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石墨资源与石墨制品的研究.docx

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石墨资源与石墨制品的研究 一、世界石墨资源分布特点及勘探进展 1.1 世界石墨资源分布 1.1.1 资源分布 世界石墨储量都集中在少数的几个国家里。中国的石墨储量和产量都居世界首位。晶质(鳞片)石墨主要蕴藏在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国;隐晶质(土状)石墨矿主要分布于中国、印度、墨西哥和奥地利等国。 图1 世界主要石墨资源国 巴西石墨矿分布在米纳斯吉拉斯(Minas Gerais)、塞阿腊(Ceara)和巴伊亚(Bahia),最好的石墨分布在米纳斯吉拉斯州派德拉亚朱尔(Pedra Azul),探明矿石储量2.5 亿吨。印度石墨矿主要分布在奥瑞萨邦和拉贾斯坦邦,根据《印度矿业年报》,印度石墨储量为1075万吨,资源量为15802.5 万吨。加拿大石墨矿床分布在安大略省、不列颠哥伦比亚省和魁北克省,比塞特克里克(Bissett Creek)石墨矿是北美洲最大的石墨矿床。斯里兰卡脉状石墨矿床世界闻名,是世界上唯一的高度石墨化的脉状石墨矿床,位于斯里兰卡岛的西部和西南部。 表1 世界石墨储量统计 国别 储量(万t) 基础储量(万t) 资源量(万t) 美国 - 100 - 巴西 36 100 - 中国 4351 7467 22333 捷克 1140 1300 - 印度 80 380 - 马达加斯加 94 96 - 墨西哥 310 310 - 其他国家 510 4400 - 总计 8600* 29000* 80000 *Mining Annual Review公布的储量数字是7400万t,基础储量是27000万t。 根据中国国土资源部的资料,中国晶质石墨储量为3068万t,基础储量为5235万t,资源量为17702万t,矿区91个。 1.1.2 部分石墨公司简介 1、巴西 Nacional de Grafite 有限公司是巴西、也是世界最为著名的石墨生产厂之一,它每年可生产7万吨的天然石墨,这些石墨都是来自米纳斯吉拉斯。巴西有三个石墨加工厂:Salto Da Divisa、Pedra Azul和 Itapecerica。这些厂家主要生产镁碳、铝碳耐火材料和铝碳坩埚用鳞片石墨;耐火材料、刹车衬/垫和铅笔用石墨粉;碳刷和特种润滑剂用微晶石墨。 此外,Grafita MG有限公司也是巴西米纳斯吉拉斯区著名的石墨生产厂。 2、印度 印度是世界上第二大天然石墨的生产国,年产量有12万吨,铸造业和坩埚是印度国内石墨生产厂的主要用户。奥利萨、拉贾斯坦、普拉德、古吉塔、泰米尔纳德是印度的主要石墨生产地,其中,奥里萨州的石墨产量占了印度全国总量的65%~75%左右。 Agrawl石墨工业公司和TP矿产有限公司是印度两大著名的石墨生产厂,它们以生产结晶鳞片石墨和石墨粉为主。 3、澳大利亚 澳大利亚虽然现在不产石墨,但有可能它是未来的石墨生产国。它的石墨生产区主要分布在澳大利亚南部和澳大利亚西部。Uley是澳大利亚南部的石墨矿山,它每年的石墨产量有377万吨。它的附件有一个石墨生产厂,储量有244万吨。这个石墨厂因为先前的石墨价格太低,自1993年4月就停产了,但是厂里的许多生产设备却一直在维护着,在不久的将来或许会投入使用。 Munglinup是澳大利亚西部的石墨矿山,储量约有140万吨,主要生产鳞片石墨。 4、加拿大 在过去几年,加拿大成立了许多石墨生产厂,以加拿大东部的Timcal集团(先前的Stratmin石墨有限公司)最为著名。从USGS统计的数据来看,2006年加拿大的石墨产量有2.8万t,其中的大部分都是由该集团生产的。 工业矿产有限公司(IMI)、Fortune石墨有限公司、Quinto矿物集团、世界石墨生产有限公司都是近几年在加拿大新建的石墨生产厂。其中, IMI是加拿大工业矿产有限公司的子公司,它在安大略州有一座Bissett鳞片石墨矿。另外,它已在今年春季新成立了一家石墨公司,这家公司将在一年后全面投入生产。IMI的最终目标是成为北美最著名的鳞片结晶石墨生产厂。Fortune石墨有限公司正在建设几座无定形石墨和鳞片石墨生产厂。