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网盖:石墨产业:从硅的世纪进入“碳的世纪”

2021-03-30 17:52 亿宏磨具 次阅读

我国石墨资源储量丰富,又是石墨生产大国。但多年来低价出口初级产品的同时,又高价进口高附加值产品,成为石墨行业的突出问题,也让石墨产业一直备受诟病。随着我国大力发展新材料等战略新兴产业,石墨烯等高附加值新型石墨材料迎来了新的发展机遇。我国也采取一系列政策措施加快石墨产业布局——

过去多年,我国一直是石墨资源储量最大的国家,但是随着其他国家找矿工作的深入开展,越来越多的石墨矿床被发现。2013年,巴西已经超越中国成为世界第一大石墨资源国,我国正在丧失第一大石墨资源国的地位。

据美国地质勘探局公布的数据显示,2013年全球探明的天然石墨储量约1.3亿吨,储量前三位的国家分别为巴西、中国和印度,其中中国石墨储量约为5500万吨,占全球储量的42%,位列巴西之后。而中国又是全球最大的石墨消费国,占全球石墨消费总量的一半。全球石墨矿产资源现状与国际贸易格局分析

我国石墨资源开发利用现状

天然石墨根据结晶形态不同分为晶质石墨、隐晶质石墨。晶质石墨的晶体直径大于1微米,按其结晶形态,又分为致密块状石墨和鳞片石墨。隐晶质石墨晶体直径小于1微米,分为分散性土状石墨和致密块体土状石墨,前者矿石品位低,后者虽然品位高,但可选性差,一般经挑选后粉碎即为成品,使用价值均不如鳞片石墨。隐晶质石墨价格较为低廉,主要用于生产低端石墨产品。相比于隐晶质石墨,晶质石墨中的致密块状石墨矿床很少,鳞片石墨则是国内外工业利用的主要石墨类型,而鳞片石墨又以大鳞片占比高为优。

总量上看,我国石墨资源丰富,目前已在25个省(市、自治区)发现有石墨矿点,共91个矿区。从全国范围来看,石墨资源分布呈现“分布广泛、东多西少、个别富集”的特征。晶质石墨主要分布于黑龙江、内蒙古、山西、四川、山东五省,保有储量占全国80%以上,黑龙江和内蒙古晶质石墨储量最多;隐晶质石墨主要分布于内蒙古、湖南两省,保有储量占全国67%以上。

2015年以来,我国大型、超大型石墨矿床勘探成果丰硕,如黑龙江林口西北楞石墨矿已探明石墨矿物量达3500万吨以上,达超大型规模;内蒙古乌拉特中旗大乌淀石墨矿探明晶质石墨矿物量1776万吨,达超大型规模;内蒙古阿拉善右旗查汗木胡鲁石墨矿探明晶质石墨矿物量700余万吨,达超大型规模。

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目前,我国已形成六大石墨生产加工基地,产量占全国的80%以上,其中晶质石墨主要产地有黑龙江鸡西、黑龙江萝北、山东青岛、内蒙古兴和等;隐晶质石墨主要产地有湖南郴州、吉林磐石等。图为中国石墨矿产分布及生产加工基地示意图

黑龙江鸡西 。打造“中国石墨之都”这是鸡西的“金字招牌”。龙江“石”代,非我“墨”属。石墨产业已成为龙江新宠,是鸡西着力打造的百亿级产业,也是未来支撑鸡西转型发展的主导产业。

鸡西探明石墨资源储量6.62亿吨,工业利用价值高。全市有石墨企业50多户,石墨产品涵盖了高纯石墨、可膨胀石墨、人造金刚石、锂电负极材料、石墨烯、石墨电极等17个系列200余种,是世界上最重要的石墨生产基地。

鸡西市瞄准新能源、高端装备制造、新材料、节能环保等发展方向,把发展石墨产业作为转型发展的主攻方向和重中之重,被称为“中国石墨之都”。

鸡西这个“中国石墨之都”不是虚名,鸡西不仅有资源,更重要的是产业正在这里集聚,全市现在已有石墨企业51户,深加工企业34户,形成密封材料、传导材料、超硬材料、蓄能材料、石墨烯材料等六个产业链,有负极材料、石墨纸等17个深加工产品。园区、实验室、国家级监督检验中心、国标委鳞片石墨分技术委员会等生产要素非常齐全。

