1、天然石墨深加工定義
　　天然石墨經(jīng)開(kāi)采及浮選工藝后，就形成一些石墨原料及初級加工石墨產(chǎn)品。而天然石墨要想在更寬、更深的領(lǐng)域發(fā)展，就需要進(jìn)行深加工處理。
　　天然石墨深加工的技術(shù)方向主要有純度、粒度、形狀、表面、改性幾個(gè)方面。純度，即高純度石墨，如人造金剛石用的原料石墨，以及核工業(yè)中用的的石墨，就是高純石墨；粒度方面，往往是要微細粉，但柔性石墨要大鱗片；形狀方面，要求低比表面積的，如鋰離子電池負極，石墨形狀近似球狀，要求高比表面積的，如某些添加劑。
　　
　　2、天然石墨深加工定義
　　目前天然石墨深加工品體系非常豐富，包括高純石墨、膨脹石墨、球形石墨、氟化石墨、石墨乳、膠體石墨等等。在石墨深加工產(chǎn)品中，高純石墨、膨脹石墨、球形石墨、氟化石墨是其中應用比較多，產(chǎn)線(xiàn)建設較多的幾種，其各自下游應用簡(jiǎn)況如下圖。
　　

　　
　　3、高純石墨應用及趨勢
　　天然石墨精細加工的第一步是解決純凈度，普通的中高碳石墨是不能在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中應用的，通常要求達到高純級。按國家科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心編撰的《中國新材料產(chǎn)品目錄(2004)》中界定，鱗片石墨碳含量≥99.9%，微晶石墨≥99%為高純石墨。某些特殊領(lǐng)域如用于核能、半導體等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)則要求達到 C≥99.99%。
　　高純石墨應用范圍非常廣泛，同時(shí)也是其他高附加值深加工產(chǎn)品的基礎原料。比如用于鋰電池負極的球形石墨就需要高純石墨。氟化石墨的生產(chǎn)也需要高純石墨作為原料。除球形石墨、氟化石墨等以外，高純各向同性石墨是高純石墨應用比較重要的兩塊。
　　各向同性石墨材料產(chǎn)品是指以天然石墨和石油焦為主要原料的等靜壓成型的細結構和超細結構石墨，產(chǎn)品為塊體狀的人工石墨制品。其產(chǎn)品主要有高溫氣冷堆用石墨反射塊、高溫氣冷堆球狀反應堆用石墨球、核級石墨墊片、高溫氣冷堆用電極石墨粉、半導體石墨等。
　　

　　
　　按照我國石島示范堆的設計方案，高溫氣冷堆每萬(wàn)千瓦需就要使用60噸核石墨。截至2016年1月1日，全球在建核反應堆總裝機量為67585MW，其中我國在建核反應堆總裝機量為26885MW，擬建核反應堆總裝機量達46859MW。未來(lái)幾年，我國僅核石墨一項就需要近30萬(wàn)噸。
 

　　4、球形石墨應用及趨勢
　　球形石墨是以?xún)?yōu)質(zhì)天然鱗片石墨為原料、采用先進(jìn)加工工藝對石墨表面進(jìn)行改性處理，生產(chǎn)的不同細度，形似橢圓球形的石墨產(chǎn)品。球形石墨加工機理：首先把天然鱗片石墨粉粉碎成適宜的粒度，然后再進(jìn)行去棱角化的加工處理，使之最終形成橢球形或類(lèi)球形的外形，同時(shí)利用分級裝置將球形顆粒與去棱角化過(guò)程中剝離下來(lái)的細粉分離開(kāi)來(lái)，便可得到正態(tài)分布的球形石墨。
　　球形石墨的固定碳含量要達到99.95%以上，根據提純工藝所處階段不同有兩種方式。一種是直接以高純石墨為原料，進(jìn)行球形化；一種則是以高碳石墨為原料，球形化后，由負極材料廠(chǎng)商再進(jìn)行提純。下圖是以高純天然石墨為原料生產(chǎn)鋰電負極的生產(chǎn)流程圖：
　　

