當前我國石墨產業開發利用及發展問題分析-工業電器網
[當前我國石墨產業開發利用及發展問題分析]:石墨是由碳質元素組成的自然元素礦物,具有金屬和非金屬雙重工藝技術特性,具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱震、強度大、韌性好、自潤滑強度高、導熱、導電等物理化學性能,用途廣泛,是國防軍工、現代工業及高新技術發展中...
石墨是由碳質元素組成的自然元素礦物,具有金屬和非金屬雙重工藝技術特性,具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱震、強度大、韌性好、自潤滑強度高、導熱、導電等物理化學性能,用途廣泛,是國防軍工、現代工業及高新技術發展中不可或缺的重要戰略資源,被譽為“工業味精”。我國是世界石墨資源重要的賦存地區,研究分析我國石墨資源開發利用的問題,可以促進石墨資源合理利用,促進資源優勢轉化為經濟優勢。
全球石墨礦產資源儲量豐富、分布集中。2016年,全球石墨儲量2.5億t,主要分布在土耳其、中國和巴西三國,總儲量占世界儲量的86.8%,其中,土耳其9000萬t,占比36%;中國5500萬t,占比22%;巴西7200萬t,占比28.8%。
另外,莫桑比克、印度、坦桑尼亞、墨西哥、馬達加斯加、韓國、加拿大等國也有一定的石墨資源。由于土耳其石墨資源以隱晶質石墨為主,在現有技術條件下,開發和利用價值較低,巴西和中國以晶質石墨為主,石墨資源地位高于土耳其。
石墨資源根據結晶程度分為晶質石墨和隱晶質石墨兩種類型,,截止2015年底,我國有晶質石墨礦區140個,隱晶質石墨礦區30個,查明資源儲量均很豐富,晶質石墨在世界上占有重要位置。
晶質石墨礦開采一般是露天開采,技術設備簡單;隱晶質石墨開采一般是井下開采,開采容易,與煤炭開采成本相當或更低。天然晶質石墨的可浮性較好,選礦優先采用浮選方法,當前技術條件下,選礦后較高能將石墨純度(固定碳含量)提高到95%左右。隱晶質石墨品位通常較高,通常固定碳含量大于60%,優質礦物在80%~85%,少數高于90%,可以不通過選礦即可應用于低端用途。
天然石墨為粉體,傳統用于冶金、電力、化工等原輔料,要制備高技術新材料,必須進行精細加工,石墨提純是進行精細加工的必經之路,亦是提高天然石墨資源價值的主要途徑。石墨提純方法包括高溫法、化學法及高溫化學法等,高溫法由于能耗及設備大型化、連續化的要求,推廣應用受到限制;化學法提純石墨成本低、工藝簡單,但生產過程中產生大量酸性廢水(提純1噸石墨平均需要用水10噸左右)尤其是含氟廢水對環境產生了較大負擔。
國際專家預言“20世紀是硅的世紀,而21世紀是碳的世紀。”隨著科技發展,石墨應用領域越來越廣泛,不但用于重化工業,在電子工業和清潔能源等高新技術產業的應用也逐漸增加,從新能源到航天航空材料,石墨產品都發揮著必不可少的作用。
新能源、新材料、航天航空、生物信息等高新技術、戰略新興領域將為石墨資源創造更廣闊的發展空間。2004年石墨烯發現后尤其在2010年獲諾貝爾物理學獎后,掀起全球范圍內石墨烯研究熱潮,作為第一個僅有一個原子層厚度的二維完美晶體,理論上可顛覆所有現行材料屬性,是實現新科技革命的承載材料,應用領域主要集中在電子、新能源、生物醫療、高精度制造業、水處理等高精尖技術領域。
全球共有十幾個國家開發石墨礦產,中國、印度和巴西是世界主要石墨生產國,我國一直是世界較大的石墨生產國,石墨產量多年居世界首位,產量占世界比重在70%左右,2009年后,我國石墨產量占世界比重有所下降,2015年產量占世界比重為56%。
自20世紀30年代起我國石墨資源產業經歷了起始階段(30年代~解放前)、起步階段(解放后~80年代初)、快速發展階段(80年初~90年代初)、產業下滑階段(90年代初~新世紀初期)、恢復性發展時期(2005年~至今)等5個階段,至2013年,已經有上千家石墨企業,主要生產低中高碳石墨、高純石墨、微粉石墨等石墨產品以及膨脹石墨、碳素材料等石墨制品。山東、黑龍江、內蒙古及湖南是我國石墨產品的主要產區,其產量占全國75%以上。
我國是世界石墨貿易的主要國家之一,石墨是我國傳統出口商品,出口量占世界70%以上。據海關統計資料,我國天然石墨出口量呈現先增后減的波動態勢,2007年出口量為67萬噸,達到近15年來的較高值,隨后波動下降,2015年出口量降至25萬噸。
