黑龙江省石墨产业发展战略初探

2020-05-19张少铎吴相利

科学技术创新 2020年11期

张少铎吴相利

（哈尔滨师范大学地理科学学院，黑龙江哈尔滨150080）

1 石墨产业现状与前景

1.1 石墨的用途

石墨是一种非金属单质矿物，和金刚石属于碳元素的同素异形体，石墨矿物在自然界中以晶质石墨和隐晶质石墨两种状态存在，本文讨论的是晶质石墨。石墨虽然是一种非金属矿物，但由于其特殊的结构，使其除具有非金属的特点之外，还具备了许多金属的特点：耐高温性、导电性、导热性、润滑性、化学稳定性、可塑性、抗热震性等。正是因为石墨兼具了金属与非金属的特性，所以其用途更加广泛。石墨的传统应用主要在以下几个方面：作耐火材料、导电材料、润滑材料、铸造材料、密封材料、原子反应堆的减速材料等。

近年来，由于科技的进步，石墨的许多新特性被发现，根据这些特性，人们又开发了石墨的许多新用途，或将原来的应用领域进行了拓展和升级，尤其是石墨烯的研发和应用将石墨的特性发挥到最佳效果。

1.2 石墨产业现状

中国的石墨资源储量占世界的60%，产量占世界的65%，出口占世界的60%，消费占世界的50%。从这四个数据可以看出我国是世界第一石墨资源大国、生产大国、出口大国和消费大国。

截止2017 年底，黑龙江省的石墨资源储量占全国的53%；2011-2017 年，黑龙江省的石墨产量平均占全国的60%以上；是名副其实的石墨资源大省、石墨产业大省[1]。

1.3 石墨产业的前景

有专家预言说，二十世纪是“硅”的世纪，二十一世纪将是“碳”的世纪，石墨被誉为“工业味精”。2010 年诺贝尔物理学奖授予在石墨烯材料方面的卓越研究者，英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，石墨烯迅速成为材料学的热门话题，有人预言石墨烯的工业化生产将引发材料学的革命性创新。

目前石墨烯电池是最接近工业化生产的产品，石墨烯电池与普通电池相比具有体积小、重量轻、容量大、充电快等优势。由于环境保护的压力，世界各国都将新能源汽车作为汽车工业发展的必然选择。制约新能源汽车产业健康发展的关键技术是续航能力，汽车的续航能力的大小主要看电池的性能，而石墨烯电池恰好有效地解决了困扰这一行业的关键难题，同理石墨烯电池也将会引发包括手机在内的电子产品的颠覆性创新，这将给石墨产业的发展带来千载难逢的机遇，未来十年乃至更长的一段时间内，石墨消费增量的70%将应用在新能源汽车领域。

随着新兴制造业的兴起，新能源、新材料、航天航空、生物信息等高新技术领域将为石墨产业创造更广阔的发展空间，高端石墨产品的需求将会有较大幅度的增长，石墨烯的制造成功和产业化应用也将再次推高石墨的战略地位。

2 黑龙江省石墨产业的现状

2.1 资源背景

近年来由于石墨产业的快速发展，对石墨的勘查工作投入逐年增加，石墨找矿成果凸显，黑龙江省的石墨资源储量2017年比2007 年增加了78%，但在全国的占比却由同时的60%下降到53%。虽然资源储量的数量在全国的占比有所下降，但是黑龙江省的石墨资源与其它省份相比具有得天独厚的优势。

2.1.1 分布集中

黑龙江省六个地市有查明的石墨矿产资源，按储量由多到少依次为鹤岗市、鸡西市、七台河、牡丹江市、双鸭山市、大兴安岭地区，其中鹤岗市、鸡西市、七台河三市占全省保有储量的93%，鹤岗市占全省总储量的56%，鹤岗市的石墨资源都集中在萝北县，如图1 所示。

图1 黑龙江省石墨资源储量分布图

黑龙江省的石墨资源不但集中在三个地市，而且主要集中在几个大型矿区之中，在全省的27 个石墨矿区中，大型矿区13个，中型矿区8 个，小型矿区6 个。亚洲最大的萝北云山石墨矿区的资源储量占全省的32 %，全省储量最大的前3 个矿区的保有资源储量占全省的67%，前5 个矿区占87.3%,前13 个大型矿区占98.7%。相对集中的资源为产业发展提供了优越的条件，如图2 所示。