该公司负责人称,公司已于2008年开始采矿,计划2009年全面投入生产,在生产的第一阶段,公司每年将生产无定形石墨2.7万t。 5、捷克 Koh-i-Noor和Tyn是捷克两个著名的石墨公司。Koh-i-Noor通过当地自己的鳞片石墨矿来生产鳞片石墨,这些石墨主要用于耐火材料、电力等行业;Tyn是德国GK石墨公司的子公司,主要生产高技术领域用优质天然石墨。 6、德国 GraphitKropfmuhiAG(GK)是德国著名的石墨公司,年产量有3万吨。它在斯里兰卡、中国、津巴布韦、英国、捷克等国都有自己的石墨生产厂。GeorgHLuh也是德国的石墨公司,主要生产天然石墨、合成石墨、鳞片石墨粉,其产品范围是碳含量为80%~98%、-200~+50目,多用于耐火材料、坩埚和刹车衬。 7、挪威 Skaland石墨公司成立于1932年,以生产天然鳞片石墨为主。公司于去年中旬又开发了一座新的大型鳞片石墨矿,该矿的碳含量非常高,平均碳含量高于28%。据说,按每年1.2万t的产量来计算,该矿的储量至少可用30年。 8、美国 AsburyCarbons是美国最大的天然石墨生产厂,也是天然石墨的指定出口商。Asbury没有自己的石墨矿,但是它通过矿山附近的许多石墨生产厂将生产的石墨送往用户手中。位于芝加哥的SuperiorGraphite是世界上较大型的石墨生产厂、加工厂之一,它对各种碳和石墨进行热处理或热提纯。 此外,瑞士Timcal石墨公司(生产天然石墨为主)、奥地利Kaiserberg(年产无定形石墨3万t)、津巴布韦石墨公司(年产天然石墨5000t)都是世界著名的石墨公司。 表2 国外重要的石墨公司简况 公司 生产厂址 类型 碳/Cg含量 年产量/万吨 澳大利亚,Eagle Bay Resources 南澳大利亚 鳞片石墨 C 7.4%/Cg 13.7% 美国,Fortune Gaphite Producers 加拿大 无定形石墨 C 95% 27 德国,Graphite Kropfmuhi 德国、中国、斯里兰卡、英国、津巴布韦 所有类型 3 奥地利,Grafitbergbau Kaiserberg 奥地利 所有类型 C85%~99.5% 加拿大,Gambior 鳞片石墨 Cg 16.7% 加拿大,工业矿产有限公司 加拿大 鳞片石墨 C 94.7% 15 加拿大,Quinto Mining 鳞片石墨 Cg15%~40% 加拿大,世界石墨公司 加拿大,斯洛坎、库存特奈 鳞片石墨 C95.5%~99% 捷克,Koh-i-Noor Grafit 捷克,内托利采 鳞片石墨 C65%~98% 瑞典,Mirab矿产资源公司 瑞典 鳞片石墨 Cg11.6% 1.3 瑞典,Woxna石墨公司 瑞典 鳞片石墨 Cg10%~15% 巴西,Nationale de Grafit 巴西,米纳斯吉拉德 所有类型 7 挪威,Skaland石墨公司 挪威 鳞片石墨 C85%~99% 1.2 瑞士,Timcal 加拿大 无定形/鳞片石墨 乌克兰,Zavalievsky Grafitovy Kombinal 乌克兰 鳞片石墨 1.2 世界石墨勘探进展及开发利用现状 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。2004年之后,石墨烯材料被发现,石墨市场有所回暖。中国石墨产量一直居于世界第一,产量约为80万吨/年。 印度石墨产量列世界第二位,占世界石墨产量的11.6%。2009年印度石墨产量为13万吨。石墨开发主要在奥瑞萨邦和拉贾斯坦邦,奥瑞萨邦石墨产量占65%~75%,主要生产商是阿格拉瓦尔石墨工业公司(Agrawal ),公司有甘若达尔(Ganjaudar)和泰姆里马尔(Temtimal)两座石墨矿山;TP矿产公司开发富尔巴尼(Phulbani)、马达古达尔夫(Madagudarf)和萨尔吉帕里(Sargipali )附近的石墨矿,两公司生产鳞片石墨和粉末石墨产品。阿格拉瓦尔石墨工业公司计划开发石墨新产品,应用于电池行业。 印度石墨产量列世界第二位,占世界石墨产量的11.6%。2009年印度石墨产量为13万吨。石墨开发主要在奥瑞萨邦和拉贾斯坦邦,奥瑞萨邦石墨产量占65%~75%,主要生产商是阿格拉瓦尔石墨工业公司(Agrawal ),公司有甘若达尔(Ganjaudar)和泰姆里马尔(Temtimal)两座石墨矿山;TP矿产公司开发富尔巴尼(Phulbani)、马达古达尔夫(Madagudarf)和萨尔吉帕里(Sargipali )附近的石墨矿,两公司生产鳞片石墨和粉末石墨产品。