攻克关键技术！我国成功开发出超高纯石墨产品

　　◎  本报记者 李平

　　“纯度达到99.99995%以上。”这样超高纯的石墨产品一经公布，立即引起全球的一阵轰动。

　　9月初，中国五矿集团王炯辉科研团队向外界宣布攻克石墨高温纯化关键技术，成功开发出超高纯石墨产品。这标志着我国超高纯石墨产品达到国际领先水平。

　　资料显示，天然石墨是一种呈灰色至黑色的不透明矿物，石墨经提纯后在核能、半导体和航空航天等领域应用广泛，是我国高新技术领域的关键原材料。值得注意的是，石墨中的晶质石墨被列为我国战略性矿产。

　　王炯辉是国家重点研发计划石墨专项负责人，中国五矿股份有限公司副总经理、中国五矿集团（黑龙江）石墨产业有限公司（下称“五矿石墨”）董事长。此次对外公开的除高纯石墨产品外，王炯辉还透露了五矿石墨近年来围绕产业链的多项创新成果。

　　据了解，中国五矿拥有全球较大的鹤岗云山石墨矿，已建成年产20万吨石墨选厂和深加工产业链。在超高纯石墨产品的应用上，王炯辉团队正在加快研发高端负极材料、核级石墨，以及半导体用石墨等碳基材料产品。

　　有迹象表明，随着我国石墨提纯关键技术的突破，全球石墨产业链供应链或将重塑。

　　石墨产业迎来快速发展期

　　石墨是现代工业发展不可或缺的重要战略资源，不仅应用于耐火材料、电极电刷、铅笔、铸造、密封、润滑等传统工业领域，更是高端装备制造、新能源、新材料等战略性新兴产业及核电领域的关键资源，被誉为“21世纪支撑高新技术发展的战略资源”。

　　据了解，2017年石墨在耐火材料、铸造等低端消费领域的消费量占比75%左右，在新能源汽车、电子信息和核工业等高科技行业的高端市场消费量占比25%左右。随着科技发展和新能源汽车市场需求激增，高端市场石墨消费量正逐步增加，目前仅新能源电池领域就已超50%，成为石墨第一大消费领域。石墨成为保障新能源汽车产业链稳定、提升核心竞争力的重要原材料之一。

　　中国工程院院士吴锋指出，锂离子电池是石墨最重要的应用领域之一，天然石墨在其中发挥了十分重要的作用。由于人造石墨源自化石能源，其生产过程中能耗、排放等问题日益凸显，天然石墨在“双碳”目标及“能耗双控”背景下，具有显著的资源优势，且符合绿色、低碳、可持续发展理念，作为一种新型低成本的负极材料将迎来快速发展期。

　　王炯辉表示，伴随制约我国天然石墨产业发展的关键共性技术被不断突破，未来天然石墨的市场需求将会持续增加。科学利用和保护天然石墨资源，开发深加工技术和发展高端产品将成为石墨产业发展的必然趋势，推动石墨产业高质量发展已是必由之路。

　　早在2011年，王炯辉就提出“新技术矿产”概念，聚焦战略性新兴矿种，带领团队深入考察论证国内多个石墨产业集聚区，最终选定云山石墨矿作为石墨产业发展资源地，探索产业高质量发展之路。

　　石墨是碳的单质，为六方晶系层状结构，具有良好的导电性、导热性、润滑性、耐高温性、抗热震性及化学稳定性，素有“黑金”之称。

　　其用途主要取决于结晶程度，根据工业用途不同，石墨可分为鳞片状晶质石墨（片度大于1μm）和隐晶质（土状）石墨（片度小于1μm），其中晶质石墨根据鳞片大小又可细分为大鳞片石墨（片度大于147μm）和小鳞片石墨（片度小于147μm）。

　　从资源储量来看，中国是石墨资源大国，总保有量长期位居世界前列。在全球范围内，土耳其、中国、巴西3个国家的石墨储量合计约占全球储量的七成以上，而中国也是世界少数几个既有晶质石墨又有隐晶质石墨资源的国家。同时，中国也是全球最大的石墨精矿生产国、石墨初加工产品的主要生产国、最大的石墨出口国。

　　2016年，自然资源部发布的《全国矿产资源规划（2016—2020年）》将可用于电池原料和原子能等尖端技术的原料晶质石墨列为战略性矿产之一。从国际上来看，欧盟、美国、澳大利亚等国家和地区也已将石墨列为关键资源。

　　值得注意的是，当前全球石墨供给侧正发生结构性变化，全球石墨产业正处于产业链供应链重塑期。

　　关键核心技术将不再受制于人

　　中国工程院院士孙传尧等人在2022年发表于《中国工程科学》上的一篇文章指出，欧美等国家和地区普遍重视石墨资源及材料的发展。欧盟宣布将石墨烯列入“未来新兴旗舰项目”，在未来10年内计划投入10亿欧元；日本在2006年就鼓励私营企业去海外开发石墨资源，2012年将石墨纳入关键矿产；美国2019年的《新矿产资源安全法》将石墨列为对汽车和能源行业所需要“关键矿产”，制定了《确保关键矿产可靠供应的联邦战略》，提出了保障石墨等关键矿产供应的61项具体措施，推进“资源独立”和加强关键矿产国内供应；非洲新发现大量优质石墨资源，全球石墨资源开发重心从中国逐步向非洲转移的趋势明显。

