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    石墨產業的前世今生

    時間:2019-04-03 15:54:56 

    我國石墨資源儲量豐富,又是石墨生產大國。但多年來低價出口初級產品的同時,又高價進口高附加值產品,成為石墨行業的突出問題,也讓石墨產業一直備受詬病。隨著我國大力發展新材料等戰略新興產業,石墨烯等高附加值新型石墨材料迎來了新的發展機遇。我國也采取一系列政策措施加快石墨產業布局——


    過去多年,我國一直是石墨資源儲量最大的國家,但是隨著其他國家找礦工作的深入開展,越來越多的石墨礦床被發現。2013年,巴西已經超越中國成為世界第一大石墨資源國,我國正在喪失第一大石墨資源國的地位。一直致力于石墨應用研發的武漢理工大學資源與環境工程學院教授張凌燕日前表達了自己的擔憂。


     

    張凌燕的擔憂并非空穴來風。據美國地質勘探局公布的數據顯示,2013年全球探明的天然石墨儲量約1.3億噸,儲量前三位的國家分別為巴西、中國和印度,其中中國石墨儲量約為5500萬噸,占全球儲量的42%,位列巴西之后。而中國又是全球最大的石墨消費國,占全球石墨消費總量的一半。在張凌燕看來,這將導致我國石墨資源在全球石墨資源中的比例減少,因此保護石墨資源刻不容緩。


    我國石墨資源開發利用現狀

    天然石墨根據結晶形態不同分為晶質石墨、隱晶質石墨。晶質石墨的晶體直徑大于1微米,按其結晶形態,又分為致密塊狀石墨和鱗片石墨。隱晶質石墨晶體直徑小于1微米,分為分散性土狀石墨和致密塊體土狀石墨,前者礦石品位低,后者雖然品位高,但可選性差,一般經挑選后粉碎即為成品,使用價值均不如鱗片石墨。隱晶質石墨價格較為低廉,主要用于生產低端石墨產品。相比于隱晶質石墨,晶質石墨中的致密塊狀石墨礦床很少,鱗片石墨則是國內外工業利用的主要石墨類型,而鱗片石墨又以大鱗片占比高為優,例如近日在內蒙古阿拉善盟發現的查汗木胡魯石墨礦,目前已探明石墨資源總量1.3億噸,大鱗片石墨礦物量多達703萬噸,就屬于這種大鱗片占比高的石墨礦。


     

    從總量上看,我國石墨資源豐富,但探明的大鱗片石墨資源并不多。國家非金屬礦深加工工程技術研究中心王學群進一步解釋說,我國石墨資源主要分布在內蒙古、黑龍江、湖南、山東、山西、吉林,其中內蒙古和黑龍江以晶質石墨為主,湖南則以隱晶質石墨為主。近幾年,我國晶質石墨查明資源量增長明顯,晶質石墨礦物量從2010年的1.85億噸增長至2013年的2.2億噸。


    “2013年,我國天然石墨產量為81萬噸,占全球產量的68%,列各國之首,共有晶質石墨礦區127個,隱晶質石墨礦區30個。鱗片石墨最具工業價值。2014年,我國天然鱗片石墨產量為65萬噸,截至今年11月底,綜合各企業生產經營數據及海關統計數據,我國天然鱗片石墨產量已達61萬噸,預計2015年將超過70萬噸。王學群近日在一次石墨高峰論壇上這樣表述。


    據王學群介紹,目前,我國每年石墨消費量約為130萬噸,晶質石墨主要用于鋼鐵冶金和耐火材料工業,占總量的40%,其次用于鑄造業,占總量的20%,其他應用還有鍛造石墨乳、拉絲石墨乳、節能添加劑等。