阿格拉瓦尔石墨工业公司计划开发石墨新产品,应用于电池行业 巴西石墨产量居世界第三位,占世界石墨产量的7.5%。近年来石墨生产稳定,2009年石墨产量为7.6万吨。巴西国家石墨有限公司 (Nationalde Grafite)为该国主要石墨生产商,也是世界天然晶质石墨的最大生产商之一,在米纳斯吉拉斯(Minas Gerais)拥有3个晶质石墨矿,石墨生产能力为5.2万吨/年,产量约占巴西全部产量的2/3; 每个矿山有石墨加工厂,伊塔派里卡(ltaperica)石墨矿原矿碳含量为16%,加工厂生产能力为1.44万吨/年,石墨产品用于电池、电刷和润滑剂;萨尔托达迪维萨(Saltode Divsa)石墨加工厂生产大鳞片石墨,产品用于耐火材料、坩埚、冶金铸模和高碳钢添加剂,生产能力扩建到1.44万吨/年;派德拉亚朱尔 (Pedra Azul)是巴西最大的石墨矿床,石墨生产能力4.58万吨/年。巴西国家石墨有限公司计划调整石墨产品结构,开发生产球化石墨新产品,用于电池行业,包括电动汽车用大型锂离子电池。巴西另一个重要的石墨生产商是格拉费塔公司(Grafita MGLtd.),也在米纳斯吉拉斯地区开采的石墨。巴西耐火材料公司Mag-nesita计划开发巴西东部的石墨矿产,在2年内石墨生产能力达到4万吨/年,公司开发扩展到上游矿物原料,目的是保证石墨原料供应自给自足。 加拿大石墨产量的2.5万吨,石墨生产商主要是蒂姆科公司(Timcal)和鹰石墨公司。Timcal加拿大公司的矿山和加工厂位于伊勒湖(LacdesIles),其生产能力对外保密。2007年加拿大有许多开发商计划建设石墨生产基地,由于金融危机这些公司石墨开发项目暂停,2010年国际市场对石墨需求增加,石墨价格攀升,估计加拿大计划新建的石墨开发项目将会陆续开工建设。工业矿物公司(IMI)开发比塞特克里克(Bissett Creek)鳞片石墨矿,位于安大略省玛利亚城,公司目标是成为北美最大的鳞片石墨生产商。富通石墨公司(Fortune Graphite Inc.)开发隐晶质石墨和鳞片石墨,矿山位于不列颠哥伦比亚省东南部的库登奈山一带(Kootenay)。魁因托采矿公司(Quinto Mining Corp.)开发盖雷特湖(Lac Gueret)石墨矿床,位于魁北克东北的科特诺德(Cotenord )地区,该床矿石墨品位为15%到40%。环球石墨有限公司开发苏必利尔(Superior)石墨矿床,该矿是鳞片石墨,矿石储量5500万吨。 朝鲜石墨矿埋藏较深,需地下开采,矿山增产不容易。近年来石墨产量稳定在3万吨。 马达加斯加石墨开发商是格兰德公司(Societe Minieredela GrandeIle)和加洛伊斯公司(Establissments Gallois),2008年石墨减产到0.5万吨。 乌克兰石墨矿床分布在基洛夫格勒州(Kirovograd Oblast),石墨开发商是扎瓦利夫斯基石墨公司(Zavalivsky Grafitovy Kombinat),乌克兰石墨产量为0.75万~1万吨。 斯里兰卡有世界闻名的脉状石墨矿床,位于斯里兰卡岛的西部和西南部,石墨矿脉埋藏较深,需地下开采。斯里兰卡伯格拉石墨公司(Bogala Graphite SriLanka)是德国GK公司的子公司,最近公司从英国进口设备新装备了石墨加工厂。 捷克有2个石墨开发商,科伊努尔石墨公司和泰恩石墨公司,位于波希米亚(Bohemia)南部,从17世纪开始加工生产石墨产品。科伊努尔石墨公司开采加工鳞片石墨。泰恩石墨公司是德国GK公司的子公司,公司从1965年开始生产石墨产品,近年来集中开发高纯石墨,尤其是电池用石墨产品。 奥地利凯瑟贝格公司(GrafitbergbauKaiserberg)经营的露采石墨矿位于凯瑟贝格(Kaiserberg )和特里本(Trieben),石墨加工厂作业包括干燥、分级、磨矿和浮选及超细研磨,该厂有隐晶质石墨浮选厂,加工能力3万吨,公司供应微细石墨、大颗粒石墨、鳞片石墨和合成石墨。 瑞士蒂姆科公司(Timcal)是世界上领先的纵向集成石墨生产商。石墨开发分布在加拿大、 欧洲和亚洲,产品分销机构分布在南非、 澳大利亚、印度、马来西亚和泰国,该公司取得了我国内蒙古包头晶元石墨公司85%的权益。 