當前位置:首頁>行業(yè)資訊>石墨:技術升級之路該怎么走
發(fā)布日期:2013-9-10 來源:北極星智能電網在線
近年來,我國石墨行業(yè)越來越受到政府的重視,尤其是在技術創(chuàng)新上,得到了一些專家、院士的大力支持。在去年年末出臺的《石墨行業(yè)準入條件》,規(guī)定新建和改擴建高純石墨項目,采用節(jié)能環(huán)保的先進工藝路線;新建和改擴建可膨脹石墨項目,采用電解氧化工藝或強酸浸漬工藝路線;新建和改擴建柔性石墨項目,采用連續(xù)膨脹、壓延成型工藝和裝備。在各方的共同推進下,石墨企業(yè)紛紛搶上深加工項目,競相生產深加工產品。但是由于起步晚、技術缺乏、資金缺少、人才不足等原因,一些石墨企業(yè)的深加工項目或是苦于沒有技術,或是在技術創(chuàng)新上摸不著門路,導致發(fā)展滯后。那么,我國石墨產業(yè)技術發(fā)展現狀如何?企業(yè)更需要哪些技術和產品?今后又有哪些有前景的發(fā)展方向?對此記者進行了采訪。
技術升級轉化初見成果
8月初,石墨產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟年會在黑龍江省雞西市召開,記者與參會的代表們一起參觀了雞西市石墨產業(yè)園以及幾家石墨企業(yè)。記者看到,憑借資源優(yōu)勢,在政策的支持下,這里的石墨產業(yè)園不斷建設、擴大,石墨項目陸續(xù)進駐,入園企業(yè)家家新上深加工項目,引進成套先進技術和設備,鉚足干勁不斷開發(fā)新項目、研發(fā)新產品。
“現在取得的這些成果,在幾十年前是不可想象的。就是在幾年前,我們也沒想到石墨產業(yè)會發(fā)展得這么快!碑數匾晃皇髽I(yè)負責人的一席話,引發(fā)了參會代表的共鳴。
據清華大學材料科學與工程系教授沈萬慈介紹,直到上世紀80年代,我國石墨產業(yè)只有采礦、選礦和少量的提純工藝,技術還是沿用國外三四十年前的水平。上世紀80年代末90年代初,在出口創(chuàng)匯的市場潮流推動下,石墨市場出現“黑色風暴”,我國石墨行業(yè)以資源浪費和環(huán)境污染為代價,占領了世界大部分市場。惡性競爭導致石墨資源價格很低,開采技術基本沒有進步。上世紀90年代末開始,在鋰離子電池產業(yè)的帶動下,我國發(fā)展起球形石墨、負極材料產品,基本達到國外上世紀90年代的技術水平。
隨著石墨產業(yè)的發(fā)展,越來越多的有識之士指出,石墨是我國重要的戰(zhàn)略資源,應該保護好我國自有的特色資源,走石墨深加工技術創(chuàng)新路線。
2011年7月,中國工程院原副院長王淀佐等10位院士聯(lián)名上書國務院,提交了《關于黑龍江省建立國家高新石墨產品開發(fā)產業(yè)化與交易基地(國際石墨谷)的建議》,得到了時任國務院總理溫家寶的批示。科技部落實領導的批示精神,決定由黑龍江省牽頭研究國家石墨新材料產業(yè)發(fā)展規(guī)劃及實施方案,并啟動總預算約1.5億元的國家科技支撐計劃,批準建立了黑龍江石墨產業(yè)技術創(chuàng)新服務平臺,認定了黑龍江省火炬計劃科技特色產業(yè)基地。與此同時,我國的石墨產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟也成立。
一石激起千層浪。在國務院領導的指示和關懷下,在各級政府和有關部門的部署下,在技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和國家科技支撐計劃的支持下,一批朝著石墨產業(yè)深加工方向發(fā)展的企業(yè)如雨后春筍般涌現。
黑龍江奧宇石墨集團是走石墨深加工道路的典型企業(yè)。奧宇石墨集團深加工公司總經理崔廣宏告訴記者:“目前集團的深加工項目進展順利,常規(guī)產品都在正常生產。通過兩年的實踐和自主研發(fā),已經開發(fā)出了自己的核心產品。其中深加工公司與臺灣一家企業(yè)共同研發(fā)的超精細球形石墨已于今年5月投產。常規(guī)球形石墨的中間顆粒在16~18微米,而這種超精細球形石墨的中間顆粒不到8微米。這種產品生產難度很大,粉碎、提純、烘干等環(huán)節(jié)都有很高的技術含量。目前公司已生產30余噸超精細球形石墨,產品直銷日本、韓國和美國!
