石墨：技術(shù)升級(jí)之路該怎么走

近年來(lái)，我國(guó)石墨行業(yè)越來(lái)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(tái)的《石墨行業(yè)準(zhǔn)入條件》，規(guī)定新建和改擴(kuò)建高純石墨項(xiàng)目，采用節(jié)能環(huán)保的先進(jìn)工藝路線;新建和改擴(kuò)建可膨脹石墨項(xiàng)目，采用電解氧化工藝或強(qiáng)酸浸漬工藝路線;新建和改擴(kuò)建柔性石墨項(xiàng)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(jìn)下，石墨企業(yè)紛紛搶上深加工項(xiàng)目，競(jìng)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(xiàng)目或是苦于沒(méi)有技術(shù)，或是在技術(shù)創(chuàng)新上摸不著門(mén)路，導(dǎo)致發(fā)展滯后。那么，我國(guó)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(duì)此記者進(jìn)行了采訪。

技術(shù)升級(jí)轉(zhuǎn)化初見(jiàn)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(huì)在黑龍江省雞西市召開(kāi)，記者與參會(huì)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(shì)，在政策的支持下，這里的石墨產(chǎn)業(yè)園不斷建設(shè)、擴(kuò)大，石墨項(xiàng)目陸續(xù)進(jìn)駐，入園企業(yè)家家新上深加工項(xiàng)目，引進(jìn)成套先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，鉚足干勁不斷開(kāi)發(fā)新項(xiàng)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(méi)想到石墨產(chǎn)業(yè)會(huì)發(fā)展得這么快�！碑�(dāng)?shù)匾晃皇�墨企業(yè)負(fù)責(zé)人的一席話，引發(fā)了參會(huì)代表的共鳴。

據(jù)清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授沈萬(wàn)慈介紹，直到上世紀(jì)80年代，我國(guó)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(guó)外三四十年前的水平。上世紀(jì)80年代末90年代初，在出口創(chuàng)匯的市場(chǎng)潮流推動(dòng)下，石墨市場(chǎng)出現(xiàn)“黑色風(fēng)暴”，我國(guó)石墨行業(yè)以資源浪費(fèi)和環(huán)境污染為代價(jià)，占領(lǐng)了世界大部分市場(chǎng)。惡性競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致石墨資源價(jià)格很低，開(kāi)采技術(shù)基本沒(méi)有進(jìn)步。上世紀(jì)90年代末開(kāi)始，在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下，我國(guó)發(fā)展起球形石墨、負(fù)極材料產(chǎn)品，基本達(dá)到國(guó)外上世紀(jì)90年代的技術(shù)水平。

隨著石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的有識(shí)之士指出，石墨是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源，應(yīng)該保護(hù)好我國(guó)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(guó)工程院原副院長(zhǎng)王淀佐等10位院士聯(lián)名上書(shū)國(guó)務(wù)院，提交了《關(guān)于黑龍江省建立國(guó)家高新石墨產(chǎn)品開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)化與交易基地(國(guó)際石墨谷)的建議》，得到了時(shí)任國(guó)務(wù)院總理溫家寶的批示�？萍疾柯鋵�(shí)領(lǐng)導(dǎo)的批示精神，決定由黑龍江省牽頭研究國(guó)家石墨新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃及實(shí)施方案，并啟動(dòng)總預(yù)算約1.5億元的國(guó)家科技支撐計(jì)劃，批準(zhǔn)建立了黑龍江石墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)，認(rèn)定了黑龍江省火炬計(jì)劃科技特色產(chǎn)業(yè)基地。與此同時(shí)，我國(guó)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(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)的指示和關(guān)懷下，在各級(jí)政府和有關(guān)部門(mén)的部署下，在技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和國(guó)家科技支撐計(jì)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(tuán)是走石墨深加工道路的典型企業(yè)。奧宇石墨集團(tuán)深加工公司總經(jīng)理崔廣宏告訴記者：“目前集團(tuán)的深加工項(xiàng)目進(jìn)展順利，常規(guī)產(chǎn)品都在正常生產(chǎn)。通過(guò)兩年的實(shí)踐和自主研發(fā)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了自己的核心產(chǎn)品。其中深加工公司與臺(tái)灣一家企業(yè)共同研發(fā)的超精細(xì)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(xì)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(xì)球形石墨，產(chǎn)品直銷日本、韓國(guó)和美國(guó)�！�

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(guó)利介紹，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)負(fù)極材料的爐溫是2800℃，而他們公司經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，爐溫可達(dá)到3100℃，并且工藝溫度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了石墨化爐在超高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行，極大地滿足了負(fù)極材料的生產(chǎn)要求。經(jīng)有關(guān)專家論證，這項(xiàng)技術(shù)目前處于國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。產(chǎn)品經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)合格，含碳量達(dá)到99.995%以上，達(dá)到德、美等國(guó)高純石墨的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。公司目前擁有4項(xiàng)專利，還有3項(xiàng)專利在申報(bào)過(guò)程中。

奧宇石墨集團(tuán)積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，新上環(huán)保、節(jié)能的尾礦砂空心磚等深加工項(xiàng)目。年產(chǎn)4000萬(wàn)塊磚，一年銷售收入可達(dá)2000萬(wàn)元。圖為奧宇廣廈新材磚廠所生產(chǎn)出來(lái)的空心磚。

