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石墨烯:产业升级的“加速器”

来源:恒森电子 时间:2016-01-29 点击:2018

  我国天然石墨资源储量丰富,长期位居全球首位,产量也长期稳居世界第一,此外,我国还是全球最大的天然石墨消费国。然而,多年来我国低价大量出口石墨初级产品、同时又大量高价进口高附加值石墨产品的进出口“倒挂”现象,却让石墨产业一直备受诟病。

  若要改变彻底改变这种现状,我国石墨产业的发展必须要瞄准前沿领域,弯道超速,方能后来居上。

  三大“软肋”掣肘行业发展

  “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。”一直致力于石墨应用研发的武汉理工大学资源与环境工程学院教授张凌燕对此表达了自己的担忧。

  美国地质调查局2014年2月公布的数据显示,世界石墨资源储量为13000万吨,其中中国的石墨资源储量是5500万吨,位列巴西(5800万吨)之后,成为世界第二大石墨资源国。而在此之前的多年,中国一直是世界石墨资源储量最大的国家。

  除了资源储量,石墨产量和消费量也是衡量市场供求关系的两个重要指标。

  我国石墨产业升级出路与前景分析 石墨烯成“加速器”

  据张凌燕教授介绍,2008年~2013年,世界天然石墨产量除2010年有明显下降外,基本保持稳定。我国石墨产量长期稳居世界第一,各年产量约占全球总产量的70%,远多于其他国家。我国每年的石墨消费量约为130万吨,占全球天然石墨消费量的50%,也是全球最大的天然石墨消费国。

  对此,张凌燕教授进一步分析,虽然我国石墨资源储量仍然很大,但由于产量已占到了全球70%,消费量也是位列全球各国之首。随着我国石墨资源的消耗,以及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,未来我国石墨资源占全球的比例或将继续缩小,届时可能失去在世界上的话语权。

  上述是宏观的资源储量、产量与消费量三者间的关系,具体到某一类石墨资源或是产品又有差异。

  据了解,天然石墨根据结晶形态不同分为晶质石墨和隐晶质石墨。隐晶质石墨晶体直径小于1微米,因为品位低、可选性差,价格较为低廉,主要用于生产低端石墨产品,市场价值不如晶质石墨。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,致密块状石墨矿床很少,鳞片石墨是国内外工业利用的主要石墨类型,其中鳞片尺寸越大,且大鳞片所占比例高,这样的鳞片石墨矿价值越高。
  相比其他类型石墨,大鳞片石墨资源最为紧缺。虽然我国石墨资源丰富,但已探明的大鳞片石墨资源并不多,因此一直处于供不应求的状态,亦成为市场短板。

  与巨大的市场需求缺口极不匹配的是,目前全球已探明的大鳞片石墨矿物量并不多,美国地质调查局2013年报告显示,全球大鳞片石墨矿物量不足500 万吨,其中马达加斯加这样的大鳞片石墨主产区也只有94万吨。因此,大鳞片石墨已经成为国内甚至全球市场上争夺的热点,有的国家甚至将其列为重要的国家战略物资,只进不出。

  在石墨产品进出口方面,多年来,我国低价大量出口石墨初级产品的同时,大量高价进口高附加值石墨产品,这也成为石墨行业的突出问题。

  我国生产的石墨制品绝大部分是初级产品,因为产能过剩,无序竞争,压制了价格,出口产品每吨价格不及3000元,而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,这成为石墨产业惨遭口诛笔伐的“经典事例”。我国石墨产品悬殊的进出口价格,意味着石墨资源的低价流失,蒙受巨大损失。究其原因,既有国外对我国实行石墨加工技术封锁,也有我国尚没有攻破关键技术的症结。

  在我国大量出口石墨初级产品的同时,美、日、韩等发达国家却早把石墨列为国家战略资源,严控开采,以采代购。

  超大型石墨矿一鸣惊人

  产业升级是化解危机的根本途径,但前提条件还是资源的保障,充足、质优的资源是产业升级的强大后盾。

  去年,我国在内蒙古阿拉善发现一处超大型大鳞片石墨矿——查汗木胡鲁石墨矿,目前已探明石墨资源总量1.3亿吨,约占全球可采储量的7.3%,平均品位5.45%,并已取得内蒙古国土资源厅矿产资源储量评审备案,这意味着其储量得到官方认可,也就是算数的资源储量。