澳大利亚目前没有开采石墨,将来有可能开发生产石墨产品。鹰湾资源公司(EagleBay)拥有尤利(Uley)石墨矿床,距南澳林肯港北23公里,碳含量7.4%的储量377万吨, 碳含量13.7%的储量244万吨,矿床附近有加工厂,1993年工厂停产,主要是因为国际市场石墨价格低。蒙林阿普(Munglinup)石墨矿床有大鳞片石墨,距西澳埃斯佩兰斯(Esperance)50公里,锂精矿生产商格瓦利亚公司(Gwalia)的子公司拥有该矿权,该石墨矿在1953~1956年期间曾经开采,因石墨价格低等原因一直停产,据估计探明的和推测的资源量为140万吨,平均品位18.2%,深55米。 二、中国石墨资源分布特点与勘探情况 2.1 中国石墨资源分布 天然石墨作为重要的战略资源,我国具有很大的资源优势。晶质石墨,我国具有很大的资源优势。晶质石墨,我国占有世界资源的70%以上,我国的晶质石墨多为鳞片石墨,易采、易选,产量占世界的2/3以上,是国际石墨市场的最大供应国,年出口20万t左右;微晶石墨,我国储量只占世界的1/10,但品质好、矿产集中,前些年郴州鲁塘石墨矿的盲目开采,年产量超过150万t,占世界产量的90%,低价销售,导致资源严重浪费。近几年,天然石墨作为重要战略资源的价值,越来越受到产业界及国家相关部门的重视,在资源保护、产业整合及规划等方面,已经取得明显成效。 国内石墨矿主要分布在黑龙江、湖南、江西、四川、青海、河南等地。四川省内主要为攀枝花及南江县两地。 我国石墨资源丰富,分布在全国25个省(区、市),91 个矿区。国土资源部统计资料显示,我国晶质石墨储量为3085万t,基础储量为5 280 万t,资源量为1.7 亿t。各省区储量分布情况为:黑龙江1356万t,山东853 万t,内蒙古272 万t,四川233万t,河南159万t,总计占全国总量超过九成(图1)。 图2 中国石墨矿产分布图 晶质石墨以大中型矿床居多, 占总数的70%。主要有黑龙江省萝北县云山、勃利县佛岭、鸡西市柳毛、四川省攀枝花市中坝等4 处特大规模矿床,合计矿物保有储量占全国晶质石墨的66%,其他为中小型矿。石墨鳞片以中等鳞片居多,片径在0.05~1.5mm。富含大鳞片石墨(+100目)的矿床约占总矿产地的30%,保有储量约占石墨的10%,主要分布在山东、内蒙古、湖北等地;大多数矿床以中等鳞片(+200目)为主;少数矿床以细小鳞片(0.074~0.01mm)为主。 隐晶质石墨储量为1283 万t,基础储量为2231万t,资源量为4431万t。主要分布在湖南、广东、吉林、陕西、北京等省区,12个矿区。其中前三位储量较大的省份分别为湖南962万t、吉林141万t、广东103万t,总计占全国近94%。隐晶质石墨以中小型为主,仅有一处大型矿在湖南省桂阳县荷叶,占隐晶质石墨保有储量的57%,中型矿占39%,小型矿占4%。 2.2 中国石墨勘探进展 2.2.1 中国石墨勘探进展及开发利用现状 我国石墨产量常年居世界首位, 1985~2011 年累计生产石墨3 000万t,其中包括晶质石墨800万t,隐晶质石墨2200万t;同期累计出口石墨780 万t;2010年天然石墨的实际供给量达到180万t, 而石墨的需求量为130万t, 主要消费领域为钢铁和铸造业、耐火材料、导电材料、铅笔、化工及汽车制造、密封材料等;2012年石墨矿山企业176个, 大型矿山29个,中型矿山25个,小型矿山76个,小矿46个,分布在黑龙江、内蒙古、山东、河北等18个省(区),石墨产量511万t。 长期以来, 我国石墨开发企业以初级产品为主,产品附加值低,同质化问题严重,产能过大,导致国内低价竞争出口。2010年资源整合后,石墨产业集中度有所提升,中国建材集团投资成立南方石墨公司作为主体, 整合了郴州地区的石墨资源;日新集团投资组建内蒙古瑞盛新能源有限公司作为主体,整合了内蒙古兴和的石墨资源;中铁集团已投资进入黑龙江萝北石墨产业。 近几年,我国高度重视优势矿产资源的开发利用,资源整合之后致力于延长产业链,依托大企业集团优势、资金优势、技术优势和资源优势,提高产品附加值, 相配套的石墨产业园区正在迅速崛起。目前已经形成规模的石墨工业园有:鹤岗市萝北石墨产业园区、鸡西市石墨产业园区、内蒙古兴和石墨深加工高新产业园区;另有鲁塘石墨工业园正在筹建中。石墨工业园区的崛起有利于逐步结束我国石墨资源以原矿出售的局面,向石墨高端应用产品发力。 