院士专家热议黑龙江省石墨产业广阔发展前景

院士专家热议黑龙江省石墨产业广阔发展前景
黑龙江石墨产区主要集中在鸡西和鹤岗地区，形成石墨带。其中，鸡西市晶质石墨矿石总储量为5.1亿吨；萝北云山晶质石墨矿石总储量为6.3亿吨。鸡西市石墨资源矿床24个，平均矿石品位为7.97%；萝北的石墨资源主要分布于云山石墨矿区，在9平方公里的范围内共发现25条矿床，平均品位为10.2%。我省石墨具有资源丰富、储量大、品位高等特点。2009年，我省石墨生产加工企业38户，共生产石墨34万吨，鸡西、鹤岗各生产17万吨左右。2010年全国累计出口石墨不到20万吨，其中黑龙江为10万吨。
目前，我国石墨产业还面临诸多发展问题。缺少下游高新技术产品对整个产业的支撑。我们长期低价出口石墨精粉等原材料，在国外精深加工后，再以十倍、百倍、千倍的价格卖给我们。因此，节约、精深利用石墨这样的不可再生资源，关系国家长远战略利益。石墨产业技术水平低。矿山开采无序，采剥失调，采富弃贫，致使矿山资源浪费严重，矿山寿命大为缩短。资源开采缺乏科学规划和监督管理，缺少长远的矿数字压力计山开采设计和规划，急功近利，短期行为严重；基础研究和应用技术研究落后。目前，德国、法国、美国、瑞士、日本等国家石墨深加工技术已相当成熟，并且出现大量石墨深加工和经营企业，这些发达国家对自己国内石墨资源进行封闭，不予开采，主要采用从石墨矿产输出国低价购进石墨初加工产品经过深加工后高价返卖，赚取巨额利润。石墨产业集中度低。多数石墨企业大都规模小而分散，低端产品过剩，造成无序竞争，无法形成垄断市场和价格。
认为今后黑龙江石墨产业发展的思路是立足石墨资源比较优势，通过打造创新链，带动建设产业链，全面提升石墨产业技术含量，从而占领石墨产业价值链高端，依靠科技进步做强做大石墨产业。目标定位在石墨资源集约开发、高效可持续利用，将资源优势转化为经济优势，带动地方经济发展。为此，建议将石墨产业发展上升为国家战略。将石墨产业技术列为“十二五”国家科技重点专项予以支持。支持石墨产业的基础研究、前沿技术研究和应用技术研究，引领全国石墨产业技术发展，促进产、学、研、用的结合；建议支持在黑龙江建立石墨产业交易基地。根据黑龙江是第一石墨大省的实际，学习其他行业交易所经验，打造石墨产品交易“航母”，届时该平台显示的供求关系和石墨产品的交易价格能代表中国石墨产品实时价格。
选别过程中要保护大鳞片石墨 中国工程院院士 孙传尧
与世界同类矿床比较，中国石墨矿石质量总体上处于中等水平。天然鳞片石墨的资源主要分布在黑龙江、内蒙、山东、吉林、山西等省份，这些省份集中了光学仪器全国晶质石墨保有储量的85%以上。黑龙江省萝北县云山石墨矿已探明地质总储量6.36亿吨，是亚洲最大的石墨矿区。2009年石墨产量超过20万吨，约占全国总产量的一半。隐晶质石墨则主要分布在湖南、吉林两省。
中国石墨矿产资源分布的特点：一是矿石种类齐全，以晶质石墨为主，又有隐晶质石墨产出；二是矿产地分布广泛，而储量又相对集中于少数成矿最有利的地区。
晶质石墨矿保有矿物储量集中于黑龙江、四川、山东、河南、内蒙古，共占全国晶质石墨矿保有矿物储量的89%。黑龙江省保有晶质石墨矿物储量为全国之冠，占全国晶质石墨保有矿物储量的64%，其东部地区为中国晶质石墨最大的蕴藏区，保有矿物储量1.1亿 吨以上。隐晶质石墨矿主要分布于湖南省，占全国隐晶质石墨保有矿石储量的75%冷压机。中国石墨矿产这种分布广泛而又相对集中的特点，既便于各地兴办中、小型石墨企业，也为集中建设大规模石墨生产基地创造了条件。
我国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。在大型晶质石墨矿中：黑龙江省萝北县云山、勃利县佛岭、鸡西市柳毛和四川省攀枝花中坝，这4处为世界罕见规模特大的矿床，共计保有矿物储量占全国晶质石墨保有矿物储量的66%，其他中型和小型矿的保有储量只占11%和1%。隐晶质石墨矿的规模以中、小型为主。
