深入分析：中國石墨工業發展的機遇、問題和建議！
深入分析：中國石墨工業發展的機遇、問題和建議！
石墨是一種非金屬礦產資源。石墨具有耐高溫、導電、導熱、潤滑、化學穩定性、塑性、抗熱震性等多種特殊性能，作為耐火材料、潤滑劑和摩擦材料，石墨主要應用于冶金、鑄造、機械等傳統工業領域。很長一段時間，注意力不集中。
隨著新一輪全球工業革命的到來，石墨深加工技術不斷突破。石墨的理化性能得到了深入的發展。它已成為新能源汽車、儲能、核能、環保、新材料等戰略性新興產業不可或缺的關鍵材料，資源戰略價值迅速提升，石墨烯的成功制備和工業應用又一次促進了石墨、鉻的發展。結晶石墨已成為國家礦產資源規劃（2016-2020）確定的24種戰略礦產之一。
石墨產業鏈包括上游資源開采和礦產加工、上游材料級產品加工和下游終端應用。沿著產業鏈，已經形成了一個非常復雜的多級石墨產品體系，沿著石墨產業鏈，石墨產品分為三個層次：原材料層次、材料層次和特殊層次。本文對分類體系進行了擴展，根據產品的縱向價值，將物料級產品分為前沿產品、高端產品、中端產品和低端產品（圖1）。
從圖1可以看出，石墨產品豐富，可用于制備新能源汽車、儲能、環保等戰略性新興產業的尖端石墨烯材料和高純石墨、球形石墨、膨脹石墨等高端材料。同時，石墨的低端產品也可用于鋼鐵、鑄造等基礎傳統產業，石墨是工業體系中許多工業部門的基礎原料，在工業發展中發揮著重要作用。
隨著中國經濟結構的調整和發展方式的轉變，戰略性新興產業已成為中國經濟發展的新引擎，為了促進高端制造業的發展，2015年5月，國務院發布了《中國制造2025》（國發2015 28），預計開辟了新一代信息技術、節能新能源汽車、電力設備、新材料等十大關鍵領域，石墨烯是一種高端、前沿的石墨材料，廣泛應用于中國制造2025的許多關鍵領域（表1），在許多高科技產品的生產過程中發揮著關鍵作用。UCTS。
石墨烯被認為對未來的工業發展具有顛覆性的影響。石墨是制備石墨烯的重要原料之一。
根據原料的不同，石墨烯的制備方法可分為兩類：一類是以天然石墨為原料，氧化還原法、液相汽提法和微觀機械汽提法；另一類是以甲烷、乙烯、乙炔等碳氫化合物為原料。采用氣相沉積法（CVD法）、SiC外延生長法（圖2）制備S原料。
目前，用天然石墨制備石墨烯是最商業化的方法。石墨烯工業的發展直接引發了石墨資源開發的熱潮。
根據美國地質調查局（USGS），2017年全球石墨儲量為2.7億噸。土耳其、巴西和中國是最豐富的資源，分別占全球資源總量的33%、26%和21%，占全球資源總量的80%（圖3）。
在美國地質勘探局的統計中，中國是世界第三大石墨資源國，但中國的石墨資源應該在世界上更加突出。盡管土耳其擁有世界上最大的石墨儲量，但其資源主要是隱晶質石墨，主要用于低端產品。它的戰略地位很低。巴西和中國主要是結晶石墨，其戰略地位高于土耳其。
在新能源汽車、石墨烯等產業發展的帶動下，我國石墨資源勘查的熱沒有下降。從2012年底到2017年底的五年時間里，我國結晶石墨的勘探成果不斷增加。資源儲量從1.9億噸增加到3.67億噸左右，增長93%（圖4），是24種戰略礦產中增長最快的礦產資源儲量。
根據美國地質勘探局的統計，同期中國的石墨儲量保持在5500萬噸。雖然計算方法和標準不同，但美國地質調查局對中國石墨儲量的統計明顯落后于中國的實際情況。數據中沒有反映中國近年來新增的石墨儲量，這意味著中國的全球石墨資源狀況可能高于美國地質勘探局的統計數據。
