世界石墨矿产资源开发现状与应用前景展望

中国耐材之窗网 [耐火原料] 2010年9月3日
石墨是碳的结晶矿物之一，具有自润滑、导电和耐高温等多种独特的物理化学性质；鳞片石墨兼有非金属和金属双重特性。采用高新技术处理石墨，不但可以扩张石墨固有的性质，还可赋予石墨新的优异性能，石墨产品不但被广泛应用于重化工业，在电子工业和清洁能源等高新技术产业的应用也正逐渐增加。
世界科学技术进步促进了石墨产业发展，膨胀石墨等高新技术石墨产品不断被研究开发应用，不但使石墨应用范围扩展，也使得许多工业产品性能更优更好；虽然终端工业产品外表不见石墨，但是，从电池、到汽车及核电站，都有石墨产品在发挥辅助作用。
钢铁工业是石墨产品消费量最大的工业部门，世界钢铁工业发展变化趋势基本上可以预示石墨总需求量的变化方向。
一、世界石墨矿产资源分布
石墨矿床产在火山岩、沉积岩和变质岩中。世界石墨矿床分布比较广，但是有些石墨矿床由于开采条件不佳、矿石质量差，没有商业开发价值。
据美国地调局资料，世界石墨储量为8600万吨，储量基础为28686万吨。已发现石墨资源相对集中分布在中国、捷克、墨西哥、巴西、朝鲜、印度和马达加斯加。
据国土资源部统计资料，中国晶质石墨储量3085万吨，基础储量5280万吨；隐晶质石墨储量1358万吨，基础储量2371万吨，中国石墨储量占世界的70%以上。中国石墨资源分布比较广，晶质石墨分布在19个省（自治区），其中黑龙江省拥有可开发石墨储量2200万吨多、山东省有可开发石墨储量1200万吨，内蒙古有可开发石墨储量400万吨；隐晶质石墨分布在湖南省和吉林省。中国著名的石墨矿床有黑龙江萝北县白云山石墨矿床，山东南墅石墨矿床，内蒙古兴和石墨矿，湖南鲁塘隐晶质石墨矿。据美国地调局资料和英国工业矿物杂志，捷克石墨储量1140万吨；墨西哥石墨矿产隐晶质石墨，储量310万吨；马达加斯加石墨储量94万吨；印度石墨矿床位于奥里萨州桑巴普尔地区，储量80万吨；巴西石墨储量36万吨，石墨矿床位于Minas Gerais州，矿床赋含有大鳞片石墨；加拿大石墨矿床位于安大略和魁北克，安大略Bissett Creek石墨矿赋有鳞片石墨，石墨资源量64万吨。朝鲜、斯里兰卡、加拿大等国家石墨储量合计约为510万吨。
二、世界石墨资源开发现状
目前世界上有10多个国家开采石墨矿产。据美国地调局统计资料，1900年世界石墨总产量只有8.4万吨，1989年石墨生产达到顶峰，产量为101万吨，之后，世界石墨产量逐年下降，到2004年世界石墨产量回升到98.2万吨，02-04年世界各国石墨产量见表1。

上世纪初期，美国曾经开发生产天然石墨，年产量只有数千吨，自1954年以后，美国就不再开发生产天然石墨，而是转向生产合成石墨。2004年美国合成石墨企业有22家，合成石墨产量为25万吨，价值达7.74亿美元。
在上世纪九十年代之前，中国石墨产量逐渐增加，至八十年代，中国石墨产量已稳居世界之首。据中国非金属矿协会统计，2004年中国鳞片石墨产量为38万吨，隐晶质石墨产量为110万吨。而美国地调局估计，中国石墨产量为仅70万吨，占世界石墨总产量的71%。
中国晶质石墨矿产开发分布在内蒙古、黑龙江和山东等16个省（自治区），重要石墨产地有黑龙江萝北、黑龙江鸡西柳毛、山东南墅和内蒙古兴和。伴随着中国经济体制改革，中国石墨企业构成发生了变化，大型国有石墨矿企业基本消失，取而代之的是石墨集团公司和石墨股份有限公司及300多个小矿山。当前中国石墨矿产开发龙头企业是黑龙江奥宇石墨集团、山东青岛石墨股份有限公司和内蒙兴和县信义石墨有限责任公司。中国黑龙江奥宇石墨集团已经建成现代化石墨生产线7条，石墨产品的生产能力达8万吨/年，可以生产高、中、低碳石墨系列产品。山东青岛石墨股份有限公司为集科工贸一体的综合性大型矿山企业，可生产鳞片石墨、微粉石墨、显像石墨乳、石墨制品和石墨远红外保健理疗产品等五大系列、三十多个品种石墨产品。内蒙兴和县信义石墨有限责任公司，鳞片石墨生产能力达0.55万吨/年。
在上世纪末期，加拿大开始研究开发生产石墨，石墨产量基本稳定在2.5万吨。在加拿大有2个石墨公司，IMI工业矿产公司加拿大分公司开发安大略石墨矿，公司新建的石墨加工厂已经运营数月，并销售2000吨高品位鳞片石墨，卖给了膨胀石墨消费大用户。另一个公司是Timcal石墨和碳工业公司，它的石墨加工厂位于魁北克省蒙特利尔附近的泰勒博恩（Terrebonne）,主要生产膨胀石墨，石墨原料来自加拿大产和从中国进口。
