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石墨由于特殊的性質(zhì)，是傳統(tǒng)工業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所必須的礦物原料，廣泛應(yīng)用于科技工程領(lǐng)域。石墨是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源，產(chǎn)量、出口量在世界市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位。
石墨是碳的結(jié)晶體，是一種非金屬材料，色澤銀灰，質(zhì)軟，具有金屬光澤。莫氏硬度為1~2，比重2.2~2.3，其容重一般為1.5~1.8。
石墨的熔點(diǎn)極高，在真空下到3000℃時(shí)才開(kāi)始軟化的趨向溶融狀態(tài)。石墨在加熱到2000℃，其強(qiáng)度反而較常溫時(shí)提高一倍，但石墨的耐氧化性能差，隨著溫度的提高氧化速度逐漸增加。
石墨的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性是相當(dāng)?shù)模鋵?dǎo)電性比不銹鋼高4倍，比碳素鋼高2倍，比一般的非金屬高100倍。
石墨具有良好的潤(rùn)滑性和可塑性，石墨摩擦系數(shù)小于0.1，石墨可展成透氣薄片，但高強(qiáng)石墨硬度很大，以至用金剛石刀具都難以加工。
1.2石墨的應(yīng)用
在19世紀(jì)以前，由于其耐高低溫和導(dǎo)電性，石墨主要用于耐火材料、顏料等的原料。隨著對(duì)石墨抗腐蝕、抗輻射、自潤(rùn)滑等性質(zhì)認(rèn)識(shí)的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域也愈加廣泛。出現(xiàn)了高純石墨、核工業(yè)用石墨、石墨纖維、浸硅石墨等。特別是近些年來(lái)石墨烯的發(fā)現(xiàn)，引起了電子通訊、鋰離子電池、航天軍工、生物醫(yī)藥、環(huán)保、太陽(yáng)能、光電等新興領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
天然石墨分為鱗片石墨（結(jié)晶磷片狀石墨），塊狀石墨（脈型石墨）和土狀石墨（隱晶質(zhì)石墨、無(wú)定形石墨）。
磷片石墨礦床是全球主要的礦床類型，主要分布在東亞、東南亞、中亞、北歐、東歐、中歐、南非、東非、北美洲、南美洲、大洋洲。其礦石礦物主要是粗晶鱗片狀、大磷片、細(xì)鱗片石墨，具有較大的工業(yè)價(jià)值。
全球脈型石墨礦床主要分布在斯里蘭卡、印度、美國(guó)、英國(guó)、西班牙、摩洛哥、日本、俄羅斯、坦桑尼亞、南非、加拿大等國(guó)家。
全球隱晶質(zhì)石墨礦床大多在東亞、南亞、東歐、中歐、北美洲，主要分布于印度、韓國(guó)、墨西哥、奧地利、土耳其等國(guó)家。
自然條件下石墨的形成，必須有碳質(zhì)和一定的熱力學(xué)條件相結(jié)合，而富含碳質(zhì)的巖石經(jīng)過(guò)石墨化后即形成石墨礦石。石墨的形成的條件主要是溫壓條件、碳源、有機(jī)生物、沉積建造等方面。熱力學(xué)條件主要是溫度和壓力，尤其是變質(zhì)巖的溫度和壓力。
將天然石墨成礦過(guò)程概括為“碳質(zhì)來(lái)源+含礦巖石+熱力學(xué)條件+石墨化”，定義為天然石墨成礦的四要素。
天然石墨成因及石墨化程度決定了石墨晶體的結(jié)構(gòu)、特征及物理化學(xué)特征。石墨的晶體結(jié)構(gòu)主要為2H型石墨結(jié)構(gòu)，同時(shí)不同程度地含有3R型多型。晶體基本結(jié)構(gòu)是六方晶格，單位晶胞含有六個(gè)原子，具典型的層狀結(jié)構(gòu)。石墨-2H型（H）和石墨-3R型（RH）兩種多型變體的含量與變質(zhì)程度有關(guān)，變質(zhì)作用程度越淺，石墨晶體越小，RH相的數(shù)量就越多。
2.3.1儲(chǔ)量
根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的資料顯示，截止2016年，世界石墨儲(chǔ)量為23000萬(wàn)t。我國(guó)曾是世界石墨資源儲(chǔ)量最大的國(guó)家，但是隨著其他國(guó)家找礦工作的深入開(kāi)展，越來(lái)越多的石墨礦被發(fā)現(xiàn)。
2.3.2生產(chǎn)現(xiàn)狀