  该矿大鳞片石墨矿物量多达703万吨,相当于7个马达加斯加大鳞片石墨主产区的资源量。石墨鳞片的大小以“目”为衡量单位,目数越小,鳞片尺寸越大,俗称为大鳞片,反之则称为“小鳞片”或“细鳞片”。经岩矿鉴定,查汗木胡鲁矿全矿区石墨片度大于正100目以上的占到99.8%,进一步的选矿试验显示,浮选精矿正100目的产率达到61%,而国内其他多数石墨矿的这一比例普遍仅为30%至40%,虽然个别石墨矿能达到50%的比例,但储量小,和查汗木胡鲁石墨矿的储量相比,完全不在一个等量级,这样高品位超大规模的资源储量在国内乃至世界尚属罕见。

  参与矿区项目论证的专家们认为,该矿不仅储量大,而且大鳞片石墨所占比例高,不仅弥补了我国大鳞片石墨资源的不足,也是全球少数可以进行石墨全产业链与深加工的石墨资源。

  令人欣慰的是,由于查汗木胡鲁石墨矿的发现,我国不仅重新夺回全球石墨资源储量第一的地位,而且改写了我国石墨资源分布格局,甚至直接影响到全球石墨资源格局,对石墨产业的供需再平衡将发挥重要作用。

  石墨烯:产业升级的“加速器”

  天然石墨除应用于钢材、冶金、耐火等传统行业外,近几年作为一种战略性资源也广泛应用于军工、航天、电子、核电等多个领域。

  记者了解到,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达不到天然石墨的水平,目前只能替代小鳞片石墨,尚不能替代大鳞片石墨,因此大鳞片石墨在工业领域的应用有着举足轻重的地位。

  天然石墨另一个最具前景的应用领域是石墨烯。石墨烯目前是世界上最薄的材料,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”。未来,石墨烯一旦实现产业化应用技术突破,应用前景广阔,无可限量,能撬动千亿元的产业规模。

  我国要从根本上化解石墨产业危机,必须要紧抓石墨烯这个重大发展机遇,弯道超车,实现产业升级。

  据国家非金属矿深加工工程技术研究中心王学群教授介绍,制备石墨烯的原料有大磷片石墨和细磷片石墨两种,虽然两者都能制备石墨烯,但工艺路径不同,大磷片石墨的制备流程只有三段,而细磷片的制备流程有五段,前者流程简化,工艺更优。相对细磷片石墨,大磷片石墨更容易制成石墨烯,制作成本也更低,优势明显。大鳞片石墨不仅是生产高端精密器件的基础性原料,也是制备石墨烯的上佳原料。

  据悉,此次发现的查汗木胡鲁石墨矿全部可实现露天开采,矿石易选,只要剥离很薄的一层即能选取,矿石剥离量比同类矿山少20%,开采技术条件要求较为简单,开采成本低,且交通便利,加之大鳞片占比高,完全能成为我国制备石墨烯的“大粮仓”。

  产业的发展离不开国家政策支持

  2015年11月30日,工信部、发改委、科技部联合印发了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,提出到2020年,形成完善的石墨烯产业体系,实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化,指明要将石墨烯产业发展成为先导产业。该意见指出,要抓住机遇培育壮大石墨烯产业,把石墨烯产业打造成先导产业。同时提出了“四个推进”,即推进产业发展关键技术创新;推进首批次产业化应用示范;推进产业绿色、循环、低碳发展;推进拓展应用领域。

  今年伊始,工信部批准组建石墨产业发展联盟,批复指出,加快石墨材料产业化进程和构建完善石墨上下游产业链,缩短下游产业所需的石墨新材料研制开发、投入使用、进入市场的周期。

  随着国家一系列石墨烯产业政策的落地,石墨烯产业将由高科技研发逐步转入应用推广,石墨烯产业化发展进入提速阶段。