（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）在前不久召開(kāi)的第十四屆非金屬礦加工利用技術(shù)交流會(huì )上，武漢理工大學(xué)的高惠民教授做了題為《石墨選礦及深加工技術(shù)現狀與趨勢》的專(zhuān)題報告，高惠民教授在報告中指出，深加工、高附加值將是石墨等非金屬礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。
《建筑材料工業(yè)“十二五”發(fā)展指導意見(jiàn)》指出，我國將大力發(fā)展以石墨、高嶺土、膨潤土、滑石、硅灰石、石英、螢石、珍珠巖等為重點(diǎn)的非金屬礦物材料深加工產(chǎn)品。由于我國的非金屬礦產(chǎn)資源極為豐富，很多礦種的質(zhì)量和儲量均居世界前列。因此，持續、穩定地發(fā)展非金屬礦超細深加工技術(shù)將會(huì )前景無(wú)限。
非金屬礦物的超細粉碎、精細分級、晶體保護和表面改性等是提升非金屬礦深加工的技術(shù)關(guān)鍵。多年來(lái)，一直是國內外研究的熱點(diǎn)。非金屬礦物大多為低附加值礦物，經(jīng)深加工后都有較大的增值，一般可提高４～３０倍左右，不僅經(jīng)濟效益十分可觀(guān)，而且大大提高了礦物的應用價(jià)值和應用范圍。
石墨，作為我國傳統的非金屬礦物已有多年的采、選、應用歷史。隨著(zhù)世界工業(yè)正在突飛猛進(jìn)的向前發(fā)展，如今的石墨已被國內外視為重要的工業(yè)礦物原料之一，特別是最近幾年，石墨制品已在各行各業(yè)發(fā)揮著(zhù)重要作用，人們對石墨也開(kāi)發(fā)了許多新用途，國際市場(chǎng)需求量逐年增長(cháng)。
對石墨產(chǎn)業(yè)，國家也加大了在深加工方面的關(guān)注和投入，去年，科技部十二五科技支撐項目“高純石墨材料技術(shù)開(kāi)發(fā)及其典型應用”以黑龍江的企業(yè)、科研院校為主，已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施；工信部發(fā)布了產(chǎn)業(yè)準入條件，其他部委的項目和措施也在進(jìn)展中。
1、石墨深加工現狀
由于我國冶金鋼鐵業(yè)的持續增長(cháng)，世界鋰離子電池的迅猛發(fā)展，拉動(dòng)對石墨原料的需求；同時(shí)產(chǎn)業(yè)界、政府對石墨戰略資源作用的日益重視，使石墨礦產(chǎn)品的價(jià)格迅速攀升，扭轉了20多年來(lái)其他礦產(chǎn)品都在漲價(jià)、石墨卻不斷降價(jià)的不正常局面，不僅使石墨行業(yè)效益不斷提高、同時(shí)也使得一些社會(huì )資金不斷涌入石墨行業(yè)。
我國是石墨資源大國，但是長(cháng)期以來(lái)石墨產(chǎn)業(yè)內部低技術(shù)層次的產(chǎn)量、價(jià)格的惡性競爭，資金和技術(shù)投入嚴重不足，以生產(chǎn)原礦和選礦的低端產(chǎn)品為主，使得產(chǎn)業(yè)長(cháng)期低迷。這種狀況導致我國石墨深加工技術(shù)和產(chǎn)品落后于發(fā)達國家，資源大國卻是深加工弱國。這與我國經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展很不適應。當前和今后一個(gè)相當長(cháng)的時(shí)期，保護和科學(xué)利用石墨這種寶貴的戰略資源，發(fā)展石墨深加工技術(shù)和產(chǎn)品是大有可為的一項事業(yè)。
現在，國內已經(jīng)有一批效益良好的(鱗片)石墨深加工企業(yè)，規模最大的柔性石墨企業(yè)主要分布在江浙地區，負極材料等電池材料企業(yè)主要分布在深圳等珠三角、長(cháng)三角地區。鱗片石墨的深加工企業(yè)在山東有很多家，在內蒙古、湖北、河南、福建等也有一些企業(yè)。
這些企業(yè)原來(lái)與礦產(chǎn)資源企業(yè)只是原料的供需關(guān)系，現在也與資源企業(yè)開(kāi)展了合作，如寧波的柔性石墨專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商信遠公司、深圳的負極材料專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商貝特瑞公司都與黑龍江企業(yè)合作參加了“十二五”科技支撐項目。