豐富的石墨資源使中國成為世界上最大的生產和出口國，控制著全球石墨資源的供應，2017年中國石墨產量達到78萬噸（圖5），占世界總量的65%。除了滿足國內消費外，中國大量的石墨資源還被用于出口。根據聯合國商品貿易統計數據庫，2016年全球天然石墨出口總量為404400噸，其中中國出口240100噸，占59.91%，居第一位；朝鮮出口47.3萬噸，占11.08%，居第二位；巴西第三大出口量僅為24噸。.90萬噸，占總量的6.21%，受地緣政治因素影響，全球第二大出口國朝鮮石墨基本上出口到中國。據估計，中國可以控制全球石墨出口市場的72%。
石墨消費長期集中在耐火材料和鑄造領域，但隨著世界鋼鐵工業的發展進入了一個緩慢的時期，特別是我國鋼鐵消費的高峰期，與鋼鐵工業相關的石墨消費增長率，包括這兩個領域，W。我會減速，甚至開始下降。新能源汽車、儲能、核能、電子信息等戰爭中的石墨高端材料產品，新興產業消費快速增長，石墨消費正從傳統產業向戰略性新興產業轉變。
石墨是鋰離子電池最廣泛使用的正極材料。新一輪石墨消費轉型的主要原因是新能源汽車工業的快速發展和鋰離子電池需求的不斷增長。電池行業已成為石墨消費增長最快的行業。
由于石墨消耗數據的可得性較差，根據2014年的統計，耐火材料和鑄造廠占全球石墨總消耗量的52%和14%，在這兩個地區的消耗比例最高。電池消耗量約占8%（圖6），但電池行業石墨消耗增長最快，達13.95%，耐火材料和鑄造材料僅占1.74%和3.93%，石墨消耗量占重量，心臟轉移明顯（圖7）。
2014年以來，全球鋰離子電池出貨量從2017年的72GWh增加到了1435GWh，年均復合增長率為26%，鋰離子電池消費量增長迅速。
中國目前是世界新能源汽車工業發展最快的國家。2017年，中國新能源汽車產量達到79.4萬輛，連續三年位居世界第一。鋰離子電池出貨量達到74.8GWh，占全球出貨量的52.1%，居世界第一。
《中國汽車工業中長期發展規劃》分別制定了2020年和2025年200萬輛和700萬輛新能源汽車的發展目標。未來，鋰離子電池的出貨量將迅速增加，對鋰離子陽極材料的需求也將增加。這將為我國高端石墨材料的發展提供廣闊的市場空間，使我國石墨消費的重心繼續向石墨消費的方向轉移，戰略性新興產業轉移。
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歐洲、美國和日本在石墨深加工領域一直處于領先地位。以德國Sigli Carbon Group、中國Japangraphite加工技術為代表的國際大型企業起步較晚。高純石墨、膨脹石墨等高端石墨產品加工技術落后，長期依賴進口。
經過30多年的發展，我國在高純石墨、石墨陽極材料、工業發展等高端石墨材料的研究與開發方面取得了突破性進展，根據筆者在黑龍江省雞西、鶴崗的研究與開發，我國的一些企業是石墨高純技術。他們掌握了化學酸堿法和物理高溫法生產高純石墨。產品含碳量可達99.99%，甚至99.999%，達到國際先進水平。
此外，球形石墨工業已擴展到鋰離子電池正極材料領域。經過十多年的發展，我國鋰離子電池正極材料產量已從2012年的282200噸增加到2017年的146000噸，占世界總量的70%以上，成為世界最大的負極材料生產國。
我國涌現出一批石墨材料龍頭企業，如Bertray、Sugiyama等，在石墨陽極材料領域處于世界領先地位。為三星、LG、松下、索尼等電池企業提供產品。許多企業正在積極探索石墨的綜合高效開發利用模式。一些與高端石墨產品相關的上市公司集中在東部地區。
石墨烯是新一輪石墨深加工技術的亮點。目前尚處于研發和產業化的初始階段。從發表論文和技術專利申請數量來看，我國處于世界領先地位，截至2017年2月10日，我國石墨烯研究論文47264篇，占34.2%，居世界第一，截至2016年底，我國申請石墨烯相關專利17603項，占全球專利總數的58%。艾爾道達爾，在世界排名第一。