　　孙传尧等人认为，我国石墨产业发展面临新的挑战，必须以高质量发展解决我国石墨产业长期存在的低质量发展、低水平建设、创新能力差等问题。

　　孙传尧此前也公开表示，我国是全球天然石墨深加工产业的产量最大国，以初级加工产品和中端加工产品为主，在国际上占有重要地位，但超高纯石墨、氟化石墨、核级石墨、高性能长循环天然石墨负极材料等高品质石墨产品长期依赖进口。他认为，当前我国石墨产业的重点任务是建立中国石墨资源及采选数据库，开发石墨大鳞片保护技术与装备，开发高效节能环保的提纯技术，开发石墨精深加工技术，突破石墨烯独特物性的专属应用技术，开发高端特种石墨制备技术及装备。

　　此次王炯辉团队攻克石墨高温纯化关键技术，成功开发出纯度达到99.99995%以上的超高纯石墨产品，即标志着我国超高纯石墨产品达到国际领先水平，将破解我国在高纯石墨领域关键核心技术受制于人、超高纯石墨产品无法自主稳定供应的现状，对战略性新兴产业发展具有重要意义。

　　中国五矿方面介绍，王炯辉团队通过多种技术组合的梯次提纯，将石墨纯度从95%提升到99.99995%以上，并保持产品质量稳定，合理的联合工艺路径还使产品在生产成本上具有显著优势。

　　据悉，在超高纯石墨产品的应用上，五矿石墨科研团队正在加快研发高端负极材料、核级石墨，以及半导体用石墨等碳基材料产品。

　　中国工程院院士吴爱祥表示，天然晶质石墨是我国重要的优势战略矿产，但在高质化应用方面，一些高端产品核心技术仍被少数西方国家垄断。面对我国较为严峻的资源安全形势，我国矿业要应用新质生产力实现高质量发展，进一步向绿色化、智能化和国际化三个方向发展。对于石墨资源，我们要努力提升科技创新能力、提高产品附加值、延长产业链，将资源优势真正转化为经济优势。

　　资料显示，进入21世纪，随着石墨材料加工及应用技术的不断发展，石墨的物化电热等特性得到充分发挥，核石墨、球形石墨、高纯石墨、膨胀石墨、柔性石墨、石墨烯、纳米石墨等高性能石墨产品在核能、新能源、储能、节能环保、航空、航天、生物医药、电子信息、新材料、高端装备等战略性新兴产业中的使用量逐年增加，石墨材料正成为电子产品、电动产品、航空、航天、高端机械、核反应堆等不可或缺的重要材料。

　　可以说，我国战略性新兴产业高质量发展和石墨产业高质量发展形成了互相推动及制约的关系，战略性新兴产业亟需石墨产业高质量发展。

　　石墨大省发展产业集群的契机

　　中国石墨资源总体丰富，但分布不均，主要呈现为“分布广泛、东多西少、个别富集”的特征。其中，晶质石墨主要分布于黑龙江、内蒙古、山西、四川、山东五省份，保有储量占全国80%以上，黑龙江和内蒙古晶质石墨储量最多。

　　黑龙江省晶质石墨主要富藏于四大煤城，黑龙江省在2022年10月印发的《黑龙江省石墨产业振兴专项行动方案（2022-2026年）》（下称简称“《行动方案》”）中的数据显示，该省晶质石墨资源储量为3.36亿吨，约占全国储量的55.73%，主要分布在鸡西、鹤岗、七台河、双鸭山四大煤城，以及牡丹江等地，具有较高的集聚度、赋存条件简单、采选成本较低、粒度规格较全的比较优势。

　　上述《行动方案》指出，我国虽然是石墨资源储量与生产大国，但多数企业处于价值链中低端，产业优势并不突出。《行动方案》写道，全球石墨产业发展呈现原料主产地数量增加且竞争趋于激烈，原料产地与精深加工和消费地分离，领先跨国企业通过深耕垂直应用领域专用技术不断提升进入门槛等趋势。同时，随着新能源汽车、航空航天、核工业、电子信息等新兴领域对石墨基新材料需求增长迅速，新兴消费市场呈快速上升势头。

　　根据《黑龙江省石墨矿资源潜力评价报告》预测，黑龙江省石墨资源居全国之首，在全国乃至全球占有重要地位，对市场价格有重要影响作用。

　　地质勘探显示，黑龙江省环境承载能力好，地质构造相对简单，矿山地质灾害少，而且水资源丰富，这对于石墨资源的开采和选矿十分有利。经过发展，黑龙江省一些石墨加工技术已领先全国。黑龙江省综合研判认为，要抓住新一轮石墨深加工产业链供应链稳定向资源地集聚的历史机遇，大力提升石墨产业的竞争优势。

　　根据规划，黑龙江省力争到2026年，产业向规模化、创新化、数字化和集群化发展，营业收入超过500亿元，企业总数达到200户以上，其中规上企业总数达到80户以上、高新技术企业达20户以上、建设1-2个国家级石墨创新平台，打造1-2个“一矿多用”的石墨智慧矿山，建成鸡西市与鹤岗市两个全国最大的石墨深加工产业基地。

　　在上月初对外公布成功开发出超高纯石墨产品的当天，黑龙江石墨提纯加工中心也正式宣布成立。该中心位于鹤岗石墨高质化利用园区，依托鹤岗市优质石墨资源和产业优势，以及五矿石墨已建成的提纯产能和相关配套设施，力争打造中国国内产能规模最大、综合成本最具竞争优势、绿色低碳环保的一流石墨提纯加工产业聚集地，为中国天然石墨产业向高端化、高质化发展提供重要支撑。

　　目前，鹤岗市依托石墨资源、产业优势，与五矿石墨的人才、技术、研发和全产业链等优势相结合，在当前鹤岗石墨高质化利用园区已建成的五矿石墨提纯产能和相关基础设施配套的基础上，全力打造国内产能规模最大、综合成本最具优势、绿色低碳环保、提纯产品丰富的一流石墨提纯加工产业聚集地。