王立謙
(黑龍江省科學院,黑龍江哈爾濱 150001)
石墨是碳質元素結晶礦物,具有耐高溫性、導電導熱性、潤滑性、可塑性等特點,化學性能穩定,用途廣泛,可用作耐火、潤滑、耐腐蝕、吸附、研磨、密封、導電材料,還可以用作煉鋼的增碳劑、原子能反應堆的減速劑等,在制造人造金剛石尤其是石墨烯方面有良好的發展前景。
金剛石就是人造鉆石。目前,全球金剛石做得最好的是日本。2010年末,他們開發出目前世界上最堅硬的金剛石,其直徑超過了1厘米,是由日本愛媛大學與住友電器工業公司合作研究,這項成果計劃今年投產。
2010年10月5 日,英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·海姆(Andre Geim)教授和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)教授因從事石墨烯的研究并揭示了其性質而獲得2010年諾貝爾物理學獎[1]。
我們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的,石墨的層間作用力較弱,很容易互相剝離,形成薄薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之后,這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯[2]。
石墨烯是一種二維晶體,傳送電流的速度比電腦芯片里的硅元素快一百倍,其非凡的導電性能、超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性,將有望在現代電子科技領域引發一輪革命。“它是目前已知的世界上最薄的材料,也是有史以來見過的最結實的材料”[3]。
中國已探明石墨的儲量約20億噸,占全球儲量的70%多,雞西石墨儲量達5.2億噸,占我國儲量的四分之一,居亞洲之首,且礦石埋藏淺、含碳品位高,是國內外少有的優質大型石墨礦。
雞西目前共有采礦和選礦企業32家,深加工企業4家,這4家企業技術先進、產品附加值高,目前石墨深加工企業已經將石墨材料的附加值賣到每噸8萬元,而不是最初的每噸幾千元,現已規模化生產的高附加值石墨產品主要是鋰電池負極材料。下一步深加工線路將向兩個方向發展,一個是金剛石,價格每噸100萬元以上,品質好的達到600萬元;另一條發展線路是制造石墨烯,價格每克大約2000元。
一是著手編制了《雞西市十二五石墨產業發展規劃》,努力將雞西建成國家級石墨新材料基地;二是雞西市政府與主管市長、政府委辦局簽訂了新材料發展的責任狀,明確了推進主體;三是打造兩個石墨產業園區。規劃恒山、麻山兩個園區用地面積450萬平方米,土地征用、環評、供水、供電、道路等前期工作正在有序推進。
雞西石墨目前已經基本形成了5條產業鏈:
礦石—石墨—高純石墨—鋰電負極材料
礦石—石墨—球形石墨—包覆石墨—鋰電負極材料
礦石—石墨—球形石墨—石墨尾料—增碳劑
礦石—石墨—石墨尾礦沙—陶瓷濾料
礦石—石墨—石墨尾礦沙—燒結空心磚
石墨循環經濟產業鏈正在向深度和廣度延伸,在向附加值高的產品發展同時,也在利用石墨尾料、石墨尾礦沙等生產煉優質鋼用的輔助添加劑、陶瓷濾料及燒結空心磚,吃干榨凈,在增加商機的同時,減少了污染,增加了社會效益。
在雞西市深加工企業中,浩市新能源、貝特瑞等公司,都是最近一兩年之內通過招商新來的企業,占到雞西深加工企業的50%左右。另外,北京汽車集團25億元鋰離子電池負極材料的招商落戶工作正在順利進行。預計到2015年左右,通過招商新進入的深加工企業的總產值,將達到130多億元,占到雞西石墨產業總產值的90%左右。招商使雞西石墨產業在資金、技術、產業規模等方面迅速得到了提升,同時也增加了當地的就業機會。
一些通過招商新來的石墨深加工企業,如深圳寶安貝特瑞公司和北汽集團在簽署的合作框架協議中,都提出了資源采礦權的要求。
雞西探明開采的石墨資源,勘察控制度比較低(1980年形成的19份報告中,詳查報告僅10份)。資源深部和周邊需加大勘察力度。
雞西市十二五期間需要礦物量40萬噸,在我省十一五礦產資源規劃中,全省包括雞西、蘿北在內規劃石墨礦物量是22萬噸,過去的礦物量指標不能適應新時期產業發展的需求。
十二五期間,雞西將建設國家級石墨產業基地,需要功能完備、設施齊全的產業園區作為項目引進和建設的載體,在土地、資金等方面需要政策的支持。
為了提高產品附加值,一些石墨企業想建立研發中心,與相關高校、科研單位進行技術對接或組成聯合實驗室。
由于企業快速成長,個別民營企業在發展過程中遇到了資金暫時短缺的問題。
上面的五個問題可以歸納為礦產資源、技術、資金等三個方面,具體措施如下:
在適當的時候,協調相關國土資源、科技和金融等部門到雞西市,了解石墨新材料發展過程中遇到的問題,拿出具體可行的辦法。同時考慮將雞西的恒山、麻山兩個石墨產業園區,列為省級重點園區,支持石墨新材料產業的發展。
一是積極組織高校、科研單位與雞西石墨企業的技術對接會;二是在的哈洽會上,安排有關石墨技術洽談的專場;三是籌劃在雞西市建立石墨的研發中心。可以嘗試首先建一個石墨鋰電負極材料檢測站,再建一個省級石墨研發中心,將來爭取晉升為國家級的研發中心,首批科研人員可以考慮來自貝特瑞公司的母公司——中國寶安,那里有一支研究石墨烯的團隊,同時與國內外的大學、科研院所通過多種形式的合作,引進或聯合開發石墨技術。
企業在生產鋰電負極材料等高附加值產品的基礎上,積極考慮向金剛石、石墨烯等深加工產品開發、延伸。
可以考慮由園區或當地政府引導,由相關企業以股份制的形式成立擔保公司,為石墨企業貸款提供擔保。
雞西原有的一些石墨企業主要以賣原料為主,有采礦權但產品附加值低,新進駐企業在資金、技術、管理等方面一般比原有企業好得多,通過合理的資源整合,對打造石墨產業鏈、建設國家級石墨新材料基地及形成我省石墨的產業聯盟等方面,都將起到積極的作用。
目前黑龍江省正在推進新材料等十大產業的發展,本省石墨資源得天獨厚。隨著科技和戰略新興產業的發展,石墨在新材料方面越來越呈現出廣闊的發展前景。
[1]吳康迪.石墨烯何以結緣諾貝爾獎[N].計算機世界,2010,(41).
[2]張唯誠.神奇的石墨烯[J].百科知識,2010,(20):26.
[3]A.K.GEIM,Graphene:statusand prospects[J],Science,2009,19.