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中文名：石墨
英文名：graphite
定義：石墨是碳的一種同素異形體，為灰黑色、不透明固體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕，同酸、堿等藥劑不易發(fā)生反應(yīng)。天然石墨來(lái)自石墨礦藏，也可以以石油焦、瀝青焦等為原料，經(jīng)過(guò)一系列工序處理而制成人造石墨。石墨在氧氣中燃燒生成二氧化碳，可被強(qiáng)氧化劑如濃硝酸、高錳酸鉀等氧化。可用作抗磨劑、潤(rùn)滑劑，高純度石墨用作原子反應(yīng)堆中的中子減速劑，還可用于制造坩堝、電極、電刷、干電池、石墨纖維、換熱器、冷卻器、電弧爐、弧光燈、鉛筆的筆芯等。
簡(jiǎn)介
結(jié)構(gòu)組成
石墨是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過(guò)渡型晶體。在晶體中同層碳原子間以sp2雜化形成共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子與另外三個(gè)碳原子相聯(lián)，六個(gè)碳原子在同一平面上形成正六邊形的環(huán)，伸展形成片層結(jié)構(gòu)。在同一平面的碳原子還各剩下一個(gè)p軌道，它們互相重疊，形成離域π鍵電子在晶格中能自由移動(dòng)，可以被激發(fā)，所以石墨有金屬光澤，能導(dǎo)電、傳熱。由于層與層間距離大，結(jié)合力(范德華力)小，各層可以滑動(dòng)，所以石墨的密度比金剛石小，質(zhì)軟并有滑膩感。
分子結(jié)構(gòu)(1張)石墨每一網(wǎng)層間的距離為3.40?，是以范德華力結(jié)合起來(lái)的，即層與層之間屬于分子晶體，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為1.42?，由于同一平面層上的碳原子間結(jié)合很強(qiáng)，極難破壞，所以石墨的熔點(diǎn)也很高，化學(xué)性質(zhì)也穩(wěn)定。鑒于它的特殊的成鍵方式，不能單一的認(rèn)為是單晶體或者是多晶體，現(xiàn)在普遍認(rèn)為石墨是一種混合晶體。石墨屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對(duì)分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。
理化性質(zhì)
石墨質(zhì)軟，為黑灰色，有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3～5。比重為1.9～2.3。比表面積范圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點(diǎn)在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。它能導(dǎo)電、導(dǎo)熱。自然界中純凈的石墨是沒(méi)有的，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對(duì)石墨的分析，除測(cè)定固定碳含量外，還必須同時(shí)測(cè)定揮發(fā)分和灰分的含量。石墨與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。
特殊性質(zhì)
石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，而具有如下特殊性質(zhì)：(1)耐高溫性石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強(qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨強(qiáng)度提高一倍。(2)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性石墨石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過(guò)鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠?qū)щ娛且驗(yàn)槭忻總€(gè)碳原子與其他碳原子只形成3個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子仍然保留1個(gè)自由電子來(lái)傳輸電荷。(3)潤(rùn)滑性石墨的潤(rùn)滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤(rùn)滑性能越好。(4)化學(xué)穩(wěn)定性石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機(jī)溶劑的腐蝕。(5)可塑性石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。(6)抗熱震性石墨在常溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí)，石墨的體積變化不大，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。
其他
石墨又可分為天然石墨和人造石墨兩大類，天然石墨來(lái)自石墨礦藏，天然石墨還可分成鱗片石墨、土狀石墨及塊狀石墨。天然開(kāi)采得到的石墨含雜質(zhì)較多，因而需要選礦，降低其雜質(zhì)含量后才能使用，天然石墨的主要用途是生產(chǎn)耐火材料、電刷、柔性石墨制品、潤(rùn)滑劑、鋰離子電池負(fù)極材料等，生產(chǎn)部分炭素制品有時(shí)也加入一定數(shù)量的天然石墨。
在炭素工業(yè)中生產(chǎn)量最大的是各種人造石墨制品，人造石墨制品一般用易石墨化的石油焦、瀝青焦為原料，經(jīng)過(guò)配料、混捏、成型、焙燒、石墨化(高溫?zé)崽幚?和機(jī)械加工等一系列工序而制成，生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)十天。
人造石墨的種類也很多，如單晶石墨、多晶石墨、熱解石墨、高定向熱解石墨、聚酰亞胺合成的石墨、石墨纖維等，多數(shù)人造石墨制品屬于多晶石墨一類。人造石墨中的主要產(chǎn)品是電弧煉鋼爐及礦熱電爐使用的石墨電極，石墨電極是一種耐高溫、耐腐蝕的導(dǎo)電材料。人造石墨在其他許多工業(yè)部門也有廣泛的用途，如機(jī)械工業(yè)中電機(jī)用電刷、精密鑄造模具、電火花加工的模具及耐磨部件，化學(xué)工業(yè)中的電解槽使用的導(dǎo)電體或耐腐蝕器材，高純度及高強(qiáng)度人造石墨是核工業(yè)部門的反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料和用作導(dǎo)彈火箭的部件等。 石墨還可制取散熱材料、密封材料、隔熱材料、和防輻射材料等，石墨功能材料廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械設(shè)備、新能源汽車、核電、電子信息、航空航天和國(guó)防等行業(yè)。歐盟委員會(huì)發(fā)布的《對(duì)歐盟生死攸關(guān)的原料》報(bào)告中，將石墨列入14 種緊缺礦產(chǎn)原料。
礦產(chǎn)分布與分類
礦產(chǎn)分布
