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五礦化工進(jìn)出口商會發(fā)布報告：石墨正在蛻變?yōu)楹谏S金 |
導(dǎo)讀：2012年世界產(chǎn)量為130萬噸，其中中國約為80萬噸。全球天然石墨年消費量為約130萬噸。結(jié)晶質(zhì)鱗片石墨及鱗片粉塵石墨主要供應(yīng)來源為中國、加拿大和馬達(dá)加斯加等。石墨的主要用途為：鋼鐵業(yè)、耐火材料、鉛筆、核反應(yīng)堆，用于轎車生產(chǎn)各種配件材料以及高爾夫球桿等。特別是一旦電動車起飛，用于鋰離子電池材料石墨市場前景將更加令人振奮。
一、供需緊缺刺激價格上漲
總部位于加拿大的國聯(lián)證券公司分析家基里爾. 穆格曼前不久發(fā)表報告指出，價格的迅猛上漲正在逐漸引起礦產(chǎn)業(yè)對石墨的興趣。據(jù)認(rèn)為，石墨正在猛沖向黑色的黃金。但是長期以來，石墨僅被認(rèn)為是廣泛用于各種工業(yè)的一種原材料。而且由于其數(shù)量非常少，因此不被人們所重視。只是近幾年來石墨價格的快速上漲，毫無疑問引起了業(yè)界強烈興趣。但是目前可獲得的石墨信息數(shù)據(jù)極少。
根據(jù)未來國際石墨供需關(guān)系變化估計，除了中國和印度以外,到2020年,為了滿足需求增長，最少也將有4座石墨礦，最多23座礦需要建成投入生產(chǎn)。石墨的價格也同其它多數(shù)工業(yè)金屬一樣，基于一個共同的標(biāo)價由買賣雙方直接洽談成交。價格主要參數(shù)取決于石墨層片規(guī)格大小和純度。各種不同的參數(shù)決定著石墨價格的范圍。
工業(yè)界天然石墨純度標(biāo)準(zhǔn)為含碳94-97%。在恒定純度情況下，層片規(guī)格增加可逐漸提高產(chǎn)品的溢價。同時當(dāng)純度下降，而層片規(guī)格相同的情況下將引起價格明顯下跌。純度提高或者產(chǎn)品形態(tài)變化比如球形或膨脹石墨價格為非普通報供，但是已知的價格高達(dá)每噸逾20000美元。從上個世紀(jì)90年代初期到2005年，受中國低成本生產(chǎn)的影響，市場價格明顯偏低，僅為每噸不足1000美元。之后由于來自綠色科技工藝部門需求的強勁，出口控制，更嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，許多礦瀕臨枯竭，能源價格上升以及運輸成本提高等因素都刺激石墨價格攀升。
二、石墨的利用及需求
石墨的主要用途是鋼鐵和耐火工業(yè)，約占全球總產(chǎn)量的逾40%。其次是潤滑劑、膨脹石墨應(yīng)用及碳素產(chǎn)品等。但是增長最快的領(lǐng)域則是能源應(yīng)用。在許多新浮現(xiàn)出的應(yīng)用方面，估計未來將排除工程技術(shù)部門，主要原因是高成本或者由于出現(xiàn)更優(yōu)質(zhì)的合成材料。天然石墨和合成石墨之間交錯應(yīng)用主要還是由價格和純度決定的。
合成石墨的傳導(dǎo)性能比天然石墨差，而且明顯昂貴。它可以設(shè)計出所需精確規(guī)格完成各種類型中的一個。主要品種包括：原始99.9%純度合成石墨是在電爐中煅燒石油焦和煤焦瀝青制作。主要用途為電極和碳刷；再生粉狀或者廢舊合成石墨生產(chǎn)來自于加熱煅燒石油瀝青，主要用于耐火材料等；以及纖維生產(chǎn)來自于有機材料比如人造絲，煤焦瀝青及其它合成有機聚合物樹脂，主要用于絕緣和作為聚合合成材料增強劑。
