國內石墨產業的延展與思考

劉謙

（商洛市工業經濟運行監測中心，陜西 商洛726000）

1 國內外資源現狀

1.1 石墨的性能及成因

天然石墨是碳元素的同素異形體，屬于六方晶系過渡型混合晶體，密度為2.25 g/cm3，熔點為3652 ℃，具有層狀解理。作為一種耐高溫碳材料，其化學性質穩定，具有良好的電學性能和機械性能。石墨是由煤系沉積層中的有機質經巖漿熱液和復雜地質作用變質而產生，自然界主要有晶質石墨和隱晶質石墨兩大類，根據形貌又可以分為土狀石墨、片狀石墨以及塊狀石墨。其中，晶質石墨成礦時代主要為新元古代到早寒武紀，隱晶質石墨成礦時代主要為石炭紀到二疊紀。按照礦床類型來分，主要有區域變質型、混合巖化型、混染同化型、接觸變質型四類，多為層狀、脈狀或不規則成礦地質結構。

1.2 石墨的分布及儲量

全球已探明石墨儲量分布如圖1 所示。根據美國地質勘探局（USGS）統計，截至2018年，全球天然石墨累計探明可采儲量達到3 億噸。其中土狀石墨主要分布在歐洲、中國、墨西哥和美國，片狀石墨主要分布在澳大利亞、巴西、加拿大、中國、馬達加斯加等國。中國石墨資源種類齊全，包含晶質石墨（約占世界2/3）和隱晶質石墨，主要集中分布于內蒙古、黑龍江、湖南等地區，呈現“東多西少、集中分布”的特點。國內石墨的儲量豐富，成礦地質條件優越，主要類型為區域變質型和接觸變質型，涵蓋了91個主要礦區和159個重點礦區帶。從礦藏品位來看，國內晶質石墨固定碳含量平均小于等于10%，隱晶質石墨固定含碳量在12%～85%，自然稟賦較優，利于規模化穩定開采。最新勘查表明，中國石墨潛在資源量為21 億噸，晶質石墨儲量為4.37 億噸，近10年的開采量穩定在每年60～80 萬噸[2，4，5，6]，長期位居世界前列，具體如圖2 所示。隨著地質勘探的深入，在內蒙、新疆、河南等中西部地區陸續發現了新的優質礦床，豐富了國內的石墨資源儲量。

圖1 全球已探明石墨儲量分布圖

圖2 全球主要石墨國家年產量圖

2 產業化發展概要

2.1 石墨材料工業應用

世界上的50 多個國家地區進口石墨，主要集中在日本、美國、韓國、德國等工業發達國家，這些國家基本壟斷了尖端技術和知識產權，具有完整的下游產業鏈，中國、墨西哥、加拿大、巴西等為石墨出口國。當前到今后一段時期，天然石墨將繼續集中應用在機械鑄造、輕化工、冶金工業等傳統行業，隨著材料技術的發展和新興領域的拓展，以石墨為基礎的新型碳材料在電子電力、國防航天、生物醫藥、儲能環保等新興領域展現出廣泛的應用前景。石墨材料的工業應用如表1 所示。

表1 石墨材料的工業應用

2.2 部分國家產業政策

石墨是新一輪工業革命的戰略資源，引起了各國的高度關注。日、德、韓等國在加快石墨進口儲備的同時，加快了精細原料和能源材料的研發過程；美國天然石墨全部依賴進口，并實現了人造石墨的量產；歐盟委員將石墨作為緊缺資源列入《對歐盟生死攸關的原料》并推動石墨新能源汽車。中國石墨加工業起步較早，目前已形成了一定規模的產業集群和工業園區，近年來出臺的《中國制造2025》《石墨行業準入條件》《關于加快石墨烯產業創新發展若干意見》等政策，逐步確定了產業結構、行業標準和先進制造的頂層設計，促進了國內石墨產業的發展，2018年中國將石墨列入礦產資源開發利用評估試點礦種，標志著國內石墨加工行業開始向集約化、高端化發展。