图2 黑龙江省石墨资源集中度图

2.1.2 质量优异

黑龙江省石墨矿品位高，矿石质量稳定，平均在8%以上；有害组分少，易于提取高纯度石墨；经过系统的地质勘查工作，基本查明了开采技术条件；矿体埋藏普遍较浅并且单矿体厚度较大，适合低成本、安全性较好的露天开采[3]。

2.1.3 潜力巨大

黑龙江省的石墨矿床类型多为沉积变质型，赋存在古元古代和新太古代地层中，这一时代的地层在黑龙江省东部地区广泛分布，找矿地质特征明显。根据《黑龙江省石墨矿资源潜力评价成果报告》显示，黑龙江省石墨找矿潜力巨大。

2017 年黑龙江省共有石墨探矿权44 个，当年投入11292 万元，探矿权数量较2016 年的23 个接近翻了一番，投资额度较2016 年增加了120%。根据已经公示的资源储量备案信息，到2018 年底，石墨矿产资源储量可达3 亿t，在未来2-3 年内石墨资源储量可达4 亿t，按现在的生产规模和保有储量，石墨资源可以开采200 年以上。

2.2 开发现状

2.2.1 开发历史

黑龙江省的石墨开发利用可以追溯到清代，铁力市神树石墨矿发现于1897 年5 月，储量34 万t。清政府于清光绪十年（1904 年）10 月在铁山包设矿务分局开始开采，这是有文字记载的最早的石墨开发历史[4]。

鸡西柳毛石墨矿是中国石墨矿的典型代表，它的开发可以代表黑龙江省石墨的开发历史，甚至可以代表中国石墨的开发历史。

柳毛石墨矿发现于清末，1905 年黑龙江预备军官探险旅行团首次沿穆棱河探险和调查，在柳毛发现了石墨；民国时，国家调查员王竹泉和阿城县矿商黄甫分别在1928 年、1930 年的调查中进一步确认，但是这三次调查没有留下文字资料。日本侵略者进入鸡西后，从1937 年至1941 年先后进行了四次调查，并形成了三份地质资料，这三份日本侵略者掠夺中国资源的铁证现存于黑龙江省地质资料馆[5]。

从1939 年起，伪满洲矿业开发株式会社就着手开发柳毛石墨资源，于1941 年7 月建成第一浮选厂，开启了黑龙江省石墨产业工业化生产序幕。1945 年4 月建成了第二浮选厂，尚未投产，日本帝国主义即宣布无条件投降，日本人在撤退时，炸毁了全部的设备和坑口，整个矿山变为一片废墟。

解放后至改革开放，柳毛石墨矿完成了从原材料输出向石墨产品深加工的转变；选矿方法由复选到电选；产品纯度由含碳80%提高到85%；石墨年产能超过1 万t。

1985-1991 年，经过系统的地质勘查工作，探明了柳毛石墨矿的资源，国家开始了大规模的基础建设，引进了新工艺、新技术、新方法，产品纯度由初期的85%提高至97%，选矿回收率由50-60%提高至80%。年产能也提高至3 万t。同期柳毛石墨矿开始在萝北云山投资兴建石墨矿。

随着中国乡镇企业兴起，小石墨矿遍地开花，柳毛石墨矿开始向黑龙江省其它石墨产区输出技术、人才，帮助、指导其建立浮选厂，至此开启了黑龙江省石墨行业全面发展的新篇章。

经过近70 年的开采，柳毛石墨矿累计开采石墨18.6 万t，开采过程中损失石墨2.1 万t。

2.2.2 开发现状

改革开放之后，在有水快流思想的引导下，黑龙江省的石墨开发利用进入高潮，即鸡西市后，萝北县云山- 亚洲最大石墨矿开始开发利用，但产量较少。当时正值世界经济高速发展阶段，石墨需求增加，加之矿产资源免费使用，以及一些发达国家对石墨资源进行战略储备，多重因素叠加促成了黑龙江省石墨产业的快速低水平发展。由于石墨价格上涨，许多企业趋之若鹜，鸡西的石墨产品迅速占领了国际市场；与此同时，世界石墨产业也进入了快速发展时期。