近幾年，一些石墨先進(jìn)實(shí)用技術(shù)和*科技成果紛紛轉(zhuǎn)化落地�！笆�二五”石墨產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展相關(guān)規(guī)劃出臺(tái)，*石墨產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)中心、高導(dǎo)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(jìn)一步促進(jìn)了石墨科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。高純石墨材料開(kāi)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(fù)極關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)等項(xiàng)目已正式實(shí)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(zé)任公司相關(guān)的工裝設(shè)備在全國(guó)行業(yè)中*，申報(bào)了7項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型專利，現(xiàn)已授權(quán)4項(xiàng)，創(chuàng)新研發(fā)了超薄石墨導(dǎo)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(shí)/噸，并有望取代化學(xué)法提純。

“目前，國(guó)內(nèi)初步擁有了石墨深度加工、精細(xì)加工和表面處理技術(shù)，金屬、塑料與石墨的復(fù)合技術(shù)，超細(xì)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(dǎo)電過(guò)濾石墨紙、導(dǎo)電橡膠、水域油污吸附材料、電磁屏蔽材料、石墨導(dǎo)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�墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)韓玉鳳介紹說(shuō)。

創(chuàng)新路上仍需邁多道坎

雖然我國(guó)天然石墨深加工技術(shù)進(jìn)展很快，但依然存在著諸多不足。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)石墨深加工產(chǎn)業(yè)相對(duì)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(guó)柔性石墨仍處于試制階段，生產(chǎn)線已有二三十條，但先進(jìn)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(guó)石墨生產(chǎn)大國(guó)地位極不相稱。究其原因，我國(guó)石墨深加工技術(shù)還存在一些問(wèn)題，在技術(shù)開(kāi)發(fā)投入還不夠。

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

中國(guó)石墨行業(yè)協(xié)會(huì)原秘書(shū)長(zhǎng)裴志翔認(rèn)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(guò)技術(shù)手段生產(chǎn)高碳高純石墨。而從目前來(lái)看，我國(guó)在精選鱗片石墨上還有很大難度，主要是保護(hù)石墨資源意識(shí)還不夠。美、俄、英、德等國(guó)家都把本國(guó)的石墨資源用為戰(zhàn)略資源予以儲(chǔ)備，限制石墨資源開(kāi)采。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)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(wú)序開(kāi)采、長(zhǎng)期低價(jià)出口，使稀有的戰(zhàn)略資源大量流失。另外，我國(guó)石墨行業(yè)生產(chǎn)布局相對(duì)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(méi)有正規(guī)的礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)，采剝比例失調(diào)。尤其是大鱗片石墨保護(hù)不下來(lái)，不利于行業(yè)今后的發(fā)展。

沈萬(wàn)慈認(rèn)為，目前我國(guó)在高質(zhì)量負(fù)極材料，特別是動(dòng)力、蓄能電池相關(guān)的材料，以及高導(dǎo)熱材料的生產(chǎn)，還存在一定的技術(shù)難度。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，目前批量制備石墨烯粉體問(wèn)題不大，但找到合適用途，進(jìn)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(shí)間。

韓玉鳳認(rèn)為，石墨企業(yè)面臨的主要共性問(wèn)題就是技術(shù)問(wèn)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(dǎo)致精礦品味不宜提高以及在磨礦過(guò)程中，石墨大鱗片破損率較大等問(wèn)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(dǎo)材料的制備技術(shù)。目前石墨超導(dǎo)材料制備過(guò)程非常復(fù)雜，產(chǎn)出比非常低，消耗原料大，生產(chǎn)成本高，超導(dǎo)性能不穩(wěn)定。五是石墨觸媒柱及金剛石復(fù)合生產(chǎn)技術(shù)。研究通過(guò)添加適當(dāng)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(zhǎng)速度得到提高等技術(shù)。

轉(zhuǎn)型新材料是發(fā)展方向

對(duì)于如何破解我國(guó)石墨產(chǎn)業(yè)技術(shù)嚴(yán)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(rèn)為，我國(guó)應(yīng)以石墨作為基礎(chǔ)材料，全方位進(jìn)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(shí)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(dòng)。

對(duì)于石墨產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)路線圖，沈萬(wàn)慈建議：*，有實(shí)力的礦產(chǎn)設(shè)計(jì)研究院與采選企業(yè)結(jié)合，引進(jìn)其他礦種的先進(jìn)采選礦技術(shù)設(shè)備，設(shè)計(jì)建設(shè)先進(jìn)的石墨采選礦生產(chǎn)線，在能耗、回收率、大鱗片保護(hù)、水資源利用、尾礦處理等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上有顯著改善。第二，國(guó)內(nèi)已經(jīng)具有環(huán)保節(jié)能的先進(jìn)酸堿法提純和節(jié)能型高溫提純技術(shù)。先進(jìn)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(shí)/噸，基本不耗水。建議政府引導(dǎo)，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，針對(duì)資源特點(diǎn)，建設(shè)不同類型的規(guī)�；�石墨提純生產(chǎn)線，嚴(yán)格限制化學(xué)提純中嚴(yán)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(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)規(guī)�；�，并針對(duì)不同檔次電池需求，研發(fā)不同品質(zhì)負(fù)極材料，使產(chǎn)品系列化。研發(fā)安全、長(zhǎng)壽命的天然石墨動(dòng)力型電池負(fù)極材料。第四，天然石墨基各