我国石墨资源开发利用现状及应用研究

陈 鹏

（中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810000）

【开发利用】

我国石墨资源开发利用现状及应用研究

陈 鹏

（中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810000）

随着经济的快速发展和人口的不断增加，我国对非金属矿资源的需求量越来越大。作为非金属矿中非常重要的资源，石墨资源的应用日益广泛。与世界其他各国相比，我国的石墨资源储量相对丰富，是石墨储量大国，全球将近33%的石墨资源都在我国，因此在我国石墨资源的开发利用工作非常重要。但是，当前我国在开发利用石墨资源的过程中，经常出现出口资源的价格比较低，而进口加工产品价格比较高的情况，因此有必要对其进行研究。

石墨资源；开发利用；现状；应用

我国是石墨资源储量大国，石墨在国民经济中占有重要地位。本文主要对我国石墨资源开发利用现状及应用进行了研究，从我国石墨资源的相关概述、开发利用现状、应用研究以及合理开发利用的具体措施这四方面进行了具体的阐述。

1 我国石墨资源的相关概述

石墨是煤或碳质岩石(或沉积物)受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成的一种矿物，颜色由铁黑到钢铁灰，触感油腻，呈鳞片状或星点状散布在变质岩中。化学性质不活泼，具有耐腐蚀性。

截至2016年12月，我国石墨查明资源储量达到2.6亿t，预测资源潜力18.7亿t。其中储量最多的地区是黑龙江省和内蒙古自治区，四川省、山西省和山东省次之。作为民用和战略性的重要资源，石墨在导电材料、润滑剂、耐高温密封材料、吸附材料以及防辐射材料等很多领域得到广泛应用，石墨的作用巨大，为我国冶金工业、石油化工产业、机械工业、电子产业、核工业及国防发展做出了非常重要的贡献。

2 我国石墨资源开发利用现状

2.1 储量及分布

根据石墨结晶形式的不同将石墨分为晶质石墨(致密结晶状石墨、鳞片石墨)和隐晶质石墨。我国的石墨资源占全球的33%，仅次于巴西，位居世界第二位。晶质石墨查明资源储量达到26 452.9万t，其中基础储量5 516.4万t、储量1 009.4万t。隐晶质石墨查明资源储量达到3 458.1万t，其中基础储量807.4万t、储量531.8万t。

2.1.1 晶质石墨

目前我国晶质石墨储量最为丰富的是黑龙江省和内蒙古自治区，其中黑龙江省查明石墨资源储量占全国的46.9%，内蒙古自治区占全国的19.26%，其次为四川省占全国的7.92%，山西省占全国的7.40%，山东省占全国的6.09%，河南省占全国的3.36%，其他地区占全国的9.08%。

2.1.2 隐晶质石墨

隐晶质石墨储量最为丰富的是湖南省占全国的74.7%，其次是吉林省占全国的11.0%，广东省占全国的8%和陕西省占全国的5%。

2.2 开发应用现状

在全球，我国石墨储量位居第二，但主要以生产低档产品为主，高端石墨制品品种少、产量低。开采出的晶质石墨资源主要应用于：钢铁工业和耐火材料约占42%，导电材料、电池和电机约占23%，润滑剂、化工、汽车制造、密封材料约占22%，军工、原子能、航天科工等约占7%，铅笔等约占6%。隐晶质石墨产量约50%以煤的形式用作燃料，对自然资源造成了极大浪费。此外，我国是全球最大石墨出口国，近几年出口量超过了25万t，占全球总出口量的75%以上。一直以来我国的石墨产业都受到了产能过剩问题的影响，使得石墨出口价格保持在925美元/t，但经国外加工提纯再进口至中国，价格便增长了约11倍成为10 135美元/t。

近几年我国才开始大力整治石墨行业，重组整合小型石墨矿。组建大规模的石墨矿产开发工作，极大地提高了石墨资源的利用率，加大投资力度和科研力度，极大地提高了石墨矿产资源的产品附加值，使得我国的石墨资源开始向着高端应用产品方面发展。

2.3 我国石墨行业发展过程中存在的问题

早在20世纪初期，我国就已经开始开采使用石墨资源了，但由于受到社会体制、市场环境等因素的影响，导致我国的石墨行业发展不利，同时石墨产业发展的过程中存在着诸多问题。