世界上已發(fā)現(xiàn)的大中型石墨礦床主要分布在中國(guó)、印度、巴西、捷克、加拿大、墨西哥等國(guó)。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局資料，世界石墨儲(chǔ)量為7100萬(wàn)噸，中國(guó)石墨儲(chǔ)量為5500萬(wàn)噸，占世界的77%。巴西石墨礦分布在米納斯吉拉斯(Minas Gerais)、塞阿臘(Ceara)和巴伊亞(Bahia)，最好的石墨分布在米納斯吉拉斯州派德拉亞朱爾(Pedra Azul)，探明礦石儲(chǔ)量2.5億噸。印度石墨礦主要分布在奧瑞薩邦和拉賈斯坦邦，根據(jù)《印度礦業(yè)年報(bào)》，印度石墨儲(chǔ)量為1075萬(wàn)噸，資源量為15802.5 萬(wàn)噸。加拿大石墨礦床分布在安大略省、不列顛哥倫比亞省和魁北克省，比塞特克里克(Bissett Creek)石墨礦是北美洲最大的石墨礦床。斯里蘭卡脈狀石墨礦床世界聞名，是世界上唯一的高度石墨化的脈狀石墨礦床，位于斯里蘭卡島的西部和西南部。
中國(guó)的石墨礦產(chǎn)有晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨兩種類型。根據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)資料，截至2009年底，中國(guó)晶質(zhì)石墨礦物儲(chǔ)量為3041萬(wàn)噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量為5432萬(wàn)噸，資源量為13054萬(wàn)噸。近20年，我國(guó)晶質(zhì)石墨儲(chǔ)量呈增加態(tài)勢(shì)，但是大鱗片優(yōu)質(zhì)石墨儲(chǔ)量減少到不足500萬(wàn)噸。晶質(zhì)石墨分布在黑龍江、山東和內(nèi)蒙古等20個(gè)省(自治區(qū))。
資源分類
石墨礦床以中、小型為主，礦床類型大致分為以下5種：①結(jié)晶片巖中的似層狀石墨礦床;②變質(zhì)煤層中的石墨礦床;③霞石正長(zhǎng)巖中的石墨礦床;④矽卡巖中的石墨礦床;⑤結(jié)晶片巖中的脈狀石墨礦床。 天然石墨資源有3類，它們分別是塊狀石墨、鱗片石墨和土狀石墨(隱晶質(zhì)石墨)。
(1)致密結(jié)晶狀石墨致密結(jié)晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類石墨結(jié)晶明顯晶體肉眼可見(jiàn)。顆粒直徑大于0.1毫米，比表面積范圍集中在0.1-1m/g，晶體排列雜亂無(wú)章，呈致密塊狀構(gòu)造。這種石墨的特點(diǎn)是品位很高，一般含碳量為60～65%，有時(shí)達(dá)80～98%，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。塊狀石墨是最罕見(jiàn)、價(jià)值最高的石墨礦，主要在斯里蘭卡發(fā)現(xiàn)。
(2)鱗片石墨鱗片石墨是由許多單層的石墨結(jié)合而成，在變質(zhì)巖中以單獨(dú)的片狀存在，儲(chǔ)量少、價(jià)值高，晶體呈鱗片狀，這是在高強(qiáng)度的壓力下變質(zhì)而成的，有大鱗片和細(xì)鱗片之分。此類石墨礦石的特點(diǎn)是品位不高，一般在2～3%，或10～25%之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經(jīng)過(guò)多磨多選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤(rùn)滑性、可塑性均比其他類型石墨優(yōu)越，因此它的工業(yè)價(jià)值最大。鱗片石墨主要分布在澳大利亞、巴西、加拿大、中國(guó)、德國(guó)和馬達(dá)加斯加。 近幾年，非洲坦桑尼亞和莫桑比克等地也發(fā)現(xiàn)大量的鱗片石墨資源。有學(xué)者對(duì)莫桑比克Ancuaba及坦桑尼亞Chilalo地區(qū)的鱗片石墨礦石進(jìn)行研究，結(jié)果表明Ancuaba、Chilalo地區(qū)石墨礦中礦物組成相似，且均為優(yōu)質(zhì)大鱗片石墨資源。
(3)隱晶質(zhì)石墨隱晶質(zhì)石墨又稱微晶石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在1-5m/g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見(jiàn)到晶形。此類石墨的特點(diǎn)是表面呈土狀，缺乏光澤，潤(rùn)滑性比鱗片石墨稍差。品位較高。一般的60～85%，少數(shù)高達(dá)90%以上。一般應(yīng)用于鑄造行業(yè)比較多。隨著石墨提純技術(shù)的提高，土狀石墨應(yīng)用越來(lái)越廣泛。土狀石墨是儲(chǔ)量最多的一種，鱗片較小，結(jié)晶度不高，用于生產(chǎn)低價(jià)值的產(chǎn)品，是3種石墨中價(jià)格最低的一種;土狀石墨主要蘊(yùn)藏在土耳其、中國(guó)、歐洲、墨西哥和美國(guó)。全球石墨儲(chǔ)量2015年統(tǒng)計(jì)結(jié)果為23000萬(wàn)t，其中土耳其石墨儲(chǔ)量為9000萬(wàn)t，占全球儲(chǔ)量的39.13%，巴西為 7200萬(wàn)t，占全球儲(chǔ)量的31.30%，中國(guó)為5500萬(wàn)t，占全球儲(chǔ)量的23.91%。
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類型
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土狀石墨
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鱗片石墨
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塊狀石墨
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結(jié)晶狀態(tài)
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不好
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較好
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很好
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結(jié)晶粒度
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0.01～0.1μm
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0.05～1.5 mm （>1.0 μm）
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>0.1 mm
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品位
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60%～80%，少數(shù)高達(dá) 90%以上
