực khác như: dệt nhuộm, dầu mỡ, hóa chất, chất tẩy trắng, làm thấu kính máy ảnh, máy quay phim, sứ điện, và sản xuất dụng cụ dùng trong trường học, văn phòng ...
Trong các lĩnh vực trên, bột đá vôi trắng siêu mịn có độ tinh khiết cao sử dụng trong các nghành công nghiệp giấy, nhựa, cao su, sơn, matit và vật liệu bín kín có giá trị thương phẩm cao hơn cả.
3.2Tình hình sản xuất và tiêu thụ bột CaCO3 hóa của thế giới
Hiện nay trên thế giới, bột đá vôi có thể được sản xuất bằng hai phương pháp: phương pháp hóa học (bột nhẹ-PCC) và phương pháp tác động cơ học (nghiền-GCC) lên khoáng vật tư nhiên có hàm lượng (CaCO3)cao để thu được dải phân bố hạt như mong muốn (bột nặng). Tuy nhiên đặc tính của bột đá được sản xuất bằng 2 công nghệ này là hoàn toàn khác nhau:
3.2a. Bột sản xuất theo công nghệ GCC: -Độ xốp thấp.
-Tỷ trọng cao.
-Kích thước hạt hoàn toàn phụ thuộc vào thiết bị nghiền. Cỡ hạt không đồng nhất. - Độ trắng không cao
- Độ tinh khiết thấp, do lẫn nhiều tạp chất…
Ưu điểm công nghệ GCC là đơn giản giá thành thấp. Tuy nhiên sản phẩm theo công nghệ này chỉ sản xuất được loại bột chỉ sử dụng được cho nhu cầu không đòi hỏi chất lương cao do có độ mịn thấp và không đồng đều, độ sáng kém do không loại bỏ được tạp chất trong thành phần sản phẩm. Do có những đặc điểm trên nên GCC ngày càng ít được sử dụng hơn trong các sản phẩm yêu cầu độ tinh khiết cao so với các vật liệu khác
Năm 2014, tổng số lượng bột đá ( GCC) tiêu thụ tại thị trường Mỹ và bắc Mỹ là khoảng 17 triệu tấn. Châu Âu: 30,200,000 tấn. Nhu cầu thị trường thế giới về bột đá tăng đều hàng năm khoảng 5,5%.
Bảng 6: Nhu cầu thị trường bột GCC- Calcium Carbonate năm 2014 Nguồn
Nhu cầu về bột đá của thị trường Châu Âu là lớn nhất với khoảng 32 triệu tấn/năm.
Tổng nhu cầu của thị trường thế giới về bột GCC trong năm 2014 khoảng hơn 87 triệu tấn. Trong khi đó tổng sản lượng sản xuất chỉ đạt 75 đến 77 triệu tấn. Như vậy, Nguồn cung thiếu hụt khoảng 10- 12 triệu tấn bột/năm.
Bảng 7: Năng lực sản xuất bột đá GCC của thế giới năm 2014 (đơn vị: tấn) Nguồn
www.researchandmarkets.com/.../china_calcium_carbonate_market_report_2014
Giá thị trường thế giới của các loại GCC có rất nhiều biến động, nhất là ảnh hưởng của suy thoái kinh tế thế giới vào năm 2013-2014. Trước năm 2013, Giá GCC tăng trung bình khoảng 7% mỗi năm.
Bảng 8. Giá bột GCC tại thị trường Mỹ:
Nguồn Gimpex-Material Industry- Chennai India 1/2014
Bảng 9. Giá bột Calcium Carbonate phủ béo của thị trường thế giới:
Nguồn Gimpex-Material Industry- Chennai India 1/2014
3.2b. Bột đá sản xuất theo công nghệ PCC:
Canxicacbonat kết tủa hay còn gọi là bột nhẹ(PCC),là sản phẩm của sự biến đổi của đá vôi sau 1 chu trình:
CaCO3 + T0 CaO + CO2
CaO + H2O Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 +H2O
Thay đổi nhiệt độ, nồng độ phản ứng, đánh khuấy, độ pH, và phản ứng với 1 số phụ gia đã cho phép kiểm soát kích thước hạt và hình dạng của các hạt. Việc thu hồi và tái sử dụng CO2 trong quá trình nung vôi không những mang lại lợi ích kinh tế mà còn là một giải pháp hữu hiệu để bảo vệ mội trường.
Quy trình Solvay cho natri cacbonat là một phương pháp khác sử dụng sản xuất PCC. Phương pháp này mang lại sản phẩm tinh khiết hơn và kiểm soát chặt chẽ hình dạng và kích thước hơn so với phương pháp cacbon hóa. Nó chủ yếu liên quan đến việc tạo kết tủa canxi cacbonat thực hiện bằng phản ứng canxi cloric CaCl2 với natri cacbonat Na2CO3 hoặcammonium hydroxit NH4OH.
CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaCl
CaCl2 + 2NH4OH + C02 CaCO3+ 2NH4Cl + H2O
Chính nhờ những quá trình hóa học này mà PCC có những đặc tính nổi trội hơn GCC: Độ tinh khiết cao.
Hình dạng tinh thể có thể điều chỉnh được theo yêu cầu của các lĩnh vực sử dụng ( hình thoi, lục giác, lăng trụ hoặc dạng sợi...).
Hạt mịn - siêu mịn và đồng đều. Độ xốp cao hơn và tỉ trọng thấp hơn.
Có độ trắng cao hơn nhờ quá trình hóa học nên loại được 1 số oxit,muối,tạp chất… Có diện tích bề mặt riêng lớn.
Chúng ta có thể thấy được sự khác nhau của PCC và GCC qua 2 ảnh SEM dưới đây[10]:
(a) (b)
Hình 1-1. Sự khác nhau về kích thước giữa PCC (a) và GCC (b)
Từ giữa thập niên 1980, nhu cầu ngày càng tăng của ngành sản xuất giấy đã trở thành động lực chính cho sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường PCC. Quá trình chuyển dịch sang sản xuất giấy kiềm - ban đầu chỉ diễn ra ở châu Âu, sau đó lan rộng sang Mỹ và các khu vực khác - đã được thúc đẩy bởi nhu cầu đối với những loại giấy nhẹ, trắng và bền.
Phần lớn PCC được sử dụng trong ngành công nghiệp giấy ở dạng huyền phù và được dẫn trực tiếp đến nơi sản xuất trong các nhà máy giấy. Cơ cấu sản phẩm PCC cho các nhà máy giấy khoảng 15% đến 30% rắn để độn và 70% rắn để tráng phủ. Mức độn trong sản phẩm thương mại được cung cấp lên đến 50% rắn để tiết kiệm chi phí vận chuyển. Dạng huyền phù chuyển đến nhà máy giấy đang trở nên phổ biến, vì PCC được làm từ một dạng lỏng và các nhà sản xuất giấy sử dụng ngay loại huyền phù này mà không cần phải pha loãng và khuấy lại giảm được chi phí sản xuất và giá thành sản xuất PCC huyền phù cũng tiết kiệm hơn loại PCC khô vì loại được chi phí sấy đắt tiền.
PCC tráng phủ và không tráng phủ được bán ở thị trường Châu Á ở dạng bột khô.
Sự chuyển dịch sang sản xuất giấy kiềm hoặc trung tính đã tạo điều kiện cho các công ty sản xuất giấy sử dụng các chất độn chứa PCC có khả năng cạnh tranh về giá và trong một số trường hợp còn trắng hơn caolanh mà chúng thay thế. Trong cùng thời gian đó, mức sử dụng khoáng chất trong cả các chất độn và chất phủ tạo màu cũng tăng lên đáng kể.
Tính cạnh tranh của nhà máy PCC đặt gần nhà máy giấy phụ thuộc chủ yếu vào quy mô công suất PCC và hàm lượng CO2 trong nguồn khí cung cấp từ nhà máy giấy. Là một sản phẩm tổng hợp, PCC có thể được sản xuất ở dạng chất độn tính năng cao, với độ sáng cao hơn, độ mờ đục lớn hơn, độ mài mòn thấp hơn so với những sản phẩm khoáng cạnh tranh. Dự đoán, xu hướng tăng trưởng của thị trường PCC còn tiếp tục, với khả năng thâm nhập tiếp vào ngành sản xuất giấy không phủ, làm bằng nguyên liệu không phải là gỗ.
Ngày nay, PCC đang xâm nhập như chất độn vào sản xuất giấy từ bột gỗ, đây là thị trường tiềm năng lớn nhất của PCC. Hiện tại các nhà máy sản xuất giấy loại này thường sử dụng caolanh và bột talc, đặc biệt các nhà máy sản xuất giấy để sử dụng cho máy in ở châu Âu.
Nhược điểm duy nhất của công nghệ này là chi phí đầu tư cao, tuy nhiên với ưu điểm nêu trên, nhu cầu thị trường, giá trị thương phẩm rất cao và mức khấu hao hợp lý thì hiệu quả đầu tư công nghệ này rất cao và là sự lựa chọn áp dụng trong dự án
Công ty MTI đã đầu tư nhiều vào nghiên cứu phát triển các loại PCC chịu axit, cho phép thâm nhập vào lĩnh vực giấy sản xuất từ bột gỗ.
