石墨产业的状况与发展

作者：沈万慈 康飞宇等4人

　　1 概述

 

　　天然石墨作为重要的战略资源，我国具有很大的资源优势。晶质石墨，我国占有世界资源的70%以上，我国的晶质石墨多为鳞片石墨，易采、易选，产量占世界的2/3以上，是国际石墨市场的最大供应国，年出口20万t左右;微晶石墨，我国储量只占世界的1/10，但品质好、矿产集中，前些年郴州鲁塘石墨矿盲目开采，年产量超过150万t，占世界产量的90%，低价销售，导致资源严重浪费。近几年，天然石墨作为重要战略资源的价值，越来越受到产业界及国家相关部门的重视，在资源保护、产业整合及规划等方面，已经取得明显成效。

 

　　炭材料被称为21世纪最有希望的材料，天然石墨是炭材料的重要组成部分。本世纪电子信息、新能源、环保、航天航空等高新技术产业的迅猛发展，给新型炭石墨材料提供了广阔的市场空间。石墨烯等的新发现为新型炭石墨材料的研发提供了新的技术路线，预计未来十年整个炭材料领域和(天然)石墨产业发展会有一个新飞跃。

 

　　2 石墨产业整合现状及发展方向

 

　　2.1 现状

 

　　近年来，随着对天然石墨作为战略资源重要性的认识深化，一些有实力的大型企业开始重视对石墨产业的投入;国家相关部门对天然石墨的资源保护、科学利用十分重视，并采取了重大措施支持对石墨产业进行整合。石墨产业原来的乱象得以改观，产业的整合及发展规划落实成果显著。

 

　　在产业整合方面，进展可喜：2010年，湖南及郴州等政府部门下决心将矿区停产整顿，中国建材集团战略投资集中了矿权，建立了南方石墨公司，终止了原来乱采乱挖的混乱局面，目前已经有计划地恢复生产;国内优质大鳞片石墨的主要产区内蒙古兴和，日新集团进行了战略投资，集中了矿权，组建了内蒙古瑞盛新能源有限公司，建设石墨深加工园区;我国最大的石墨矿区黑龙江萝北，中铁集团等已进入投资。其他石墨矿产区也有大企业进行战略投资，整合资源。

 

　　在深加工方面，各个产区都进行了规划：兴和深加工工业园区已经基本建成，部分产品已经投产; 2010年前只有采选初级产品的黑龙江，不少深加工项目在上马。国家也加大了对石墨产业的关注和投入，去年，科技部十二五科技支撑项目“高纯石墨材料技术开发及其典型应用”以黑龙江的企业、科研院校为主，已经开始实施;工信部发布了产业准入条件，其他部委的项目和措施也在进展中。

 

　　2.2 发展方向

 

　　目前石墨产业的总体形势很好，但是从产业的长期发展及技术的更新、持续发展看，整合还需要深入，还有大量的工作要做，重点在以下几个方面。

 

　　(1)加强勘探，摸清家底。

 

　　天然石墨作为战略资源不可再生，在许多应用领域目前也不可替代。我国在资源总量，特别是鳞片石墨储量上具有国际公认的优势。但由于矿藏勘探工作滞后，关于石墨储量的信息不明确，许多开采多年的矿区都没有详勘数据。因此，摸清石墨战略资源的家底应该是当务之急，必须对现有矿区进行详勘，对可能的石墨矿藏进行普查。

 

　　(2)石墨资源的保护刻不容缓。

 

　　按现在的年产量和储量数据，我国鳞片石墨还有一百年以上的开采期，而微晶石墨按前些年盲目开采的情况，只能维持10—20年。建议首先限制全国总产量：鳞片石墨(中高碳选矿产品)目前年产80万t左右，应该维持这个水平并且逐步下降;微晶石墨目前郴州停产整合，整合完成后全国产量应控制在50万t左右，逐步调整到年产30万t左右。

 

　　限制总产量首先从限制低端矿产品出口着手，建议禁止微晶石墨原矿出口，限制中高碳鳞片石墨的选矿产品出口。我们不能再牺牲我国的环境和资源，让发达国家廉价使用我国资源，深加工后赚取超额利润，而它们封存保护自己的资源。

 

　　(3)加强对石墨产业的整合，培养龙头企业。

 

　　目前石墨产业小、散、乱的局面正在改变，多家有实力、有战略眼光的大企业作为战略投资者进入石墨产业，为石墨产业的整合提供了条件。整合的目的是要打造石墨产业的龙头企业，它们以深加工产品为主，建设成为完整石墨产业链的综合性现代化企业。

 

　　对于整合过程，建议：①战略投资者必须以建设实体经济(建设龙头企业)为主要目的，要限制以拿到资源、包装上市圈钱为目的的投资;②国家层面限制新上采选矿项目，规定企业新增产值必须以深加工产品为主，鼓励在现有资源容量上深加工产品项目;③在整合中必须集中采矿权，采矿权的分散必然形成恶性竞争，也无法形成龙头企业。同时，作为战略资源，矿权不能由外资控制。

 

　　(4)加强行业组织，发挥内部和上下的沟通作用。

 