2011~2015年，世界天然石墨產(chǎn)量基本保持穩(wěn)定。我國(guó)產(chǎn)量長(zhǎng)期穩(wěn)居世界第一，2015年，我國(guó)石墨產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的65.5%；印度石墨產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的14%，石墨開(kāi)發(fā)主要在奧瑞薩邦和拉賈斯坦邦，奧瑞薩邦石墨產(chǎn)量占65%~75%。巴西、土耳其、朝鮮、加拿大產(chǎn)量列3~5位，分別占世界總產(chǎn)量的6.7%、2.7%、2.5%、2.5%，其中，巴西國(guó)家石墨有限公司為巴西主要石墨生產(chǎn)商，也是世界天然晶質(zhì)石墨的最大生產(chǎn)商之一。
2.4天然石墨在各領(lǐng)域的需求
天然石墨的一個(gè)主要用途是生產(chǎn)耐火材料，使得石墨需求與耐火材料和鋼鐵業(yè)緊密相連。雖然近年來(lái)石墨行業(yè)在其他新應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)有長(zhǎng)足的發(fā)展，鋼鐵，耐火材料行業(yè)石墨占總消費(fèi)量的比重由20世紀(jì)80年代末期的67%~68%，減少為2012年的42%，但它仍然是石墨消費(fèi)量最大的工業(yè)部門(mén)。而在鉛筆行業(yè)石墨的需求仍將保持現(xiàn)在的狀態(tài)。
2.4.1耐火材料（鎂碳磚）石墨的需求
耐火材料石墨的需求量與鎂碳磚產(chǎn)量及其石墨加入量相關(guān)。石墨是生產(chǎn)鎂碳磚所用的一種主要碳原料，其種類和純度對(duì)鎂碳磚的性能影響十分敏感。一般選擇固定碳含量93%~95%，粒度0~100目晶質(zhì)石墨。石墨的需求量隨鋼爐種類，使用部位和操作條件不同而異。
歐洲多采用碳含量10%左右的鎂碳磚，而我國(guó)、日本一般都使用含碳量為12%~20%的鎂碳磚。近年來(lái)，低碳鎂碳磚成為人們研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。低鎂碳磚正在我國(guó)主要大型鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用，并將并逐步替代高碳鎂碳磚。依次估算到2020年中國(guó)鎂碳磚的石墨加入量將減少為7%。依據(jù)近5年來(lái)鎂碳磚的產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率2.5%，預(yù)計(jì)2020年中國(guó)鎂碳磚的產(chǎn)量將達(dá)到214萬(wàn)t。耐火材料產(chǎn)業(yè)對(duì)石墨的需求量降低到15萬(wàn)t，略低于現(xiàn)階段的需求量。
膨脹石墨材料保持了天然石墨鱗片石墨原有的優(yōu)良化學(xué)性能，又在其基礎(chǔ)之上增加了許多獨(dú)特的機(jī)械性能，是一種理想的密封材料。
隨著中國(guó)汽車(chē)、石油、化工、電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，石墨密封產(chǎn)業(yè)將具有廣闊的發(fā)展前景。預(yù)計(jì)到2020年中國(guó)密封材料產(chǎn)業(yè)將達(dá)到115萬(wàn)t，制動(dòng)車(chē)片石墨需求量0.4%~1.3%，預(yù)計(jì)消費(fèi)石墨0.5~1.62萬(wàn)t。
石墨材料良好的潤(rùn)滑性源于石墨晶體結(jié)構(gòu)，因此，應(yīng)用生產(chǎn)干粉石墨潤(rùn)滑劑、水基石墨潤(rùn)滑劑、油劑石墨潤(rùn)滑劑等產(chǎn)品。一些學(xué)者也研究了關(guān)于石墨在不同潤(rùn)滑劑中的添加量的問(wèn)題。預(yù)計(jì)到2020年中國(guó)應(yīng)用于潤(rùn)滑劑、吸附劑的石墨需求量為5.5萬(wàn)t和3.1萬(wàn)t。
石墨導(dǎo)電性能顯著地優(yōu)于其它非金屬，是目前應(yīng)用最廣泛的鋰離子電池負(fù)極材料。我國(guó)的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)近些年來(lái)發(fā)展迅速。2013年，我國(guó)的鋰離子電池年產(chǎn)量已達(dá)到47.68億只。近年因消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)趨于飽和，鋰離子電池需求的增幅將會(huì)持續(xù)下降。而在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域鋰離子電池市場(chǎng)將進(jìn)入飛速發(fā)展的階段。因此，電池電極對(duì)石墨的需求大致會(huì)經(jīng)歷一個(gè)“V”字型過(guò)程。未來(lái)鋰離子電池市場(chǎng)需求高速增長(zhǎng)的動(dòng)力主要來(lái)自交通工具及工業(yè)儲(chǔ)能領(lǐng)域。預(yù)計(jì)到2020年電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量將達(dá)到140萬(wàn)輛左右，交通工具領(lǐng)域石墨的需求量將達(dá)到6.5萬(wàn)t。
