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探讨石墨深加工的四大方向

作者: 发布时间:2020-07-21 14:10:44

探讨石墨深加工的四大方向

石墨由于特殊的性质,是传统工业和战略性新兴产业所必须的矿物原料。



  2017年,石墨矿产勘查开发异常活跃,成果丰硕



  “广西石墨矿资源调查及潜力评价”项目取得重大进展,共发现石墨矿化体3个;新疆黄羊山石墨矿调查取得重大突破,开辟了岩浆岩型晶质石墨矿找矿新领域,有望成为我国新的晶质石墨资源开发基地;在黑龙江省牡丹江市林口县西北楞石墨矿勘察现场发现超大型石墨矿床,整个石墨矿体绵延约12公里,形成5条石墨矿带,预计矿藏储量在4000万吨以上……2017年9月,国土资源部发布《中国矿产资源报告2017》,《报告》显示2016年,主要矿产中36种矿产的查明资源储量增长,其中晶质石墨增长13.3%。



  2017年,长期处于尴尬处境的石墨,似乎有了“抬头”迹象



  在环保、督查等多重压力之下,粉体行业里哀声一片,石墨亦不例外。长期处于尴尬处境的石墨,似乎有了“抬头”迹象,山东、东北等多地的石墨生产厂家已陆续涨价。



  特别是高纯度和大鳞片石墨生产问题更为突出。此外,受环境法规、高额税收和土地费用、劳动力和电力成本上涨以及矿石供应短缺等因素影响,企业生产成本也在持续上升。中国将于2018年1月推出一项新的环境税,预计将对石墨行业产生重大影响,并宣布计划在2020年之前建造相当于年产量80%的石墨储存库。



  2017年,新能源市场火热,石墨需求旺盛



  2017年若要评选十大火热市场,新能源定能入榜。而新能源的火热也带动了石墨市场的火爆。据不完全统计,目前我国石墨矿山企业有150多家,选矿、加工企业400-500家,年产量100-150万吨,产值200亿左右。而在出口方面,我国年出口鳞片石墨和微晶石墨各15-20万吨,占到了世界贸易额的1/3以上,是世界最大生产国和最大贸易国。



  随着石墨产业高新技术的不断发展,一般的高碳石墨产品已不能满足各行各业的需求,因此需要进一步提高石墨纯度。



  石墨深加工发展方向



  石墨深加工的技术方向主要从纯度、粒度、形状、表面形态四个方面。纯度,即高纯度石墨,如电池用的石墨,就是高纯石墨;粒度方面,往往是要微细粉,但柔性石墨要大鳞片;形状方面,要求低比表面积的(如锂离子电池负极)石墨形状近似球状,要求高比表面积的(如某些添加剂)石墨,不希望其形状为球状;变面形态方面,如电池材料要求石墨加工时就具有一定表面状态,高分子的添加剂则在用户使用时对表面进行处理。



  石墨提纯高效环保化



  高纯石墨适用于制作各种规格的威尼斯国际平台app;电子管用石墨件;真空镀膜用石墨增涡.精密铸造用石墨件`连续铸造用石墨件;人造金刚石用碳片等。



  国家对于碳素行业的管理体制和标准不断完善,将使行业发展更加有序,为专业高纯石墨企业做大做强提供良好的发展环境。而国家政策鼓励高纯石墨的研发与生产,国内企业也不断加大产品的研发与生产,取得国家政策支持并上市,需求量不断扩大。



  2012-2016年高纯石墨行业需求量及增速



  石墨通过物理选矿方法最高只能达到97%左右的品味,采用物理选矿方法想要进一步提高石墨品味非常困难,工业上制备99%以上的高碳、高纯石墨主要采用高温及化学方法。使石墨纯度达到99.9%甚至99.99%才能制备得出高端的石墨材料,如石墨烯、球形石墨等。在石墨提纯方法上,按制备工艺分为碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法、高温法等。



