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行业分析中国石墨资源概况及产业发展趋 [复制链接]

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石墨一直是现代工业与军工发展不可或缺的重要战略资源,不仅应用于耐火材料、电极电刷、铅笔、铸造、密封、润滑等传统工业领域,更是高端装备制造、新能源、新材料等战略性新兴产业及核电领域的关键资源,被誉为“21世纪支撑高新技术发展的战略资源”,素有“黑金”美誉。随着技术发展和应用领域的不断拓展,石墨资源的战略地位越来越受到重视:年,欧盟将石墨列为14种紧缺矿产资源之一;年,美国将石墨列为难以获得的战略性矿产之一;年,中国将晶质石墨列入战略性矿产目录。

我国是世界石墨资源大国,第一大石墨生产国、出口国和消费国,但长期以来,我国石墨加工技术落后,大量出口低附加值产品,高端深加工产品主要依赖进口,开发利用粗放,资源优势未能转化为技术和经济优势。未来,随着我国石墨资源战略地位凸显,科学利用和保护天然石墨资源,开发深加工技术和发展高端产品将成为石墨产业发展的必然趋势。

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石墨分为晶质石墨和隐晶质石墨,晶质石墨特别是大鳞片晶质石墨是高端石墨产品的重要原料

石墨的用途主要取决于它的结晶程度,鳞片状石墨可用于电池原料和原子能等尖端技术原料,隐晶质石墨可用于耐火材料和铅笔原料等。因此,根据工业用途不同,石墨可分为鳞片状晶质石墨(片度大于1μm)和隐晶质(土状)石墨(片度小于1μm),其中晶质石墨根据鳞片大小又可细分为大鳞片石墨(片度大于μm)和小鳞片石墨(片度小于μm)。此外,根据矿床成因不同,还可分为区域变质型、接触变质型和岩浆热液型3类,其中区域变质型和岩浆热液型矿床主要发育鳞片状晶质石墨,接触变质型矿床主要发育隐晶质石墨。

图为晶质石墨与隐晶质(土状)石墨

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目前,石墨广泛应用于耐火材料、铸造等传统工业领域,随着科技发展,以新能源汽车、电子信息和核工业等高科技行业为主的高端市场石墨消费量正逐步增加,未来新能源领域将成为石墨第一大消费领域

目前,在低端消费领域(主要是耐火材料、铸造等)石墨消费量占75%左右;高端市场主要为新能源汽车、电子信息和核工业等高科技行业,石墨消费量占25%左右。随着科技发展,高端市场石墨消费量正逐步增加。预计到年,新能源领域将达到40%~50%,成为石墨第一大消费领域。近年来,随着石墨高端应用研究加速,已经研发出多种高性能石墨产品,石墨深加工应用有较快发展。

1球形石墨:具有粒度分布集中、振实密度大、比表面积小和品质稳定等特点,主要应用于锂离子电池的负极材料和燃料电池板原材料。

2高纯石墨: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,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等静压石墨: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,主要应用于多晶硅铸锭炉用加热器、高温气冷堆(核裂变堆)、核聚变反应堆、放电加工电极等。

4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优点,可处理成柔性石墨作为新型的高级密封材料使用,被冠以“密封王”的美誉。在环保领域,被广泛应用于海面除去浮油。同时,对大气污染也具有抑制作用。

5氟化石墨:具有低表面能的特性,可应用于粉末成型、模铸、胶合板成型等金属模的脱模剂,作为高级润滑剂用于高温轴承、飞机和汽车引擎等,作为电池原料应用于计算机等集成电路存储器中。