2.2.2 中国石墨主产区情况 1、湖南郴州是我国隐晶质石墨的主产区,储量占全国隐晶质储量的75%,居全国之首,主要分布在鲁塘矿区。鲁塘矿区累计探明石墨资源储量3164.82 万t,累计采矿2 175.24 万t[3]。2006 年鲁塘区有52 个石墨采矿权,2009 年资源整合后,设置采矿权18 个,15 个区设计采矿规模48 万t/年,另有3个区待核定资源储量后设计开采规模。 2、黑龙江省石墨资源丰富,主产晶质石墨,可开发石墨储量2 200 万t,主要有萝北县的白云山石墨矿床、鸡西的柳毛石墨矿床[4]。现有14 处大型矿、1处中型矿和1 处小型矿,年产石墨215 万t,居全国首位。 3、山东省是华东地区石墨主产区, 主产晶质石墨, 现有1 处大型矿、8 处中型矿和7 处小型矿,年产石墨107 万t。 4、内蒙古的石墨主要集中在兴和、武川、丰镇、呼和浩特一带,现有40处石墨矿,其中大型5处、中型5处、小型17处、小矿13个,年产石墨98万t。受矿山地理位置和交通条件的制约,无论从石墨产量和应用产品方面都落后于黑龙江和山东。 5、吉林省主产晶质石墨,大多为中小型矿,集中在通化、集安一带。大型晶质石墨矿床有三半江晶质石墨矿床,其他为中小型矿床。现有2处中型矿、6处小型矿,年产石墨15万t。 6、四川省攀枝花市是西南地区石墨主产区,储量丰富,探明石墨矿物储量C级为250万t、D+E级以上2124万t。主要矿区有:仁和区中坝石墨矿、盐边县高坪乡大箐沟矿等,主产晶质石墨,品位高,易分选,矿物回收率高。但攀枝花市的石墨开采规模小,与其他产区相比, 产品的种类和数量都相差较远,且以初级产品为主,深加工应用产品进展缓慢。 2.2.3 中国主要石墨产业企业 国内石墨行业相关的上市公司主要有:方大炭素(600516)、中钢吉炭(000928)、新华锦(600735)、博云新材(002297)、大元股份(600146)、黄河旋风(600172)等,其中最正宗、最具规模的是方大炭素(600516)和中钢吉炭(000928)。 1、方大炭素(600516) 该公司是世界领先的石墨电极及炭素制品的专业化生产和销售公司。该公司是国内大型炭素生产企业之一,不仅拥有生产大规格超高功率石墨电极的大型油压机,而且特种石墨业务进入产能扩张期。 该公司不仅在特种石墨上有所突破,对炭素产业做到有保有压,“保”是保证以特种石墨为代表的炭素新材料快速发展。特种石墨业务通过收购和自建两种模式推动产业发展。“压”以石墨电极为代表的传统炭素业务产能维持稳定,调整传统产品结构。 该公司是国内最大的石墨电极生产企业,产能近20万吨,居亚洲第一,世界第三,石墨电极是最大的收入来源。该公司的炭新材料品种齐全,盈利能力强,广泛应用于冶金、军工、航空、核电等领域,其中该公司在炭砖已有多项专利,具有很强的竞争优势。 2、中钢吉炭(000928) 该公司主业为石墨电极。现正加大超高功率石墨电极的比重,石墨电极行业中龙头企业为方大炭素,其次为中钢吉炭,两者合计占到市场份额的60%-70%,该公司是全国最大的综合性炭素制品生产企业、国际炭素四强企业,具有15万吨以上的炭素制品生产能力,产品销往国内300多家企业,还远销欧美、东南亚等40个国家和地区。公司已成为国内最大的石墨制品生产企业,研制成功的700mm大型超高功率石墨电极,打破了国外对大规格超高功率市场的垄断地位。该公司全资子公司神舟碳纤维有限责任公司生产军用碳纤维,是国防科工委唯一一家制定采购企业,用于我国神舟飞船系列等军事国防产品。 3、天津普兰纳米科技有限公司 普兰纳米科技有限公司成立于2009年,注册资本625万元,位于天津滨海高新区产业园区,属天津市科技型中小企业。公司核心产品包括:石墨烯材料、干法薄膜电极、超级电池和超级电容器四大类产品。公司是国家“千人计划”、天津“千人计划”和“天津滨海高新区领军人才计划”支持企业。 4、山西介休市巨源炭素有限公司 介休市巨源炭素有限公司是中国炭素行业会员单位和石墨电极生产重点企业。该公司于1996年7月成立以来,始终坚持以质量创品牌,以以信誉创效益的经营原则,注重产品质量的提高,注重积累和滚动发展,经过近十年的快速发展,现以形成从煅烧到成型、陪烧、浸渍、石墨化、机加工的全能型石墨电极生产线,产品品种10余种(100—700普通功率、高功率、超级功率石墨电极),生产超过3万吨/年规模能力。该公司生产规模在山西省内排行第一,在全国排行第八。