在自主創(chuàng)新領域,雞西浩市新能源材料有限公司也有所收獲。該公司總經理助理王國利介紹,目前國內生產負極材料的爐溫是2800℃,而他們公司經過對生產技術的改進,爐溫可達到3100℃,并且工藝溫度穩(wěn)定,實現了石墨化爐在超高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定運行,極大地滿足了負極材料的生產要求。經有關專家論證,這項技術目前處于國內同行業(yè)先進水平。產品經權威機構檢測合格,含碳量達到99.995%以上,達到德、美等國高純石墨的相關標準。公司目前擁有4項專利,還有3項專利在申報過程中。
奧宇石墨集團積極響應國家號召,新上環(huán)保、節(jié)能的尾礦砂空心磚等深加工項目。年產4000萬塊磚,一年銷售收入可達2000萬元。圖為奧宇廣廈新材磚廠所生產出來的空心磚。
近幾年,一些石墨先進實用技術和*科技成果紛紛轉化落地!笆濉笔a業(yè)科技發(fā)展相關規(guī)劃出臺,*石墨產品檢驗檢測中心、高導熱研發(fā)院士工作站、石墨深加工產品研發(fā)中心等的成立,進一步促進了石墨科技成果轉化為生產力。高純石墨材料開發(fā)及其典型應用、提高天然球形石墨比容量研發(fā)及產業(yè)化、天然石墨制造鋰離子電池負極關鍵技術開發(fā)等項目已正式實施。校企聯(lián)合、政企聯(lián)合的石墨科技合作協(xié)議陸續(xù)簽訂。一些企業(yè)自主研發(fā)專利技術也層出不窮,其中湖北宜昌新成石墨有限責任公司相關的工裝設備在全國行業(yè)中*,申報了7項國家實用新型專利,現已授權4項,創(chuàng)新研發(fā)了超薄石墨導熱膜新產品;株洲弗拉德公司天然微晶石墨超高溫連續(xù)純化設備,中試線一次把中高碳鱗片石墨及微晶石墨原礦提純到99%~99.99%,今年將有產業(yè)化設備面世,能耗≤3500千瓦時/噸,并有望取代化學法提純。
“目前,國內初步擁有了石墨深度加工、精細加工和表面處理技術,金屬、塑料與石墨的復合技術,超細納米石墨、石墨合金粉末、液體石墨、石墨溶膠制備技術等。這些技術可用作鋰離子電池電極、燃燒電池極板、導電過濾石墨紙、導電橡膠、水域油污吸附材料、電磁屏蔽材料、石墨導電乳膠漆、石墨泡沫材料、催化劑載體、石墨合金軸承等方面產品!笔a業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長韓玉鳳介紹說。
創(chuàng)新路上仍需邁多道坎
雖然我國天然石墨深加工技術進展很快,但依然存在著諸多不足。與發(fā)達國家相比,我國石墨深加工產業(yè)相對落后,產業(yè)鏈短,產品科技含量低,高科技產品少,目前仍以原料生產及加工鱗片石墨為主。
目前,我國柔性石墨仍處于試制階段,生產線已有二三十條,但先進的不多;鋰離子電池還處于小試階段;浸硅石墨等還是*。這一現象與我國石墨生產大國地位極不相稱。究其原因,我國石墨深加工技術還存在一些問題,在技術開發(fā)投入還不夠。
據了解,德國、法國、美國、瑞士、日本等國家的石墨深加工技術已經相當成熟,這些發(fā)達國家基本壟斷了石墨深加工的先進技術和知識產權,利用我國的廉價原料,深加工成先進石墨材料,以極高的價格占領國際市場并返銷我國。目前,美國、日本等國的柔性石墨產業(yè)居世界*地位;日本生產核能級的超低硫(S<500ppm)和高純硫(S<50ppm)產品的技術全球*;美國、日本的鋰離子電池采用改性石墨作陽極材料已形成規(guī)模產業(yè);浸硅石墨目前僅德國、美國、俄羅斯三國能夠生產。