Nhu cầu PCC trên thế giới
Nhu cầu thế giới cho canxi cacbonat kết tủa PCC dự đoán tăng trưởng trung bình 4%/năm đạt gần 16 triệu tấn vào năm 2014. Tỷ lệ tăng trưởng cao nhất trong ngành công nghiệp sơn 6%/năm và cao su 4%/năm mặc dù sản lượng tăng lớn nhất thuộc về ngành giấy và sơn. Phần lớn nhu cầu gia tăng diễn ra ở Châu Á, đặc biệt là Trung Quốc, với dự đoán tỷ lệ tăng trưởng thấp hơn nhiều so với Nam Mỹ và Châu Âu. Thị trường khu vực lớn nhất của PCC là Châu Á, tiếp đến Nam Mỹ và Châu Âu. Châu Á dẫn đầu thị trường PCC Châu Á vì tăng trưởng gần đây trong lĩnh vực giấy và công nghiệp nhựa, và chia sẽ với thị phần bột độn GCC nhỏ hơn ở Trung Quốc. Sản xuất GCC ở Trung Quốc chỉ bắt đầu vào những năm 90 cho tới khi các nhu cầu về bột độn được đáp ứng bởi PCC.
Tổng sản lượng tiêu thụ PCC của thế giới trong năm 2014 khoảng 13,3 triệu tấn. Trong đó ngành công nghiệp giấy là ngành tiêu thụ PCC lớn nhất. Sử dụng ước tính 5.5 triệu tấn chiếm 41%. PCC truyền thống sử dụng như một chất độn, nhưng nhu cầu để tráng phủ bao gồm hỗn hợp PCC và GCC đang ngày càng tăng. Nhựa là lĩnh vực tiêu thụ PCC lớn thứ hai, Tiêu thụ trong lĩnh vực này đạt 3.5 triệu tấn trong năm 2014. Châu Á dẫn đầu về sản lượng tiêu thụ, chiếm khoảng 60% sản lượng tiêu thụ của thế giới.
Nhu cầu tiêu thụ PCC trên thế giới trong lĩnh vực giấy dự đoán tăng trưởng trung bình gần 3%/năm đến năm 2014. Tăng trưởng sẽ tập trung ở Châu Á (5%/năm) nơi số lượng các nhà máy giấy đã được mở trong thập kỷ qua để đáp ứng nhu cầu giấy của khu vực. Mặc dù hầu hết các nhà máy giấy mới ở Trung Quốc sử dụng GCC, cũng có ba nhà máy PCC lớn, với công suất 100.000 tấn/năm mỗi nhà máy, cũng đã được mở.
Năm 2007, tổng sản lượng tiêu thụ PCC của thế giới là 6 triệu tấn. Đến năm 2014, tổng sản lượng tiêu thụ đã là 13,3 triệu tấn. như vậy, sau 7 năm, sản lượng tiêu thụ PCC đã tăng 2,2 lần. Dự báo nhu cầu PCC ở Nam Mỹ và Châu Âu tăng trưởng thấp hơn, dưới 2%, nơi mà sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất và gần đây, nhu cầu thấp hơn do suy thoái kinh tế dẫn đến đóng cửa các nhà máy giấy. Dự báo nhu cầu tăng trưởng trong tiêu thụ PCC phản ánh nhu cầu nội địa tăng trong các lĩnh vực giấy, sơn, nhựa trong công nghiệp xây dựng, và cao su. Sản lượng tiêu thụ PCC Trung Quốc dự báo tăng 6%/năm đạt đến 8 triệu tấn vào năm 2015, trong tổng sản lượng tiêu thụ của thế giới khoảng 16 triệu tấn.
Dự báo cơ cấu sản lượng tiêu thụ PCC của thế giới trong năm 2015:
Tổng sản lượng sản xuất PCC của cả thế giới năm 2014 chỉ khoảng 14 triệu tấn. Thiếu hụt cung- cầu khoảng 2 triệu tấn.
Ngành công nghiệp PCC toàn cầu được khống chế bởi một vài tập đoàn đa quốc gia với hàng trăm các công ty sản xuất vệ tinh. Trong năm 2014, sản lượng sản xuất của 3 Quốc gia là Trung Quốc
(khoảng 6 triệu tấn) Mỹ (khoảng 2 triệu tấn) và Phần Lan (500 nghìn tấn) đã chiếm hơn 65% sản lượng sản xuất của cả thế giới.
Ba nhà sản xuất chính quốc tế là MTI của Mỹ (với 55 nhà máy/tổng số 87 các nhà máy sản xuất của thế giới), Omya của Thụy Sĩ (7 nhà máy) và Imerys của Pháp (6 nhà máy). Sản lượng của ba công ty chiếm khoảng 40% sản lượng thế giới và trên 90% công suất hoạt động trên cơ sở vệ tinh. Ngoài ra, thị trường Châu Âu đang ghi nhận sự phát triển vượt bậc của các Công ty Huber Engineered Materials với 12 nhà máy, Công ty Solvay của Phần Lan… Ba nhà sản xuất Trung Quốc – Hóa chất Guangxi Jinshan, Canxi Cacbonat Hujiangyan và Hóa chất Guangdong Enping Jiawei cũng được liệt vào loại hàng đầu của thế giới, mặc dù tất cả các công ty Trung Quốc chi hoạt động trong nước.
Tình hình sản xuất PCC của Châu Á
PCC đã được sản xuất tại châu Á từ nhiều năm nay, nhưng trong những năm gần đây ngành sản