我國原來(lái)微晶石墨的深加工技術(shù)基本空白。近來(lái)研究發(fā)現，由于微晶石墨的晶體微小，每個(gè)石墨顆粒中有很多微晶無(wú)序堆積，使得顆粒表現出各向同性。這使得它成為鋰離子電池負極材料和各向同性石墨的極好原料，在新能源、核能、軍工等高新技術(shù)領(lǐng)域有重要應用價(jià)值。清華大學(xué)在這方面進(jìn)行了原創(chuàng )性的科技研究與開(kāi)發(fā)，正在與相關(guān)企業(yè)合作建設微晶石墨提純、深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)線(xiàn)。
2、石墨深加工發(fā)展方向
根據經(jīng)濟和科技發(fā)展對石墨新材料的需求及中央、地方及企業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃，近期內建議產(chǎn)學(xué)研結合，以深加工為主，實(shí)現一些重要工程項目，建設完整產(chǎn)業(yè)鏈，引導石墨產(chǎn)業(yè)健康科學(xué)地發(fā)展。工程項目的目標，一是陳舊技術(shù)設備的改造；二是目前炭石墨材料發(fā)展的熱點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)品，如鋰離子電池負極材料、各向同性石墨、高導熱石墨等的產(chǎn)業(yè)化、集約化。
(1)石墨化學(xué)提純高效環(huán)?；?br />
傳統石墨化學(xué)提純方法主要有三種：堿熔酸浸法（即氫氧化鈉提純法）、氯化焙燒法、氫氟酸法。這三種方法普遍存在藥劑用量大，環(huán)境污染較高的缺點(diǎn)。目前，國內已經(jīng)具有環(huán)保節能的先進(jìn)酸堿法提純和節能型高溫提純技術(shù)，可針對資源特點(diǎn)，建設不同類(lèi)型的規?；峒兩a(chǎn)線(xiàn)。嚴格限制化學(xué)提純中嚴重污染環(huán)境的氫氟酸的使用。
(2)鋰電天然石墨負極材料研發(fā)
鋰離子電池的廣泛應用促進(jìn)了球形石墨的飛速發(fā)展，可依托資源，把天然石墨鋰離子電池負極材料的產(chǎn)業(yè)規?；?，并針對不同檔次電池需求，研發(fā)不同品質(zhì)負極材料，使產(chǎn)品系列化；研發(fā)安全、長(cháng)壽命的天然石墨動(dòng)力型、儲能型電池負極材料。隨著(zhù)鋰離子電池需求的迅猛增長(cháng)，負極材料的市場(chǎng)前景十分廣闊。
國內已經(jīng)有了鱗片石墨球形化后制備負極材料的企業(yè)，如貝特瑞等；清華大學(xué)等院校具有了以微晶石墨制備負極材料的技術(shù)，但產(chǎn)業(yè)規模及產(chǎn)品質(zhì)量還不能滿(mǎn)足鋰離子電池迅速發(fā)展的需求。國內大批生產(chǎn)的球形石墨主要出口日本及韓國，供國外企業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量負極材料。
(3)天然石墨基各向同性石墨
各向同性石墨廣泛應用于核能、硅晶制備、電火花加工、連續鑄鋼、航空航天等領(lǐng)域，是炭材料的高端產(chǎn)品、戰略物資。我國目前所需的各向同性石墨2/3依靠進(jìn)口。傳統技術(shù)制備各向同性石墨技術(shù)復雜、成本高。
微晶石墨礦物顆粒本身具有各向同性性，是制備各向同性石墨的很好原料，而且能簡(jiǎn)化工藝、降低成本，已經(jīng)制備出工業(yè)尺寸的樣品，各向同性參數達到1.04(要求最高的核石墨1.05)；鱗片石墨球形化后，也具有制備各向同性石墨的潛在可能。
(4)天然石墨基高導熱材料
電子設備的小型化，要求電子器件的集成度越來(lái)越高，使得散熱成為IT產(chǎn)業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，對輕質(zhì)高導熱材料需求越來(lái)越大。柔性石墨作為均熱導熱材料已廣泛用于LED顯示器及許多電子產(chǎn)品；利用天然石墨的優(yōu)良導熱性，制備導熱性與銅相當或更高，而密度只有銅1/4的高端導熱材料，武漢科技大學(xué)、山西煤化所、清華大學(xué)等已有相關(guān)技術(shù)。
(5)柔性石墨產(chǎn)品系列
我國柔性石墨的生產(chǎn)已經(jīng)具有一定規模，并且與國外先進(jìn)企業(yè)有多項合作。但我國的產(chǎn)品多為中低端產(chǎn)品，品種規格不到國外的1/5。產(chǎn)學(xué)研用結合，針對使用要求研發(fā)高端產(chǎn)品，完善品種規格，使之系列化、標準化是現今發(fā)展趨勢。
(6)膨脹石墨環(huán)保材料
