天然石墨精細加工的市場走向趨勢
非金屬礦物大多是以其獨特的理化性質在某些技術經濟領域得到應用。具體某種礦物如石墨,不像鐵礦、煤礦、石油的總量那么龐大,因此礦物原料的生產和精細加工成材料的產業鏈更容易在產業內甚至一個企業內容納。原料生產與精細石墨加工材料制備的近距離鏈接也是石墨產業現代化制造的重要內容。
材料的定義是‘可以直接用來制造有用物件、構件或器件的物質’,它通常是相應原料經過精細加工得到。材料特別是新材料的發展,往往是推動國民經濟發展的支柱產業特別是高新技術產業發展的需求所決定的。
(1)精細加工的天然石墨材料的市場取向主要在能源、環保、信息、交通、國防等新技術領域。如電池的電極材料,電子信息設備的涂層材料,軍事裝備的隱身材料等。精細石墨加工材料的市場應逐步由國內市場走向國際市場,并形成自己的品牌。目前少數產品已經在國際市場占有一定份額,如柔性石墨板帶材,但沒有形成響亮的品牌。
(2)由石墨原料加工成石墨材料,從技術是主要是在純度、粒度及改性上進行加工。純度上通常要達到高純度,如科技部‘新材料及新材料產業界定標準’(講座稿)中,高純石墨材料對天然石墨材料而言,鱗片石墨為C>=99.9%,微晶石墨則為99%。粒度上包括粒徑、粒度分布及粒子形狀等,例如鋰離子電池石墨負極材料盡可能為球型粒子。
(3)天然石墨的改性是指經物理或化學方法處理,使石墨獲得新的性態或達到所希望的性能。例如將石墨微粉表面用物理和化學方法包覆一層非結晶的碳,從而具有優良的鋰離子電池負極性能。在改性技術中,石墨層間化合物(GICs)技術是石墨改性的一種特有技術。利用石墨晶體層間結合力弱的特點,在石墨的碳原子網狀平面之間摻入異類的離子、原子、分子等形成各種不同的層間化合物,從而獲得一些特殊性能的產品。例如氟化石墨、軍事上的某些隱身材料等。而柔性石墨則是以GICs技術將粉狀的鱗片石墨變成純石墨的板帶及其他型材。
(4)石墨材料的發展也會對石墨產業的傳統技術提出新的要求。例如柔性石墨用做燃料電池的雙極板具有很好的性能,一旦燃料電池商品化,雙極板對柔性石墨的需求將會超過密封件的需求。而柔性石墨只能用80目以上的大鱗片石墨為原料,大鱗片在石墨原料中比例不大,而傳統的粉碎浮選技術使大鱗片損失嚴重。如何保護大鱗片、提高大鱗片的出產率,是開發新的選礦、提純技術的課題。
(5)精細加工的天然石墨材料從類型上一是以石墨為主體的新材料產品,如柔性石墨、電池材料等;二是新型復合材料(如石墨/橡膠密封材料)的組成材料。所有的產品從原料制成材料,都要經過不同程度的提純、粒度控制及改性。從技術領域上主要是化學工程和粉體工程的技術。國內已經成熟的技術及裝備能夠滿足天然石墨精細加工的絕大部分要求。加強住處交流,吸收其他產業的成熟技術,是發展石墨精細加工的有效途徑。例如微晶石墨礦物本身已含碳70%-80%,但難以通過選礦及化學方法提到高純,絕大部分產品是原礦經簡單加工銷售,每噸僅幾百元。而近年來湖南郴州、吉林磐石的企業借鑒炭素行業的人工石墨高溫提純技術,將原礦提純到C>=99%的高純石墨,附加值提高了幾十倍。又如氟化石墨多年來國內空白,曾有人建議從國外引進技術、設備,但近幾年成都和上海的兩家企業與氟化工企業合作,已經建成了小批量氟化石墨的生產線,產品受到國際市場的注意。
(6)石墨精細加工的產品和技術有自己產業的特點,許多敏感產品和技術從別處很難借鑒。因此石墨精細加工產品和技術的研發有賴于產業內的企業與有關大專院校、科研機構的產學研合作,以及國家科技政策的支持。實際上,國家八五、九五、十五科技攻關計劃已經列入了柔性石墨、高純石墨微粉、膨脹石墨環保材料等項目,一些地方科技計劃也列入了一些石墨深加工項目,這些項目成果的推廣應用會大大提升我國石墨精細加工的水平和促進石墨產業的現代化。
(7)石墨產業現代化和發展精細石墨加工業中,環境保護是一個重要的議題。現狀不容樂觀,已經發生過因環境污染而地區性停產的事例。實施嚴格的環保指標,加大環保的資金和技術投入力度,建設綠色產業是現代化的重要指標,同時提高環保門檻也是防止無序開發、產業混亂的有力措施。
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