6胶体石墨:在高温条件下具有特殊的抗氧化性、自润滑性和可塑性,以及良好的导电、导热和附着性,主要用于密封、冶金脱模等行业。

7石墨烯:是目前发现的最薄最轻、硬度最高、韧性最强、导热性和导电性最好的纳米材料,被誉为“21世纪的新材料之王”,具有多方面顶尖性能:在新能源电池领域,作为负极材料可应用于锂离子电池、动力电池、超级电容、燃料电池、风电储能装置等领域;作为复合材料,可用于抗静电复合材料、导电复合材料、导热复合材料料和高分子复合材料等,部分产品已在传感器、生物医药、环境保护、新能源、机器人等领域中实现了产业应用;此外,石墨烯在重防腐涂料领域和海水淡化领域也具有广阔的应用前景。

图为晶质石墨主要应用领域

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中国是世界石墨资源大国,石墨资源分布广泛、东多西少、个别富集,已形成6大石墨生产加工基地

(一)世界石墨资源丰富,分布相对集中

据美国地质调查局(USGS)统计,年,全球石墨储量2.7亿吨,80%集中分布于土耳其、巴西和中国,其中土耳其以隐晶质石墨为主,开发利用价值有限。矿石种类上,晶质石墨主要分布在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国,其中马达加斯加盛产大鳞片石墨,斯里兰卡盛产高品位的致密块状石墨;隐晶质石墨矿床主要分布于土耳其、印度、韩国、墨西哥、奥地利、中国等地。多数国家只产出某一类型石墨,中国是少数几个石墨资源种类齐全的国家之一。

(二)中国石墨资源分布广泛、东多西少、个别富集

中国石墨资源丰富,总保有量长期位居世界前列,其中晶质石墨资源量约2.6亿吨。晶质石墨矿的规模以大、中型矿居多,占矿产地总数的70%,全国晶质石墨保有矿物储量约88%集中分布于大型矿中。

我国石墨资源分布广泛,目前已在25个省(市、自治区)发现有石墨矿点,共91个矿区。从全国范围来看,石墨资源分布呈现“分布广泛、东多西少、个别富集”的特征。晶质石墨主要分布于黑龙江、内蒙古、山西、四川、山东五省,保有储量占全国80%以上,黑龙江和内蒙古晶质石墨储量最多;隐晶质石墨主要分布于内蒙古、湖南两省,保有储量占全国67%以上。

年以来,我国大型、超大型石墨矿床勘探成果丰硕,如黑龙江林口西北楞石墨矿已探明石墨矿物量达万吨以上,达超大型规模;内蒙古乌拉特中旗大乌淀石墨矿探明晶质石墨矿物量万吨,达超大型规模;内蒙古阿拉善右旗查汗木胡鲁石墨矿探明晶质石墨矿物量余万吨,达超大型规模。

目前,我国已形成六大石墨生产加工基地,产量占全国的80%以上,其中晶质石墨主要产地有黑龙江鸡西、黑龙江萝北、山东平度、内蒙古兴和等;隐晶质石墨主要产地有湖南郴州、吉林磐石等。

图为中国石墨矿产分布及生产加工基地示意图

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中国是世界第一大石墨生产国、消费国和出口国,未来需求将快速增长

(一)中国是世界第一大石墨生产国

~年累计石墨产量万吨,其中晶质石墨产量万吨,隐晶质石墨产量万吨。年石墨产量86万吨,占世界的75%;其中晶质石墨产量约66万吨,隐晶质石墨产量约20万吨。

(二)中国是世界第一大石墨出口国

~年,累计出口石墨万吨,年均41万吨,其中年出口量25万吨,占世界79%。出口流向日本(10万吨)、韩国(3万吨)、印度(2万吨)、德国(1万吨),美国(1万吨)等50多个国家和地区。日本是世界最大石墨进口国,占世界进口量的50%以上,其中80%以上从中国进口,~年日本累计从中国进口石墨万吨。

(三)中国是世界第一大石墨消费国

~年累计消费石墨万吨,其中晶质石墨万吨。年石墨消费量约61万吨,占世界消费量的53%;其中晶质石墨消费量约50万吨。石墨消费中,新材料、电池等新兴产业领域约占30%,耐火材料、钢铁等传统工业领域约占70%。

