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        技術進展
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        我國石墨深加工產業現狀及發展方向
        來源:中國粉體技術網    更新時間:2014-08-25 13:52:13    瀏覽次數:
         
        1.   石墨深加工產業發展現狀
              
        (中國粉體技術網/班建偉)我國是石墨資源大國,但是長期以來石墨產業內部低技術層次的產量、價格的惡性競爭,資金和技術投入嚴重不足,以生產原礦和選礦的低端產品為主,使得產業長期低迷。這種狀況導致我國石墨深加工技術和產品落后于發達國家,資源大國卻是深加工弱國。這與我國經濟和科技的快速發展很不適應。當前和今后一個相當長的時期,保護和科學利用石墨這種寶貴的戰略資源,發展石墨深加工技術和產品是大有可為的一項事業。
               我國鱗片石墨的深加工技術發展已經有一定基礎,科技部“八五”至“十一五”國家科技攻關、支撐計劃在非金屬礦、西部開發項目中分別列入課題,在深加工技術進步上取得明顯成果?,F在,國內已經有一批效益良好的(鱗片)石墨深加工企業,規模最大的柔性石墨企業主要分布在江浙地區,負極材料等電池材料企業主要分布在深圳等珠三角、長三角地區。
               這些企業原來與礦產資源企業只是原料的供需關系,現在也與資源企業開展了合作,如寧波的柔性石墨專業廠商信遠公司、深圳的負極材料專業廠商貝特瑞公司都與黑龍江企業合作參加了“十二五”科技支撐項目。
        鱗片石墨的深加工企業在山東有很多家,在內蒙古、湖北、河南、福建等也有一些企業。
               近來研究發現,由于微晶石墨的晶體微小(≤1μm),每個石墨顆粒中有很多微晶無序堆積,使得顆粒表現出各向同性。這使得它成為鋰離子電池(特別是動力電池)負極材料和各向同性石墨的極好原料,在新能源、核能、軍工等高新技術領域有重要應用價值。清華大學在這方面進行了原創性的科技研究與開發,正在與相關企業合作建設微晶石墨提純、深加工產品的生產線。

        2 發展方向
               根據經濟和科技發展對石墨新材料的需求及中、央、地方及企業的產業發展規劃,近期內建議產學研結合,以深加工為主,實現一些重要工程項目,建設完整產業鏈,引導石墨產業健康科學地發展。工程項目的目標,一是陳舊技術設備的改造;二是目前炭石墨材料發展的熱點技術產品,如鋰離子電池負極材料、各向同性石墨、高導熱石墨等的產業化、集約化。
         (1) 石墨采選礦技術設備的更新換代。
               我國的石墨采選礦技術設備從20世紀60年代以來基本沒有進步,在能耗和礦物回收率方面大大落后于其他礦種。石墨采選礦技術設備相對其他礦種要簡單,但由于產業長期效益低,資金缺乏,沒有更新換代。建議有實力的礦產設計研究院與采選企業結合,引進其他礦種的先進采選礦技術設備,設計建設先進的石墨采選礦生產線,在能耗、回收率、大鱗片保護、水資源節約利用、尾礦處理等技術經濟指標上有顯著改善。運行成功后在產業內推廣,并將先進技術經濟指標作為行業準入和淘汰落后技術裝備的指標。
        (2) 建設先進的規?;峒兩a線。
               國內已經具有環保節能的先進酸堿法提純和節能型高溫提純技術,建議政府引導,產學研結合,針對資源特點,建設不同類型的規?;峒兩a線。嚴格限制化學提純中嚴重污染環境的氫氟酸的使用。
        (3)鋰電天然石墨負極材料的產業規?;皠恿?、儲能型電池負極材料的研發。
                國內已經有了鱗片石墨球形化后制備負極材料的企業,如貝特瑞等;清華大學等院校具有了以微晶石墨制備負極材料的技術,但產業規模及產品質量還不能滿足鋰離子電池迅速發展的需求。國內大批生產的球形石墨主要出口日本及韓國,供國外企業生產高質量負極材料。
               建議依托資源,把天然石墨鋰離子電池負極材料的產業規?;?,并針對不同檔次電池需求,研發不同品質負極材料,使產品系列化;研發安全、長壽命的天然石墨動力型、儲能型電池負極材料。隨著鋰離子電池需求的迅猛增長,負極材料的市場前景十分廣闊。
        (4) 天然石墨基各向同性石墨的產業化。
               各向同性石墨廣泛應用于核能、硅晶制備、電火花加工、連續鑄鋼、航空航天等領域,是炭材料的高端產品、戰略物資。我國目前所需的各向同性石墨2/3依靠進口。傳統技術制備各向同性石墨技術復雜、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,而且能簡化工藝、降低成本,已經制備出工業尺寸的樣品,各向同性參數達到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。
         (5) 天然石墨基高導熱材料。
               電子設備的小型化,要求電子器件的集成度越來越高,使得散熱成為IT產業的一個關鍵技術,對輕質高導熱材料需求越來越大。柔性石墨作為均熱導熱材料已廣泛用于LED顯示器及許多電子產品;利用天然石墨的優良導熱性,制備導熱性與銅相當或更高,而密度只有銅1/4的高端導熱材料,武漢科技大學、山西煤化所、清華大學等已有相關技術,建議產學研結合,以實現產業化。
        (6) 柔性石墨產品的系列化研究。
               我國柔性石墨的生產已經具有一定規模,并且與國外先進企業有多項合作。但我國的產品多為中低端產品,品種規格不到國外的1/5。建議產學研用結合,針對使用要求研發高端產品,完善品種規格,使之系列化、標準化。
        (7) 膨脹石墨環保材料的產業化。
               膨脹石墨對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、有機物污染上,膨脹石墨遠比現在使用的普通活性炭有效、經濟。但膨脹石墨不便運輸,需要在應用現場制備。膨脹石墨環保材料的制備、使用、回收、再生有一定的技術難度,加之過去對環保不夠重視,膨脹石墨環保材料一直沒能產業化。
               現在膨脹石墨環保材料的產業化的技術基礎已經具備,可以從兩個技術層面進行這項工程。在水污染企業,如鋼鐵、化工、印染、食品等企業集中的地區,建設膨脹石墨環保材料制備、使用、回收、再生的服務網絡。膨脹石墨環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。
               對日益頻發的油品和有機物水體污染突發事件,建造綜合性水域環保專用船舶,把傳統的圍欄、抽吸等治理手段與膨脹石墨高效吸油性能結合起來,提高治污能力。
             
        3. 石墨深加工產業發展前景
               隨著我國市場經濟的完善,資金、資源的引導將會使我國相關炭石墨材料的不同產業進一步整合,發展成為綜合性的炭材料大產業。將出現一批涵蓋炭材料科技多個領域,有強大產品和技術創新能力的綜合性大型企業,這種大型企業很可能是技術領先的人工炭石墨材料企業與技術領先的天然石墨材料企業相融合的結果。
                從技術角度看,近期的(天然石墨基)各向同性石墨、高導熱材料是天然石墨產業與人工炭材料產業的融合;未來5~10年或再長一些時間,隨著石墨烯應用技術的發展和成熟,石墨烯的制備和應用將可能成為一個快速成長的大市場,前景廣闊。
                從目前的研發成果看,天然石墨是很好的制備石墨烯的原料。石墨烯材料的產業化,將會是新型炭材料的又一個大進展。

               本文根據清華大學材料學院先進材料教育部重點實驗室沈萬慈教授報告整理。


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