我國石墨的采選礦技術設備從上世紀五六十年代以來基本沒有進步,一直沿用傳統的工藝技術,缺少創新,工藝不完善,很多選礦企業的設備仍然采用上世紀80年代的技術設備,選礦回收率低,尾礦中尚含有相當部分可利用的石墨,造成了資源浪費。隱晶質石墨資源的利用未受到重視,有些地區將隱晶質石墨資源作為增碳劑,或直接用為煤炭燒掉,造成了極大的浪費。
我國石墨資源開發利用較早可追溯到上個世紀30年代,大規模的開發利用開始于上世紀80、90年代,多年露天開采石墨資源產生了大量廢石,占用破壞了大量土地和植被資源;晶質石墨選礦過程中產生大量的尾礦,黑龍江省平均生產1噸石墨精粉產生9噸以上尾礦,大量尾礦存放于尾礦庫中,占用大量土地,存在著潰壩的風險;山東省平度市已有的礦權分布在村莊周邊,破壞了大量土地,生產的尾礦隨意堆積,對環境影響嚴重,隱患巨大。石墨尾礦隨意堆放,尾礦水中含有的浮選藥劑向下滲漏污染地下水質,對周邊居民生活造成影響。
產品附加值低我國石墨工業總體水平在國際上仍處于中等水平,由于技術開發投入不夠,目前仍以原料生產及初加工鱗片石墨為主。我國在高科技高附加值產品方面,如柔性石墨、膠體石墨、高純超細石墨以及氟化石墨等產品,處于落后狀態。部分高檔次的產品仍需要從國外進口。一些國家和地區購買我國廉價石墨原料,經過加工或分裝,高價返銷中國,賺取高額利潤,如中國含碳99%的微晶石墨電極出口后,經國外廠家再提純,返銷中國,價格提高近10倍。
我國石墨行業是個小行業,石墨產業鏈包括上游礦石原料、中游深加工原料、下游應用材料等環節,從產業鏈看,我國石墨企業大部分以石墨原料粗加工為主,缺乏精深加工和新材料開發能力。從企業結構看,石墨企業數量多,企業規模小,產業集中度低。從生產產品看,以初加工產品為主,主要為選礦石墨精粉,深加工產品較少,據不完全統計,石墨行業加工制品比例不足10%。
隱晶質石墨(即微晶石墨)由于是煤炭變質成礦,礦物本身品位很高,石墨化程度高,在石墨低端用途中可以直接使用礦產品。國內對隱晶質石墨資源利用認識不足,行業小,專業人才極度缺乏,幾乎沒有專業從事隱晶質石墨應用技術研究的單位和個人。
《全國礦產資源規劃(2016-2020年)》于2016年11月發布實施,石墨被劃為戰略性礦產,是礦產資源宏觀調控和監督管理的重點對象。規劃中劃定了6個石墨能源資源基地和6個石墨國家規劃礦區,,以促進石墨資源合理開發利用。
石墨烯在全球范圍內研究熱潮正盛,生產產業化已經實現,但其下游應用是制約的較大瓶頸,沒有一個領域可以實現石墨烯的規模應用。根據有關研究機構預測到2020年石墨烯需求量小于1000噸,約占我國晶質石墨現產量的0.15%。石墨烯的應用是將原有石墨產品性能進行升級,應用領域新能源、生物醫療、環保等與現有石墨應用領域重疊,未來石墨烯產品規模化應用可能不會引起石墨資源需求量大幅提升。當前石墨資源開發與市場需求基本協調,遏制企業借技術圈占資源,防范資源過度開發,造成不必要的浪費。
我國對石墨資源實現限制性開采,但仍需進一步嚴格石墨資源開發管理,以石墨資源消費結構為基礎,分行業科學預測石墨產品的需求量,科學確定石墨資源開采總量。嚴格控制石墨資源采礦權數量,整治礦山企業超設計生產規模開采和非法采礦行為,保障資源開發合理有序。
大鱗片石墨的保護主要在選礦階段,在選別方法上采用多段磨礦、多次選別的工藝提高大鱗片石墨產出率。盡快更新我國已有礦山企業選礦技術設備,鼓勵企業根據資源賦存情況,設計建設先進的石墨采選礦生產線,提高能耗、回收率、大鱗片石墨產出、水資源利用、尾礦處理等多項指標。
根據隱晶質石墨的成礦特點,加強煤炭賦存豐富地區的隱晶質石墨資源勘查,查明隱晶質石墨的分布情況,總結成礦規律;應用技術實現突破前,限制隱晶質石墨資源采礦權投放,并限制微晶石墨原礦出口;加強隱晶質石墨應用基礎研究,鼓勵研究院所與企業合作進行隱晶質石墨應用技術研究,提高隱晶質石墨應用技術和水平。
開展石墨行業環境專項整治,對石墨礦山、選礦企業、深加工企業開展環境核查工作,查處石墨企業污染環境的行為,促使石墨企業進行環保整治和技術升級,提升整個行業的環保水平。對于歷史形成的生態環境破壞、尾礦和廢水污染等問題,進行專項整治,制定優惠政策鼓勵成熟的尾礦資源洗砂、制磚等技術,減少尾礦堆放量,逐步減輕石墨資源開發的環境影響。
按照十八屆三中全會建設生態文明的要求,加強石墨行業的環境管理,促進石墨資源利用與生態環境協調發展。從石墨資源開采、選礦以及深加工等不同環節,嚴格行業環境準入要求,尤其嚴格石墨資源深加工環節的環境要求,杜絕在提高資源開發經濟效益同時破壞生態環境。