目前该公司生产条件和设施完备,产品品种齐全,经营效益突出,具备了较强的市场竞争力和良好的成长性。 5、河南焦作东方石墨制品厂 河南省焦作市东方石墨制品厂是生产石墨电碳的专业厂家,产品是适用于电力、机械、冶金化工、建材、煤炭、交通运输、兵器工业、铜、铝材行业和烟草行业用的各种石墨电碳制品及各种石墨非标准件。 6、中国科学院成都有机化学有限公司 原中科院成都有机所,按照中国科学院知识创新工程的总体战略和布局调整,由创建于1958年的中国科学院成都有机化学研究所整体转制组建的中国科学院成都有机化学有限公司于2001年6月注册成立,是一家高技术创新和产业发展并重的医药化工和材料领域的高新技术企业。国内最早开创有机小分子催化及不对称合成机构之一! 中科院成都有机化学所是以不对称合成与手性技术、生物有机、药物合成、有机合成、催化新材料与技术、新型储能材料与器件、纳米材料、精细化工、绿色化学与工艺、功能高分子、生物医用高分子、以及高分子合成与改性等为主要研究领域,以应用研究和高技术创新为主的综合性化学研究所。研究所于2001年8月转制为有限公司,仍保持着强有力的研究队伍。全所现有职工300余人,其中研究员44人,博士生导师24人,兼职博导4人,在读研究生163人。面向国内、外招收硕士、博士研究生及博士后。 本所设有化学博士后流动站;有机化学、应用化学和高分子化学与物理博士点;有机化学、物理化学、高分子化学与物理、应用化学四个学术型硕士点以及化学工程全日制专业学位硕士点。 7、黑龙江奥宇石墨集团 黑龙江奥宇石墨集团创立于1988年,是集采矿、生产、包装、贸易、深加工等为一体的节能、环保、科技型循环利用企业,以生产各种规格的天然磷片石墨及石墨精深加工、尾矿砂空心砖循环经济等为主的集团公司。 集团下设十余家企业,现有员工1600人,拥有独立的矿山、水源和铁路专用线,是行业中唯一一个省级重点保护A级运输大用户企业,是行业内最大的天然鳞片石墨供应商之一,是行业中唯一一个证照齐全、循环利用的节能、环保、科技企业,主要产品有天然鳞片石墨,球型石墨,高纯石墨,微粉石墨,可膨胀石墨、尾矿砂空心砖等产品,是行业内唯一一家同时通过ISO9001-2000质量管理体系认证、ISO14001-2004环境管理体系认证和GB/T28001-2001职业健康安全管理体系认证的领军企业,也是天然鳞片石墨新国家标准的起草和制定单位。集团先后荣获:“全球华商矿产行业500强企业,中国市场质量、服务、信誉AAA+级企业,中国著名商标企业,中国知名品牌企业、中国企业改革全国示范单位,中国名优产品企业,中国质量信誉之星单位,中国讲诚信、守合同、重质量典范企业,中国知名商标企业,东北三省先进民营科技企业”等100多种荣誉。 三、世界及中国石墨市场现状调查及前景分析 3.1 世界及中国石墨市场现状 石墨是重要的战略矿物。在过去的20年里,石墨的用途变化巨大。 尽管世界经济形势经历了衰退与复苏,世界石墨的消费量一直保持相对稳定。据不完全统计,石墨的主要市场为日本、中国、美国、德国和英国等。大体消费结构为:耐火材料占总消费量的26%、铸造15%、润滑剂14%、制动衬片13%、铅笔7%,其他(碳刷、电池、膨胀石墨等)25%。 (1)美国石墨市场 作为战略物资,美国石墨消费数量十分可观。除了用于战略囤储,许多重要工业部门每年都要消费大量石墨。2004年美国消费石墨44 100t,比2003年增长11%;其中鳞片石墨2004年比2003年增加21%,从17700t增加到21500t;无定形石墨消费2004年增加3%,从21900t增加到22600t。制动衬带、耐火材料和钢铁工业三大部门占美国石墨总消费的53%;铸造和润滑剂占另外的14%。与2003年相比,2004年耐火材料工业是美国鳞片石墨的最大消费部门。 (2)日本石墨市场 日本2001年消费石墨143600t;2002年消费166000t;2003年消费石墨172000t;2004年估计消费170000t。 (3)中国石墨市场 中国石墨主要消费领域为:钢铁和铸造、耐火材料、导电材料、铅笔、化工及汽车制造、密封材料等。目前我国石墨消费量数十万吨,其中晶质石墨约25万t。消费结构大体上是:钢铁和铸造占总量30%,耐火材料占10%,铅笔占15%,导电材料占10%,密封材料占10%,其他如显像管石墨乳、拉丝石墨乳、模锻石墨乳、节能添加剂等占25%。