戰(zhàn)略性礦產(chǎn)——鱗片石墨產(chǎn)業(yè)那些事兒

石墨是一種碳質(zhì)非金屬礦物，屬高性能晶體碳材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐高低溫、抗輻射、抗腐蝕、自潤滑等性能，被廣泛應(yīng)用于冶金、機械、汽車、原子能、醫(yī)藥、軍工、電池和航空航天等領(lǐng)域，已成為21世紀高、新、尖科技領(lǐng)域材料必不可少的原料之一。許多發(fā)達國家近些年將石墨列為本國的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)給予保護，為提高資源供應(yīng)能力和開發(fā)利用水平，我國也在2016年12月將鱗片石墨（又稱晶質(zhì)石墨）等礦產(chǎn)列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄。

石墨的分類

石墨的工藝特性主要取決于它的結(jié)晶形態(tài)，根據(jù)結(jié)晶形態(tài)的不同，工業(yè)上可將天然石墨分為致密結(jié)晶狀石墨（塊狀石墨）、隱晶質(zhì)石墨（土狀石墨）和鱗片石墨三類。

塊狀石墨在自然界中比較罕見，是價值最高的石墨礦，其結(jié)晶狀態(tài)最好，顆粒直徑大于0.1mm，結(jié)晶肉眼可見，比表面積范圍集中在0.1～1m²/g，呈致密的塊狀構(gòu)造，固定碳含量為60%～65%，有時高達80%～90%，但其可塑性和滑膩性沒有鱗片石墨好。

土狀石墨的結(jié)晶狀態(tài)最差，晶體直徑小于1μm，比表面積主要分布于1～5 m²/g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到完整的晶型，表面呈土狀，缺乏光澤和潤滑性，可浮性差，但品位較高，固定碳含量一般為60%～80%，少數(shù)可達90%以上。

鱗片石墨是自然界中可浮性最好的礦石之一，經(jīng)過多次磨礦、多次選別可得到高品位的石墨精礦，該類礦石的可浮性、潤滑性、可塑性等均優(yōu)于其他類型石墨，因此其工業(yè)應(yīng)用價值最大。

晶質(zhì)石墨（圖源：礦業(yè)網(wǎng)）

鱗片石墨的概況

鱗片石墨經(jīng)高壓變質(zhì)而成，一般呈青灰色，風化呈黃褐色或灰白色，多產(chǎn)于麻巖、片巖、結(jié)晶石灰?guī)r以及矽卡巖中，共生礦物較復(fù)雜，主要成分為片狀結(jié)晶碳，伴有長石、石英、黑云母、黃鐵礦、磁黃鐵礦、金紅石等雜質(zhì)礦物。

礦石中石墨為晶質(zhì)鱗片狀或葉片狀，呈黑色或鋼灰色，主要賦存在長石、石英或透輝石、透閃石顆粒之間，具有明顯的定向排列，與層方向一致。鱗片石墨大多為天然顯晶質(zhì)石墨，呈層狀結(jié)構(gòu)，其形似魚鱗狀，屬六方晶系，結(jié)晶狀態(tài)較好，粒度直徑為0.05～1.5μm，片厚0.02～0.05mm，最大鱗片可達4～5mm，石墨碳含量一般在2%～5%或10%～25%左右。

鱗片石墨的分類與應(yīng)用

根據(jù)總石墨碳含量（Total Graphitic Carbon，TGC），鱗片石墨分為高純石墨（TGC≥99.9%）、高碳石墨（TGC94.0%～99.9%）、中碳石墨（TGC 80.0%～94.0%）及低碳石墨（TGC≤50.0%～80.0%）四類。根據(jù)鱗片大小，鱗片石墨分為大鱗片石墨（＞147μm）、小鱗片石墨（＜147μm）。

鱗片石墨應(yīng)用領(lǐng)域

鱗片石墨資源儲量及產(chǎn)量

天然鱗片石墨礦床是世界上主要的石墨礦床類型，主要蘊藏在亞洲的中國和斯里蘭卡，歐洲的烏克蘭，非洲的莫桑比克、馬達加斯加、坦桑尼亞以及南美洲的巴西等國，莫桑比克、坦桑尼亞、馬達加斯加等國盛產(chǎn)（超）大鱗片石墨，具有較高的工業(yè)價值。

2020年全球天然鱗片石墨儲量分布
（來源：U S Geological Survey.MINERAL COMMODITY SUMMARIES2021）

美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）發(fā)布的《MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2021》顯示，截至2020年底，世界上已探明的天然鱗片石墨儲為量2.3億t，其中中國、巴西、馬達加斯加、莫桑比克占比84%以上。