　　产业近期的发展，就是通过战略投资整合产业，建成几个龙头企业。它们产业链完整，根据各自资源的特点，以各有侧重的深加工产品为主，并且具有较强的技术开发能力，掌握本企业主要产品的知识产权。通过龙头企业的带头示范作用，完成产品和技术的更新换代。同时在新形势下，协调协会和新出现的产业战略联盟等组织的关系，加强行业组织的作用，协调行业内部关系，促进行业自律。同时发挥沟通行业和政府部门的作用，帮助政府部门进行政策引导，保证行业科学可持续发展。

 

　　3 石墨深加工技术现状及发展方向

 

　　3.1 现状

 

　　由于我国冶金钢铁业的持续增长，世界锂离子电池的迅猛发展，拉动对石墨原料的需求;同时产业界、政府对石墨战略资源作用的日益重视，使石墨矿产品的价格迅速攀升，扭转了20多年来其他矿产品都在涨价、石墨却不断降价的不正常局面，不仅使石墨行业效益不断提高、同时也使得一些社会资金不断涌入石墨行业。这种大好形势对于石墨产业的发展当然是大好时机，但是如果不科学规划、合理引导，而一味的扩大采选量，就可能再次发生20世纪80年代末乱采乱挖的 “黑色风暴”，给石墨产业的发展造成重大损失。

 

　　我国是石墨资源大国，但是长期以来石墨产业内部低技术层次的产量、价格的恶性竞争，资金和技术投入严重不足，以生产原矿和选矿的低端产品为主，使得产业长期低迷。这种状况导致我国石墨深加工技术和产品落后于发达国家，资源大国却是深加工弱国。这与我国经济和科技的快速发展很不适应。当前和今后一个相当长的时期，保护和科学利用石墨这种宝贵的战略资源，发展石墨深加工技术和产品是大有可为的一项事业。

 

　　我国鳞片石墨的深加工技术发展已经有一定基础，科技部“八五”至“十一五”国家科技攻关、支撑计划在非金属矿、西部开发项目中分别列入课题，在深加工技术进步上取得明显成果。现在，国内已经有一批效益良好的(鳞片)石墨深加工企业，规模最大的柔性石墨企业主要分布在江浙地区，负极材料等电池材料企业主要分布在深圳等珠三角、长三角地区。这些企业原来与矿产资源企业只是原料的供需关系，现在也与资源企业开展了合作，如宁波的柔性石墨专业厂商信远公司、深圳的负极材料专业厂商贝特瑞公司都与黑龙江企业合作参加了“十二五”科技支撑项目。鳞片石墨的深加工企业在山东有很多家，在内蒙古、湖北、河南、福建等也有一些企业。

 

　　我国原来微晶石墨的深加工技术基本空白。近来研究发现，由于微晶石墨的晶体微小(≤1μm)，每个石墨颗粒中有很多微晶无序堆积，使得颗粒表现出各向同性。这使得它成为锂离子电池(特别是动力电池)负极材料和各向同性石墨的极好原料，在新能源、核能、军工等高新技术领域有重要应用价值。清华大学在这方面进行了原创性的科技研究与开发，正在与相关企业合作建设微晶石墨提纯、深加工产品的生产线。

 

　　3.2 发展方向

 

　　根据经济和科技发展对石墨新材料的需求及中央、地方及企业的产业发展规划，近期内建议产学研结合，以深加工为主，实现一些重要工程项目，建设完整产业链，引导石墨产业健康科学地发展。

 

　　工程项目的目标，一是陈旧技术设备的改造;二是目前炭石墨材料发展的热点技术产品，如锂离子电池负极材料、各向同性石墨、高导热石墨等的产业化、集约化。

 

　　项目的投入应该以政府投入为引导、企业投入为主体、全社会共同投入为补充的多元化科技投融资体系。一些工程项目，作为政府的引导已纳入科技支撑项目，这并不妨碍其他企业根据自己的资源条件和资金、技术、市场能力选择项目，发展自己的产业链。

 

　　(1)石墨采选矿技术设备的更新换代。

 

　　我国的石墨采选矿技术设备从20世纪60年代以来基本没有进步，在能耗和矿物回收率方面大大落后于其他矿种。石墨采选矿技术设备相对其他矿种要简单，但由于产业长期效益低，资金缺乏，没有更新换代。建议有实力的矿产设计研究院与采选企业结合，引进其他矿种的先进采选矿技术设备，设计建设先进的石墨采选矿生产线，在能耗、回收率、大鳞片保护、水资源节约利用、尾矿处理等技术经济指标上有显著改善。运行成功后在产业内推广，并将先进技术经济指标作为行业准入和淘汰落后技术装备的指标。

 

　　(2)建设先进的规模化石墨提纯生产线。

 

　　国内已经具有环保节能的先进酸碱法提纯和节能型高温提纯技术，建议政府引导，产学研结合，针对资源特点，建设不同类型的规模化石墨提纯生产线。严格限制化学提纯中严重污染环境的氢氟酸的使用。

 

　　(3)锂电天然石墨负极材料的产业规模化及动力、储能型电池负极材料的研发。

 