有材料讲,国内的镁碳砖和铝镁碳砖生产能力已达到120万t以上,消费石墨近17万t;坩锅石墨年需约为6500t;锻造年需石墨约为1200t;军工等方面消费石墨约为8000t等。 在2004年的时候,我国石墨供应减少,需求增加,造成价格上扬,2005年石墨市场继续上扬。国际市场对我国石墨的需求量约在50万t左右。 3.2 石墨前景分析 随着新的加工处理技术的开发,石墨材料可纯化到99.99%,石墨可用于极有前途的燃料电池,以及手机和掌上电脑的低污染蓄电池如锂电池。据最近报道,日本广岛大学教授博信研究得出,向石墨施加2至3个大气压,它能在常温下储存氢气,每千克石墨可储存74g氢气,是现有已达到实用化水平的储氢合金的3倍。如果加进微量的特殊金属,在100℃以下也能够储存氢气,并超过了国际能源组织规定的储氢技术目标——在100℃以下储氢量6%。这位教授认为,由于石墨价格低廉,并且比使用储氢槽要安全,因此,它可望用作燃料电池的储氢装置。 石墨和碳素制品的精炼和改性是石墨未来发展的关键;创新的精炼技术的应用使石墨在电子、薄箔、摩擦材料和润滑剂方面有了更广泛的应用。最新的用途还有用于机场跑道和悬索桥用的导电沥青。 另外,一种高性能的碳化钛涂层石墨材料问世,由于碳化钛的特性是极其坚硬耐磨,所以用这种材料制成的部件极其耐腐蚀、耐高温和耐磨损。在金属冶炼工业,碳化钛涂层可使石墨部件的寿命提高五倍。 当今世界上已开发出电子管、高润滑技术的石墨基础材料,而且石墨在许多工业应用领域还可替代石棉。此外,石墨还广泛用于自动化、热辐射防护、原子能工业以及制作石墨炸弹、火箭发动机的喷嘴等。石墨正在众多领域里逐步取代某些金属材料和有机材料,发展前景十分广阔。 我国已经引进显像管石墨乳和柔性石墨纸生产线。近年来,在石墨深加工、微粉石墨和超微细石墨及石墨制品方面有了很大进展,有些制品如密封材料、可膨胀石墨等已能出口。另外,天然石墨(特别是鳞片石墨)在化学工业和电子电气工业等领域消费前景非常光明,如彩色显像管生产,目前消费石墨达10余万t。随着世界范围经济复苏和电子电气产业的发展,石墨销量还会有进一步的增加。 3.3 石墨烯前景分析 3.3.1 石墨烯研发 1、欧美 欧盟第七框架计划(FP7)及其接续的“地平线2020”计划、欧洲研究理事会(ERC)、欧洲科学基金会(ESF)等都部署了相关研究项目,资助石墨烯技术的研发。 如FP7在2008年1月发布了为期3年的石墨烯基纳米电子器件联合研究项目,经费239万欧元。该项目主要研究“超越互补金属氧化物半导体(CMOS)”领域的技术研究,图1为项目提出的目标时间框架。该项目参加的机构包括德国AMO公司、意大利高校纳米电子研究联盟、英国剑桥大学半导体物理中心、法国原子能机构、法国意法半导体公司、爱尔兰科克大学等。2011年6月,FP7还启动了用于超级电容器的石墨烯电极项目,项目时间跨度3年,总经费494万欧元。 图3 “超越互补金属氧化物半导体(CMOS)”研究的目标时间框架 欧洲研究理事会为期3年的石墨烯物理性能和应用研究项目,研究经费177.5万美元,负责机构为英国曼彻斯特大学。该项目涉及3个主要方向,分别为石墨烯隔膜及其一维特性研究、模拟无质量相对论粒子的石墨烯电荷载体研究、石墨烯晶体管应用研究。 欧洲科学基金会2009年6月启动的欧洲石墨烯项目(Euro GRAPHENE)历时5年,共有来自19个国家的20个资助机构参与。该项目的研究工作包括石墨烯有机超分子功能复合材料、石墨烯纳米结构、外延石墨烯晶体管、石墨烯基自旋电子系统(石墨烯/3D金属界面磁交互作用)、高性能射频晶体管的碳化硅(SiC)晶圆石墨烯、光电石墨烯器件、石墨烯纠缠自旋对等。 欧盟“未来新兴技术旗舰项目”启动于2009年,2011年从收集到的23个提案中遴选出6个进行最终角逐。2013年初,石墨烯项目成为最终获胜的2个项目之一,将获得10年共计10亿欧元的资金支持,由瑞典Chalmers大学Jari Kinaret教授领导,研发力量包括100多个研究团队,主要研究人员有136人(包括4位诺贝尔奖获得者:Geim、Novoselov、Fert、Klaws von litzing)。该项目已在2013年10月正式启动,分为2个阶段:第七框架计划下为期30个月(2013年10月1日至2016年3月31日)的起步阶段;地平线2020计划下的稳定阶段(2016年4月1日起)。 