二十世纪九十年代末期至2008 年，由于前期的非理性扩张，石墨产量增速过快，而需求却相对降低，造成供大于求，石墨产业发展停滞不前，许多石墨开采加工企业在此时关停并转。2008 年底之前，黑龙江省所有的石墨采矿许可证全部处于不在有效期限内的状态，从中也可以看出石墨市场的低迷、萎缩和疲软。

2008 年金融危机后，大宗矿产品价格持续走低，但石墨的价格一直很坚挺，由于加工技术的提高和应用领域的拓展，石墨已经成为新兴的战略性矿产资源。2009 年后石墨产业开始复苏，矿山企业陆续恢复生产，到2010 年黑龙江省的石墨产业又迎来了新一轮蓬勃发展。2010-2017 年石墨的采掘业平均产值占非油气矿产采掘业产值的1.24%，占黑龙江省已开发矿种的第五位。

与此同时黑龙江省加大了对石墨开发的宏观调控，截止到2018 年12 月31 日，黑龙江省共有石墨采矿权17 个，分布在除大兴安岭地区以外的五个石墨产区，全部为2008 年以后颁发的采矿许可证，其中大型矿山13 个，中小型矿山4 个；7 个矿山正常生产，10 个在建或未生产，开工率不足一半，年生产规模石墨（矿石量）1010.32 万t，实际可以生产石墨精粉80 万t，如图3所示。

图3 2010-2017 年石墨采掘业情况图

2.2.3 产品类别

目前黑龙江省生产七大类30 多种石墨制品，主要包括石墨原材料产品：鳞片石墨、球形石墨、微粉石墨；耐火材料产品：坩埚，石墨隔热析和底座，高温电阻炉炉管等；耐磨润滑密封材料产品：笔芯、活塞杯，密封圈、石墨纸等；导电材料：电刷、碳棒；模具材料：翻砂、铸造用模具；原子能工业材料：减速剂；新能源新材料：石墨烯材料、锂电池负极材料、宝石级人造金刚石等。

黑龙江省的石墨产品在每个应用领域都存在着初级产品多，高附加值产品少的问题。如应用在原子反应堆中的超高纯度石墨，新能源汽车领域锂电池负极材料石墨，石墨烯材料制品，宝石级金刚石只能少量生产或不能生产。

由于石墨烯的行业标准尚未出台，人们对石墨烯产品的准确理解还在探索性阶段，虽然有些企业声称自己已经生产出石墨烯产品，但可能还处在初级阶段，离真正意义上的石墨烯工业化生产还有很长的路要走。目前得到国际第三方认证机构认证的石墨烯生产厂家只有上市公司宝泰隆一家，目前生产各种石墨烯材料。

2011 年4 月26 日，居于国内领先水平的电动车生产厂家北汽集团投资10 亿元，在鸡西市兴建锂离子电池负极材料及石墨深加工项目，目前进入调试阶段，将为国内新能源汽车提供优质动力来源。

2.3 产业基础

黑龙江省石墨产业历史悠久，是全国较早开发利用石墨矿产资源的省份，通过一百多年的开发利用，特别是进入二十世纪八十年代以来，大规模的机械化生产培养一大批熟练工人和技术人员，积累了丰富的经验，黑龙江省的石墨产业始终处于全国领先地位，在国际上也具有一定的影响。截止2017 年底，黑龙江省共有石墨开采、加工、销售企业309 家，规模以上工业企业39 户，从业人员约5000 人，生产石墨精粉52 万t，规上工业总产值37.4 亿元，列所有已开发利用矿种总产值的第五位，黑龙江省实现了从最初的开发原字号产品到现在可以生产球形石墨、宝石级金刚石、“石墨烯材料”等高端产品的跨越。

近年来，黑龙江省石墨产业的研发也走在了全国乃至世界的前列，奥宇、贝特瑞、宝泰隆公司都建立了自己的研发机构，国家石墨产品质量监督检验中心落户中国石墨之都- 鸡西市。黑龙江省的石墨产业从资源开采、加工、人才队伍建设、科研投入已经形成了完整的体系，具备了发展石墨集群产业的基础。