(1) 我国未对石墨矿加大投入，未对国内石墨行业进行统筹规划，更没有重视石墨的地质找矿工作。

(2) 政府未对国内石墨资源加强开发利用和综合研究，使得石墨产品的附加值低。

(3) 石墨的矿业权设置方案编制未规范化，且政府对在非石墨开采区非法开采石墨行为的打击力度不够。

3 我国石墨资源的应用研究

我国的石墨资源丰富、分布广泛，但很多都是中小型矿产，出现了很多的私人石墨小矿，石墨矿产品附加值极低。我国经过多年的努力，国家投入了大量的资金与科技人员，经过矿产企业的重组以及石墨利用水平的不断提高，我国的石墨资源得到了更加有效的利用，如今我国已经研发出了高纯石墨、等静压石墨、膨胀石墨、氟化石墨、胶体石墨、石墨烯等多种高性能石墨产品。

3.1 高纯石墨

高纯石墨(含碳量＞99.99%)因其具有鳞片结晶完整、片薄、良好的导热性能、耐高温和抗腐蚀等特点被应用于军事工业火工材料安定剂、冶金工业高级耐火材料和化肥工业催化剂、添加剂等。

3.2 等静压石墨

等静压石墨由高纯石墨压制而成，它具有热膨胀系数低、耐热性好、耐化学腐蚀、导热导电性能良好等特点。等静压石墨是国际上近50年发展起来的新产品，不仅在民用上大有作为，在国防尖端上也占有重要地位，属新型材料，令人瞩目。主要应用于以下几方面。

(1) 多晶硅铸锭炉用加热器。

近年来随着全球气候变暖，人类对地球的保护意识逐渐增强，有越来越多的人开始青睐不排放二氧化碳的自然能源。在这种大趋势下，太阳能电池便成为了新时代的“宠儿”。在制造其过程中用到的铸锭炉加热器便需要用等静压石墨来制作。

(2) 高温气冷堆(核裂变堆)。

由于高温气冷堆中用作慢化剂的石墨必须具有辐照蠕变及对变形所产生的辐照应力有很强的耐受力，便提出了模块化高温气冷堆。当代新型超高温核反应堆，具有高功率密度、高温等特点，这对新一代石墨材料提出了更高的要求：物美价廉、超高的辐照损伤耐受力、产品均质化等。

(3) 核聚变反应堆。

石墨由于自身特殊的性质使得其在核聚变反应堆中也具有重要的作用。它能够在很大程度上减少材料等离子体中的金属杂质，因此对材料等离子体提高能量约束发挥了巨大作用。随着核聚变装置逐渐大型化，导热性好、机械强度高的石墨材料脱颖而出被用作面对等离子体的第一壁材料，且其在应用过程中表现出了良好的放电脉冲效果。此外，因石墨具有原子序数低，引起的辐照损失小等特性，即便混入等离子体中，也能使高温等离子体保持稳定。

(4) 放电加工电极。

石墨电极在放电加工用电极中表现出许多优点：①质量较同类电极较轻，易搬运；②易加工；③切削加工中不易产生应力导致变形；④极高温度下，因热膨胀系数小，故石墨电极很少因放电加工产生的热量而变形。但石墨电极也存在一些缺点，如切削加工时易产生粉尘、易损耗等。

3.3 可膨胀石墨

可膨胀石墨选用优质天然鳞片石墨，经酸性氧化剂(硫酸、硝酸与双氧水，高锰酸钾)处理后的层间化合物，亦称酸化石墨。膨胀石墨具有耐高温、耐高压、密封性好和耐多种介质腐蚀等众多优点，是目前新型的高级密封材料。其主要应用于以下领域。

(1) 环保领域。

膨胀石墨具有的亲油性和疏水性可以使其在水中有选择性地去除非水性溶液，这一特点被广泛应用于海面除去浮油，又因其分子结构上的特殊性质，表现出吸附大量油后可集结成块，浮在海面，并可再生处理，循环使用，不会造成二次污染的特点。

膨胀石墨除了可在液相中进行选择性吸附以外，对大气污染也具有抑制作用，如吸附二氧化碳气体等。

(2) 密封材料。

膨胀石墨可处理成柔性石墨(热膨胀系数小，在低温下不发脆、不炸裂，在高温下不软化、不蠕变)作为密封材料使用，因而被冠以“密封王”的美誉。

3.4 氟化石墨

氟化石墨是现今国际上高科技、高性能、高效益的新型炭、石墨材料研究热点之一，其性能卓越、品质独特，广泛应用于功能材料。

(1) 用作脱模剂。

氟化石墨具有低表面能的特性，主要应用于粉末成型、模铸、胶合板成型等金属模的脱模剂。

(2) 固体润滑剂。

(3) 电池原料。

由氟—锂组成的电池虽然具有高能量，但因氟气有毒，且以氟作为阳极活性物质难度极大。但氟化石墨在有机电解质中具有极好的电化学性质，所以被广泛应用于计算机、钟表、照相机的集成电路存储器上。