　　国内已经有了鳞片石墨球形化后制备负极材料的企业，如贝特瑞等;清华大学等院校具有了以微晶石墨制备负极材料的技术，但产业规模及产品质量还不能满足锂离子电池迅速发展的需求。国内大批生产的球形石墨主要出口日本及韩国，供国外企业生产高质量负极材料。建议依托资源，把天然石墨锂离子电池负极材料的产业规模化，并针对不同档次电池需求，研发不同品质负极材料，使产品系列化，研发安全、长寿命的天然石墨动力型、储能型电池负极材料。随着锂离子电池需求的迅猛增长，负极材料的市场前景十分广阔。

 

　　(4)天然石墨基各向同性石墨的产业化。

 

　　各向同性石墨广泛应用于核能、硅晶制备、电火花加工、连续铸钢、航空航天等领域，是炭材料的高端产品、战略物资。我国目前所需的各向同性石墨 2/3依靠进口。传统技术制备各向同性石墨技术复杂、成本高。微晶石墨矿物颗粒本身具有各向同性性，是制备各向同性石墨的很好原料，而且能简化工艺、降低成本，已经制备出工业尺寸的样品，各向同性参数达到1.04(要求最高的核石墨1.05);鳞片石墨球形化后，也具有制备各向同性石墨的潜在可能。清华大学等已经具有自己原创的专利技术，正与企业合作实施产业化。

 

　　(5)天然石墨基高导热材料。

 

　　电子设备的小型化，要求电子器件的集成度越来越高，使得散热成为IT产业的一个关键技术，对轻质高导热材料需求越来越大。柔性石墨作为均热导热材料已广泛用于LED显示器及许多电子产品;利用天然石墨的优良导热性，制备导热性与铜相当或更高，而密度只有铜1/4的高端导热材料，武汉科技大学、山西煤化所、清华大学等已有相关技术，建议产学研结合，以实现产业化。

 

　　(6)柔性石墨产品的系列化研究。

 

　　我国柔性石墨的生产已经具有一定规模，并且与国外先进企业有多项合作。但我国的产品多为中低端产品，品种规格不到国外的1/5。建议产学研用结合，针对使用要求研发高端产品，完善品种规格，使之系列化、标准化。

 

　　(7)膨胀石墨环保材料的产业化。

 

　　膨胀石墨对水体污染的吸附治理作用，已有大量的研究成果，在治理水体的油晶、有机物污染上，膨胀石墨远比现在使用的普通活性炭有效、经济。但膨胀石墨不便运输，需要在应用现场制备。膨胀石墨环保材料的制备、使用、回收、再生有一定的技术难度，加之过去对环保不够重视，膨胀石墨环保材料一直没能产业化。党的十八大提出了建设美丽中国，加大了环保力度，使得膨胀石墨环保材料的产业化成为可能。现在膨胀石墨环保材料的产业化的技术基础已经具备，可以从两个技术层面进行这项工程。

 

　　在水污染企业，如钢铁、化工、印染、食品等企业集中的地区，建设膨胀石墨环保材料制备、使用、回收、再生的服务网络。膨胀石墨环保材料与其他治理方法的配合使用，将使水污染的治理程度和效益大大提升。

 

　　对日益频发的油品和有机物水体污染突发事件，建造综合性水域环保专用船舶，把传统的围栏、抽吸等治理手段与膨胀石墨高效吸油性能结合起来，提高治污能力。这是涉及跨部门、跨学科的系统性工程，涉及的管理部门有船舶、海洋(海事)、环保等，涉及到学科技术有机械、材料、化工、热工、环保等。这是一项难度很大的工程，但是建成以后在环保效益、技术水平上将是世界领先的。

 

　　4 炭材料产业前景展望

 

　　从长期发展看，我国炭材料产业结构目前状况很不合理。过去计划经济条块分割，把炭材料割裂成炭素、电炭、石墨、炭黑、活性炭、碳纤维等分属不同部门的小行业，使得资源、技术力量、资金不能合理利用。而在先进国家，如德国西格里、日本东洋炭素、美国UCAR、法国罗兰等大型炭材料企业，都是跨越好几种炭材料，既有人工炭石墨材料，也有天然石墨材料，具有强大的资金、技术、市场能力，有的成为跨国的巨型 企业。

 

　　随着我国市场经济的完善，资金、资源的引导将会使我国相关炭石墨材料的不同产业进一步整合，发展成为综合性的炭材料大产业。将出现一批涵盖炭材料科技多个领域，有强大产品和技术创新能力的综合性大型企业，这种大型企业很可能是技术领先的人工炭石墨材料企业与技术领先的天然石墨材料企业相融合的结果。

 

　　从技术角度看，近期的(天然石墨基)各向同性石墨、高导热材料是天然石墨产业与人工炭材料产业的融合;未来5~10年或再长一些时间，随着石墨烯应用技术的发展和成熟，石墨烯的制备和应用将可能成为一个快速成长的大市场，前景 广阔。

 

　　从目前的研发成果看，天然石墨是很好的制备石墨烯的原料。石墨烯材料的产业化，将会是新型炭材料的又一个大进展。