石墨直角彎頭起草人

周杰、姚建等。

天華化工及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院、南通山劍石墨設(shè)備有限公司等。

普通鑄鐵中的石墨以網(wǎng)絡(luò)狀分布在鐵素體內(nèi)，在介質(zhì)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(duì)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(qiáng)度和金屬性。由于石墨沉積在鑄鐵的表面，從形貌來(lái)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(guó)冶金鋼鐵業(yè)的持續(xù)增長(zhǎng)，世界鋰離子電池的迅猛發(fā)展，拉動(dòng)對(duì)石墨原料的需求；同時(shí)產(chǎn)業(yè)界、政府對(duì)石墨戰(zhàn)略資源作用的日益重視，使石墨礦產(chǎn)品的價(jià)格迅速攀升，扭轉(zhuǎn)了20多年來(lái)其他礦產(chǎn)品都在漲價(jià)、石墨卻不斷降價(jià)的不正常局面，不僅使石墨行業(yè)效益不斷提高、同時(shí)也使得一些社會(huì)資金不斷涌入石墨行業(yè)。這種大好形勢(shì)對(duì)于石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展當(dāng)然是大好時(shí)機(jī)，但是如果不科學(xué)規(guī)劃、合理引導(dǎo)，而一味的擴(kuò)大采選量，就可能再次發(fā)生20世紀(jì)80年代末亂采亂挖的“黑色風(fēng)暴”，給石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成重大損失。

我國(guó)是石墨資源大國(guó)，但是長(zhǎng)期以來(lái)石墨產(chǎn)業(yè)內(nèi)部低技術(shù)層次的產(chǎn)量、價(jià)格的惡性競(jìng)爭(zhēng)，資金和技術(shù)投入嚴(yán)重不足，以生產(chǎn)原礦和選礦的低端產(chǎn)品為主，使得產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期低迷。這種狀況導(dǎo)致我國(guó)石墨深加工技術(shù)和產(chǎn)品落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，資源大國(guó)卻是深加工弱國(guó)。這與我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展很不適應(yīng)。當(dāng)前和今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，保護(hù)和科學(xué)利用石墨這種寶貴的戰(zhàn)略資源，發(fā)展石墨深加工技術(shù)和產(chǎn)品是大有可為的一項(xiàng)事業(yè)。

我國(guó)鱗片石墨的深加工技術(shù)發(fā)展已經(jīng)有一定基礎(chǔ)，科技部“八五”至“十一五”國(guó)家科技攻關(guān)、支撐計(jì)劃在非金屬礦、西部開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中分別列入課題，在深加工技術(shù)進(jìn)步上取得明顯成果。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)已經(jīng)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(fù)極材料等電池材料企業(yè)主要分布在深圳等珠三角、長(zhǎng)三角地區(qū)。

我國(guó)原來(lái)微晶石墨的深加工技術(shù)基本空白。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，由于微晶石墨的晶體微?。ā?μm），每個(gè)石墨顆粒中有很多微晶無(wú)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(dòng)力電池）負(fù)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(shù)領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值。清華大學(xué)在這方面進(jìn)行了原創(chuàng)性的科技研究與開(kāi)發(fā)，正在與相關(guān)企業(yè)合作建設(shè)微晶石墨提純、深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)線。

石墨產(chǎn)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(jié)晶完整并具有非常良好的導(dǎo)熱性能。

（2）等靜壓石墨

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

（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(jīng)過(guò)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(diǎn)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(chǎn)品。有著較高的附加值與獨(dú)特的品質(zhì)，被多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的石墨功能性材料。主要應(yīng)用于電池原料與固體潤(rùn)滑劑等領(lǐng)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(yīng)用較廣泛，氟化石墨主要與鋰或含鋰的有機(jī)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(rùn)滑劑相比，氟化石墨的潤(rùn)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(zhì)和優(yōu)良的潤(rùn)滑性能，可作為在惡劣環(huán)境下運(yùn)作的機(jī)械設(shè)備、密封材料等方面的潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑劑添加劑。

（5）膠體石墨

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

（6）石墨烯

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

石墨發(fā)展方向

以深加工為主，實(shí)現(xiàn)一些重要工程項(xiàng)目，建設(shè)完整產(chǎn)業(yè)鏈，引導(dǎo)石墨產(chǎn)業(yè)健康科學(xué)地發(fā)展。 一是陳舊技術(shù)設(shè)備的改造；二是目前炭石墨材料發(fā)展的熱點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)品，如鋰離子電池負(fù)極材料、各向同性石墨、高導(dǎo)熱石墨等的產(chǎn)業(yè)化、集約化。