3.5 胶体石墨

胶体石墨主要具有：①润滑性。在一些摩擦强度大的机械中涂抹胶体石墨，会在摩擦机械表面形成润滑薄膜，从而降低摩擦阻力和摩擦产生的温度，避免机械出现烧坏、卡死，延长工作寿命；②隔热性。因胶体石墨膜面垂直方向具有隔热作用，所以在热蒸汽汽缸和透平螺旋桨方面应用广泛；③成膜均匀，且具有优良的导电性和导热性，在电子工业中用于防止反光，抑制电子二次反射，消除静电。

3.6 石墨烯

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料。

由于其特殊的原子排列结构所表现出来的特性，使其得到了广泛应用。

(1) 根据石墨烯超薄(单层石墨烯几乎透明，其分子排列紧密，即使最小的氦原子也无法通过)，强度超大的特性，可用于制造超轻防弹衣、超薄超轻型飞机等。

多媒体教室承载着不同学科、不同种类的教学任务，使用频率相对较高，使用人员也相对不固定。大多数教学人员需要通过U盘、移动硬盘等存储介质将课件拷贝到PC机中，随之大量病毒通过移动存储介质被携带进入，导致系统遭到病毒威胁出现变慢或者死机的情况。同时，由于病毒传播扩散能力强的特点，会使病毒在各多媒体教室间进行“交叉感染”，从而导致设备问题的集体爆发。

(2) 因其导电电子不仅能在晶格中无障碍的移动，而且速度极快，远远超过了电子在金属导体或半导体中的移动速度这一特性，被制作成石墨烯导电剂。

(3) 其导热性超过现有一切已知物质，加之其导电电子的快速移动使其在将来曲面手机、光子传感器及超级计算机中代替硅得到研究与应用。

(4) 其他应用：科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长，而人类细胞却不会受损。利用这一点；石墨烯可以用来作绷带、食品包装甚至抗菌T恤。

4 我国石墨资源合理开发利用的具体措施

(1) 设置合理的开采规模。

石墨资源属于非可再生的矿产资源，因此一定要合理开发和利用，要做好石墨资源开采规模的规划和改进工作，要有针对性地进行开采，并采取保护性措施，同时要对石墨资源的储采比进行研究，通过明确合理的储采比来进行适度开发，切勿过度开发，应当从长远利益的角度出发，保证石墨资源的合理开发利用，实现石墨工业的健康持续发展。

(2) 充分利用市场手段来实现资源的优化配置。

为了实现资源配置的最优，通常主要靠市场通过竞争和价格机制以及供求定律来实现，这样石墨资源就会进行自动流动，从相对差的企业向较好的企业流动。如果政府干预过多，那么就会产生不良后果。为了使市场机制作用充分发挥，防止其失灵，政府可以适当制定干预，通过制定切实可行的产业政策和竞争规则等来创造良好的市场竞争环境，从而保证石墨市场的健康稳定发展。

(3) 加大对石墨开发技术资金的支持。

在石墨资源的开发利用过程中，先进的开发技术是其重要保障。因此，今后可以设立专项基金来鼓励新技术的研发，力争在石墨提纯新技术方面有所突破，实现石墨资源的充分合理利用，同时提高其综合回收率。此外，政府还要加大对基础性技术的研究，对那些风险较大、费用高而且效益低的技术加大资金支持，通过政府和企业的共同努力来实现石墨产业的优化升级，保证石墨工业的快速发展。

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Present Situation and Application of Graphite Resources Development and Utilization in China

CHEN Peng
(Qinghai Branch of China Building Material Industry Geological Survey Center, Xining 810000, China)

With the rapid development of economy and the increasing of population, the growing demands for non-metallic mineral resources in our country. As a very important non-metallic mineral resource, the application of graphite resources is becoming more and more widely. Compared with other countries in the world, our country of graphite have relatively rich resources and graphite reserves is big country, nearly 33% of global graphite resources in our country, therefore in the graphite resources development and utilization of the work is very important in our country. But the current our country in the process of development and utilization of graphite resources, often appear export resources is lower, the price of import processing products and the price is quite high, so it is necessary to study.

graphite resources; development and utilization; present situation; application

P578.16

A

1007-9386(2017)01-0002-03

2016-12-15