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2%～5%，或10%～25%之間
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60%～65%，高的可達(dá) 80%～98%
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可浮性
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不好
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好
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好
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產(chǎn)地
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土耳其、歐洲、中國(guó)、墨西哥和美國(guó)
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澳大利亞、巴西、加拿大、中國(guó)、德國(guó)和馬達(dá)加斯加
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斯里蘭卡
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產(chǎn)業(yè)概況
礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)概況
2010年世界天然石墨產(chǎn)量為110萬(wàn)噸。中國(guó)石墨產(chǎn)量為80萬(wàn)噸(晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨)，占世界產(chǎn)量的 73%。近30年來(lái)中國(guó)石墨產(chǎn)量居世界第一。1995年中國(guó)石墨產(chǎn)量達(dá)到歷史最高，為221.5萬(wàn)噸，其中晶質(zhì)石墨產(chǎn)量為54.9萬(wàn)噸，隱晶質(zhì)石墨產(chǎn)量165.6萬(wàn)噸。2008年中國(guó)晶質(zhì)石墨產(chǎn)量創(chuàng)歷史最高水平，為65萬(wàn)噸;2009年晶質(zhì)石墨產(chǎn)量下降到48萬(wàn)噸，同期土狀石墨原礦產(chǎn)量約100萬(wàn)噸。中國(guó)晶質(zhì)石墨開(kāi)發(fā)在內(nèi)蒙古、黑龍江、山東、河北、河南、湖北、四川等16個(gè)省(自治區(qū))，重要產(chǎn)地有黑龍江雞西和蘿北、山東平度和萊西、內(nèi)蒙古興和、河北赤城、河南內(nèi)鄉(xiāng)、湖北宜昌和四川南江。中國(guó)隱晶質(zhì)石墨開(kāi)發(fā)主要在湖南省郴州地區(qū)和吉林省磐石地區(qū)，湖南省郴州地區(qū)有多家公司采用超高溫技術(shù)生產(chǎn)高純微晶石墨。
印度石墨產(chǎn)量列世界第二位，占世界石墨產(chǎn)量的11.6%。2009年印度石墨產(chǎn)量為13萬(wàn)噸。石墨開(kāi)發(fā)主要在奧瑞薩邦和拉賈斯坦邦，奧瑞薩邦石墨產(chǎn)量占65%～75%，主要生產(chǎn)商是阿格拉瓦爾石墨工業(yè)公司(Agrawal)，公司有甘若達(dá)爾(Ganjaudar)和泰姆里馬爾(Temtimal) 兩座石墨礦山;TP 礦產(chǎn)公司開(kāi)發(fā)富爾巴尼(Phulbani)、馬達(dá)古達(dá)爾夫(Madagudarf)和薩爾吉帕里(Sargipali)附近的石墨礦，兩公司生產(chǎn)鱗片石墨和粉末石墨產(chǎn)品。阿格拉瓦爾石墨工業(yè)公司計(jì)劃開(kāi)發(fā)石墨新產(chǎn)品，應(yīng)用于電池行業(yè)。
巴西石墨產(chǎn)量居世界第三位，占世界石墨產(chǎn)量的7.5%。近年來(lái)石墨生產(chǎn)穩(wěn)定，2009年石墨產(chǎn)量為7.6萬(wàn)噸。巴西國(guó)家石墨有限公司(National de Grafite)為該國(guó)主要石墨生產(chǎn)商，也是世界天然晶質(zhì)石墨的最大生產(chǎn)商之一，在米納斯吉拉斯(Minas Gerais)擁有3個(gè)晶質(zhì)石墨礦， 石墨生產(chǎn)能力為5.2萬(wàn)噸 / 年，產(chǎn)量約占巴西全部產(chǎn)量的2/3;每個(gè)礦山有石墨加工廠，伊塔派里卡(ltaperica)石墨礦原礦碳含量為16%，加工廠生產(chǎn)能力為1.44萬(wàn)噸/年，石墨產(chǎn)品用于電池、電刷和潤(rùn)滑劑;薩爾托達(dá)迪維薩(Salto de Divsa)石墨加工廠生產(chǎn)大鱗片石墨，產(chǎn)品用于耐火材料、坩堝、冶金鑄模和高碳鋼添加劑，生產(chǎn)能力擴(kuò)建到1.44萬(wàn)噸 / 年;派德拉亞朱爾(Pedra Azul) 是巴西最大的石墨礦床，石墨生產(chǎn)能力4.58萬(wàn)噸 / 年。巴西國(guó)家石墨有限公司計(jì)劃調(diào)整石墨產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)球化石墨新產(chǎn)品，用于電池行業(yè)，包括電動(dòng)汽車用大型鋰離子電池。巴西另一個(gè)重要的石墨生產(chǎn)商是格拉費(fèi)塔公司(Grafita MG Ltd.)，也在米納斯吉拉斯地區(qū)開(kāi)采的石墨。巴西耐火材料公司Mag-nesita計(jì)劃開(kāi)發(fā)巴西東部的石墨礦產(chǎn)，在2年內(nèi)石墨生產(chǎn)能力達(dá)到4萬(wàn)噸 / 年，公司開(kāi)發(fā)擴(kuò)展到上游礦物原料，目的是保證石墨原料供應(yīng)自給自足。
加拿大石墨產(chǎn)量的2.5萬(wàn)噸，石墨生產(chǎn)商主要是蒂姆科公司(Timcal)和鷹石墨公司。Timcal 加拿大公司的礦山和加工廠位于伊勒湖(Lac des Iles)，其生產(chǎn)能力對(duì)外保密。2007年加拿大有許多開(kāi)發(fā)商計(jì)劃建設(shè)石墨生產(chǎn)基地，由于金融危機(jī)這些公司石墨開(kāi)發(fā)項(xiàng)目暫停，2010年國(guó)際市場(chǎng)對(duì)石墨需求增加，石墨價(jià)格攀升，估計(jì)加拿大計(jì)劃新建的石墨開(kāi)發(fā)項(xiàng)目將會(huì)陸續(xù)開(kāi)工建設(shè)。工業(yè)礦物公司(IMI)開(kāi)發(fā)比塞特克里克(Bissett Creek)鱗片石墨礦，位于安大略省瑪利亞城，公司目標(biāo)是成為北美最大的鱗片石墨生產(chǎn)商。富通石墨公司(FortuneGraphite Inc.)開(kāi)發(fā)隱晶質(zhì)石墨和鱗片石墨，礦山位于不列顛哥倫比亞省東南部的庫(kù)登奈山一帶(Kootenay)?？蛲胁傻V公司(Quinto Mining Corp.)開(kāi)發(fā)蓋雷特湖(LacGueret)石墨礦床 ，位于魁北克東北的科特諾德(Cotenord)地區(qū)，該床礦石墨品位為15%到40%。環(huán)球石墨有限公司開(kāi)發(fā)蘇必利爾(Superior)石墨礦床，該礦是鱗片石墨，礦石儲(chǔ)量5500萬(wàn)噸。