我国晶质石墨矿石品位不高，需经选矿才能得到符合工业要求的高纯度鳞片石墨产品。大多数晶质石墨矿石的可选性良好，尤以片麻岩型矿更佳，虽然多属贫矿石，品位一般仅为3%~5%，但石墨和脉石矿物粒度较大，片状或泥质物较小，有利于分选。隐晶质石墨矿石选矿一般较困难，也不经济。中国部分隐晶质石墨矿石品位较高，杂质较少，因此，矿石只需经手选、粉碎、磨粉后，即可生产出符合工业要求的微晶石墨产品。
当前中国石墨矿产开发龙头企业是黑龙江奥宇石墨集团、山东青岛石墨股份有限公司和内蒙兴和县信义石墨有限责任公司。黑龙江奥宇石墨集团已经建成现代化石墨生产线7条，石墨产品的生产能力达8万吨/年，可以生产高、中、低碳石墨系列产品。山东青岛石墨股份有限公司为集科工贸一体的综合性大型矿山企业，可生产鳞片石墨、微粉石墨、显像石墨乳、石墨制品和石墨远红外保健理疗产品等五大系列、30多个品种石墨产品。内蒙兴和县信义石墨有限责任公司，鳞片石墨生产能力达0.55万吨/年。
鳞片石墨矿是自然界可浮性最好的矿物之一。 选别过程中要注意保护大鳞片石墨。大鳞片石墨用途广、资源少、价值高，所以在生产中必须尽量保护大鳞片不被破碎。通常大鳞片是指+50目、+80目、+100目的鳞片状石墨。保护大磷片的措施是在选别过程中采用多次磨矿多次选别的流程，把每次磨矿得到的单体解离的石墨及时选出来。如将矿石一次磨到很细的粒度，就会破坏了大鳞片。
从石墨“大国”到“强国”是大势所趋 中国工程院院士 周 玉
2010年是石墨行业发展史上具有标志性的一年。我国全年鳞片石墨产量70万吨左右，产值近60亿元，出口石墨17万吨左右，创汇3.8亿美元，价格和企业盈利都处在较高和较好的水平上。石墨行业可能面临重新洗牌的局面，中建集团、中海油、中航集团等国有大型企业正准备进入石墨行业，可能会促进石墨行业发展。
目前，石墨传统制品主要有镁碳砖、水口、塞棒、石墨坩埚和电刷。镁碳砖产品的主要成分是氧化镁和鳞片石墨。我国是菱镁矿和石墨资源最为丰富的国家,均居世界第一位。 因此镁碳砖在我国生产具有明显优势。2005年，我国镁碳砖出口量为25万吨，国内消耗大约140万吨；石墨坩埚用于有色金属和稀有金属的熔炼和铸造，具有导热快、耐高温、抗热冲击、抗粘连、耐集渣剂腐蚀、不与熔质起反应等优点，是有色金属熔铸器；电刷是在电机旋转部分与静止部分之间传导电流的主要部件，广泛适用于各种交直流发电机、同步电动机、电瓶直流电动机、吊车电机集电环、各型电焊机等。
在石墨深加工材料与技术方面主要包括高纯石墨、超细（超薄）石墨、锂离子电池负极石墨、石墨层间化合物及其衍生材料、石墨烯、天然石墨复合材料。
高纯石墨是大多数深加工产品的基础，因此石墨提纯技术是首要的。采用高温挥发法，将石墨加热到2800 ℃以上，天然石墨中灰分大都能汽化逸出（石英沸点2750 ℃ ）。该方法可使石墨含碳量达到99.99%，甚至更高，是制备超高纯石墨最有效的方法；超细石墨粉利用石墨的本身层状结构特点，通过外加力量（爆破、超声波、电化学等）破坏c轴方向的结合力，是获取超细片状石墨粉体的有效手段；锂离子电池是目前技术进展迅速、市场容量巨大、发展最快的化学电源。石墨是目前商品化二次锂离子电池采用的主要负极材料。天然石墨价格低廉，但是必须经过改性和修饰，才能大规模用于锂离子电池。其技术关键是控制纯度、粒度、形状。
我国石墨产业现阶段存在的问题包括资源浪费，隐晶质石墨含碳量70%以上的基本当煤烧没了，剩下的大多是低品位矿；鳞片石墨深加工比例和水平仍然很低，大多也都廉价出口了；工艺、技术、装备水平落后，采矿、选矿工艺四、五十年没有大的突破和变化，许多石墨加工工艺也不是先进的，产品也只是初级加工产品。