巴西石墨生产比较稳定，近三年石墨产量6万吨多。国有石墨有限公司（Naciona de Grafite）是巴西最重要的石墨生产商，它也是世界天然晶质石墨的最大生产商之一，其石墨产量约占巴西石墨产量的2/3。Naciona de Grafite公司石墨生产能力6.96万吨/年，在Minas Gerais有三个晶质石墨矿,Itapecerica石墨矿矿石碳含量为16%，产能为1.44万吨/年，该矿石墨产品可应用于电池、电刷和润滑剂；Salto de Divsa矿是新建的矿山，生产大鳞片石墨，产品可应用于耐火材料、坩埚、冶金铸模和高碳钢添加剂，到2005年生产能力扩建到1.44万吨/年；Pedra Azul是巴西最大的石墨矿，石墨生产能力达4.08万吨/年，将扩建新增产能5000吨。
上世纪九十年代至2003年，世界石墨市场萧条，石墨产品生产过剩，一些国家的石墨矿山企业或停产或关闭，直到2004年还没有恢复生产。如果2005年世界石墨供应短缺，停产的石墨企业有可能恢复生产，但是每个企业石墨生产能力都不超过2万吨/年，合计生产能力在10万吨左右。
三、石墨的用途与应用前景
石墨可用于生产耐火材料、导电材料、耐磨材料、润滑剂、耐高温密封材料、耐腐蚀材料、隔热材料、吸附材料、摩擦材料和防辐射材料等，这些材料广泛应用于冶金、石油化工、机械工业、电子产业、核工业、国防等。
在钢铁工业，石墨耐火材料用于电弧高炉和氧气转炉的耐火炉衬、钢水包耐火衬等；石墨耐火材料主要是整体浇铸材料、镁碳砖和铝石墨耐火材料。石墨还用于粉末冶金和金属铸造成膜材料，石墨粉加入到钢水中增加钢的碳含量，使高碳钢具有许多优异性能。由于石墨消费量最大的市场是钢铁工业，钢铁工业发展变化基本上可以预示石墨需求量的变化方向。同时，随着耐火材料生产技术进步，耐火材料寿命延长，单位钢铁生产耐火材料消耗将减少。作者认为，世界钢铁工业对石墨总需求量将趋于稳定。
在铅笔制造业，石墨粉可用于制造铅笔芯。铅笔制造业是中国石墨应用的一个传统市场，制造铅笔对石墨质量的要求不高，一般隐晶质石墨即可；近几年来中国铅笔制造业具有国际比较优势，出口铅笔到北美和欧洲国家，北美和欧洲国家进口石墨粉数量显著减少；但是，中国铅笔制造市场对石墨粉的需求量较大也比较稳定。打印机用喷墨和复印机用碳粉需要超细高纯石墨，在世界墨粉市场，超细高纯石墨粉的消费比较稳定。
石墨用于生产各种润滑剂是石墨的传统用途。中国科学家研究开发出来用高纯超细石墨生产节能润滑油，这种石墨润滑油节能效果非常好，重型卡车汽车使用该种润滑油可节省燃油10%以上。中国正在建设节约型社会，鼓励采用节能产品，石墨润滑油市场会快速增大，高纯超细石墨产品在该市场需求自然会增长。
石墨深加工产品填加到塑料产品和橡胶产品中，可使塑料制品和橡胶制品不产生静电，许多工业产品需要具有防静电和屏蔽电磁辐射功能，石墨产品兼有这两项功能，石墨在塑料制品、橡胶制品及其它相关工业产品中的应用也会增加。
密封材料和摩擦材料是新开拓的石墨应用市场。利用石墨深加工技术生产的高纯膨胀石墨可压延成石墨纸，高纯柔性石墨可纺成线，织成石墨布。石墨纸耐高温密封性能好，可用于加工制作成各种形状的耐高温密封件；石墨线可替代石棉，制造重型机械制动闸衬材料等。预计石墨产品在密封材料和摩擦材料中的作用将更加巩固。
电子产业是高新技术石墨产品的主要市场。采用高新技术生产的改良石墨用于电子产品冷却系统可使电子产品快速散热，如液晶电脑；超纯石墨用于锂离子电池和碱性电池电极可提高导电率，超纯膨胀石墨箔用于燃料电池电极板可提高导电率减轻重量等。专家估计，世界碱性电池总需求增长4%—5%，锂离子电池总需求增长6%—8%，由此预计，超纯石墨在电池产业的消费量将增长。燃料电池是超纯石墨最有远景的消费领域，全球气候变暖正威胁着人类社会可持续发展，多数国家正努力研究开发使用清洁能源，以减少二氧化碳排放，燃料电池正是一种高效清洁能源，一旦生产成本降低到市场可接受范围，燃料电池的需求量将是巨大的，有理由相信能源市场对超纯膨胀石墨的需求量比较大，国外咨询公司Roskill估计，短期内，世界燃料电池用超纯膨胀石墨的需求量为1.5万吨。
100多年来石墨产业在世界工业发展中发挥着辅助作用。最近美国和法国的科学家利用石墨层制造出电子回路与集成电路的原理模型，有研究人员相信，石墨层碳纳米管及石墨层电路有应用的可能。世界上有科学家正在继续探索研究石墨矿物，预计新用途石墨产品会不断被研究开发出来，石墨的应用前景不可限量。
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