朝鮮石墨礦埋藏較深，需地下開(kāi)采，礦山增產(chǎn)不容易。近年來(lái)石墨產(chǎn)量穩(wěn)定在3萬(wàn)噸;馬達(dá)加斯加石墨開(kāi)發(fā)商是格蘭德公司 (SocieteMiniere de la Grande Ile)和加洛伊斯公司(EstablissmentsGallois)，2008年石墨減產(chǎn)到0.5萬(wàn)噸。烏克蘭石墨礦床分布在基洛夫格勒州(KirovogradOblast)，石墨開(kāi)發(fā)商是扎瓦利夫斯基石墨公司(Zavalivsky Grafitovy Kombinat)，烏克蘭石墨產(chǎn)量為0.75萬(wàn)～1萬(wàn)噸;斯里蘭卡有世界聞名的脈狀石墨礦床，位于斯里蘭卡島的西部和西南部，石墨礦脈埋藏較深，需地下開(kāi)采。斯里蘭卡伯格拉石墨公司 (Bogala Graphite SriLanka)是德國(guó)GK公司的子公司，公司從英國(guó)進(jìn)口設(shè)備新裝備了石墨加工廠;捷克有2個(gè)石墨開(kāi)發(fā)商，科伊努爾石墨公司和泰恩石墨公司，位于波希米亞(Bohemia)南部，從17世紀(jì)開(kāi)始加工生產(chǎn)石墨產(chǎn)品。科伊努爾石墨公司開(kāi)采加工鱗片石墨。泰恩石墨公司是德國(guó)GK公司的子公司，公司從1965年開(kāi)始生產(chǎn)石墨產(chǎn)品，近年來(lái)集中開(kāi)發(fā)高純石墨，尤其是電池用石墨產(chǎn)品; 奧地利凱瑟貝格公司(Grafitbergbau Kaiserberg)經(jīng)營(yíng)的露采石墨礦位于凱瑟貝格(Kaiserberg) 和特里本(Trieben)，石墨加工廠作業(yè)包括干燥、分級(jí)、磨礦和浮選及超細(xì)研磨，該廠有隱晶質(zhì)石墨浮選廠，加工能力3萬(wàn)噸，公司供應(yīng)微細(xì)石墨、大顆粒石墨、鱗片石墨和合成石墨; 瑞士蒂姆科公司(Timcal)是世界上領(lǐng)先的縱向集成石墨生產(chǎn)商。石墨開(kāi)發(fā)分布在加拿大、歐洲和亞洲，產(chǎn)品分銷機(jī)構(gòu)分布在南非、澳大利亞、印度、馬來(lái)西亞和泰國(guó)，該公司取得了我國(guó)內(nèi)蒙古包頭晶元石墨公司85%的權(quán)益; 澳大利亞目前沒(méi)有開(kāi)采石墨，將來(lái)有可能開(kāi)發(fā)生產(chǎn)石墨產(chǎn)品。鷹灣資源公司(Eagle Bay)擁有尤利(Uley)石墨礦床，碳含量7.4%的儲(chǔ)量377 萬(wàn)噸，碳含量13.7%的儲(chǔ)量244萬(wàn)噸，礦床附近有加工廠，1993年工廠停產(chǎn)，主要是因?yàn)閲?guó)際市場(chǎng)石墨價(jià)格低。蒙林阿普(Munglinup)石墨礦床有大鱗片石墨，鋰精礦生產(chǎn)商格瓦利亞公司(Gwalia)的子公司擁有該礦權(quán)，該石墨礦在1953～1956年期間曾經(jīng)開(kāi)采，因石墨價(jià)格低等原因一直停產(chǎn)，據(jù)估計(jì)探明的和推測(cè)的資源量為140萬(wàn)噸，平均品位18.2%，深55米。
生產(chǎn)消費(fèi)概況
受世界經(jīng)濟(jì)回暖對(duì)石墨產(chǎn)業(yè)的影響，世界石墨需求量近年來(lái)穩(wěn)中有升。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)統(tǒng)計(jì)，2012年世界主要石墨生產(chǎn)國(guó)家有中國(guó)、印度、巴西、加拿大、朝鮮、俄羅斯和捷克。
中國(guó)的產(chǎn)量最大，為75萬(wàn)噸，占世界石墨產(chǎn)量的68%。天然石墨主要的出口國(guó)分別是中國(guó)、墨西哥、加拿大、巴西、馬達(dá)加斯加。這幾個(gè)國(guó)家出口全世界97%的石墨，占90%的石墨出口額。土狀石墨主要由墨西哥出口，塊狀石墨為斯里蘭卡出口，中國(guó)、加拿大、馬達(dá)加斯加則出口晶質(zhì)鱗片石墨。
隨著加熱技術(shù)和酸浸技術(shù)的進(jìn)步，能夠獲得的石墨純度越來(lái)越高，開(kāi)拓了石墨在高新科技領(lǐng)域新的應(yīng)用。提純技術(shù)的革新，使石墨在碳復(fù)合材料、電子工業(yè)、摩擦材料、潤(rùn)滑等領(lǐng)域有了更廣泛的應(yīng)用。以石墨紙為代表的柔性石墨產(chǎn)業(yè)具有很好的市場(chǎng)前景，大量燃料電池的廣泛應(yīng)用提高了石墨的用量。
中國(guó)是石墨的生產(chǎn)大國(guó)也是消費(fèi)大國(guó)，卻不是石墨強(qiáng)國(guó)。石墨行業(yè)現(xiàn)有落后的加工提純技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展極不平衡，有些地區(qū)根本無(wú)石墨提純企業(yè)，仍停留在賣石墨資源，對(duì)一些高技術(shù)含量的天然石墨產(chǎn)品有的還需從無(wú)石墨資源的發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口。以便宜的價(jià)格將中碳石墨賣給外商，再?gòu)耐馍桃詭资队谖覀兂隹诘膬r(jià)格購(gòu)進(jìn)高純石墨或石墨深加工產(chǎn)品的被動(dòng)局面仍然存在。 為使我國(guó)由石墨大國(guó)向石墨強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，必須走石墨深加工產(chǎn)業(yè)路線，將石墨原料加工成石墨材料，而為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先必須加強(qiáng)石墨提純技術(shù)研究。
存在問(wèn)題
早在20世紀(jì)初期，我國(guó)就已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)采使用石墨材料。由于我國(guó)石墨的儲(chǔ)量大且產(chǎn)地集中，給我國(guó)利用石墨發(fā)展提供了諸多的便利條件。目前，我國(guó)的石墨新型技術(shù)開(kāi)發(fā)與利用已進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展階段。許多新型的石墨產(chǎn)品與新型技術(shù)得到了較高的利用與發(fā)展。目前我國(guó)石墨行業(yè)發(fā)展中主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
(1)石墨開(kāi)采規(guī)劃與統(tǒng)籌不到位我國(guó)的石墨儲(chǔ)量位居世界第二位，但是由于沒(méi)有對(duì)石墨礦業(yè)的統(tǒng)一投入與規(guī)劃，導(dǎo)致我國(guó)的石墨沒(méi)有統(tǒng)一的定價(jià)與統(tǒng)籌管理。開(kāi)采規(guī)模與產(chǎn)值不高。石墨的開(kāi)發(fā)與利用主要是依靠高新產(chǎn)品的生產(chǎn)與研發(fā)得到更大的附加值與利潤(rùn)，在我國(guó)目前的石墨開(kāi)發(fā)利用中新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與利用呈現(xiàn)出無(wú)序的狀態(tài)，不能將規(guī)劃與統(tǒng)籌相結(jié)合達(dá)到利益最大化。