截至2017年2月，我國石墨烯制備、銷售、應用、投資、檢測、技術服務企業2059家，其中研發企業884家，生產制備企業141家，應用企業218家。企業數量最多的三個省份是江蘇、廣東和山東，中國石墨烯的生產能力約為3000噸（部分企業見表2）。實現了船舶重工業防腐涂料和蓄電池導電劑的大規模應用。
華東依托區位優勢，吸引了大批人才和資金，成為石墨烯的研發中心和產業發展中心，部分企業在探索石墨烯產業發展方面積累了一系列經驗。標準體系逐步建立，產業政策體系不斷完善，我國石墨烯研發、制備和應用初步形成了較為完整的產業鏈，意味著我國石墨烯產業有可能實現曲線超越，引領世界。
近年來，石墨勘探的成果不斷，但目前，對石墨消耗增長的實際拉動作用是新能源汽車對鋰離子電池的消耗。根據新能源汽車消耗40千克負材料的經驗值和2025年700萬輛規劃目標，總消耗量小于28萬噸。此外，替代技術的發展也將降低鋰離子電的需求，對池中石墨的需求量，雖然我國的結晶石墨資源儲量為3.67億噸，但兩者之間存在很大的差異。
石墨烯應用的巨大潛力給石墨烯需求的增長帶來了巨大的潛力。目前，我國石墨烯粉體的生產能力約為3000噸。按照60%的產量，滿負荷生產需要5000噸石墨烯。但是，由于下游石墨烯終端應用產品較少，對石墨烯的需求不足，我國石墨烯加工企業基本處于銷售和生產能力利用固定生產狀態，石墨的實際消耗量很小。
未來，石墨烯對石墨需求增長的促進程度取決于石墨烯制備技術的改進和應用領域的拓展，這是不確定的。
另外，目前還存在一些由非石墨制備石墨烯的方法，如通過氣相沉積碳氫化合物制備石墨烯薄膜。雖然以天然石墨為原料制備的石墨烯粉末的商業化程度很高，但很難確定哪種方法將成為未來的主流。
一般來說，石墨烯對石墨資源需求的影響程度很難確定，因此，盡管石墨產業在戰略性新興產業發展勢頭良好，但需求增長仍存在許多不確定性。目前，我國石墨資源十分豐富。如果繼續加大對上游石墨勘探的投入，資源開發產能過剩的局面將進一步加劇。
雖然我國的高端石墨材料取得了長足的進步，具有較強的新型石墨材料生產加工能力，但進一步加工成終端產品并獲得較高附加值的能力還不夠。在整個石墨產業鏈和價值鏈中低端，仍處于原材料供應商的地位。
例如，在膨脹石墨和等靜壓石墨領域，還存在著我國無法生產的低性能、單一品種、大規格、高性能產品等問題，目前我國企業很難生產出高質量、高附加值的導熱油。手機用鋰離子電池；雖然中國是一個負材料的大生產國，但汽車用鋰離子動力電池的生產技術和生產能力不及日本，30%的負電極材料出口到國外，其中相當一部分被用作日本B的原材料。電池企業。
在新一輪技術變革下，石墨消費的重心發生了深刻的變化，但現有的石墨資源和生產標準體系落后于工業發展，產品標準和檢測標準的缺乏使企業生產舉步維艱，產品在市場上混為一談。d、監管部門不能依賴，這不利于行業的長期發展。
首先，石墨資源評價標準不涉及規模大小、微量元素含量等指標，對鋰離子電池正極材料、石墨烯等高端石墨材料的制備工藝有很大影響。由于缺乏相關標準，企業很難選擇標準化的原材料。
其次，以石墨烯為代表的先進石墨材料缺乏材料標準的規定，如：嚴格來說，石墨烯應為單層石墨，但在10層以下使用時，稱為石墨烯材料。石墨烯層數、尺度大小、雜質類型和含量等諸多因素影響著石墨烯材料的性能。由于我國尚未建立石墨烯材料的統一標準，尚未形成不同企業生產的標準產品系列和石墨烯產品，技術指標差異較大，質量參差不齊，阻礙了終端應用的發展。