  膨胀处理技术



  膨胀石墨是一种新型的功能性碳素材料。成蠕虫状物质,因此也叫蠕虫石墨。膨胀石墨新型碳素材料不仅具备天然石墨本身的耐热、耐腐蚀、耐辐射、导电、自润滑等优良特性,而且还具备天然石墨所不具备的轻质、柔软、多孔、可压缩、回弹等性能。



  膨胀处理技术:化学氧化法、电化学法、气相扩散法、液相法、熔融法、加压法、爆炸法等。



  近年来,对膨胀石墨的研究主要集中在两个方面,一是探索影响膨胀石墨性能的因素,降低成本;二是对膨胀石墨微观结构进行描述和分析,建立膨胀石墨微观结构的模型,利用对膨胀石墨微观结构的认识来指导工业生成。目前,膨胀石墨的生产基本上都是针对大鳞片石墨的,对于细鳞片石墨的膨胀石墨加工报道较少,主要原因是细鳞片膨胀石墨的理化性能低于大鳞片石墨。



  氧化处理技术



  在石墨烯刚刚出现,并逐渐变得异常火热的时候,有学者提出石墨烯是天然石墨最具有前景的应用领域之一,我国要化解石墨产业危机,可以抓紧石墨烯这个重大发展机遇,弯道超车,实现产业升级。



  虽然,石墨烯现在还是处在初级阶段,石墨烯对天然石墨尤其是鳞片石墨资源需求的影响不确定性很强,但是石墨烯具有无限广阔的应用前景,未来对鳞片石墨的需求不可估量。



  石墨经氧化处理后可制得氧化石墨和氧化石墨烯。氧化石墨从结构上来看,其层间距变大,官能团增加,结构缺陷增多。从性能上看,氧化石墨电子率增加,亲水性增加,吸附性能增加。



  目前,制备氧化石墨的化学氧化法主要有Hummers、Brodie和Staudenmaier法3种。均是用强酸及强氧化剂处理石墨。石墨在强酸体系中,由于酸和氧化剂的作用,使原石墨结构中的碳原子与含氧官能团结合。



  石墨球形化



  根据罗斯基尔(Roskill)预测,2025年全球电动汽车制造锂离子电池需求量330GWh,智能手机等其它应用锂离子电池需求量70GWh,依此推测,全球锂离子电池市场球形石墨年需求量20万吨。根据德国企业家预测,2025年之前,全球锂离子电池产量保守估计为300GWh,乐观估计600GWh;依此推测,电池产业对球形天然石墨需求量15~30万吨。综合世界各咨询机构和行业专家预测,估算全球新兴产业对石墨需求约40万吨。



  电池负极材料需求预测



  球形石墨是以优质高碳天然鳞片石墨为原料、采用先进加工工艺对石墨表面进行改性处理,生产的不同细度,形似椭圆球形的石墨产品。



  球形石墨加工机理:首先把天然鳞片石墨粉粉碎成适宜的粒度,然后再进行去棱角化的加工处理,使之最终形成椭球形或类球形的外形,同时利用分级装置将球形颗粒与去棱角化过程中剥离下来的细粉分离开来,便可得到正态分布的球形石墨。



  鳞片石墨微粉球形化工艺



  对于石墨原料的选择。一方面,原料的粒度要合适。太粗成本较高;太细影响球形石墨产出率,辅产品太多,也会增加原料成本。研究表明,采用-100目粒度的原料来生产球形石墨比较合适。



  另一方面,含碳量也是一个非常值得重视的因素。含碳量越高,其原料成本也就越高,含碳量越低,提纯遍数增加,也会加剧设备的磨损,总成本也会增大。经实践积累,含95%~96%的原料,综合成本最经济。



  结语



  世界石墨资源量正在迅速增加,国内石墨资源是有保障的,但也存在风化矿比例较低、难利用石墨资源比重大等问题。从石墨的消费结构来看,传统领域对石墨的需求趋于稳定,在高精尖领域将得到越来越广泛的应用。未来石墨在锂离子电池、密封、制动、润滑等新能源、新材料领域应用潜力巨大。借助于石墨的结构和化学活性对石墨进行深度加工和改造,显得尤为重要。

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