(2)石墨資源開(kāi)發(fā)與利用缺少渠道石墨資源是一種不可再生性資源，只有不斷加大石墨資源的開(kāi)發(fā)與利用才可以獲得更大的產(chǎn)品附加值。目前，我國(guó)對(duì)于石墨資源的開(kāi)發(fā)與利用缺少渠道，石墨的初級(jí)生產(chǎn)較多，但是對(duì)于高新材料的研發(fā)與利用沒(méi)有渠道。市場(chǎng)中最有效的產(chǎn)品與生產(chǎn)加工相結(jié)合才可以產(chǎn)生更多的最大利潤(rùn)，這二者缺一不可。石墨資源與高新產(chǎn)品的結(jié)合必然會(huì)對(duì)石墨產(chǎn)業(yè)起到一個(gè)不可替代的推動(dòng)作用。目前我國(guó)石墨資源的開(kāi)發(fā)與利用相結(jié)合的渠道較為單一，沒(méi)有將市場(chǎng)需求與產(chǎn)品研發(fā)相結(jié)合。
(3)石墨礦業(yè)權(quán)設(shè)置無(wú)統(tǒng)一規(guī)劃石墨是一種礦業(yè)產(chǎn)物，對(duì)于開(kāi)采的環(huán)境破壞嚴(yán)重。我國(guó)沒(méi)有對(duì)石墨礦業(yè)權(quán)設(shè)置統(tǒng)一規(guī)劃，導(dǎo)致了大量的無(wú)序開(kāi)采與資源的浪費(fèi)。石墨礦產(chǎn)開(kāi)采與其它礦業(yè)開(kāi)采有著同樣的特點(diǎn)，初期投入生產(chǎn)資本較大、對(duì)環(huán)境影響十分嚴(yán)重。只有將石墨礦業(yè)開(kāi)采進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃，減少不必要的重復(fù)性投入可以適當(dāng)?shù)脑龃笸度肱c產(chǎn)出的比率。
(4)盜采現(xiàn)象嚴(yán)重非石墨開(kāi)采區(qū)的非法開(kāi)采現(xiàn)象十分嚴(yán)重。石墨是一種不可再生性資源，開(kāi)采利用率決定開(kāi)采直接經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過(guò)盜采的石墨礦再利用的機(jī)率可以忽略不計(jì)。我國(guó)目前對(duì)于盜采石墨的打擊力度很大，但是在高額利潤(rùn)面前，仍有不少小礦業(yè)主對(duì)此不加理睬。強(qiáng)化石墨盜采打擊力度對(duì)于保護(hù)石墨礦業(yè)有著十分重要的意義。
提純方法
石墨深加工產(chǎn)業(yè)的前提是提純，石墨提純是一個(gè)復(fù)雜的物化過(guò)程，其提純方法主要有浮選法、堿酸法、氫氟酸法、氯化焙燒法、高溫法。
浮選法
浮選是一種常用而重要的選礦方法，石墨具有良好的天然可浮性，基本上所有的石墨都可以通過(guò)浮選的方法進(jìn)行提純，為保護(hù)石墨的鱗片，石墨浮選大多采用多段流程。石墨浮選捕收劑一般選用煤油，用量為100～200g/t，起泡劑一般采用松醇油或丁醚油，用量為50～250g/t。 大鱗片石墨的價(jià)值及應(yīng)用均比細(xì)鱗片石墨大得多，而且一旦破壞就無(wú)法恢復(fù)。在石墨選礦中保護(hù)石墨的大鱗片是選礦過(guò)程中不可忽視的問(wèn)題。 因石墨具有良好的天然可浮性，浮選法可使石墨的品位提高到80%～90%，甚至可達(dá)95%左右。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是所有提純方案中能耗和試劑消耗最少、成本最低的一種。但呈極細(xì)狀態(tài)夾雜在石墨鱗片中的硅酸鹽礦物和鉀、鈣、鈉、鎂、鋁等元素的化合物，用磨礦的方法不能將其單體解離，而且不利于保護(hù)石墨大鱗片。因此浮選法只是石墨提純的初級(jí)手段，若要獲得含碳量99%以上的高碳石墨，必須用其他方法提純。
堿酸法
堿酸法包括兩個(gè)反應(yīng)過(guò)程：堿熔過(guò)程和酸浸過(guò)程。堿熔過(guò)程是在高溫條件下，利用熔融狀態(tài)下的堿和石墨中酸性雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，特別是含硅的雜質(zhì)(如硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英等)，生成可溶性鹽，再經(jīng)洗滌去除雜質(zhì)，使石墨純度得以提高。酸浸過(guò)程的基本原理是利用酸和金屬氧化物雜質(zhì)反應(yīng)，這部分雜質(zhì)在堿熔過(guò)程中沒(méi)有和堿發(fā)生反應(yīng)。使金屬氧化物轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，再經(jīng)洗滌使其與石墨分離，經(jīng)過(guò)堿熔和酸浸相結(jié)合對(duì)石墨提純有較好的效果。 多種堿性物質(zhì)均可以除去石墨雜質(zhì)，堿性越強(qiáng)，提純效果越好。堿酸法多用熔點(diǎn)小、堿性強(qiáng)的NaOH。酸浸過(guò)程所用的酸可以是HCl、H2SO4、HNO3或者是它們之間的混合使用，其中HCl應(yīng)用較多。 對(duì)于一些含硅較高的石墨，堿熔法提純石墨還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硅的綜合回收利用。堿熔酸浸后的溶液為酸性，溶液中的硅雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣杷幔尤胍欢康拿鞯\即可將硅酸提取出來(lái)，再經(jīng)900℃的高溫煅燒，可得到純的二氧化硅。 堿酸法是我國(guó)石墨提純工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的方法，具有一次性投資少、產(chǎn)品品位較高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，以及設(shè)備簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。不足是需要高溫煅燒，能量消耗大，工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，石墨流失量大以及廢水污染嚴(yán)重，因而利用石墨提純廢水制取聚合氯化硅酸鋁鐵等綜合利用技術(shù)顯得十分重要。
氫氟酸法
氫氟酸是強(qiáng)酸，幾乎可以與石墨中的任何雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而石墨具有良好的耐酸性，特別是可以耐氫氟酸，決定了石墨可以用氫氟酸進(jìn)行提純。氫氟酸法的主要流程為石墨和氫氟酸混合，氫氟酸和雜質(zhì)反應(yīng)一段時(shí)間產(chǎn)生可溶性物質(zhì)或揮發(fā)物，經(jīng)洗滌去除雜質(zhì)，脫水烘干后得到提純石墨。 氫氟酸與Ca、Mg、Fe等金屬氧化物反應(yīng)生成沉淀，產(chǎn)生的 H2SiF6溶于溶液，又可除去Ca、Mg、Fe等雜質(zhì)。 氫氟酸有劇毒，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，配合其他酸對(duì)石墨進(jìn)行提純，可以有效地減少氫氟酸用量。氫氟酸法提純石墨具有工藝流程簡(jiǎn)單、產(chǎn)品品位高、成本相對(duì)較低、對(duì)石墨產(chǎn)品性能影響小的優(yōu)點(diǎn)。但是氫氟酸有劇毒，在使用過(guò)程中必須具有安全保護(hù)措施，對(duì)產(chǎn)生的廢水必須經(jīng)過(guò)處理后方能向外排放，否則將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。
