石墨直角彎頭

天華化工及自動化研究設計院、南通山劍石墨設備有限公司等。

周杰、姚建等。

普通鑄鐵中的石墨以網(wǎng)絡狀分布在鐵素體內，在介質為鹽水、礦水、土壤（尤其是含硫酸鹽的土壤）或極稀的酸性溶液申，發(fā)生了鐵基體選擇性腐蝕。在這種腐蝕中，石墨對鐵為陰極，形成腐蝕電池，F(xiàn)e被溶解后，剩下由石墨磷共晶化合物、鐵銹組成的多孔體，使鑄鐵失去了強度和金屬性。由于石墨沉積在鑄鐵的表面，從形貌來看，似乎是“石墨化”了，因此稱為石墨腐蝕。

石墨現(xiàn)狀

由于我國冶金鋼鐵業(yè)的持續(xù)增長，世界鋰離子電池的迅猛發(fā)展，拉動對石墨原料的需求；同時產業(yè)界、政府對石墨戰(zhàn)略資源作用的日益重視，使石墨礦產品的價格迅速攀升，扭轉了20多年來其他礦產品都在漲價、石墨卻不斷降價的不正常局面，不僅使石墨行業(yè)效益不斷提高、同時也使得一些社會資金不斷涌入石墨行業(yè)。這種大好形勢對于石墨產業(yè)的發(fā)展當然是大好時機，但是如果不科學規(guī)劃、合理引導，而一味的擴大采選量，就可能再次發(fā)生20世紀80年代末亂采亂挖的“黑色風暴”，給石墨產業(yè)的發(fā)展造成重大損失。

我國是石墨資源大國，但是長期以來石墨產業(yè)內部低技術層次的產量、價格的惡性競爭，資金和技術投入嚴重不足，以生產原礦和選礦的低端產品為主，使得產業(yè)長期低迷。這種狀況導致我國石墨深加工技術和產品落后于發(fā)達國家，資源大國卻是深加工弱國。這與我國經濟和科技的快速發(fā)展很不適應。當前和今后一個相當長的時期，保護和科學利用石墨這種寶貴的戰(zhàn)略資源，發(fā)展石墨深加工技術和產品是大有可為的一項事業(yè)。

我國鱗片石墨的深加工技術發(fā)展已經有一定基礎，科技部“八五”至“十一五”國家科技攻關、支撐計劃在非金屬礦、西部開發(fā)項目中分別列入課題，在深加工技術進步上取得明顯成果?，F(xiàn)在，國內已經有一批效益良好的（鱗片）石墨深加工企業(yè)，規(guī)模最大的柔性石墨企業(yè)主要分布在江浙地區(qū)，負極材料等電池材料企業(yè)主要分布在深圳等珠三角、長三角地區(qū)。

我國原來微晶石墨的深加工技術基本空白。近來研究發(fā)現(xiàn)，由于微晶石墨的晶體微?。ā?μm），每個石墨顆粒中有很多微晶無序堆積，使得顆粒表現(xiàn)出各向同性。這使得它成為鋰離子電池（特別是動力電池）負極材料和各向同性石墨的極好原料，在新能源、核能、軍工等高新技術領域有重要應用價值。清華大學在這方面進行了原創(chuàng)性的科技研究與開發(fā)，正在與相關企業(yè)合作建設微晶石墨提純、深加工產品的生產線。

石墨產品形式

（1）高純石墨

主要被用于軍事及工業(yè)材料中安定劑及其它行業(yè)的工業(yè)催化作用，有著結晶完整并具有非常良好的導熱性能。

（2）等靜壓石墨

等靜壓石墨是高純石墨的延伸產品，主要由高純石墨加工而成，有著高純石墨的特點，具有受熱膨脹率小、受熱后的熱傳導性能優(yōu)良等主要特點。

（3）可膨脹石墨

可膨脹石墨主要選用自然排列的天然鱗片石墨，主要經過酸性氧化處理后的層間化合物，本身體有著耐高溫、耐高熱等優(yōu)點外，增加了石墨的可膨脹性。

（4）氟化石墨

氟化石墨是集性能與效益合一的新型石墨產品。有著較高的附加值與獨特的品質，被多個領域廣泛應用的石墨功能性材料。主要應用于電池原料與固體潤滑劑等領域。

由于氟化石墨表面能低，電活性極高，可作為電池的活性材料，在一次鋰離子電池中應用較廣泛，氟化石墨主要與鋰或含鋰的有機溶劑混合制成高性能鋰電池。除了作為鋰電池正極材料外，氟化石墨還可作為高能量密度鎂電池、鋁離子電池正極材料等。

另外，與其他固體潤滑劑相比，氟化石墨的潤滑性能更好，且?guī)缀醪皇墉h(huán)境的影響，如在高溫、高壓、腐蝕性環(huán)境下均能表現(xiàn)優(yōu)異的性能。由于其穩(wěn)定的性質和優(yōu)良的潤滑性能，可作為在惡劣環(huán)境下運作的機械設備、密封材料等方面的潤滑劑及潤滑劑添加劑。