    石墨消費量與市場密切相關。王學群稱,2008~2013年,我國石墨市場總量變化不大,但石墨產品結構發生了明顯變化。80目以上大鱗片石墨制作的可膨脹石墨,因為膨脹系數大,市場一直很穩定,甚至供不應求,但低端石墨產品價格下滑明顯,庫存量居高。石墨價格在2010年達到最高值,有的鱗片石墨每噸價格可達萬元,而低端石墨因為大多數企業都能生產,競爭更為激烈,每噸價格只有300多元。較之低端石墨,高純石墨價格相對較高。高純石墨是其他高附加值深加工產品的基礎原料,經過浮選、提純、深加工之后的高純石墨純度能達到99.9%,接近黃金的純度,高純石墨的需求量呈現出旺盛增長的態勢。王學群認為,未來對石墨產品的要求越來越高,要想避開激烈的市場競爭,應往深加工方向發展,生產獨到的、高附加值的、技術含量高的石墨產品,這樣的石墨產品市場需求量也大,例如石墨烯。


    據了解,目前石墨加工裝備正朝自動化、大型化方向發展,工藝目標是短流程、低能耗。在這方面,我國與日本、德國尚存在一定差距。例如,高純石墨生產主要有高溫法、氫氟酸混合酸法、堿酸法三種加工技術,后兩種加工技術在我國應用多年并已成熟,目前國內大部分石墨企業采用的是氫氟酸混合酸法,還有個別企業沒做到氫氟酸的環保處理。與這兩種技術相比,高溫法技術最為先進環保,但我國尚沒有完全掌握該項技術,國產高溫法加工設備雖然也實現了無污染環保生產,生產的高純石墨品質也較好,但還不能實現連續生產,導致用電量大,生產成本高。而日本、德國的高溫法設備已實現了高純石墨的連續生產。由于石墨產品應用于軍工領域,所以日本對我國實行石墨加工技術的封鎖。我國石墨企業和裝備企業正聯手加緊攻關高溫法連續生產的難題。


    重點解決石墨行業突出問題


    多年來,我國天然石墨儲量大、產量大,但石墨產品絕大部分是初級產品,而且我國也是石墨初級產品出口量最多的國家。這些初級石墨產品因為產能過剩,無序競爭,進而又壓制了價格,價格低廉,出口的石墨初級產品每噸價格不到3000元,與此截然不同的是進口的高附加值石墨產品每噸價格高達50多萬元,價格相差100多倍。


    我國石墨主要出口國家分別是美國、日本、韓國、德國等,每年出口量占世界各國總出口量的80%以上。日本是全球最大的石墨進口國,其中98%從我國進口,美國天然鱗片石墨完全依靠進口,其中48%來自我國。我國石墨初級產品的出口國又恰恰是我國高附加值石墨產品的進口國。在我國大量出口石墨初級產品的同時,美、日、韓等發達國家卻早早把石墨列為戰略資源,嚴格控制開采,以采代購。


    我國石墨初級產品低價出口,高端產品高價進口,進出口價格懸殊,意味著我國石墨資源低價流失,石墨產業蒙受巨大損失,這也讓石墨行業一直備受詬病。


     

    張凌燕更是明確表示,我國石墨行業問題突出,表現為對資源重視不足;天然石墨開采過度;資源浪費嚴重,低價流入海外;高端產品依賴進口;礦業權設置較為分散,整合壓力大;采選工藝落后,環境污染嚴重;高端技術緊缺,人才缺失,低端產能過剩。張凌燕建議,全國范圍內調控石墨產能,利用市場手段配置資源;優化產業結構,淘汰落后產能,提高產品附加值;設置合理的開采規模;加大石墨開發技術資金的支持力度;調整對外貿易結構;投資開采國外資源;建立石墨行業管理體系;鼓勵自主創新和產品研發。同時,張凌燕強調,石墨行業應降低低附加值產品的比例,重點做好高附加值深加工石墨產品的技術開發研究,石墨深加工產品具有非常廣闊的市場空間。


    石墨資源應用前景十分廣闊


    據業內人士介紹,雖然現在已經能制備人造石墨,但因為人造石墨的結晶成熟度遠遠達不到天然石墨的水平,目前只能替代小鱗片石墨應用,尚不能替代大鱗片石墨,因此天然石墨在工業領域中的應用仍然占主導地位。


