慎防石墨成为下一个稀土产业

作者： 陈志 刘峰 李哲

2014.03.17来源： 科技日报  

　　天然石墨是战略性矿产资源

　　1.石墨及制品已成为高技术产业的基础性材料

　　天然石墨与稀土一样，有“工业味精”的称号，石墨新材料已成为新兴产业的重要组成部分，产业关联性极强，膨胀石墨、各向同性石墨、氟化石墨、锂离子电池石墨负极材料、金属—石墨复合材料等已广泛应用于节能环保、新能源、新一代信息技术、新能源汽车、高端装备制造、新材料产业等新兴产业。2010年，欧盟委员会将石墨列为14种“对欧盟生死攸关的原料”之一。2013年，石墨烯和人脑工程入选欧盟“未来新兴旗舰技术项目”，各获得10亿欧元的专项研发计划资助。

　　2.天然石墨是我国寡占型矿产资源

　　石墨原料分为天然鳞片状石墨（晶质石墨）、天然土状石墨（隐晶质石墨）、人造石墨（原料主要为石油焦和沥青焦）3种。根据美国地质勘探局资料，世界天然石墨储量为7100万吨，中国储量为5500万吨，占世界的77%，其中晶质石墨资源储量占全世界的2/3，隐晶质石墨资源占全世界的1/10。

　　虽然在很多领域，人造石墨和天然石墨差别不大。但天然石墨由于其优良的特性，有一定的不可替代性。例如，隐晶质石墨由于其本身的物理性质，是做各向同性石墨的最佳原料；在膨胀石墨方面，人造石墨无法取代晶质石墨；在阻燃方面，天然石墨制品不但物理性能稳定，还不会像磷系、氯系、溴系等其他阻燃剂产生有害物质。

　　3.天然石墨的战略价值随技术进步不断提升

　　例如金属—石墨复合材料不仅具有金属基体的性能，还能充分发挥石墨，特别是高纯石墨自润滑性好、化学稳定性高、减震性好、导热导电、线膨胀系数小等特点，在航空航天、冶金、机械等领域有广泛用途。最新开发的石墨烯未来应用空间更为巨大，石墨烯可替代硅材料应用在芯片领域，将芯片速度提高到THZ级别。据有关机构测算，全球每年半导体晶硅的需求量在2500吨左右，石墨烯如果替代1/10的晶硅制成高端集成电路，市场容量至少在5000亿元以上。石墨烯制成的超级电容器，充电时间只需1毫秒。2010年全球超级电容市场规模在50亿美元，并保持20%的增长率。

　　我国石墨产业正在重蹈稀土的覆辙

　　1.通过低价值应用和出口获取短期利益

　　总体来看，我国基于高纯石墨深加工及高端材料制备技术仍较为落后，石墨产品多数是中、低档原料产品。我国石墨或石墨制品现在的主要消费领域为，耐火材料占总消费量的26%、铸造15%、润滑剂14%、制动衬片13%、铅笔7%、其他（碳刷、电池、膨胀石墨等）25%。

　　在后端应用难以打开的情况下，石墨与稀土一样，作为矿产资源低价出口供应全球。我国在1954年就开始向欧洲出口铸造用鳞片石墨，1980年后含碳耐火材料由于钢铁工业大量使用使石墨出口量迅速增加。20世纪90年代以来，中国成为全世界天然石墨最大供应国，由于石墨过量出口，1993—2004年国际市场石墨价格在谷底徘徊，这期间国际市场天然石墨90%来源于中国。2005年后石墨出口价出现回升，我国出口量稳步增加，近年稳定在40万吨以上。

　　2.发达国家利用天然石墨资源攫取高额利润

　　世界上有60多个国家和地区进口石墨，进口量超过万吨的主要是日本、美国、韩国、荷兰、德国、意大利、英国、新加坡和印度尼西亚等。目前，德国、法国、美国、瑞士、日本等发达国家都对自己国内的天然石墨资源进行封闭，不予开采，却从石墨矿产输出国低价购进石墨初加工产品经过深加工后高价返卖，赚取巨额利润。例如，我国往往以5000元/吨以下的价格出口天然鳞片石墨，却分别以25000元/吨、超过200万元/吨的价格从国外进口由此石墨生产的球形石墨和氟化石墨。美国有90个石墨制品企业，天然石墨完全依靠进口。