2.3 國內石墨行業概況

目前國內石墨行業多集中在原料采選的產業鏈上游，礦產基地主要分布于黑龍江雞西、蘿北，內蒙古興和，山東平度，湖南郴州和吉林磐石。此外，國內石墨深加工行業主要集中在長三角、珠三角、環渤海灣經濟帶，產業結構和國外基本趨同，包含了耐火模具、冶金鑄造、密封墊片、鉛筆等傳統領域，但在石墨深加工方面與世界先進國家有一定的差距。2020年國內石墨預計需求分布如圖3 所示。

圖3 2020年國內石墨預計需求分布圖

受全球消費市場和去產能政策的影響，近年國內石墨傳統行業消費量呈現不同程度的下降趨勢，但石墨電池、特種石墨、新型碳素材料等得到了快速發展。國內部分重要石墨加工企業如表2 所示。

表2 國內部分重要石墨加工企業

3 存在問題及建議

3.1 主要問題

中國石墨產業發展時間較長，在國際石墨市場占有重要的地位。但資源浪費、產品單一、工業附加值偏低等問題依然存在：①資源利用低效。部分地區采礦權分散，采選技術和礦山管理落后，尚未有效落實保護性開發政策和行業規范，存在資源浪費現象。②產業布局不佳。國內石墨行業多集中在產業鏈上游，初級原料產品低端低值，工業附加值低、產能相對過剩。③行業運行乏力。石墨加工多在中小企業，企業融資、技術研發、項目建設存在巨大壓力，難以形成規模化業態。④市場需求飽和。傳統石墨制品的供求相對穩定，在經濟下行的影響下，高新產品的消費市場尚未形成，短期內石墨產銷不會明顯增長。⑤技術研發滯后。石墨烯的成功制備催生了石墨和碳素材料的研究熱潮，但適應工業化生產的研究成果未能有效轉化，精細加工、循環利用、技術改造等方面與國外差距較大。

3.2 相關建議

當前全球石墨業態面臨重大變革，中國應充分利用資源優勢，多措并舉促進石墨加工行業轉型升級：①強化政策引導。建立保護性開發機制，確保石墨資源儲備安全。同時合理規劃產能和產業布局，引導加工企業向產業鏈上游發展。②促進循環發展。依托園區和龍頭企業的輻射帶動效應，鼓勵石墨制造業集群發展，提高資源的利用效率和和經濟效益。③注重科技創新。設立專項資金，支持企業技術改造和轉型升級，推進產學研用的有效結合，加快高端產品研發和市場需求的培育。④加快污染治理。集中出清一批無序開采、違規作業的散亂污企業。同時，統籌做好礦區污染的綜合整治和尾礦綜合利用，全面落實生態修復工程。

4 石墨產業發展趨勢

4.1 傳統行業的迭代升級

據推測全球可回收石墨超過了8 億噸，可滿足傳統耐火內襯、鑄造模具、復合材料等行業的生產需求，隨著技術的發展，有望形成一定規模的石墨回收利用產業；同時新型熱酸浸蝕技術和提煉工藝已能夠生產高純石墨粉體、球型石墨、石墨箔片等精細化工原料，拓展了石墨在碳基復合材料、摩擦材料、特種潤滑劑等領域的應用范圍；此外人造石墨可實現量產和摻雜改性，滿足多樣性的加工需求，未來可以作為天然石墨的替代物，這些重大突破將促進傳統行業提質增效。

4.2 前沿領域的推廣應用

隨著研究的深入，天然石墨的優良性能得到充分發掘應用。其原子結構和晶體結構特殊，可作為核材料和中子減速劑的原料。優異的熱電性能使其作為碳素電極和自熱元器件。石墨具有良好的生物相容性，是用作藥物載體和生物監測的備選對象。與此同時，利用石墨制備石墨烯的技術取得了重大進步，未來有望在環保儲能、柔性顯示、電力電子、精細化工四大集群產業得到廣泛應用，這將引發碳素材料的重大變革。