黑龙江萝北。鹤岗石墨资源丰富,已探明石墨矿石储量达17.31亿吨,是目前所知的世界最大天然石墨矿。国家将鹤岗列为全国103个能源资源基地之一和267个国家规划矿区之一,明确在鹤岗建设石墨及深加工产业集群。鹤岗确定了新能源、石墨烯、密封散热、超硬和冶金耐火材料等五大产业链。

山东省是我国晶质石墨矿的重要蕴藏地,也是我国鳞片石墨的主产区。山东省的石墨矿产资源主要集中在青岛地区的平度市和莱西市,莱阳、文登和牟平一带也分布多个矿床。

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平度市是世界著名优质石墨重点产区,石墨储量位居全国第二。目前己探明矿石资源量为4亿吨,矿物储量为1381.5万吨,保有矿物储量701万吨。平度市的石墨资源主要分布在张舍、刘戈庄、明村、矫戈庄、刘家寨、刘河甲、前卧牛、马戈庄、闫村、景村等处,以及黑鲤公司、黑龙西利矿、腾飞石墨矿和运盛矿业公司等。石墨矿石品位一般在2.5-5%,个别矿山达到6%以上。

平度市的张舍镇被誉为中国石墨第一镇,全镇已探明石墨矿石总储量约1.2亿吨,矿石品位3-7%。埋藏浅易开采,鳞片大质量好。

刘戈庄石墨矿区为赋存于元古代荆山群陡崖组徐村段含石墨变质岩系地层的沉积变质矿床,矿床受地层层位控制,矿区有4个含矿带,11个含矿层,赋存29个石墨矿体,以透闪透辉岩型石墨矿石为主要矿石类型,石墨矿石品位为2.5-6.5%,最高为7.93%。

莱西南墅石墨矿床是包括院后矿体、刘家庄矿体和岳石矿体在内的一个矿层带,已开采利用60余年,属于区域变质叠加热液交代双重成因的优质鳞片石墨矿床,石墨矿石类型有片麻岩型、透辉石岩型、混合岩型三种,矿区平均品位在4.5-5.5%之间。

北墅石墨矿也有近40年的开采历史,该矿含有11个主要矿体,入选品位3%,精矿品位91.64%,目前处于停采状态。莱阳市还有大梁子口和山前介石墨矿,石墨矿石储量共计327.39万吨,矿石类型以黑云斜长片麻岩为主,品位在2.7-3.28%之间,鳞片大小多在0.8-1.25毫米间。

内蒙古兴和县石墨资源丰富,尤其是鳞片石墨,已探明矿石储量为6500万吨,远景储量2亿吨,是中国三大石墨产地之一。由于鳞片石墨性质优良、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、抗磨、抗压、并且具有导电性,所以广泛应用于钢铁、机械、冶金、耐火材料、化工、新型电子工业等行业。

目前,我国每年石墨消费量约为130万吨,晶质石墨主要用于钢铁冶金和耐火材料工业,占总量的40%,其次用于铸造业,占总量的20%,其他应用还有锻造石墨乳、拉丝石墨乳、节能添加剂等。

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石墨消费量与市场密切相关。近年来,我国石墨市场总量变化不大,但石墨产品结构发生了明显变化。80目以上大鳞片石墨制作的可膨胀石墨,因为膨胀系数大,市场一直很稳定,甚至供不应求,但低端石墨产品价格下滑明显,库存量居高。石墨价格在2010年达到最高值,有的鳞片石墨每吨价格可达万元,而低端石墨因为大多数企业都能生产,竞争更为激烈,每吨价格只有300多元。较之低端石墨,高纯石墨价格相对较高。高纯石墨是其他高附加值深加工产品的基础原料,经过浮选、提纯、深加工之后的高纯石墨纯度能达到99.9%,接近黄金的纯度,高纯石墨的需求量呈现出旺盛增长的态势。未来要想避开激烈的市场竞争,应往深加工方向发展,生产独到的、高附加值的、技术含量高的石墨产品,这样的石墨产品市场需求量也大,例如石墨烯。