氯化焙燒法
氯化焙燒法是將石墨和一定的還原劑混在一起，在特定的設(shè)備和氣氛下高溫焙燒，物料中有價(jià)金屬轉(zhuǎn)變成氣相或凝聚相的金屬氯化物，而與其余組分分離，使石墨純化的工藝過(guò)程。
石墨中的雜質(zhì)在高溫條件下，可以分解成熔沸點(diǎn)較高的氧化物，如 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO。這些氧化物在一定高溫和氣氛下，通入氯氣后，金屬氧化物和氯氣反應(yīng)生成熔沸點(diǎn)較低的氯化物。于是在較低的溫度下，這些氯化物可氣化而逸出，實(shí)現(xiàn)與石墨分離，使石墨得以提純。
氯化焙燒法的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)能、提純效率高(>98%)、回收率高，但也存在氯氣有毒、嚴(yán)重腐蝕性和嚴(yán)重污染環(huán)境等問(wèn)題。在工藝上生產(chǎn)石墨的純度有限，工藝穩(wěn)定性不好，影響了氯化法在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，還有待進(jìn)一步改善和提高。
高溫提純法
石墨的熔點(diǎn)為3850℃±50℃，是自然界熔沸點(diǎn)最高的物質(zhì)之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雜質(zhì)硅酸鹽的沸點(diǎn)。利用它們的熔沸點(diǎn)差異，將石墨置于石墨化的石墨坩堝中，在一定的氣氛下，利用特定的儀器設(shè)備加熱到2700℃，即可使雜質(zhì)氣化從石墨中逸出，達(dá)到提純的效果。該技術(shù)可以將石墨提純到99.99%以上。
高溫法提純石墨影響因素較多：①石墨原料雜質(zhì)含量對(duì)高溫法提純的效果影響最大，原料的雜質(zhì)含量不同，所得產(chǎn)品的灰分就不同，且含碳量高的石墨提純效果更好，高溫法常以浮選法或堿酸法提純后含碳量達(dá)到99%及以上的石墨為原料;②石墨坩堝的含碳量也是影響提純效果的重要因素，坩堝灰分低于石墨灰分，有助于石墨中的灰分逸出;③采用大電流，石墨升溫快，有利于石墨純化，最好使用高功率電極的原料，并經(jīng)2800℃高溫處理;④石墨粒度對(duì)提純效果也有一定的影響。 高溫法提純石墨，產(chǎn)品質(zhì)量高，含碳量可達(dá)99.995%以上，這是高溫法的最大特點(diǎn)，但同時(shí)耗能大、對(duì)設(shè)備要求極高，需要專門進(jìn)行設(shè)計(jì)，投資大，對(duì)提純的石墨原料也有一定的要求，只有應(yīng)用于國(guó)防、航天、核工業(yè)等高科技領(lǐng)域的石墨才用此方法進(jìn)行提純。
應(yīng)用
石墨可用于生產(chǎn)耐火材料、導(dǎo)電材料、耐磨材料、潤(rùn)滑劑、耐高溫密封材料、耐腐蝕材料、隔熱材料、吸附材料、摩擦材料和防輻射材料等，這些材料廣泛應(yīng)用于冶金、石油化工、機(jī)械工業(yè)、電子產(chǎn)業(yè)、核工業(yè)和國(guó)防等。
耐火材料
在鋼鐵工業(yè)，石墨耐火材料用于電弧高爐和氧氣轉(zhuǎn)爐的耐火爐襯、鋼水包耐火襯等; 石墨耐火材料主要是整體澆鑄材料、鎂碳磚和鋁石墨耐火材料。石墨還用于粉末冶金和金屬鑄造成膜材料，石墨粉加入到鋼水中增加鋼的碳含量，使高碳鋼具有許多優(yōu)異性能。
導(dǎo)電材料
在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機(jī)顯像管的涂層等。
耐磨潤(rùn)滑材料
石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在-200～2000℃溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤(rùn)滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好的潤(rùn)滑劑。
耐腐蝕材料
經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)，就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過(guò)濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。
高溫冶金材料
由于石墨的熱膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器的鑄模，使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確，表面光潔成品率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長(zhǎng)坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管等元件。
原子能與國(guó)防工業(yè)
石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾-石墨反應(yīng)堆是目前應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn)，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過(guò)幾十個(gè)ppm 。特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5ppm。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。
(1) 石墨還能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗(yàn)表明，在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4～5克)能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。
(2) 石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料。 [8](3) 石墨深加工產(chǎn)品填加到塑料產(chǎn)品和橡膠產(chǎn)品中，可使塑料制品和橡膠制品不產(chǎn)生靜電，許多工業(yè)產(chǎn)品需要具有防靜電和屏蔽電磁輻射功能，石墨產(chǎn)品兼有這兩項(xiàng)功能，石墨在塑料制品、橡膠制品及其它相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用也會(huì)增加。
此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國(guó)已用它做為汽車電池。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。
石墨深加工
現(xiàn)狀