膨脹石墨對水體污染的吸附治理作用，已有大量的研究成果，在治理水體的油品、有機物污染上，膨脹石墨遠比現在使用的普通活性炭有效、經(jīng)濟。但膨脹石墨不便運輸，需要在應用現場(chǎng)制備。膨脹石墨環(huán)保材料的制備、使用、回收、再生有一定的技術(shù)難度，加之過(guò)去對環(huán)保不夠重視，膨脹石墨環(huán)保材料一直沒(méi)能產(chǎn)業(yè)化?，F在膨脹石墨環(huán)保材料的產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)基礎已經(jīng)具備，可以從兩個(gè)技術(shù)層面進(jìn)行這項工程。
對日益頻發(fā)的油品和有機物水體污染突發(fā)事件，建造綜合性水域環(huán)保專(zhuān)用船舶，把傳統的圍欄、抽吸等治理手段與膨脹石墨高效吸油性能結合起來(lái)，提高治污能力。這是涉及跨部門(mén)、跨學(xué)科的系統性工程，涉及的管理部門(mén)有船舶、海洋(海事)、環(huán)保等，涉及到學(xué)科技術(shù)有機械、材料、化工、熱工、環(huán)保等。這是一項難度很大的工程，但是建成以后在環(huán)保效益、技術(shù)水平上將是世界領(lǐng)先的。
（7）石墨烯
石墨烯是一種有著(zhù)獨特性質(zhì)的全新材料：它的導電性能像銅一樣優(yōu)秀，它的導熱性能比已知的任何材料都要出色。它很透明，垂直入射的可見(jiàn)光只有很小一部分（2.3%）會(huì )被石墨烯吸收，而絕大部分的光都會(huì )透過(guò)去。它又很致密，連氦原子（最小的氣體分子）也不能穿過(guò)去。
石墨烯特殊的結構形態(tài)，使其具備目前世界上最硬、最薄的特征，同時(shí)也具有很強的韌性、導電性和導熱性?！?ldquo;十二五”期間中國石墨烯行業(yè)深度市場(chǎng)調研與投資戰略規劃分析報告》稱(chēng)石墨烯集合世界上最優(yōu)質(zhì)的各種材料品質(zhì)于一身，故有業(yè)內人士如此評價(jià)：如果說(shuō)20世紀是硅的世紀，石墨烯則開(kāi)創(chuàng )了21世紀的新材料紀元，將給世界帶來(lái)實(shí)質(zhì)性變化。
石墨烯從實(shí)驗室走向量產(chǎn)在技術(shù)上還有很長(cháng)的路要走，但其在市場(chǎng)應用方面的前景是可觀(guān)的。優(yōu)良的石墨烯產(chǎn)品可代替硅生產(chǎn)超級計算機、制作光子傳感器、用于基因電子測序、在納電子器件方面有突出優(yōu)勢。國內外在這方面的研究正蓬勃發(fā)展，未來(lái)幾年發(fā)展空間巨大。
長(cháng)期發(fā)展看，我國炭材料產(chǎn)業(yè)結構目前狀況很不合理。過(guò)去計劃經(jīng)濟條塊分割，把炭材料割裂成炭素、電炭、石墨、炭黑、活性炭、碳纖維等分屬不同部門(mén)的小行業(yè)，使得資源、技術(shù)力量、資金不能合理利用。隨著(zhù)我國市場(chǎng)經(jīng)濟的完善，資金、資源的引導將會(huì )使我國相關(guān)炭石墨材料的不同產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步整合，發(fā)展成為綜合性的炭材料大產(chǎn)業(yè)。將出現一批涵蓋炭材料科技多個(gè)領(lǐng)域，有強大產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng )新能力的綜合性大型企業(yè)。
從技術(shù)角度看，近期的(天然石墨基)各向同性石墨、高導熱材料是天然石墨產(chǎn)業(yè)與人工炭材料產(chǎn)業(yè)的融合；未來(lái)5～10年或再長(cháng)一些時(shí)間，隨著(zhù)石墨烯應用技術(shù)的發(fā)展和成熟，石墨烯的制備和應用將可能成為一個(gè)快速成長(cháng)的大市場(chǎng)，前景廣闊。從目前的研發(fā)成果看，天然石墨是很好的制備石墨烯的原料。石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化，將會(huì )是新型炭材料的又一個(gè)大進(jìn)展。
我國作為世界上石墨儲量最大的幾個(gè)國家之一，在發(fā)展石墨產(chǎn)業(yè)方面有著(zhù)得天獨厚的優(yōu)勢。由于石墨優(yōu)異的性能及廣泛的用途，必將成為非金屬礦行業(yè)的領(lǐng)跑者。希望石墨行業(yè)能進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構、提高產(chǎn)品附加值，真正將我國的石墨產(chǎn)業(yè)做大做強。
武漢理工大學(xué)高惠民教授在第十四屆非金屬礦加工利用技術(shù)交流會(huì )上介紹石墨行業(yè)發(fā)展趨勢 |