我们国家石墨主要出口国是日本、美国及一些欧洲发达国家。主要进口的高科技石墨产品也是来自日本和美国及一些欧洲发达国家。世界进行石墨深加工技术比较先进的国家有美国、日本、英国、德国、法国和俄罗斯等国家，具有石墨资源的发展中国家则都是以生产石墨原料出口为主，石墨深加工技术并不掌握。因此，我国目前还只是石墨“大国”而不是石墨“强国”。
建议国家加大石墨投入和研发力度。在新产品、新工艺、环保、安全、尾矿处理等方面提高行业企业的工艺、技术、装备水平；加强资源管理，保护石墨资源。天然石墨是不可再生资源，如果按照目前的开采速度，最多20年，我国的石墨资源将消耗殆尽，到时中国将高价进口石墨，我们要提高石墨行业的准入门槛，建立资源保护政策； 建立国家创新体系。建立产学研合作平台、建立科研合作信息网络、建立大学研究实验室、建立成果转化中试基地。
石墨烯可能成为微纳电子工业支撑材料 中国工程院院士 屠海令
据相关统计，2010年我们国家电子信息制造业主营收入是6.36万亿，世界集成电路产业有3000多亿美元。这么一个规模和摩尔定律有关系，摩尔定律再往下发展需要新的材料，现在我们用的是硅。硅材料是微电子工业的支撑材料，硅和二氧化硅匹配度很高，是上帝给人类的一个礼物，所以我们可以在二氧化硅上挖“窗口”，然后做几百套工艺，最后做成一个集成电路。
现在有一种说法，世界出现新的科技革命的前夜，也有好多人分析是不是第六次革命、第七次革命。无疑在金融危机冲击下，有可能预演新的科技革命，特别是近半个世纪以来没有什么太大的革命性突破。新的科技革命每次都有很多新的材料出来，现在第一热门材料应该是石墨烯。
有一种呼声认为我们将来可以用石墨烯替代硅，成为以后微纳电子工业的支撑材料。现在硅自己碰到的问题是怎么把功耗降低、频率提高，还有一个是能不能发光。研究人员非常苦恼，硅变成硅基材料做了很多技术上的创新，但是问题很大，石墨烯一出来以后就把硅现在这三个瓶颈问题轻而易举地解决了，这个东西真的是很厉害，引起全世界的研究热潮。
石墨烯很贵。2008年时，人头发丝截面的一个石墨烯需1000美元。2009年时，一平方厘米的石墨烯需100美元。现在制配方法多起来后，还相对便宜些。去年7月份召开一个国际碳大会，这个大家都知道很多年都在开，但是去年的大会很重要，第一个推荐报告就是石墨烯基的材料，另外碳基的电子学成为大会的重要议题。现在这个大会70%都涉及石墨烯和纳米的碳微纳电子学方面，但是中国只有17人参加，占大会参加人数的4%，我们好像还没有引起特别重视，实际上国际把碳基电子学作为今后发展的一个重要趋势。
碳薄膜是很好的润滑新材料 中国工程院院士 薛群基
石墨是一种优异的润滑材料，尤其是其分散体系和复合材料在交通动力、制造和高技术领域有广泛的应用价值。其中，碳薄膜更是一类在高技术领域应用前景广阔的新材料。
石墨具有良好的润滑作用，在水气和氧气气氛中，石墨的摩擦低、润滑性能好。一些有机小分子（含碳、氧、氢原子），尤其是原子间键合弱的分子（如丙醇、乙醇等）都可以降低石墨的摩擦系数。
目前，石墨润滑剂的种类主要包括粉末、石墨分散液、粘结固体润滑膜、石墨-碳复合材料、石墨-金属复合材料、石墨-高分子复合材料、石墨-陶瓷基材料。
石墨分散体主要应用于铝（Al）、镁（Mg）等轻金属的模压，可延长模具寿命，易成型，保持产品清洁；钼（Mo）、钨（W）拉伸，可增加速度和模具寿命；大的长径比防咬粘，应用于螺丝、螺钉和铆钉，防止在结合部咬死；高温炉的传送带润滑；设备跑合阶段应用；高温、高压下的润滑油添加剂；超负荷齿轮和轴承润滑；火车、铁路电弓润滑，防止电弧火花和磨损，保证导电与润滑；玻璃制品（如瓶、管等）脱模剂。
粘结石墨润滑涂层的应用主要是用粘结剂将石墨粘结到摩擦表面，形成涂层以减少摩擦，降低磨损。