（1）石墨采選礦技術(shù)設(shè)備的更新?lián)Q代

我國(guó)的石墨采選礦技術(shù)設(shè)備從20世紀(jì)60年代以來(lái)基本沒(méi)有進(jìn)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(shù)設(shè)備相對(duì)其他礦種要簡(jiǎn)單，但由于產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期效益低，資金缺乏，沒(méi)有更新?lián)Q代。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)、水資源節(jié)約利用、尾礦處理等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上有顯著改善。運(yùn)行成功后在產(chǎn)業(yè)內(nèi)推廣，并將先進(jìn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為行業(yè)準(zhǔn)入和淘汰落后技術(shù)裝備的指標(biāo)。

（2）建設(shè)先進(jìn)的規(guī)模化石墨提純生產(chǎn)線

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)，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)?；峒兩a(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。

（3）鋰電天然石墨負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)規(guī)?；皠?dòng)力、儲(chǔ)能型電池負(fù)極材料的研發(fā)

國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了鱗片石墨球形化后制備負(fù)極材料的企業(yè)，如貝特瑞等；清華大學(xué)等院校具有了以微晶石墨制備負(fù)極材料的技術(shù)，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量還不能滿足鋰離子電池迅速發(fā)展的需求。國(guó)內(nèi)大批生產(chǎn)的球形石墨主要出口日本及韓國(guó)，供國(guó)外企業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量負(fù)極材料。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、儲(chǔ)能型電池負(fù)極材料。隨著鋰離子電池需求的迅猛增長(zhǎng)，負(fù)極材料的市場(chǎng)前景十分廣闊。

（4）天然石墨基各向同性石墨的產(chǎn)業(yè)化

各向同性石墨廣泛應(yīng)用于核能、硅晶制備、電火花加工、連續(xù)鑄鋼、航空航天等領(lǐng)域，是炭材料的高端產(chǎn)品、戰(zhàn)略物資。我國(guó)目前所需的各向同性石墨2/3依靠進(jìn)口。傳統(tǒng)技術(shù)制備各向同性石墨技術(shù)復(fù)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(jiǎn)化工藝、降低成本，已經(jīng)制備出工業(yè)尺寸的樣品，各向同性參數(shù)達(dá)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(xué)等已經(jīng)具有自己原創(chuàng)的專利技術(shù)，正與企業(yè)合作實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。

（5）天然石墨基高導(dǎo)熱材料

電子設(shè)備的小型化，要求電子器件的集成度越來(lái)越高，使得散熱成為IT產(chǎn)業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)輕質(zhì)高導(dǎo)熱材料需求越來(lái)越大。柔性石墨作為均熱導(dǎo)熱材料已廣泛用于LED顯示器及許多電子產(chǎn)品；利用天然石墨的優(yōu)良導(dǎo)熱性，制備導(dǎo)熱性與銅相當(dāng)或更高，而密度只有銅1/4的高端導(dǎo)熱材料，武漢科技大學(xué)、山西煤化所、清華大學(xué)等已有相關(guān)技術(shù)，建議產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

（6）柔性石墨產(chǎn)品的系列化研究

我國(guó)柔性石墨的生產(chǎn)已經(jīng)具有一定規(guī)模，并且與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)有多項(xiàng)合作。但我國(guó)的產(chǎn)品多為中低端產(chǎn)品，品種規(guī)格不到國(guó)外的1/5。建議產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，針對(duì)使用要求研發(fā)高端產(chǎn)品，完善品種規(guī)格，使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。

（7）膨脹石墨環(huán)保材料的產(chǎn)業(yè)化

膨脹石墨對(duì)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(jī)物污染上，膨脹石墨遠(yuǎn)比現(xiàn)在使用的普通活性炭有效、經(jīng)濟(jì)。但膨脹石墨不便運(yùn)輸，需要在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)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(shù)難度，加之過(guò)去對(duì)環(huán)保不夠重視，膨脹石墨環(huán)保材料一直沒(méi)能產(chǎn)業(yè)化。黨的十八大提出了建設(shè)美麗中國(guó)，加大了環(huán)保力度，使得膨脹石墨環(huán)保材料的產(chǎn)業(yè)化成為可能?，F(xiàn)在膨脹石墨環(huán)保材料的產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，可以從兩個(gè)技術(shù)層面進(jìn)行這項(xiàng)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(shè)膨脹石墨環(huán)保材料制備、使用、回收、再生的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。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(duì)日益頻發(fā)的油品和有機(jī)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(jié)合起來(lái)，提高治污能力。