另一方面，天然石墨可以通過增強熱量和化學(xué)性能的提高，從而在同樣的規(guī)格條件下提升等級。上個世紀(jì)90年代中國采用低成本化工提純方法，但是在西方國家看來這種方法并不經(jīng)濟。之后處理和純化得到改進(jìn)，而且呈現(xiàn)出設(shè)計高純大片石墨要求欠純化。天然石墨還有另一優(yōu)勢，可以加工成其它形狀比如圓球形及膨脹石墨。這些形狀變化的石墨性能，使其更能適應(yīng)特殊和具體的需要。
隨著上述石墨加工處理及應(yīng)用的改進(jìn)，預(yù)計未來合成石墨和天然石墨之間相互利用將進(jìn)一步增強。球形層片狀石墨（SFG）的生產(chǎn)來自于礦產(chǎn)片狀石墨轉(zhuǎn)化成圓球狀。由于天然石墨晶體較強異向性，也就意味著其特性的變化從一方面轉(zhuǎn)向另一方面。加工處理需要根據(jù)應(yīng)用晶體基平面的特性有利于有關(guān)晶體邊緣，或反之亦然。特別重要的是能源儲備的應(yīng)用，比如鋰離子電池、石墨用于陽極材料。
SFG的生產(chǎn)方法已經(jīng)完全形成，采用礦業(yè)操作可以提高產(chǎn)品價值。但是操作不當(dāng)有可能破壞30-70%的層片規(guī)模，成為低價值的小規(guī)格碎片。由此可見，損失率估計是肯定的。膨脹石墨或者剝離石墨生產(chǎn)是通過化工處理迫使石墨層片分離，相應(yīng)使數(shù)量擴大，像手風(fēng)琴式的樣子。在膨脹石墨情況下，它經(jīng)常壓軋成扁平形狀，或者其它機制加工，為使用作準(zhǔn)備。
石墨在燃料電池、鋰離子和其它各種電池，以及光電太陽能電池業(yè)需求增長最為強勁。該業(yè)目前仍在發(fā)展中，相應(yīng)其原材料及復(fù)合物同樣高度多元化。國聯(lián)證券研究顯示，石墨大量用于鋰離子電池陽極，各種基于陰極和陽極化合物、能源，基于這些因素，一件輕型車電池將需消費多于鋰金屬20倍的石墨，或者少說也需要5-10倍。
目前許多廠家正在研究并開發(fā)試驗石墨硅酸鹽聚合物，各種球型石墨混合料，清潔及其它材料等。預(yù)計今后幾年隨著標(biāo)準(zhǔn)的采用通過，燃料電池的發(fā)展以及電動、混合和插電式汽車需求的增長，在電池、能源儲備工業(yè)等石墨的參數(shù)波動明顯。
在早期的核電工業(yè)，石墨作為反應(yīng)堆主要組成部分之一，在核控制棒用作為減速器。在這個特殊應(yīng)用方面需要高純石墨，所以首選支配材料為合成石墨。第4代核反應(yīng)堆例如球形床反應(yīng)堆預(yù)計能夠利用合成及天然石墨。反應(yīng)堆燃料是氧化鈾質(zhì)子，被由天然和合成石墨機制的球形石墨嵌入的合成石墨涂層。精確的比率難以估計，因為僅示范反應(yīng)堆仍在中國開發(fā)。業(yè)界估計，在25%-75%之間石墨為天然石墨，其余則為合成石墨。估計中國初期示范球床模塊式高溫氣冷堆核電站（HTR-PM）投產(chǎn)后，天然石墨總數(shù)量將多達(dá)200噸，而且每次燃料球狀石墨更新時還將追加40-70噸。
追加需求增長的為石墨單原子層（石墨烯），在一蜂窩網(wǎng)格石墨鱗片狀堆聚在一起時安排一原子厚的碳層。在近10年之前的實驗室里首次生產(chǎn)。當(dāng)時在大學(xué)里和私人實驗室該材料的研究成為了熱門題目。
石墨具有的一系列獨特性能，顯示出其潛在的廣泛用途。比如晶體管、高靈敏傳感器、觸摸屏的透明導(dǎo)電薄膜顯示器、更具效益的太陽能電池以及能源儲存部件中的電極等。而且IBM已制造出簡易的基于石墨烯的集成電路系統(tǒng)。與此同時，三星公司也已試驗出石墨烯靈便顯示器，推測也是基于石墨。其中影響所有這些應(yīng)用并成為主要障礙之一的就是大規(guī)模石墨烯生產(chǎn)缺乏經(jīng)濟的可行性。
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