　　
　　天然石墨是一種很好的負極材料。它的成本低、結晶程度高，提純、粉碎、分級技術(shù)成熟，這些為其在鋰離子電池行業(yè)的應用奠定了良好的基礎。目前使用的鋰電池負極材料中天然石墨負極占比達到55%。近年來(lái)鋰電池生產(chǎn)及應用發(fā)展迅速，從我國鋰電負極產(chǎn)量看，2011年鋰電負極產(chǎn)量只有2.3萬(wàn)噸，2016年鋰電負極產(chǎn)量就達到12.25萬(wàn)噸?？梢灶A見(jiàn)，未來(lái)幾年鋰電池出貨量會(huì )繼續高歌猛進(jìn)，負極需求也會(huì )進(jìn)一步增長(cháng)。
　　

圖4. 鋰電池結構示意圖
 

 

圖5. 不同鋰電負極占比

　　

 

　　

　　
　　5、天然石墨深加工定義
　　膨脹石墨：又叫作蠕蟲(chóng)石墨，是一種利用物理或化學(xué)的方法使非碳質(zhì)反應物插入天然鱗片石墨層間納米碳材料，與炭素的六角網(wǎng)絡(luò )平面結合的同時(shí)又保持了石墨層狀結構的晶體化合物。
　　膨脹石墨應用范圍比較廣泛，膨脹石墨經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工，做成密封材料、保溫發(fā)熱劑、隔熱隔音材料、防火安全材料、新型發(fā)熱材料、以及核反應慢化劑材料，最終應用于汽車(chē)、機械、鋼鐵冶煉、消防安全、醫藥、以及核電等領(lǐng)域。下圖是石墨巨頭西格里集團生產(chǎn)的膨脹石墨應用情況。
 

圖8. 西格里集團膨脹石墨產(chǎn)品

　　

　　在膨脹石墨應用中，密封材料是應用最為成熟的方向。根據學(xué)者高天明的預測，到2020年天然石墨密封材料需求將達到5.4-5.6萬(wàn)噸。具體預測如下表：
　　

表2.石墨密封材料需求預測表

 

　　隨著(zhù)膨脹石墨在防火、隔熱、醫療等領(lǐng)域應用的進(jìn)一步拓展，需求還會(huì )進(jìn)一步提升。
 
　　6、氟化石墨應用
　　氟化石墨是石墨碳與氟直接反應而制得的一類(lèi)層間化合物，其化學(xué)結構式可用（CFx）n表示，其中F/C比（x）為不定值，變化區間為0<x<1.25。氟化石墨的性質(zhì)隨分子中x值不同而不同，x=1-1.25稱(chēng)為高氟化度石墨，x=0.5-0.99被稱(chēng)之為低氟化度石墨，氟化石墨顏色隨著(zhù)氟含量的增加，由灰黑色變?yōu)檠┌咨?br /> 　　高氟化度石墨具有優(yōu)良的熱穩定性，是電和熱的絕緣體，不受強酸和強堿的腐蝕，潤滑性能超過(guò)MoS2和鱗片石墨。由于氟化石墨具有許多優(yōu)異性能，在軍事、航空、航天、冶金、機電、化工及特種材料領(lǐng)域具有廣泛應用，是當前最具經(jīng)濟前景的新型石墨制品。
　　氟化石墨主要用于固體潤滑劑、電池正極或正極添加劑、核反應堆中子減速劑、反射材料、其他等領(lǐng)域。從全球來(lái)看，氟化石墨在各個(gè)應用領(lǐng)域的需求比例依次為31%、32%、15%、14%和8%。
　　雖然氟化石墨目前全球產(chǎn)量只有1000多噸，但是單價(jià)卻奇高，氟化石墨國家價(jià)格在10-30萬(wàn)美元/噸。隨著(zhù)氟化石墨應用的深入，需求還會(huì )進(jìn)一步增加。

圖9. 氟化石墨應用情況圖
 

　　總的來(lái)看，隨著(zhù)新能源、核工業(yè)、電子信息等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，石墨深加工品未來(lái)市場(chǎng)前景廣闊。而我國目前石墨深加工技術(shù)與德國、法國、美國、日本等發(fā)達國家相比還是有較大差距，因此發(fā)展我國石墨深加工產(chǎn)業(yè)具有非常重要及長(cháng)遠的意義。
　　來(lái)源：DT新材料一DT高分子在線(xiàn)
　　編輯整理：中國粉體技術(shù)網(wǎng)