未来,传统领域石墨需求保持稳定,新兴产业石墨需求将快速增长,需求增长集中在晶质石墨。据中国地质调查局预测,到年晶质石墨需求95万吨,新兴产业需求占比将超过45%,其中,新能源和新能源汽车领域需求约23万吨,核电领域需求约14万吨,高端制造和电子信息等领域需求10万吨以上。预测到年晶质石墨需求将达到万吨,新兴产业需求占比将进一步提高。

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长期以来,我国石墨深加工技术相对落后,大量出口低附加值产品,高端深加工产品主要依赖进口,开发利用粗放

(一)石墨产品较低端

石墨产品一般分为高纯石墨(固定碳含量99.9%)、高碳石墨(94%~99%)、中碳石墨(80%~93%)和低碳石墨(50%~79%)四大类,国内企业主要生产低碳、中碳石墨产品,高碳和高纯石墨产品较少。球化石墨、柔性石墨和氟化石墨等深加工产品占比有限,深加工技术相对落后。

(二)大量出口低附加值产品,高端深加工产品主要依赖进口

年我国出口的石墨产品80%为初加工产品,其中向日本出口晶质石墨产品10万余吨,出口价格美元/吨;从日本进口电池用球化石墨吨,进口价格10美元/吨。大鳞片石墨出口价格由年的~美元/吨,下降到年的~美元/吨。同类产品进出口价格相差悬殊,如球化石墨进口价格是出口价格的两倍以上。

(三)资源利用较粗放

年,我国个石墨矿山企业中大中型矿山仅60个,中小型采选企业数量多,生产规模小而散,技术设备落后,采富弃贫、采易弃难等现象突出。~年累计消耗晶质石墨储量万吨,生产晶质石墨产品约万吨,利用率仅为40%,资源浪费严重。经过长期高强度开采,资源消耗严重,年晶质石墨储量较年下降了60%以上。

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未来,科学利用和保护优质石墨资源、开发深加工技术和发展高端产品将成为我国石墨产业发展的必然趋势

石墨的需求格局决定着石墨产业的发展方向。从未来石墨的消费结构来看,传统工业领域对石墨的需求逐渐趋于稳定,新能源新材料领域对石墨的需求增长强劲,而石墨烯产业将对石墨的需求带来不确定性。石墨的市场需求将会持续增加,战略意义凸显。随着科技创新的发展,为满足新能源、新材料领域对高性能、专业化石墨材料的需求,石墨产业将从材料级向专业级产品和深加工产业方向发展。目前,我国石墨高端新材料的制造和研发出现向资源地靠拢的趋势,未来可能形成“资源地+产能+深加工”的产业链耦合效应放大发展模式。

中国是石墨资源大国,但距离发展成为石墨资源强国还有很长的道路要走。只有坚定“科学利用和保护优质石墨资源、开发深加工技术和发展高端产品”的发展理念,调整产品结构,鼓励支持发展高附加值产品,带动石墨产业链一体化发展,提升我国石墨产业的国际竞争力,才能实现石墨资源强国之梦。

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结论与建议

(一)中国石墨资源总量虽大,但可采储量占比少,尤其是大鳞片石墨可采储量更少。随着石墨资源战略地位凸显和高端应用需求增长,关于优质石墨资源的争夺将愈发激烈,建议提前布局,加大优质石墨资源获取力度,在资源端坚实未来产业发展的根基。

(二)石墨烯新材料已经展现了在超级计算机、高效能源转换和储存系统、柔性电子等领域的广泛应用前景,将成为未来高新技术产业发展的基石和先导。中国是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一,但研发主体集中在大学和科研机构,企业研发相对较少,而美国、日本和欧盟等发达国家则相反。建议以企业为主体加强石墨烯技术研发,抢占石墨烯制备技术制高点,尤其是加强石墨烯在新能源材料领域的应用研发。

作者:王炯辉

来源:中国五矿集团有限公司

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