石墨烯是由單層碳原子組成的二維材料，其強(qiáng)度是已測(cè)試材料中最高的，是鋼的100多倍；載流子遷移率是商用硅片遷移率的10倍；熱導(dǎo)率是金剛石的3倍。石墨烯是一種應(yīng)用潛力廣泛的碳材料，在電子器件、新能源、航天軍工、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，將成為下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的新興產(chǎn)業(yè)。世界主要國(guó)家都在進(jìn)行石墨烯的前沿研究，但多處材料研發(fā)的初級(jí)階段，距大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用仍有一段距離。
石墨烯具備完整的較強(qiáng)導(dǎo)電性、透光性、柔性及微電子等屬性，可作為感應(yīng)層或者驅(qū)動(dòng)層，被使用在觸摸屏的模組里。石墨烯具有極高的比表面積，這使得石墨烯可成為潛力巨大的儲(chǔ)能材料。石墨烯電池在比容量、成本、壽命等較其他產(chǎn)品有顯著的卓越性。石墨烯電池負(fù)極材料具有優(yōu)良的比容量。專業(yè)人士預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模至少可達(dá)6000億元。石墨烯有望成為市場(chǎng)潛力巨大的電極材料。
基于以上對(duì)石墨需求的主要部門(mén)的分析和未來(lái)趨勢(shì)判斷，得出：到2020年中國(guó)天然石墨的需求規(guī)模將達(dá)到100萬(wàn)t，比2010年增長(zhǎng)42.5%。并且石墨烯制備方法、應(yīng)用的不確定性將對(duì)石墨的需求造成巨大的影響。
科學(xué)利用和保護(hù)天然石墨資源，開(kāi)發(fā)深加工技術(shù)和發(fā)展高端產(chǎn)品將是必然的選擇。中國(guó)石墨發(fā)展要依據(jù)未來(lái)石墨的需求格局變化，調(diào)整發(fā)展方向。從未來(lái)石墨的消費(fèi)結(jié)構(gòu)來(lái)看，傳統(tǒng)領(lǐng)域?qū)κ男枨筅呌诜€(wěn)定，新能源新材料領(lǐng)域?qū)κ男枨笤鲩L(zhǎng)強(qiáng)勢(shì)，而石墨烯產(chǎn)業(yè)將對(duì)石墨的需求帶來(lái)巨大的不確定性。隨著科技創(chuàng)新的發(fā)展，為滿足新能源、新材料領(lǐng)域?qū)Ω咝阅堋I(yè)化石墨材料的需求，石墨產(chǎn)業(yè)應(yīng)從材料級(jí)向?qū)I(yè)級(jí)產(chǎn)品和深加工產(chǎn)業(yè)方向發(fā)展的趨勢(shì)。
未來(lái)中國(guó)石墨需求在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈３址€(wěn)定。而在高精尖領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹?lái)越廣泛的應(yīng)用，成為戰(zhàn)略性新興材料。石墨的市場(chǎng)需求將會(huì)持續(xù)增加。戰(zhàn)略意義越發(fā)凸顯。未來(lái)在鋰離子電池、密封、制動(dòng)、潤(rùn)滑等新能源、新材料領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。雖然中國(guó)是石墨資源大國(guó)，但也應(yīng)具有強(qiáng)烈的危機(jī)意識(shí)和戰(zhàn)略意識(shí)。調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)支持發(fā)展高附加值產(chǎn)品，帶動(dòng)石墨產(chǎn)業(yè)鏈后向一體化發(fā)展，提升我國(guó)石墨產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，努力使我國(guó)發(fā)展成為石墨資源強(qiáng)國(guó)。