　　发达国家的企业在产业下游往往形成了寡头垄断的态势。例如氟化石墨主要由美、日、俄生产；膨胀石墨，美、日、德、法等国的产业居领先地位，而且高纯膨胀石墨只有日本生产。国外企业在很多领域已经做了专利覆盖，例如美国一家公司将柔性石墨作为导热材料的相关专利进行全覆盖，很难突破。

　　制约我国石墨产业高端化发展的主要因素

　　1.技术创新能力不足

　　虽然我国在采选环节技术优势明显，但多年来采矿、选矿工艺没有大的突破和变化，传统酸碱法、高温提纯法等方法还存在较严重的环保、能耗问题。同时，产业链后端应用层面技术创新明显不足。低硫可膨胀技术、柔性石墨系列化、球化包敷改性、金属—石墨复合材料制备等众多关键技术还仍需突破。装备水平与产业的发展需求不匹配。虽然在柔性石墨、燃料电池、人造金刚石、石墨复合材料等领域，取得了一定进展，但受到了相关设备的严重制约。

　　2.创新组织存在结构性缺陷

　　目前石墨产业的企业集中在产业链前端，有少量分布在电池负极材料等领域。企业特别是产业链前端的企业，开展的技术创新活动还偏少，水平不高。前端企业同质化较严重，往往陷入价格战—利润下降—无力投入研发—继续模仿的恶性循环。

　　在石墨领域，目前大学和科研院所是技术创新的主要承担者，但我国石墨材料学科建设和研究力量还比较薄弱，仅有极少数高校曾开设碳素专业，没有专门的天然石墨研究机构。同时石墨的基础研究明显不足，对不同类型石墨矿物学特性研究还不够，前瞻性强的石墨新材料以及新概念、新原理和新方法的研发重视也不足。

　　3.政府对产业规制尚不到位

　　目前中国石墨产业总体规模还偏小，矿产资源分布广泛，涉及到的产业部门宽泛而分散。政府的产业管制还不到位，还没有通过有效的政策手段来改善竞争秩序，激励企业进行技术创新。石墨产业整体的竞争特别是上游企业之间的竞争还比较粗放。众多中小企业将污水、烟尘、粉尘超标随意排放。石墨浮选回收率仅有60%—80%，排放的尾矿中仍然含有较大量的石墨，导致严重的资源浪费。

　　相关政策建议

　　1.加强行业规制，进行保护性开发

　　制订相关技术标准。加快制订石墨采选、深加工等环节的技术标准，鼓励发展绿色制造技术及工艺，尽快淘汰落后、污染的技术和工艺，逐步引导石墨矿产资源向高附加值、高技术的企业、产品配置。鼓励行业和企业推广应用石墨新的技术工艺，通过评估应用前后节能减排的指标量，给予相应的税收优惠，继续优化调整享受出口退税石墨产品种类，引导国内企业发展膨胀石墨等技术含量较高的产品。

　　2.打造创新型龙头企业，推动石墨产业集约和集群发展

　　通过重大技术项目或示范工程带动企业的研发体系建设和新产品开发，加快形成一批具有较强创新能力和核心竞争力的石墨龙头企业。完善产业链的重点环节，依托资源优势，加快形成以高集约度为特征的初级产品加工环节，以多批次、小批量、定制生产为特征的深加工环节，以高端应用为特征的应用环节，以优势资源为基础的产业集群，在此基础上构成多层次的产业链。依托高新技术产业开发区、特色产业基地等区域，在矿山所在地或具有研发生产优势的地区，形成若干特色突出、国内外知名、具有国际竞争力的产业集群。

　　3.创新研发组织管理机制，促进新技术商业化

　　支持石墨产业技术创新战略联盟的发展，增强行业协会在收集技术需求、编制技术路线图等方面的功能。依托国家科技计划，跨领域、跨计划组织实施一批石墨重大创新产品（工程）的应用示范，带动石墨产品向高端化发展。制定石墨产业专利战略。持续支持开展石墨产业专利地图研究，在负极材料等重点领域，明确石墨产业专利布局方向，构建专利池。

　　（作者单位：中国科学技术发展战略研究院）