同時，一些下游深加工產品由于缺乏新材料的國家標準，即使性能優越、成本低，也不能在市場上推廣應用。例如，石墨烯在重防腐涂料領域的性價比明顯高于傳統涂料，但由于缺乏標準限制，其推廣應用受到限制。
首先，石墨烯終端應用不到位，一方面，石墨烯的制備工藝不夠完善，性能穩定的石墨烯的連續制備難度大、成本高，目前石墨烯的市場價格高，成本高，限制了其推廣應用。另一方面，作為一種前沿材料，終端產品的應用技術尚未取得重大突破，下游應用領域仍處于探索階段。
目前，石墨烯在重防腐、電池導電液等領域的小規模應用還不多，但仍缺乏可大規模用于促進工業發展的終端產品，石墨烯企業都是按銷售額固定生產，生產能力閑置較多。石墨烯生產成本高，終端產品缺乏，導致工業發展停滯。
二是各地區高度重視石墨烯產業的發展，將其視為戰略性新興產業標志，甚至不顧當地資源、環境、區位、產業等基本條件，建立了石墨烯和石墨烯產業園區。
據不完全統計，我國石墨烯工業園區有13個，建設規劃仍在繼續。石墨烯工業正處于一個小而分散、混亂的狀態，通過研究發現氧化還原法在目前石墨烯粉末制備中得到了廣泛的應用。生產1噸石墨烯需要80-110噸硫酸和280-450噸水，生產150-220噸廢酸。負面環境影響巨大，華東地區有79家石墨烯生產企業，占總量的56%，無疑會給東部地區環境承載力達到極限的地區帶來沉重的環境壓力。
為了遏制資源和產能進一步過剩的趨勢，各級國土資源管理部門要統籌規劃，協調和有序發展石墨產業上下游，避免重復稀土的錯誤。
建議對新建、擴建和投產石墨項目的行業標準進行大幅度、全面的升級。通過資源整合，淘汰中小礦山，提高石墨資源開發的規模和集約水平。將資源配置給產業規劃鏈條長、綜合開發能力強、產品多樣化、污染物排放量零的企業，鼓勵礦業開發、礦產品生產和高檔石材生產，將油墨加工作為園區高效開發利用之一。在模式上，完善高端材料生產技術，搶占石墨產業價值鏈的頂端。
隨著中國新能源汽車產業規劃的實施，英國、法國、德國等國家宣布從2025年到2040年禁止汽車和柴油車的銷售，我們可以預期全球電動汽車的時代即將到來，以全球電動汽車的發展為例。以產業為契機，建議國家通過補貼、稅收優惠等激勵手段，大力推動石墨陽極材料和動力電池技術的研發和產業發展，搶占石墨產業價值鏈的頂端。
根據新產業和新技術的發展需要，制定了《石墨地質勘探規范》、《石墨品位評價標準》、《石墨烯產品標準》、《石墨烯產品檢測標準》、《石墨烯終端應用產品標準》等一系列標準和標準。n及時制定和修訂。
技術創新是產業發展的根本動力。為促進石墨烯工業的發展，擴大終端應用市場，擬建立三級石墨烯技術創新體系。
一是建立國家財政資助的國家石墨烯研究所，引進國內外人才，重點開展企業和一般研究機構不能完成的重要基礎研究，開發具有重大影響的關鍵技術和高端產品。對超導材料、半導體器件、超級電容器、儲能設備、傳感器、生物響應等行業的全面發展起到了一定的推動作用。
其次，通過政策鼓勵、資金支持、稅收征管、專利保護等方式，支持企業加大研發投入，建立產學研聯合體，使企業成為石墨烯應用研發技術創新的主體，加快石墨烯應用研發產業化進程。研發成果。近年來重點研發項目可實現導電玻璃、超石墨烯纖維、鋰離子電池導電劑、防腐涂料等產業化。
第三，建立研發基金和產業孵化器，政府和企業應合作吸收社會資本，建立以實用技術創新為導向的研發基金，提供石墨烯制備企業的試驗樣品和實驗室共享，鼓勵科技人員和研究生進入。參與終端產品研發活動，建立石墨烯創業孵化器，鼓勵科技創新成果產業化，有效形成大眾化、產業化、創新態勢，實現終端應用技術和產品研發多領域突破。發展。與上述兩個創新體系不同，第三級研發基金和工業孵化器專注于民用技術，將石墨烯產品融入人們生活的方方面面。