由于我國(guó)冶金鋼鐵業(yè)的持續(xù)增長(zhǎng)，世界鋰離子電池的迅猛發(fā)展，拉動(dòng)對(duì)石墨原料的需求;同時(shí)產(chǎn)業(yè)界、政府對(duì)石墨戰(zhàn)略資源作用的日益重視，使石墨礦產(chǎn)品的價(jià)格迅速攀升，扭轉(zhuǎn)了20多年來(lái)其他礦產(chǎn)品都在漲價(jià)、石墨卻不斷降價(jià)的不正常局面，不僅使石墨行業(yè)效益不斷提高、同時(shí)也使得一些社會(huì)資金不斷涌入石墨行業(yè)。這種大好形勢(shì)對(duì)于石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展當(dāng)然是大好時(shí)機(jī)，但是如果不科學(xué)規(guī)劃、合理引導(dǎo)，而一味的擴(kuò)大采選量，就可能再次發(fā)生20世紀(jì)80年代末亂采亂挖的“黑色風(fēng)暴”，給石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成重大損失。
我國(guó)是石墨資源大國(guó)，但是長(zhǎng)期以來(lái)石墨產(chǎn)業(yè)內(nèi)部低技術(shù)層次的產(chǎn)量、價(jià)格的惡性競(jìng)爭(zhēng)，資金和技術(shù)投入嚴(yán)重不足，以生產(chǎn)原礦和選礦的低端產(chǎn)品為主，使得產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期低迷。這種狀況導(dǎo)致我國(guó)石墨深加工技術(shù)和產(chǎn)品落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，資源大國(guó)卻是深加工弱國(guó)。這與我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展很不適應(yīng)。當(dāng)前和今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，保護(hù)和科學(xué)利用石墨這種寶貴的戰(zhàn)略資源，發(fā)展石墨深加工技術(shù)和產(chǎn)品是大有可為的一項(xiàng)事業(yè)。
我國(guó)鱗片石墨的深加工技術(shù)發(fā)展已經(jīng)有一定基礎(chǔ)，科技部“八五”至“十一五”國(guó)家科技攻關(guān)、支撐計(jì)劃在非金屬礦、西部開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中分別列入課題，在深加工技術(shù)進(jìn)步上取得明顯成果?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一批效益良好的(鱗片)石墨深加工企業(yè)，規(guī)模最大的柔性石墨企業(yè)主要分布在江浙地區(qū)，負(fù)極材料等電池材料企業(yè)主要分布在深圳等珠三角、長(zhǎng)三角地區(qū)。
我國(guó)原來(lái)微晶石墨的深加工技術(shù)基本空白。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，由于微晶石墨的晶體微小(≤1μm)，每個(gè)石墨顆粒中有很多微晶無(wú)序堆積，使得顆粒表現(xiàn)出各向同性。這使得它成為鋰離子電池(特別是動(dòng)力電池)負(fù)極材料和各向同性石墨的極好原料，在新能源、核能、軍工等高新技術(shù)領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值。清華大學(xué)在這方面進(jìn)行了原創(chuàng)性的科技研究與開(kāi)發(fā)，正在與相關(guān)企業(yè)合作建設(shè)微晶石墨提純、深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)線。
2023年10月20日，商務(wù)部聯(lián)合海關(guān)總署發(fā)布關(guān)于優(yōu)化調(diào)整石墨物項(xiàng)臨時(shí)出口管制措施的公告，將此前實(shí)施臨時(shí)管制的球化石墨等三種高敏感石墨物項(xiàng)，正式納入兩用物項(xiàng)出口管制清單。同時(shí)取消對(duì)爐用碳電極等五種主要用于鋼鐵、冶金、化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)工業(yè)的低敏感石墨物項(xiàng)的臨時(shí)管制。該政策將于2023年12月1日起正式施行。
產(chǎn)品形式
(1)高純石墨主要被用于軍事及工業(yè)材料中安定劑及其它行業(yè)的工業(yè)催化作用，有著結(jié)晶完整并具有非常良好的導(dǎo)熱性能。
(2)等靜壓石墨等靜壓石墨是高純石墨的延伸產(chǎn)品，主要由高純石墨加工而成，有著高純石墨的特點(diǎn)，具有受熱膨脹率小、受熱后的熱傳導(dǎo)性能優(yōu)良等主要特點(diǎn)。
(3)可膨脹石墨可膨脹石墨主要選用自然排列的天然鱗片石墨，主要經(jīng)過(guò)酸性氧化處理后的層間化合物，本身體有著耐高溫、耐高熱等優(yōu)點(diǎn)外，增加了石墨的可膨脹性。
(4)氟化石墨氟化石墨是集性能與效益合一的新型石墨產(chǎn)品。有著較高的附加值與獨(dú)特的品質(zhì)，被多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的石墨功能性材料。主要應(yīng)用于電池原料與固體潤(rùn)滑劑等領(lǐng)域。 由于氟化石墨表面能低，電活性極高，可作為電池的活性材料，在一次鋰離子電池中應(yīng)用較廣泛，氟化石墨主要與鋰或含鋰的有機(jī)溶劑混合制成高性能鋰電池。除了作為鋰電池正極材料外，氟化石墨還可作為高能量密度鎂電池、鋁離子電池正極材料等。 另外，與其他固體潤(rùn)滑劑相比，氟化石墨的潤(rùn)滑性能更好，且?guī)缀醪皇墉h(huán)境的影響，如在高溫、高壓、腐蝕性環(huán)境下均能表現(xiàn)優(yōu)異的性能。由于其穩(wěn)定的性質(zhì)和優(yōu)良的潤(rùn)滑性能，可作為在惡劣環(huán)境下運(yùn)作的機(jī)械設(shè)備、密封材料等方面的潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑劑添加劑。
(5)膠體石墨膠體石墨主要在保證優(yōu)良的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性之外利用石墨成膜均勻等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于消除靜電成膜領(lǐng)域。
(6)石墨烯石墨烯是一種由一個(gè)原子厚度組成的二維材料，主要是用于軍事領(lǐng)域的防彈材料制作與導(dǎo)電劑。
發(fā)展方向
以深加工為主，實(shí)現(xiàn)一些重要工程項(xiàng)目，建設(shè)完整產(chǎn)業(yè)鏈，引導(dǎo)石墨產(chǎn)業(yè)健康科學(xué)地發(fā)展。
一是陳舊技術(shù)設(shè)備的改造;二是目前炭石墨材料發(fā)展的熱點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)品，如鋰離子電池負(fù)極材料、各向同性石墨、高導(dǎo)熱石墨等的產(chǎn)業(yè)化、集約化。
