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石墨：技術(shù)升級之路該怎么走

發(fā)布日期：2013-9-10 來源:北極星智能電網(wǎng)在線

近年來，我國石墨行業(yè)越來越受到政府的重視，尤其是在技術(shù)創(chuàng)新上，得到了一些專家、院士的大力支持。在去年年末出臺的《石墨行業(yè)準入條件》，規(guī)定新建和改擴建高純石墨項目，采用節(jié)能環(huán)保的先進工藝路線;新建和改擴建可膨脹石墨項目，采用電解氧化工藝或強酸浸漬工藝路線;新建和改擴建柔性石墨項目，采用連續(xù)膨脹、壓延成型工藝和裝備。在各方的共同推進下，石墨企業(yè)紛紛搶上深加工項目，競相生產(chǎn)深加工產(chǎn)品。但是由于起步晚、技術(shù)缺乏、資金缺少、人才不足等原因，一些石墨企業(yè)的深加工項目或是苦于沒有技術(shù)，或是在技術(shù)創(chuàng)新上摸不著門路，導致發(fā)展滯后。那么，我國石墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀如何?企業(yè)更需要哪些技術(shù)和產(chǎn)品?今后又有哪些有前景的發(fā)展方向?對此記者進行了采訪。

技術(shù)升級轉(zhuǎn)化初見成果

8月初，石墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟年會在黑龍江省雞西市召開，記者與參會的代表們一起參觀了雞西市石墨產(chǎn)業(yè)園以及幾家石墨企業(yè)。記者看到，憑借資源優(yōu)勢，在政策的支持下，這里的石墨產(chǎn)業(yè)園不斷建設(shè)、擴大，石墨項目陸續(xù)進駐，入園企業(yè)家家新上深加工項目，引進成套先進技術(shù)和設(shè)備，鉚足干勁不斷開發(fā)新項目、研發(fā)新產(chǎn)品。

“現(xiàn)在取得的這些成果，在幾十年前是不可想象的。就是在幾年前，我們也沒想到石墨產(chǎn)業(yè)會發(fā)展得這么快。”當?shù)匾晃皇髽I(yè)負責人的一席話，引發(fā)了參會代表的共鳴。

據(jù)清華大學材料科學與工程系教授沈萬慈介紹，直到上世紀80年代，我國石墨產(chǎn)業(yè)只有采礦、選礦和少量的提純工藝，技術(shù)還是沿用國外三四十年前的水平。上世紀80年代末90年代初，在出口創(chuàng)匯的市場潮流推動下，石墨市場出現(xiàn)“黑色風暴”，我國石墨行業(yè)以資源浪費和環(huán)境污染為代價，占領(lǐng)了世界大部分市場。惡性競爭導致石墨資源價格很低，開采技術(shù)基本沒有進步。上世紀90年代末開始，在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的帶動下，我國發(fā)展起球形石墨、負極材料產(chǎn)品，基本達到國外上世紀90年代的技術(shù)水平。

隨著石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的有識之士指出，石墨是我國重要的戰(zhàn)略資源，應(yīng)該保護好我國自有的特色資源，走石墨深加工技術(shù)創(chuàng)新路線。

2011年7月，中國工程院原副院長王淀佐等10位院士聯(lián)名上書國務(wù)院，提交了《關(guān)于黑龍江省建立國家高新石墨產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)業(yè)化與交易基地(國際石墨谷)的建議》，得到了時任國務(wù)院總理溫家寶的批示。科技部落實領(lǐng)導的批示精神，決定由黑龍江省牽頭研究國家石墨新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃及實施方案，并啟動總預算約1.5億元的國家科技支撐計劃，批準建立了黑龍江石墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺，認定了黑龍江省火炬計劃科技特色產(chǎn)業(yè)基地。與此同時，我國的石墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟也成立。

一石激起千層浪。在國務(wù)院領(lǐng)導的指示和關(guān)懷下，在各級政府和有關(guān)部門的部署下，在技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和國家科技支撐計劃的支持下，一批朝著石墨產(chǎn)業(yè)深加工方向發(fā)展的企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)。

黑龍江奧宇石墨集團是走石墨深加工道路的典型企業(yè)。奧宇石墨集團深加工公司總經(jīng)理崔廣宏告訴記者：“目前集團的深加工項目進展順利，常規(guī)產(chǎn)品都在正常生產(chǎn)。通過兩年的實踐和自主研發(fā)，已經(jīng)開發(fā)出了自己的核心產(chǎn)品。其中深加工公司與臺灣一家企業(yè)共同研發(fā)的超精細球形石墨已于今年5月投產(chǎn)。常規(guī)球形石墨的中間顆粒在16～18微米，而這種超精細球形石墨的中間顆粒不到8微米。這種產(chǎn)品生產(chǎn)難度很大，粉碎、提純、烘干等環(huán)節(jié)都有很高的技術(shù)含量。目前公司已生產(chǎn)30余噸超精細球形石墨，產(chǎn)品直銷日本、韓國和美國�！�

在自主創(chuàng)新領(lǐng)域，雞西浩市新能源材料有限公司也有所收獲。該公司總經(jīng)理助理王國利介紹，目前國內(nèi)生產(chǎn)負極材料的爐溫是2800℃，而他們公司經(jīng)過對生產(chǎn)技術(shù)的改進，爐溫可達到3100℃，并且工藝溫度穩(wěn)定，實現(xiàn)了石墨化爐在超高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定運行，極大地滿足了負極材料的生產(chǎn)要求。經(jīng)有關(guān)專家論證，這項技術(shù)目前處于國內(nèi)同行業(yè)先進水平。產(chǎn)品經(jīng)權(quán)威機構(gòu)檢測合格，含碳量達到99.995%以上，達到德、美等國高純石墨的相關(guān)標準。公司目前擁有4項專利，還有3項專利在申報過程中。

奧宇石墨集團積極響應(yīng)國家號召，新上環(huán)保、節(jié)能的尾礦砂空心磚等深加工項目。年產(chǎn)4000萬塊磚，一年銷售收入可達2000萬元。圖為奧宇廣廈新材磚廠所生產(chǎn)出來的空心磚。

近幾年，一些石墨先進實用技術(shù)和*科技成果紛紛轉(zhuǎn)化落地。“十二五”石墨產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展相關(guān)規(guī)劃出臺，*石墨產(chǎn)品檢驗檢測中心、高導熱研發(fā)院士工作站、石墨深加工產(chǎn)品研發(fā)中心等的成立，進一步促進了石墨科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。高純石墨材料開發(fā)及其典型應(yīng)用、提高天然球形石墨比容量研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化、天然石墨制造鋰離子電池負極關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)等項目已正式實施。校企聯(lián)合、政企聯(lián)合的石墨科技合作協(xié)議陸續(xù)簽訂。一些企業(yè)自主研發(fā)專利技術(shù)也層出不窮，其中湖北宜昌新成石墨有限責任公司相關(guān)的工裝設(shè)備在全國行業(yè)中*，申報了7項國家實用新型專利，現(xiàn)已授權(quán)4項，創(chuàng)新研發(fā)了超薄石墨導熱膜新產(chǎn)品;株洲弗拉德公司天然微晶石墨超高溫連續(xù)純化設(shè)備，中試線一次把中高碳鱗片石墨及微晶石墨原礦提純到99%～99.99%，今年將有產(chǎn)業(yè)化設(shè)備面世，能耗≤3500千瓦時/噸，并有望取代化學法提純。

“目前，國內(nèi)初步擁有了石墨深度加工、精細加工和表面處理技術(shù)，金屬、塑料與石墨的復合技術(shù)，超細納米石墨、石墨合金粉末、液體石墨、石墨溶膠制備技術(shù)等。這些技術(shù)可用作鋰離子電池電極、燃燒電池極板、導電過濾石墨紙、導電橡膠、水域油污吸附材料、電磁屏蔽材料、石墨導電乳膠漆、石墨泡沫材料、催化劑載體、石墨合金軸承等方面產(chǎn)品�！笔a(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長韓玉鳳介紹說。

創(chuàng)新路上仍需邁多道坎

雖然我國天然石墨深加工技術(shù)進展很快，但依然存在著諸多不足。與發(fā)達國家相比，我國石墨深加工產(chǎn)業(yè)相對落后，產(chǎn)業(yè)鏈短，產(chǎn)品科技含量低，高科技產(chǎn)品少，目前仍以原料生產(chǎn)及加工鱗片石墨為主。

目前，我國柔性石墨仍處于試制階段，生產(chǎn)線已有二三十條，但先進的不多;鋰離子電池還處于小試階段;浸硅石墨等還是*。這一現(xiàn)象與我國石墨生產(chǎn)大國地位極不相稱。究其原因，我國石墨深加工技術(shù)還存在一些問題，在技術(shù)開發(fā)投入還不夠。

據(jù)了解，德國、法國、美國、瑞士、日本等國家的石墨深加工技術(shù)已經(jīng)相當成熟，這些發(fā)達國家基本壟斷了石墨深加工的先進技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)，利用我國的廉價原料，深加工成先進石墨材料，以極高的價格占領(lǐng)國際市場并返銷我國。目前，美國、日本等國的柔性石墨產(chǎn)業(yè)居世界*地位;日本生產(chǎn)核能級的超低硫(S<500ppm)和高純硫(S<50ppm)產(chǎn)品的技術(shù)全球*;美國、日本的鋰離子電池采用改性石墨作陽極材料已形成規(guī)模產(chǎn)業(yè);浸硅石墨目前僅德國、美國、俄羅斯三國能夠生產(chǎn)。