中國石墨行業(yè)協(xié)會原秘書長裴志翔認為,石墨行業(yè)往深加工方向努力,關鍵在原材料,要精選出大量的大鱗片石墨作為原料,通過技術手段生產高碳高純石墨。而從目前來看,我國在精選鱗片石墨上還有很大難度,主要是保護石墨資源意識還不夠。美、俄、英、德等國家都把本國的石墨資源用為戰(zhàn)略資源予以儲備,限制石墨資源開采。與發(fā)達國家相比,我國的石墨資源一直未得到應有的重視。石墨資源大規(guī)模的無序開采、長期低價出口,使稀有的戰(zhàn)略資源大量流失。另外,我國石墨行業(yè)生產布局相對分散,缺少專業(yè)化協(xié)作分工和規(guī)模效應,加之企業(yè)技術力量薄弱,沒有正規(guī)的礦山開采設計,采剝比例失調。尤其是大鱗片石墨保護不下來,不利于行業(yè)今后的發(fā)展。
沈萬慈認為,目前我國在高質量負極材料,特別是動力、蓄能電池相關的材料,以及高導熱材料的生產,還存在一定的技術難度。從長遠看,目前批量制備石墨烯粉體問題不大,但找到合適用途,進而形成產品和產業(yè),還有較大的技術難度,需要一定的時間。
韓玉鳳認為,石墨企業(yè)面臨的主要共性問題就是技術問題,主要表現在新產品、環(huán)保、采選、尾礦處理等方面亟須提高工藝、技術和裝備水平。一是球形石墨技術。要突破球形石墨生產中小顆粒鱗片石墨球形化技術,提高回收率。二是選礦技術。要解決礦石可選性較差,分選效果不好,導致精礦品味不宜提高以及在磨礦過程中,石墨大鱗片破損率較大等問題。三是尾礦砂綜合利用。尾礦砂大量堆積,造成環(huán)境污染,尋求尾礦砂綜合利用技術,制備高新技術產品。四是石墨超導材料的制備技術。目前石墨超導材料制備過程非常復雜,產出比非常低,消耗原料大,生產成本高,超導性能不穩(wěn)定。五是石墨觸媒柱及金剛石復合生產技術。研究通過添加適當金屬元素,使金剛石的合成壓力與溫度條件得到降低,金剛石的生長速度得到提高等技術。
轉型新材料是發(fā)展方向
對于如何破解我國石墨產業(yè)技術嚴重落后的局面,相關專家向記者提出了自己的看法。
科技部辦公廳調研室副主任劉歧巖認為,我國應以石墨作為基礎材料,全方位進行思考。從全碳角度思考,把石墨產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟上升到碳材料聯(lián)盟。向碳相關產業(yè)和技術轉型,業(yè)界應加快碳材料產業(yè)化,早日實現大規(guī)模應用,在新碳材料結構發(fā)展中占據主動。
對于石墨產業(yè)的技術升級路線圖,沈萬慈建議:*,有實力的礦產設計研究院與采選企業(yè)結合,引進其他礦種的先進采選礦技術設備,設計建設先進的石墨采選礦生產線,在能耗、回收率、大鱗片保護、水資源利用、尾礦處理等技術經濟指標上有顯著改善。第二,國內已經具有環(huán)保節(jié)能的先進酸堿法提純和節(jié)能型高溫提純技術。先進酸堿法大幅度降低耗水量,工業(yè)用水80%得到循環(huán)使用或中水利用;高溫提純能耗3500千瓦時/噸,基本不耗水。建議政府引導,產學研結合,針對資源特點,建設不同類型的規(guī);峒兩a線,嚴格限制化學提純中嚴重污染環(huán)境的氫氟酸的使用。第三,依托資源,把天然石墨鋰離子電池負極材料的產業(yè)規(guī);⑨槍Σ煌瑱n次電池需求,研發(fā)不同品質負極材料,使產品系列化。研發(fā)安全、長壽命的天然石墨動力型電池負極材料。第四,天然石墨基各
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