作为石墨烯的“发源国”,英国提出石墨烯不仅要“在英国发现(discovered in Britain)”,更要“在英国制造(made and manufactured in Britain)”。前些年,英国在石墨烯专利领域较为落后,这不免让拥有2010年石墨烯诺贝尔物理学奖的英国有些尴尬。近年来,英国加大了资助力度。从“乏力”到“发力”的转变,显示出英国对石墨烯的重视。 自2010年以来,英国各部门公共研发经费持续在46亿英镑的水平基本没有变动,相对于近年来英国其他领域预算开支的下滑,科研经费所受影响仍然相对乐观。 2011年,英国政府在《促进增长的创新与发展战略》中把石墨烯作为该国未来4个重点发展方向之一。石墨烯也是英国工程与自然科学研究委员会的资助重点之一。如2013年初,曼彻斯特大学化学院Peter Budd教授率领的研究小组获得该研究理事会350万英镑的经费,用于石墨烯膜研究。这些膜可用于生物燃料发酵时移除水分、燃料电池组件、食品包装、人类疾病和农业害虫检测传感器等。 早在2011年10月,英国财政大臣George Osborne宣布将划拨5000万英镑用于石墨烯前沿研究,其中3800万英镑用于在曼彻斯特大学建立国家级的石墨烯研究所。此外,该校还向欧洲研发基金申请了2300万英镑的资助。研究所将采用“中心辐射”的模式与其他英国研究机构展开合作。一年后的2012年末,英国财政部将5000万英镑的剩余部分以及工程与自然科学研 究理事会的1000万英镑(即共计2200万英镑)投入用于石墨烯商业化研究。此外,空中客车、BAE系统、劳斯莱斯、Dyson和飞利浦等企业还将为该投资额外匹配1200万英镑。 Osborne在2014年3月公布的政府预算中宣布,将在未来5年投资设立3个研究所/中心,其中之一即为1 900万英镑的“石墨烯创新中心”,并作为英国孵化器网络(Catapult Network)的一部分。该中心坐落在塞奇菲尔德,以过程创新中心为基础,将致力于向中小企业提供设备入口以支持他们进行石墨烯产品的研究与开发。 2014年9月10日,Osborne宣布将在曼彻斯特大学投资6000万英镑(其中,英格兰高等教育基金会下属的英国研究伙伴投资基金1500万英镑、技术战略委员会500万英镑、阿拉伯联合酋长国清洁及可再生能源企业Masdar3000万英镑,其他由该校从欧洲地区发展基金会等获得)建设“石墨烯工程创新中心”,加速石墨烯产品从实验室走向市场的进程。该中心将作为国家石墨烯研究所的有机补充,并彰显了英国致力于石墨烯研发的力度和决心。 德国科学基金会(DFG)2009年7月启动石墨烯新兴前沿研究项目,项目历时6年。该项目旨在更好地理解和操控石墨烯性能,制造出新型石墨烯基电子产品。资助领域主要包括:制备石墨烯基电子设备;石墨烯电子、结构、机械、振动等性能表征与操控;石墨烯与衬底材料、栅极材料相互作用机理研究;声子和电子/量子/弹道/自旋等的输运研究;场效应器件/等离子器件/单电子晶体管等装置示范等。2010年,DFG启动了优先研究项目——石墨烯(SPP1459),包括38个研究项目,前3年预算经费为1060万欧元。 2012年9月,德国巴斯夫集团与马普学会高分子研究所共同投资1000万欧元成立了碳材料创新中心,开展包括石墨烯在内的碳材料的合成与表征研究,以及能源和电子应用潜力评估等。 2、美国 美国国家自然科学基金会(NSF)开展了多项有关石墨烯的研发项目,初步检索发现,正在实施的项目有300多项,大多数资助额度介于10万~50万美元之间。如密歇根大学承担的“石墨烯和碳纳米管材料连续和大规模纳米制造”项目,源于NSF2010年启动的可扩展纳米制造项目,研发经费130万美元,周期为2011年9月1日至2015年8月31日。该项目重点开发高通量可扩展纳米制造技术,用于石墨烯和碳纳米管材料的连续和大规模制造。 美国国防部(DOD)以及高级研究计划局(DARPA)也实施了多项石墨烯研究项目,重点开发新一代更小巧、更快速的电子器件,并实现在太赫兹及新型量子器件的应用等。2009年,DOD开展了多学科大学研究计划,研究期间为2009-2013年,总经费为750万美元。该计划包括空军石墨材料基础研究功能石墨烯材料研究和器件概念项目(2009年启动),海军纳米结构石墨烯电子带隙裁剪(2009年启动)和陆军新型二维氧化物和氮化物(2011年启动)等。 2013
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