天然石墨精細(xì)加工的市場(chǎng)走向趨勢(shì)
非金屬礦物大多是以其獨(dú)特的理化性質(zhì)在某些技術(shù)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域得到應(yīng)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(chǎn)和精細(xì)加工成材料的產(chǎn)業(yè)鏈更容易在產(chǎn)業(yè)內(nèi)甚至一個(gè)企業(yè)內(nèi)容納。原料生產(chǎn)與精細(xì)石墨加工材料制備的近距離鏈接也是石墨產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化制造的重要內(nèi)容。
材料的定義是‘可以直接用來(lái)制造有用物件、構(gòu)件或器件的物質(zhì)’,它通常是相應(yīng)原料經(jīng)過(guò)精細(xì)加工得到。材料特別是新材料的發(fā)展,往往是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)特別是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求所決定的。
(1)精細(xì)加工的天然石墨材料的市場(chǎng)取向主要在能源、環(huán)保、信息、交通、國(guó)防等新技術(shù)領(lǐng)域。如電池的電極材料,電子信息設(shè)備的涂層材料,軍事裝備的隱身材料等。精細(xì)石墨加工材料的市場(chǎng)應(yīng)逐步由國(guó)內(nèi)市場(chǎng)走向國(guó)際市場(chǎng),并形成自己的品牌。目前少數(shù)產(chǎn)品已經(jīng)在國(guó)際市場(chǎng)占有一定份額,如柔性石墨板帶材,但沒(méi)有形成響亮的品牌。
(2)由石墨原料加工成石墨材料,從技術(shù)是主要是在純度、粒度及改性上進(jìn)行加工。純度上通常要達(dá)到高純度,如科技部‘新材料及新材料產(chǎn)業(yè)界定標(biāo)準(zhǔn)’(講座稿)中,高純石墨材料對(duì)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(fù)極材料盡可能為球型粒子。
(3)天然石墨的改性是指經(jīng)物理或化學(xué)方法處理,使石墨獲得新的性態(tài)或達(dá)到所希望的性能。例如將石墨微粉表面用物理和化學(xué)方法包覆一層非結(jié)晶的碳,從而具有優(yōu)良的鋰離子電池負(fù)極性能。在改性技術(shù)中,石墨層間化合物(GICs)技術(shù)是石墨改性的一種特有技術(shù)。利用石墨晶體層間結(jié)合力弱的特點(diǎn),在石墨的碳原子網(wǎng)狀平面之間摻入異類(lèi)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(chǎn)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(shù)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(fā)展也會(huì)對(duì)石墨產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)技術(shù)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(duì)柔性石墨的需求將會(huì)超過(guò)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(tǒng)的粉碎浮選技術(shù)使大鱗片損失嚴(yán)重。如何保護(hù)大鱗片、提高大鱗片的出產(chǎn)率,是開(kāi)發(fā)新的選礦、提純技術(shù)的課題。
(5)精細(xì)加工的天然石墨材料從類(lèi)型上一是以石墨為主體的新材料產(chǎn)品,如柔性石墨、電池材料等;二是新型復(fù)合材料(如石墨/橡膠密封材料)的組成材料。所有的產(chǎn)品從原料制成材料,都要經(jīng)過(guò)不同程度的提純、粒度控制及改性。從技術(shù)領(lǐng)域上主要是化學(xué)工程和粉體工程的技術(shù)。國(guó)內(nèi)已經(jīng)成熟的技術(shù)及裝備能夠滿足天然石墨精細(xì)加工的絕大部分要求。加強(qiáng)住處交流,吸收其他產(chǎn)業(yè)的成熟技術(shù),是發(fā)展石墨精細(xì)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(guò)選礦及化學(xué)方法提到高純,絕大部分產(chǎn)品是原礦經(jīng)簡(jiǎn)單加工銷(xiāo)售,每噸僅幾百元。而近年來(lái)湖南郴州、吉林磐石的企業(yè)借鑒炭素行業(yè)的人工石墨高溫提純技術(shù),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(lái)國(guó)內(nèi)空白,曾有人建議從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備,但近幾年成都和上海的兩家企業(yè)與氟化工企業(yè)合作,已經(jīng)建成了小批量氟化石墨的生產(chǎn)線,產(chǎn)品受到國(guó)際市場(chǎng)的注意。
(6)石墨精細(xì)加工的產(chǎn)品和技術(shù)有自己產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn),許多敏感產(chǎn)品和技術(shù)從別處很難借鑒。因此石墨精細(xì)加工產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)有賴于產(chǎn)業(yè)內(nèi)的企業(yè)與有關(guān)大專院校、科研機(jī)構(gòu)的產(chǎn)學(xué)研合作,以及國(guó)家科技政策的支持。實(shí)際上,國(guó)家八五、九五、十五科技攻關(guān)計(jì)劃已經(jīng)列入了柔性石墨、高純石墨微粉、膨脹石墨環(huán)保材料等項(xiàng)目,一些地方科技計(jì)劃也列入了一些石墨深加工項(xiàng)目,這些項(xiàng)目成果的推廣應(yīng)用會(huì)大大提升我國(guó)石墨精細(xì)加工的水平和促進(jìn)石墨產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化。
(7)石墨產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和發(fā)展精細(xì)石墨加工業(yè)中,環(huán)境保護(hù)是一個(gè)重要的議題。現(xiàn)狀不容樂(lè)觀,已經(jīng)發(fā)生過(guò)因環(huán)境污染而地區(qū)性停產(chǎn)的事例。實(shí)施嚴(yán)格的環(huán)保指標(biāo),加大環(huán)保的資金和技術(shù)投入力度,建設(shè)綠色產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代化的重要指標(biāo),同時(shí)提高環(huán)保門(mén)檻也是防止無(wú)序開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)混亂的有力措施。