    天然石墨除了被應用于鋼材、冶金、耐火等傳統行業外,近幾年作為一種戰略性資源也被廣泛應用于軍工、航天、電子、核電等多個領域。目前,石墨烯是世界上最薄、最強韌的材料,只有一個原子的厚度,卻比最好的鋼材堅韌百倍,而且導電性、導熱性也遠超其他材料,幾乎完全透明,又有很好的彈性,其無可比擬的材料性能堪稱完美,因此被稱為新材料之王。大鱗片石墨是生產高端精密器件的基礎性原料,也是生產石墨烯的重要原材料。


    石墨應用前景十分廣闊,已是一個不爭的事實。一些業內人士表示,傳統應用領域產業結構不斷優化升級將拉動石墨消費,同時我國大力發展節能環保、生物、高端裝備制造、新材料、新能源汽車等戰略新興產業,也將帶動石墨產業的快速發展,石墨產業將以發展鋰離子電池負極材料、石墨乳、氟化石墨、電磁屏蔽材料、高導熱材料、各向同性石墨、石墨烯等高附加值新型石墨材料為主,實現產業化、集約化。未來,新興領域將成為石墨市場新的增長點,預計到2020年全球天然石墨的市場需求量將增加到260萬噸,特別是伴隨著新興產業的快速發展,天然大鱗片石墨的市場需求量將會大幅提升。屆時,石墨將成為支撐高新技術發展的重要戰略資源。如果說二十世紀是硅的世紀,那么石墨完美的特性將把二十一世紀帶入碳的世紀


    一系列政策為規范發展保駕護航


    近幾年,我國政府及相關部門相繼出臺了一系列政策措施,加緊布局石墨產業。2011年,《建筑材料工業十二五發展指導意見》出臺,提出以石墨等為重點的非金屬礦物材料深加工產品被列為未來發展重點。”2012年,工信部明確提出石墨是戰略性非金屬礦產品。2014年,國家發改委、財政部和工信部聯合印發《關鍵材料升級換代工程實施方案》,提出到2016年推動石墨烯、新型防腐涂料等20種左右重點新材料實現批量穩定生產和規模應用。


     

    20159月,國土資源部調控和監測司針對石墨產業,明確表示規范石墨產業發展,加強石墨資源戰略性儲備。


    在石墨資源管理與整合方面,加強對優質石墨資源勘查開發的有效監管,建立石墨戰略儲備制度。石墨作為國家提出的戰略性儲備礦種,其資源儲備工作已被納入第三輪全國礦產資源規劃中統籌考慮,明確了各行政區2015年、2020年和2025年應儲備的礦產地數量;在重點規劃布局上,將財政出資的,查明儲量大、質量較好的礦產地劃定為資源儲備區,或將成礦條件好、有重大資源潛力經儲備勘查后,符合儲備條件的礦產地劃定為資源儲備區。


    在提高資源利用率方面,近年來,國土資源部采取了一系列措施穩步推進石墨資源的節約與綜合利用工作,一是調查了石墨的綜合利用水平,摸清了開采回采率、選礦回收率和綜合利用率等開發利用現狀;二是研究、制定并發布了石墨合理開發利用三率最低指標要求。


    國土資源部根據目前我國石墨產業發展的實際情況,在今后工作中還將進一步研究落實,完善相關制度和政策措施。

     

    今年以來,國家各部委都在加快十三五規劃新材料領域相關的制定工作,石墨烯列入新材料產業十三五規劃幾乎已成定局。近日,工信部、發改委和科技部聯合印發《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》,提出到2020年形成完善的石墨烯產業體系,實現石墨烯材料標準化、系列化和低成本化,在多領域實現規模化應用。我國石墨資源儲備巨大,具有發展石墨烯產業的先天優勢。

     

    在一系列政策措施支撐下,我國石墨產業發展將會更加規范、健康、有序。


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