黑龙江省所有的石墨开采矿山集中在9 个矿区，这9 个矿区资源储量大，矿石品位高，埋藏浅，易选矿；矿区交通方便，距离区域中心城市较近，各种配套设施相对完善，为石墨产业集聚发展提供了充分的保障。

黑龙江省在2014 年-2015 年分三批拿出近30 个石墨探矿权进行招拍挂，促进了石墨的勘查投入，为产业发展提供了资源保障。

黑龙江省出台一系列支持性措施鼓励企业开采、加工和研发，尤其是加大力度支持企业科技创新，黑龙江省从事石墨开采、加工和研发的企业由2010 年的不到35 家增加到2017 年底的300 多家。

黑龙江省的鹤岗、鸡西、七台河三个石墨资源丰富的市，都加大了石墨领域的投资，其中鸡西市在石墨产业上的实际投资在2018 年底已经超过50 亿元，全省在石墨领域的实际投资已经超过100 亿元，超亿元的项目12 个。

2.4 消费情况

根据相关数据统计，2010-2017 年，世界石墨的消费量大致在60 万t，预测到2020 年，石墨的消费量不会超过70 万t，但是消费结构会发生变化。

根据美国地质调查局的数据，以往世界石墨的消费主要集中在耐火材料、铸造、润滑等传统领域；预计到2020 年及以后，传统产业的石墨消费量将减少，石墨的消费增量将主要集中在新能源、新材料领域，如图4 所示。

图4 世界石墨消费结构图（引自美国地质调查局资料）

中国是世界上第一石墨消费大国，但是中国的石墨消费水平总体上略低于世界消费水平，耐火材料和铸造行业约占石墨消费量的70%，新能源、新材料（高端）领域的消费量不到20%。

随着我国供给侧结构改革，石墨的消费将逐渐转向新能源、新材料领域，如图5 所示。

图5 2015 年中国石墨消费结构

2.5 贸易情况

中国既是石墨出口国亦是石墨进口国，但总体上是石墨静出口国，2012-2016 年我国的石墨贸易总量约在30 万t 左右，2017-2018 年已经超过40 万t，近七年来每年的贸易顺差在20万t 左右，由此可以佐证石墨产业进入了活跃期。在此需要特别说明的是我国的石墨产量完全可以满足国内的生产、消费和出口需求，由于地缘政治的原因，进口石墨的90%以上来源于朝鲜民主主义人民共和国。

在石墨贸易结构中，我国出口的多是优质大鳞片的石墨原材料，相对价格较低；而附加值较高的球化石墨却出口较少，并且出口价格远低于进口价格，中国的石墨贸易基本上还延续着贵买贱卖的老路。

3 黑龙江省石墨产业发展存在的问题

石墨产业也和其它朝阳产业一样，在快速发展时期，不可避免地带来了一系列问题，主要表现在五个方面。

3.1 开采规模无序扩张

黑龙江省现有石墨采矿权17 个，2014-2015 年通过招拍挂出让了一些石墨探矿权，还有原商业性地质勘查形成的石墨探矿权，这些探矿权目前均已达到详查程度，有的已经达到勘探程度，具备了探转采的必要条件。由于都是通过市场渠道获得的探矿权，企业投入了大量资金购买探矿权，又投入了资金进行地质勘查工作，转成采矿权是惟一能收回投资的渠道。据统计如果这些探矿权转成采矿权，黑龙江省的石墨开采规模将比现在翻两番。

3.2 资源浪费现象严重

黑龙江省的石墨矿区资源储量大，全部为露天开采，单个矿山的生产能力与矿区资源储量极不匹配，矿山企业由于开采技术落后等原因，普遍采富弃贫，采厚弃薄，采易弃难，采中弃边，采大弃小。矿山企业只想在最短的时间内将最易开采、品位最高的资源变成矿产品进而获得经济效益，节约资源的意识较差。

在选矿过程中有意识地选择富矿进行分选，对贫矿弃而不用，在例行督察过程中，发现个别矿山企业的开采回采率低于国家规定的标准。

3.3 资源利用方式粗放

黑龙江省2014-2016 年石墨精粉产量没有显著变化，2017年产量比2016 年提高15%；2015-2017 年生产石墨精粉分别占全国的58.7%、66%和67%；石墨深加工产品分别占全省石墨精粉产量的20%、48%和37%；石墨产品的深加工能力平均不到生产能力的三分之一，也可以说大部分石墨精粉都作为原材料进入市场销售。