含石墨润滑涂层主要应用于无油条件下摩擦表面的润滑，真空和辐照条件下的润滑剂，橡胶部件的润滑剂，极端负荷和寿命条件下的润滑剂，铝及镁合金表面的润滑。
目前，石墨领域中碳基润滑薄膜高技术应用广泛。在发动机系统应用方面日本、德国等汽车以及发动机配件企业已经广泛采用DLC技术。日产、丰田汽车部分汽车发动机关键零部件镀DLC后，与CrN摩擦部件相比，摩擦降低40%，提高燃效3%~4%。2008年欧洲委员会支持的6个框架研发计划的革新项目，该项目涉及24个欧洲高级合作者，他们都从事汽车或航空业务并注重研发革新工艺、材料以使高性能纳米涂层（DLC等）应用到部件。国内重汽、一汽、东风等以及少量发动机厂家开始着手相关开发及应用。在高端柴油机活塞环以及汽油机活塞环第四代碳基复合涂层技术方面，形成了实验室中等规模批量能力；在工程机械——箔片气浮轴承系统应用方面发展了大尺寸气浮轴承碳基复合涂层及其摩擦副涂层匹配技术，使启动与停车力矩下降50%以上，启停寿命大幅提高；在工程机械——干气密封应用方面发展了机械密封关键部件如陶瓷密封环、轴套等碳基复合涂层技术，使得部件在各种变工况环境下具有超低摩擦系数，启停寿命大幅提高；在工程机械——齿轮应用方面发展了大齿轮表面抗磨与耐蚀一体化CrN基和碳基复合涂层技术，使得其在腐蚀磨损环境下具有低摩擦系数和优异服役寿命；在工程机械-轴承应用方面，日本精工开发出造纸机械用防干摩擦轴承，其核心技术就是轴承表面碳基薄膜技术。
黑龙江省石墨产业发展应“质”“量”并重 黑龙江科技学院院长 赵国刚<弹簧平衡器br />我省石墨高、新产业之一锂离子负极材料正处于发展阶段，石墨微粉主要以“原”字号进行出口或外销。2010年全省生产石墨微粉35万吨以上，为地区创造了巨大的经济效益，但靠的是“量”的优势，而不是“质”的优势。因此，我们认为省政府、科技厅高瞻远瞩，举办“院士行活动”，不仅可有效推动石墨产业联盟建设，而且为石墨产业结构优化组合提供可靠的技术支撑，从而加速我国石墨产业从“量”到“质”的转变。
特种石墨即“三高”石墨，所谓“三高”石墨应具有高强度、高密度以及高纯度三种特性。我国2010年据有关部门统计约进口2万吨高纯石墨块体，每吨折合人民币约为20万元左右。美国、德国、日本等国家“三高”石墨制品体积密度可达到2.0g/cm3 以上，其中德国的抗折强度可达80Mpa以上，纯度大于99.9%（碳含量）。国内以二次焦、沥青等原料制备“三高”石墨，体积密度可达1.6~1.8g/cm3左右，但采用天然石墨作主料制备“三高”石墨块体，无论从理论上，还是技术上与国外依然存在较大的差距。
利用天然石墨作主料制备“三高”优点在于成本较低（约为人工石墨成本的2/3）；能耗小（烧结周期短）；导电、导热性能好；有较高抗腐蚀渗透性能。 但由于天然石墨烧结性能较差，作主料制备“三高”石墨最大难点是成形技术及设备要求较高，不易致密化。
根据国内外“三高”石墨产业发展现状，自主研发天然石墨作主料的特种石墨制品，将会大大提升社会经济效益，具有重要的战略意义。天然高纯石墨膨胀后，经改性处理，分两部分。其中一部分进行活化改性，即包敷树脂等；另一部分进行超声处理，从而制备纳米石墨片及类石墨烯。石墨活化改性后易与粘结剂焦化成型，少部分纳米石墨片与石墨烯可有效缓解“三高”石墨碳化过程中微裂纹形成。
“黑龙江省石墨技术创新服务平台”是在省科技厅的领导下，以黑龙江科技学院为牵头单位，与省内企业、高校共建的研发、服务机构。目前，平台的石墨测试、分析、加工设备价值5000万余元，实验室面积3850m2，科技创新园区1865m2。今后，平台将聚八方之智，政、产、学、研相结合，充分利用黑龙江省的石墨资源，大力开发高、精、尖石墨制品，加快石墨大省向石墨强省的转变。



来源：耐材之窗