国内石墨产业的延展与思考

刘谦

（商洛市工业经济运行监测中心，陕西 商洛726000）

1 国内外资源现状

1.1 石墨的性能及成因

天然石墨是碳元素的同素异形体，属于六方晶系过渡型混合晶体，密度为2.25 g/cm3，熔点为3652 ℃，具有层状解理。作为一种耐高温碳材料，其化学性质稳定，具有良好的电学性能和机械性能。石墨是由煤系沉积层中的有机质经岩浆热液和复杂地质作用变质而产生，自然界主要有晶质石墨和隐晶质石墨两大类，根据形貌又可以分为土状石墨、片状石墨以及块状石墨。其中，晶质石墨成矿时代主要为新元古代到早寒武纪，隐晶质石墨成矿时代主要为石炭纪到二叠纪。按照矿床类型来分，主要有区域变质型、混合岩化型、混染同化型、接触变质型四类，多为层状、脉状或不规则成矿地质结构。

1.2 石墨的分布及储量

全球已探明石墨储量分布如图1 所示。根据美国地质勘探局（USGS）统计，截至2018年，全球天然石墨累计探明可采储量达到3 亿吨。其中土状石墨主要分布在欧洲、中国、墨西哥和美国，片状石墨主要分布在澳大利亚、巴西、加拿大、中国、马达加斯加等国。中国石墨资源种类齐全，包含晶质石墨（约占世界2/3）和隐晶质石墨，主要集中分布于内蒙古、黑龙江、湖南等地区，呈现“东多西少、集中分布”的特点。国内石墨的储量丰富，成矿地质条件优越，主要类型为区域变质型和接触变质型，涵盖了91个主要矿区和159个重点矿区带。从矿藏品位来看，国内晶质石墨固定碳含量平均小于等于10%，隐晶质石墨固定含碳量在12%～85%，自然禀赋较优，利于规模化稳定开采。最新勘查表明，中国石墨潜在资源量为21 亿吨，晶质石墨储量为4.37 亿吨，近10年的开采量稳定在每年60～80 万吨[2，4，5，6]，长期位居世界前列，具体如图2 所示。随着地质勘探的深入，在内蒙、新疆、河南等中西部地区陆续发现了新的优质矿床，丰富了国内的石墨资源储量。

图1 全球已探明石墨储量分布图

图2 全球主要石墨国家年产量图

2 产业化发展概要

2.1 石墨材料工业应用

世界上的50 多个国家地区进口石墨，主要集中在日本、美国、韩国、德国等工业发达国家，这些国家基本垄断了尖端技术和知识产权，具有完整的下游产业链，中国、墨西哥、加拿大、巴西等为石墨出口国。当前到今后一段时期，天然石墨将继续集中应用在机械铸造、轻化工、冶金工业等传统行业，随着材料技术的发展和新兴领域的拓展，以石墨为基础的新型碳材料在电子电力、国防航天、生物医药、储能环保等新兴领域展现出广泛的应用前景。石墨材料的工业应用如表1 所示。

表1 石墨材料的工业应用

2.2 部分国家产业政策

石墨是新一轮工业革命的战略资源，引起了各国的高度关注。日、德、韩等国在加快石墨进口储备的同时，加快了精细原料和能源材料的研发过程；美国天然石墨全部依赖进口，并实现了人造石墨的量产；欧盟委员将石墨作为紧缺资源列入《对欧盟生死攸关的原料》并推动石墨新能源汽车。中国石墨加工业起步较早，目前已形成了一定规模的产业集群和工业园区，近年来出台的《中国制造2025》《石墨行业准入条件》《关于加快石墨烯产业创新发展若干意见》等政策，逐步确定了产业结构、行业标准和先进制造的顶层设计，促进了国内石墨产业的发展，2018年中国将石墨列入矿产资源开发利用评估试点矿种，标志着国内石墨加工行业开始向集约化、高端化发展。

2.3 国内石墨行业概况

目前国内石墨行业多集中在原料采选的产业链上游，矿产基地主要分布于黑龙江鸡西、萝北，内蒙古兴和，山东平度，湖南郴州和吉林磐石。此外，国内石墨深加工行业主要集中在长三角、珠三角、环渤海湾经济带，产业结构和国外基本趋同，包含了耐火模具、冶金铸造、密封垫片、铅笔等传统领域，但在石墨深加工方面与世界先进国家有一定的差距。2020年国内石墨预计需求分布如图3 所示。

图3 2020年国内石墨预计需求分布图

受全球消费市场和去产能政策的影响，近年国内石墨传统行业消费量呈现不同程度的下降趋势，但石墨电池、特种石墨、新型碳素材料等得到了快速发展。国内部分重要石墨加工企业如表2 所示。

表2 国内部分重要石墨加工企业

3 存在问题及建议

3.1 主要问题

中国石墨产业发展时间较长，在国际石墨市场占有重要的地位。但资源浪费、产品单一、工业附加值偏低等问题依然存在：①资源利用低效。部分地区采矿权分散，采选技术和矿山管理落后，尚未有效落实保护性开发政策和行业规范，存在资源浪费现象。②产业布局不佳。国内石墨行业多集中在产业链上游，初级原料产品低端低值，工业附加值低、产能相对过剩。③行业运行乏力。石墨加工多在中小企业，企业融资、技术研发、项目建设存在巨大压力，难以形成规模化业态。④市场需求饱和。传统石墨制品的供求相对稳定，在经济下行的影响下，高新产品的消费市场尚未形成，短期内石墨产销不会明显增长。⑤技术研发滞后。石墨烯的成功制备催生了石墨和碳素材料的研究热潮，但适应工业化生产的研究成果未能有效转化，精细加工、循环利用、技术改造等方面与国外差距较大。

3.2 相关建议

当前全球石墨业态面临重大变革，中国应充分利用资源优势，多措并举促进石墨加工行业转型升级：①强化政策引导。建立保护性开发机制，确保石墨资源储备安全。同时合理规划产能和产业布局，引导加工企业向产业链上游发展。②促进循环发展。依托园区和龙头企业的辐射带动效应，鼓励石墨制造业集群发展，提高资源的利用效率和和经济效益。③注重科技创新。设立专项资金，支持企业技术改造和转型升级，推进产学研用的有效结合，加快高端产品研发和市场需求的培育。④加快污染治理。集中出清一批无序开采、违规作业的散乱污企业。同时，统筹做好矿区污染的综合整治和尾矿综合利用，全面落实生态修复工程。

4 石墨产业发展趋势

4.1 传统行业的迭代升级

据推测全球可回收石墨超过了8 亿吨，可满足传统耐火内衬、铸造模具、复合材料等行业的生产需求，随着技术的发展，有望形成一定规模的石墨回收利用产业；同时新型热酸浸蚀技术和提炼工艺已能够生产高纯石墨粉体、球型石墨、石墨箔片等精细化工原料，拓展了石墨在碳基复合材料、摩擦材料、特种润滑剂等领域的应用范围；此外人造石墨可实现量产和掺杂改性，满足多样性的加工需求，未来可以作为天然石墨的替代物，这些重大突破将促进传统行业提质增效。

4.2 前沿领域的推广应用

随着研究的深入，天然石墨的优良性能得到充分发掘应用。其原子结构和晶体结构特殊，可作为核材料和中子减速剂的原料。优异的热电性能使其作为碳素电极和自热元器件。石墨具有良好的生物相容性，是用作药物载体和生物监测的备选对象。与此同时，利用石墨制备石墨烯的技术取得了重大进步，未来有望在环保储能、柔性显示、电力电子、精细化工四大集群产业得到广泛应用，这将引发碳素材料的重大变革。