据了解,目前石墨加工装备正朝自动化、大型化方向发展,工艺目标是短流程、低能耗。在这方面,我国与日本、德国尚存在一定差距。例如,高纯石墨生产主要有高温法、氢氟酸混合酸法、碱酸法三种加工技术,后两种加工技术在我国应用多年并已成熟,目前国内大部分石墨企业采用的是氢氟酸混合酸法,还有个别企业没做到氢氟酸的环保处理。与这两种技术相比,高温法技术最为先进环保,但我国尚没有完全掌握该项技术,国产高温法加工设备虽然也实现了无污染环保生产,生产的高纯石墨品质也较好,但还不能实现连续生产,导致用电量大,生产成本高。而日本、德国的高温法设备已实现了高纯石墨的连续生产。由于石墨产品应用于军工领域,所以日本对我国实行石墨加工技术的封锁。我国石墨企业和装备企业正联手加紧攻关“高温法连续生产”的难题。

重点解决石墨行业突出问题

多年来,我国天然石墨储量大、产量大,但石墨产品绝大部分是初级产品,而且我国也是石墨初级产品出口量最多的国家。这些初级石墨产品因为产能过剩,无序竞争,进而又压制了价格,价格低廉,出口的石墨初级产品每吨价格不到3000元,与此截然不同的是进口的高附加值石墨产品每吨价格高达50多万元,价格相差100多倍。

我国石墨主要出口国家分别是美国、日本、韩国、德国等,每年出口量占世界各国总出口量的80%以上。日本是全球最大的石墨进口国,其中98%从我国进口,美国天然鳞片石墨完全依靠进口,其中48%来自我国。我国石墨初级产品的出口国又恰恰是我国高附加值石墨产品的进口国。在我国大量出口石墨初级产品的同时,美、日、韩等发达国家却早早把石墨列为战略资源,严格控制开采,以采代购。

我国石墨初级产品低价出口,高端产品高价进口,进出口价格悬殊,意味着我国石墨资源低价流失,石墨产业蒙受巨大损失,这也让石墨行业一直备受诟病。

我国石墨行业的问题主要表现为“对资源重视不足;天然石墨开采过度;资源浪费严重,低价流入海外;高端产品依赖进口;矿业权设置较为分散,整合压力大;采选工艺落后,环境污染严重;高端技术紧缺,人才缺失,低端产能过剩”。应在全国范围内调控石墨产能,利用市场手段配置资源;优化产业结构,淘汰落后产能,提高产品附加值;设置合理的开采规模;加大石墨开发技术资金的支持力度;调整对外贸易结构;投资开采国外资源;建立石墨行业管理体系;鼓励自主创新和产品研发。同时,张凌燕强调,石墨行业应降低低附加值产品的比例,重点做好高附加值深加工石墨产品的技术开发研究,石墨深加工产品具有非常广阔的市场空间。

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石墨资源应用前景十分广阔

虽然现在已经能制备人造石墨,但因为人造石墨的结晶成熟度远远达不到天然石墨的水平,目前只能替代小鳞片石墨应用,尚不能替代大鳞片石墨,因此天然石墨在工业领域中的应用仍然占主导地位。

天然石墨除了被应用于钢材、冶金、耐火等传统行业外,近几年作为一种战略性资源也被广泛应用于军工、航天、电子、核电等多个领域。目前,石墨烯是世界上最薄、最强韧的材料,只有一个原子的厚度,却比最好的钢材坚韧百倍,而且导电性、导热性也远超其他材料,几乎完全透明,又有很好的弹性,其无可比拟的材料性能堪称完美,因此被称为“新材料之王”。大鳞片石墨是生产高端精密器件的基础性原料,也是生产石墨烯的重要原材料。

石墨应用前景十分广阔,已是一个不争的事实。传统应用领域产业结构不断优化升级将拉动石墨消费,同时我国大力发展节能环保、生物、高端装备制造、新材料、新能源汽车等战略新兴产业,也将带动石墨产业的快速发展,石墨产业将以发展锂离子电池负极材料、石墨乳、氟化石墨、电磁屏蔽材料、高导热材料、各向同性石墨、石墨烯等高附加值新型石墨材料为主,实现产业化、集约化。未来,新兴领域将成为石墨市场新的增长点,特别是伴随着新兴产业的快速发展,天然大鳞片石墨的市场需求量将会大幅提升。届时,石墨将成为支撑高新技术发展的重要战略资源。如果说二十世纪是硅的世纪,那么石墨完美的特性将把二十一世纪带入“碳的世纪”。

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