中國石墨行業(yè)協(xié)會原秘書長裴志翔認為，石墨行業(yè)往深加工方向努力，關(guān)鍵在原材料，要精選出大量的大鱗片石墨作為原料，通過技術(shù)手段生產(chǎn)高碳高純石墨。而從目前來看，我國在精選鱗片石墨上還有很大難度，主要是保護石墨資源意識還不夠。美、俄、英、德等國家都把本國的石墨資源用為戰(zhàn)略資源予以儲備，限制石墨資源開采。與發(fā)達國家相比，我國的石墨資源一直未得到應(yīng)有的重視。石墨資源大規(guī)模的無序開采、長期低價出口，使稀有的戰(zhàn)略資源大量流失。另外，我國石墨行業(yè)生產(chǎn)布局相對分散，缺少專業(yè)化協(xié)作分工和規(guī)模效應(yīng)，加之企業(yè)技術(shù)力量薄弱，沒有正規(guī)的礦山開采設(shè)計，采剝比例失調(diào)。尤其是大鱗片石墨保護不下來，不利于行業(yè)今后的發(fā)展。

沈萬慈認為，目前我國在高質(zhì)量負極材料，特別是動力、蓄能電池相關(guān)的材料，以及高導熱材料的生產(chǎn)，還存在一定的技術(shù)難度。從長遠看，目前批量制備石墨烯粉體問題不大，但找到合適用途，進而形成產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)，還有較大的技術(shù)難度，需要一定的時間。

韓玉鳳認為，石墨企業(yè)面臨的主要共性問題就是技術(shù)問題，主要表現(xiàn)在新產(chǎn)品、環(huán)保、采選、尾礦處理等方面亟須提高工藝、技術(shù)和裝備水平。一是球形石墨技術(shù)。要突破球形石墨生產(chǎn)中小顆粒鱗片石墨球形化技術(shù)，提高回收率。二是選礦技術(shù)。要解決礦石可選性較差，分選效果不好，導致精礦品味不宜提高以及在磨礦過程中，石墨大鱗片破損率較大等問題。三是尾礦砂綜合利用。尾礦砂大量堆積，造成環(huán)境污染，尋求尾礦砂綜合利用技術(shù)，制備高新技術(shù)產(chǎn)品。四是石墨超導材料的制備技術(shù)。目前石墨超導材料制備過程非常復雜，產(chǎn)出比非常低，消耗原料大，生產(chǎn)成本高，超導性能不穩(wěn)定。五是石墨觸媒柱及金剛石復合生產(chǎn)技術(shù)。研究通過添加適當金屬元素，使金剛石的合成壓力與溫度條件得到降低，金剛石的生長速度得到提高等技術(shù)。

轉(zhuǎn)型新材料是發(fā)展方向

對于如何破解我國石墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)嚴重落后的局面，相關(guān)專家向記者提出了自己的看法。

科技部辦公廳調(diào)研室副主任劉歧巖認為，我國應(yīng)以石墨作為基礎(chǔ)材料，全方位進行思考。從全碳角度思考，把石墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟上升到碳材料聯(lián)盟。向碳相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)轉(zhuǎn)型，業(yè)界應(yīng)加快碳材料產(chǎn)業(yè)化，早日實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，在新碳材料結(jié)構(gòu)發(fā)展中占據(jù)主動。

對于石墨產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級路線圖，沈萬慈建議：*，有實力的礦產(chǎn)設(shè)計研究院與采選企業(yè)結(jié)合，引進其他礦種的先進采選礦技術(shù)設(shè)備，設(shè)計建設(shè)先進的石墨采選礦生產(chǎn)線，在能耗、回收率、大鱗片保護、水資源利用、尾礦處理等技術(shù)經(jīng)濟指標上有顯著改善。第二，國內(nèi)已經(jīng)具有環(huán)保節(jié)能的先進酸堿法提純和節(jié)能型高溫提純技術(shù)。先進酸堿法大幅度降低耗水量，工業(yè)用水80%得到循環(huán)使用或中水利用;高溫提純能耗3500千瓦時/噸，基本不耗水。建議政府引導，產(chǎn)學研結(jié)合，針對資源特點，建設(shè)不同類型的規(guī)�；峒兩a(chǎn)線，嚴格限制化學提純中嚴重污染環(huán)境的氫氟酸的使用。第三，依托資源，把天然石墨鋰離子電池負極材料的產(chǎn)業(yè)規(guī)�；�，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、長壽命的天然石墨動力型電池負極材料。第四，天然石墨基各

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