目前石墨深加工产品的类型仅局限于球形石墨、负极材料和高纯石墨等，属于石墨产品产业链中的中低端产品，附加值低，具有创新意义的宝石级人造金刚石和“石墨烯材料”等附加值较高的产品还处于试生产阶段。

中国是世界上出口石墨最多的国家，黑龙江省是中国外销石墨最多的省份，黑龙江省的石墨外销多以中低端产品为主，石墨精粉出口到发达国家后，经过精深加工再出口，或返销中国，价格陡涨十几倍甚至几十倍，石墨产业又再走上一个世纪低出高进的老路。

3.4 科技创新能力较低

自2011 年以来，石墨价格持续走低，石墨产业只能靠增加产量和提高产品附加值维持企业生存，而提高产品附加值的主要手段就是通过科技创新研发新产品或提升产品的性能。由于这些石墨企业处于起步阶段，虽然几个大型企业建立了研发机构，但是由于受人才、资金、意识、外部环境和投资风险的限制，总体上积极性不高、投入不足，科技创新能力较低，严重地阻碍了石墨产业的可持续发展。

3.5 环境污染破坏严重

黑龙江省的植被覆盖较厚，腐殖土发育，石墨矿山都是露天开采，剥离量普遍较大，严重地破坏植被和地貌景观，造成水土流失；露天开采过程中产生大量的粉尘和烟尘扩散后污染空气；石墨选矿过程中产生的废渣、堆放后大量占用和污染土地；废渣中的重金属经过淋滤后与选矿产生的污水一起严重污染地表水和地下水。

虽然黑龙江省的石墨矿山历史较为悠久，但是只有两家矿山是国家绿色矿山试点单位，环境状况可见一斑。

4 黑龙江省石墨产业发展战略

为了加快推进黑龙江省石墨产业的发展，黑龙江省先后制定了黑龙江省石墨资源勘查开发与保护规划、黑龙江省石墨烯产业三年专项行动计划、黑龙江省重点矿业产业“十三五”发展规划[6]，力争实现将石墨打造成千亿级产业的目标，占黑龙江省石墨产业产值70%的鸡西市和鹤岗市也出台了相应的政策鼓励发展石墨产业。如要实现这一目标，战略选择至关重要。

4.1 强化顶层设计

黑龙江省2019 年出台了《黑龙江省百千万亿级企业成长行动计划》等7 个文件，将矿产资源开发利用作为万亿级产业列入建设行动计划，其中石墨产业是仅次于石化产业和煤炭产业的第三大析块重点推进。以次为契机，结合已经制定的石墨产业发展规划，规范行业标准，科学设定并严格落实准入条件。把优势资源精准配置给有市场竞争实力、能形成产业规模的优势企业，推动和促进产业集群的生成和培育，对于没有深加工能力的企业不再配置资源，提高产品精深加工比重和资源供给与产业链结合的紧密程度，促进产业结构优化升级，确保石墨产品向高、深、精、细方向发展，不断增强我省石墨产品和产业的话语权和竞争力。

4.2 鼓励科技创新

组建充实科技创新型团队，根据黑龙江省石墨产业的现状和未来发展趋势，一是引进的急需高科技人才，壮大现有的科技研发机构和提高科研水平；二是引进科技创新团队，提高整个行业的科技创新能力，使科技创新成为产业发展的第一源动力；三是对于成熟度较高的科技成果尽快转化，形成生产能力，从而实现整个产业的良性循环。

4.3 统筹绿色发展

我省2017 年出台了《黑龙江省绿色矿山建设工作方案》，规定自2020 年起，新建矿山必须达到绿色矿山标准，并于2019 年出台了《绿色矿山等级划分与评定》地方标准。全省新建矿山必须按照绿色矿山标准建设并制定生态修复治理规划，地方政府要对环境和生态影响较大的露天开采石墨矿山严格限制，不得形成新的环境污染；老矿山企业必须制定制定恢复治理的时间表和路线图，并公之于众，接受社会监督；确保多还旧账，不欠新账，着力打造绿色矿业、和谐矿业。