（5）膠體石墨

膠體石墨主要在保證優(yōu)良的導電性與導熱性之外利用石墨成膜均勻等特點，主要應用于消除靜電成膜領域。

（6）石墨烯

石墨烯是一種由一個原子厚度組成的二維材料，主要是用于軍事領域的防彈材料制作與導電劑。

石墨發(fā)展方向

以深加工為主，實現(xiàn)一些重要工程項目，建設完整產業(yè)鏈，引導石墨產業(yè)健康科學地發(fā)展。 一是陳舊技術設備的改造；二是目前炭石墨材料發(fā)展的熱點技術產品，如鋰離子電池負極材料、各向同性石墨、高導熱石墨等的產業(yè)化、集約化。

（1）石墨采選礦技術設備的更新?lián)Q代

我國的石墨采選礦技術設備從20世紀60年代以來基本沒有進步，在能耗和礦物回收率方面大大落后于其他礦種。石墨采選礦技術設備相對其他礦種要簡單，但由于產業(yè)長期效益低，資金缺乏，沒有更新?lián)Q代。有實力的礦產設計研究院與采選企業(yè)結合，引進其他礦種的先進采選礦技術設備，設計建設先進的石墨采選礦生產線，在能耗、回收率、大鱗片保護、水資源節(jié)約利用、尾礦處理等技術經濟指標上有顯著改善。運行成功后在產業(yè)內推廣，并將先進技術經濟指標作為行業(yè)準入和淘汰落后技術裝備的指標。

（2）建設先進的規(guī)?；峒兩a線

國內已經具有環(huán)保節(jié)能的先進酸堿法提純和節(jié)能型高溫提純技術，政府引導，產學研結合，針對資源特點，建設不同類型的規(guī)?；峒兩a線。嚴格限制化學提純中嚴重污染環(huán)境的氫氟酸的使用。

（3）鋰電天然石墨負極材料的產業(yè)規(guī)模化及動力、儲能型電池負極材料的研發(fā)

國內已經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；清華大學等院校具有了以微晶石墨制備負極材料的技術，但產業(yè)規(guī)模及產品質量還不能滿足鋰離子電池迅速發(fā)展的需求。國內大批生產的球形石墨主要出口日本及韓國，供國外企業(yè)生產高質量負極材料。依托資源，把天然石墨鋰離子電池負極材料的產業(yè)規(guī)?；⑨槍Σ煌瑱n次電池需求，研發(fā)不同品質負極材料，使產品系列化；研發(fā)安全、長壽命的天然石墨動力型、儲能型電池負極材料。隨著鋰離子電池需求的迅猛增長，負極材料的市場前景十分廣闊。

（4）天然石墨基各向同性石墨的產業(yè)化

各向同性石墨廣泛應用于核能、硅晶制備、電火花加工、連續(xù)鑄鋼、航空航天等領域，是炭材料的高端產品、戰(zhàn)略物資。我國目前所需的各向同性石墨2/3依靠進口。傳統(tǒng)技術制備各向同性石墨技術復雜、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，而且能簡化工藝、降低成本，已經制備出工業(yè)尺寸的樣品，各向同性參數(shù)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。清華大學等已經具有自己原創(chuàng)的專利技術，正與企業(yè)合作實施產業(yè)化。

（5）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越高，使得散熱成為IT產業(yè)的一個關鍵技術，對輕質高導熱材料需求越來越大。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、山西煤化所、清華大學等已有相關技術，建議產學研結合，以實現(xiàn)產業(yè)化。

（6）柔性石墨產品的系列化研究

我國柔性石墨的生產已經具有一定規(guī)模，并且與國外先進企業(yè)有多項合作。但我國的產品多為中低端產品，品種規(guī)格不到國外的1/5。建議產學研用結合，針對使用要求研發(fā)高端產品，完善品種規(guī)格，使之系列化、標準化。

（7）膨脹石墨環(huán)保材料的產業(yè)化

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(xiàn)在使用的普通活性炭有效、經濟。但膨脹石墨不便運輸，需要在應用現(xiàn)場制備。膨脹石墨環(huán)保材料的制備、使用、回收、再生有一定的技術難度，加之過去對環(huán)保不夠重視，膨脹石墨環(huán)保材料一直沒能產業(yè)化。黨的十八大提出了建設美麗中國，加大了環(huán)保力度，使得膨脹石墨環(huán)保材料的產業(yè)化成為可能。現(xiàn)在膨脹石墨環(huán)保材料的產業(yè)化的技術基礎已經具備，可以從兩個技術層面進行這項工程。

在水污染企業(yè)，如鋼鐵、化工、印染、食品等企業(yè)集中的地區(qū)，建設膨脹石墨環(huán)保材料制備、使用、回收、再生的服務網(wǎng)絡。膨脹石墨環(huán)保材料與其他治理方法的配合使用，將使水污染的治理程度和效益大大提升。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)保專用船舶，把傳統(tǒng)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，提高治污能力。