目前，天然鱗片石墨的主要生產(chǎn)國為中國、巴西和印度。2011—2016年，全球天然鱗片石墨的生產(chǎn)量保持穩(wěn)定，維持在110～120萬t/a。受一系列因素影響，2017年驟降至89.7萬t；2018年慢慢回升至93萬t；2019年由于莫桑比克天然鱗片石墨供應(yīng)量提高，恢復(fù)到110萬t。2020年，中國鱗片石墨產(chǎn)量為65萬t，約占世界總產(chǎn)量的59%，是全球第一大生產(chǎn)國；莫桑比克鱗片石墨產(chǎn)量為12萬t，占世界總產(chǎn)量的11%，成為第二大生產(chǎn)國。

2011?2020年全球天然鱗片石墨產(chǎn)量及變化情況
（來源：U S Geological Survey.MINERAL COMMODITY SUMMARIES2021）

鱗片石墨的選礦提純

石墨的純度決定其用途，隨著石墨的應(yīng)用范圍不斷拓寬，對其純度的要求也越來越高。試驗研究與工業(yè)實踐表明，不同的提純方法具有不同的優(yōu)勢和市場。

浮選法：鱗片石墨具有良好的天然可浮性，經(jīng)浮選富集提純后可得到固定碳含量大于90%的精礦產(chǎn)品。其浮選工藝具有特殊性，既要提高精礦的固定碳含量，又要提高大鱗片的產(chǎn)率，而原礦固定碳含量一般不高，約在3%～10%，工藝選礦比大，富集程度高，需經(jīng)多段磨礦實現(xiàn)與脈石礦物的逐步解離，通常采用階段磨礦階段浮選工藝流程。探索鱗片石墨浮選中如何保護大鱗片，合理優(yōu)化磨礦工藝及浮選工藝，提高大鱗片產(chǎn)率及精礦質(zhì)量，是鱗片石墨選礦的主流發(fā)展趨勢。

堿酸法：是目前應(yīng)用較廣泛、提純效果相對理想的鱗片石墨的提純方法，但該工藝能耗高、流程復(fù)雜、耗水量大。

氫氟酸法：提純石墨效果顯著，但氫氟酸有劇毒、嚴重污染環(huán)境，其使用受到限制。

氯化焙燒法：純化石墨效果有限，且氯氣有毒不利于健康和環(huán)保，對設(shè)備要求較高。

高溫法：是實現(xiàn)超純石墨生產(chǎn)的有效手段，但該法對原料和設(shè)備要求極高。

全球鱗片石墨貿(mào)易格局

目前，世界上天然鱗片石墨以中國、巴西、莫桑比克、馬達加斯加等國家為主要出口國，以中國、美國、印度、日本、德國、加拿大等國家為主要進口國。中國既是天然鱗片石墨的主要出口國，也是主要進口國，是全球最大的石墨生產(chǎn)國和消費國之一，在全球石墨貿(mào)易市場地位舉足輕重。

中國主要出口鱗片石墨原礦、低品位鱗片石墨等粗加工、低附加值的石墨產(chǎn)品，而美國、日本、德國等發(fā)達國家則主要出口氟化石墨、膨脹石墨、高純石墨等深加工、高附加值的石墨產(chǎn)品。

2014?2020年世界主要天然石墨生產(chǎn)國產(chǎn)能/萬t
（來源：U S Geological Survey.MINERAL COMMODITY SUMMARIES2021）

鱗片石墨的市場需求

目前，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為天然鱗片石墨需求增長的主要領(lǐng)域，其中鋰離子電池負極材料是天然鱗片石墨應(yīng)用最廣泛的行業(yè)，而在傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域中，耐火材料行業(yè)仍會是鱗片石墨最主要的消費領(lǐng)域，而且在一段時間內(nèi)需求量會相對穩(wěn)定。

全球石墨消費分布領(lǐng)域
（來源：王政，全球鱗片石墨資源與消費預(yù)測）

中國擁有全球最大的石墨消費市場，目前每年平均消費石墨約100萬t，行業(yè)年產(chǎn)值超過100億元，其中，消費的鱗片石墨超過了1/2，約為50萬～75萬t，主要集中在鋼鐵和鑄造業(yè)、耐火材料等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域占比還比較少。

目前，耐火材料行業(yè)依舊是石墨消費的重要領(lǐng)域。隨著中國逐漸調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，天然鱗片石墨的應(yīng)用領(lǐng)域明顯轉(zhuǎn)向新材料、新能源領(lǐng)域，包括航天軍工及氟化石墨、超硬材料、核工業(yè)、鋰離子電池、堿性電池等，大幅提升了石墨新應(yīng)用領(lǐng)域的消費量，預(yù)計到2025年將超過40%。尤其是隨著動力鋰電池的廣泛應(yīng)用，加大了對鱗片石墨的需求。

參考來源：

王政：全球鱗片石墨資源與消費預(yù)測，采礦技術(shù)2021

張謙，等：鱗片石墨的提純工藝研究現(xiàn)狀與展望，昆明理工大學(xué)省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室

牛敏，等：鱗片石墨選礦工藝進展，中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所

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