(1)石墨采選礦技術(shù)設(shè)備的更新?lián)Q代我國(guó)的石墨采選礦技術(shù)設(shè)備從20世紀(jì)60年代以來(lái)基本沒(méi)有進(jìn)步，在能耗和礦物回收率方面大大落后于其他礦種。石墨采選礦技術(shù)設(shè)備相對(duì)其他礦種要簡(jiǎn)單，但由于產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期效益低，資金缺乏，沒(méi)有更新?lián)Q代。有實(shí)力的礦產(chǎn)設(shè)計(jì)研究院與采選企業(yè)結(jié)合，引進(jìn)其他礦種的先進(jìn)采選礦技術(shù)設(shè)備，設(shè)計(jì)建設(shè)先進(jìn)的石墨采選礦生產(chǎn)線，在能耗、回收率、大鱗片保護(hù)、水資源節(jié)約利用、尾礦處理等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上有顯著改善。運(yùn)行成功后在產(chǎn)業(yè)內(nèi)推廣，并將先進(jìn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為行業(yè)準(zhǔn)入和淘汰落后技術(shù)裝備的指標(biāo)。
(2)建設(shè)先進(jìn)的規(guī)?；峒兩a(chǎn)線國(guó)內(nèi)已經(jīng)具有環(huán)保節(jié)能的先進(jìn)酸堿法提純和節(jié)能型高溫提純技術(shù)，政府引導(dǎo)，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，針對(duì)資源特點(diǎn)，建設(shè)不同類型的規(guī)?；峒兩a(chǎn)線。嚴(yán)格限制化學(xué)提純中嚴(yán)重污染環(huán)境的氫氟酸的使用。
(3)鋰電天然石墨負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)規(guī)?；皠?dòng)力、儲(chǔ)能型電池負(fù)極材料的研發(fā)國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了鱗片石墨球形化后制備負(fù)極材料的企業(yè)，如貝特瑞等;清華大學(xué)等院校具有了以微晶石墨制備負(fù)極材料的技術(shù)，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量還不能滿足鋰離子電池迅速發(fā)展的需求。國(guó)內(nèi)大批生產(chǎn)的球形石墨主要出口日本及韓國(guó)，供國(guó)外企業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量負(fù)極材料。依托資源，把天然石墨鋰離子電池負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)規(guī)?；⑨槍?duì)不同檔次電池需求，研發(fā)不同品質(zhì)負(fù)極材料，使產(chǎn)品系列化;研發(fā)安全、長(zhǎng)壽命的天然石墨動(dòng)力型、儲(chǔ)能型電池負(fù)極材料。隨著鋰離子電池需求的迅猛增長(zhǎng)，負(fù)極材料的市場(chǎng)前景十分廣闊。
(4)天然石墨基各向同性石墨的產(chǎn)業(yè)化各向同性石墨廣泛應(yīng)用于核能、硅晶制備、電火花加工、連續(xù)鑄鋼、航空航天等領(lǐng)域，是炭材料的高端產(chǎn)品、戰(zhàn)略物資。我國(guó)目前所需的各向同性石墨2/3依靠進(jìn)口。傳統(tǒng)技術(shù)制備各向同性石墨技術(shù)復(fù)雜、成本高。微晶石墨礦物顆粒本身具有各向同性性，是制備各向同性石墨的很好原料，而且能簡(jiǎn)化工藝、降低成本，已經(jīng)制備出工業(yè)尺寸的樣品，各向同性參數(shù)達(dá)到1.04(要求最高的核石墨1.05);鱗片石墨球形化后，也具有制備各向同性石墨的潛在可能。清華大學(xué)等已經(jīng)具有自己原創(chuàng)的專利技術(shù)，正與企業(yè)合作實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。
(5)天然石墨基高導(dǎo)熱材料電子設(shè)備的小型化，要求電子器件的集成度越來(lái)越高，使得散熱成為IT產(chǎn)業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)輕質(zhì)高導(dǎo)熱材料需求越來(lái)越大。柔性石墨作為均熱導(dǎo)熱材料已廣泛用于LED顯示器及許多電子產(chǎn)品;利用天然石墨的優(yōu)良導(dǎo)熱性，制備導(dǎo)熱性與銅相當(dāng)或更高，而密度只有銅1/4的高端導(dǎo)熱材料，武漢科技大學(xué)、山西煤化所、清華大學(xué)等已有相關(guān)技術(shù)，建議產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
(6)柔性石墨產(chǎn)品的系列化研究我國(guó)柔性石墨的生產(chǎn)已經(jīng)具有一定規(guī)模，并且與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)有多項(xiàng)合作。但我國(guó)的產(chǎn)品多為中低端產(chǎn)品，品種規(guī)格不到國(guó)外的1/5。建議產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，針對(duì)使用要求研發(fā)高端產(chǎn)品，完善品種規(guī)格，使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。
(7)膨脹石墨環(huán)保材料的產(chǎn)業(yè)化膨脹石墨對(duì)水體污染的吸附治理作用，已有大量的研究成果，在治理水體的油品、有機(jī)物污染上，膨脹石墨遠(yuǎn)比現(xiàn)在使用的普通活性炭有效、經(jīng)濟(jì)。但膨脹石墨不便運(yùn)輸，需要在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)制備。膨脹石墨環(huán)保材料的制備、使用、回收、再生有一定的技術(shù)難度，加之過(guò)去對(duì)環(huán)保不夠重視，膨脹石墨環(huán)保材料一直沒(méi)能產(chǎn)業(yè)化。黨的十八大提出了建設(shè)美麗中國(guó)，加大了環(huán)保力度，使得膨脹石墨環(huán)保材料的產(chǎn)業(yè)化成為可能。現(xiàn)在膨脹石墨環(huán)保材料的產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，可以從兩個(gè)技術(shù)層面進(jìn)行這項(xiàng)工程。
在水污染企業(yè)，如鋼鐵、化工、印染、食品等企業(yè)集中的地區(qū)，建設(shè)膨脹石墨環(huán)保材料制備、使用、回收、再生的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。膨脹石墨環(huán)保材料與其他治理方法的配合使用，將使水污染的治理程度和效益大大提升。對(duì)日益頻發(fā)的油品和有機(jī)物水體污染突發(fā)事件，建造綜合性水域環(huán)保專用船舶，把傳統(tǒng)的圍欄、抽吸等治理手段與膨脹石墨高效吸油性能結(jié)合起來(lái)，提高治污能力。
評(píng)論區(qū)
