介绍
石墨由于其特殊性能，是传统产业和战略性新兴产业必需的矿物原料，广泛应用于科技工程领域。 石墨是我国的主导矿产资源，产量和出口量主导世界市场。
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石墨
1.1 石墨的性质
石墨是碳的晶体。 它是一种非金属材料，呈银灰色，质地柔软，有金属光泽。 莫氏硬度为1~2，比重为2.2~2.3，其堆积密度一般为1.5~1.8。
石墨的熔点极高，在真空下达到3000℃时才开始软化并趋于熔融状态。 当石墨加热到2000℃时，其强度是常温下的一倍。 但石墨的抗氧化性较差，随着温度的升高，氧化速度逐渐加快。
石墨的导热率和导电率相当。 其导电率比不锈钢高4倍，比碳钢高2倍，比普通非金属高100倍。
石墨具有良好的润滑性和塑性。 石墨的摩擦系数小于0.1。 石墨可以制成透气片材。 然而，高强度石墨的硬度很高，很难用金刚石工具加工。
1.2石墨的应用
19世纪之前，石墨因其耐高低温和导电性，主要用作耐火材料、颜料等的原料。 随着人们对石墨的耐腐蚀、耐辐射、自润滑等性能认识的加深，其应用领域也越来越广泛。 出现了高纯石墨、核工业用石墨、石墨纤维、浸硅石墨等。 特别是近年来，石墨烯的发现在电子通信、锂离子电池、航天军工、生物医药、环保、太阳能、光电子等新兴领域引起了广泛关注。
天然石墨
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2.1 天然石墨的分类及分布
天然石墨分为片状石墨（结晶磷鳞片石墨）、块状石墨（脉状石墨）和土状石墨（隐晶石墨、无定形石墨）。
磷片石墨矿床是世界主要矿床类型，主要分布在东亚、东南亚、中亚、北欧、东欧、中欧、南非、东非、北美洲、南美洲和大洋洲。 其矿石矿物主要为粗晶片状、大片磷片、细片状石墨等，具有很大的工业价值。
全球脉状石墨矿床主要分布在斯里兰卡、印度、美国、英国、西班牙、摩洛哥、日本、俄罗斯、坦桑尼亚、南非、加拿大等国家。
全球隐晶石墨矿床大部分位于东亚、南亚、东欧、中欧和北美，主要分布在印度、韩国、墨西哥、奥地利、土耳其等国家。
2.2 天然石墨的成因
自然条件下石墨的形成需要碳和某些热力学条件的结合。 石墨矿石是富碳岩石石墨化后形成的。 石墨形成的条件主要是温度和压力条件、碳源、有机生物、沉积构造等。热力学条件主要是温度和压力，特别是变质岩的温度和压力。
天然石墨成矿过程概括为“碳质源+含矿岩石+热力学条件+石墨化”，定义为天然石墨成矿四要素。
天然石墨的来源和石墨化程度决定了石墨晶体的结构、特性和物理化学特性。 石墨的晶体结构主要为2H型石墨结构，也不同程度地含有3R型多型体。 晶体的基本结构是六方晶格。 晶胞含有六个原子，具有典型的层状结构。 石墨-2H（H）和石墨-3R（RH）两种多晶型变体的含量与变质程度有关。 变质程度越浅，石墨晶体越小，RH相数量越多。
2.3 天然石墨资源现状
2.3.1 储量
据美国地质调查局统计，截至2016年，全球石墨储量为1万吨。 我国曾经是世界上石墨资源储量最多的国家，但随着其他国家找矿工作的深入开展，发现了越来越多的石墨矿藏。
2.3.2 生产状况
2011年至2015年，全球天然石墨产量保持基本稳定。 我国产量长期位居世界第一。 2015年我国石墨产量约占世界总产量的65.5%； 印度石墨产量约占世界总产量的14%。 石墨开发主要在奥里萨邦和拉贾斯坦邦。 仁萨邦石墨产量占65%~75%。 巴西、土耳其、朝鲜、加拿大产量位居第三至第五位，分别占世界总产量的6.7%、2.7%、2.5%和2.5%。 其中，巴西国家石墨有限公司是巴西主要石墨生产商，也是世界天然水晶生产商。 最大的优质石墨生产商之一。
2.4 各领域对天然石墨的需求
天然石墨的主要用途是生产耐火材料，这使得石墨需求与耐火材料和钢铁行业密切相关。 尽管近年来石墨行业在其他新应用领域取得了长足进步，但石墨在钢铁和耐火材料行业总消费中的比重已从1980年代末的67%~68%下降到2012年的42%。仍然是工业领域最大的石墨消费国。 铅笔行业对石墨的需求将保持在目前的水平。
2.4.1耐火材料（镁碳砖）石墨需求
耐火石墨的需求量与镁碳砖的产量和石墨的添加量有关。 石墨是生产镁碳砖的主要碳原料。 其类型和纯度对镁碳砖的性能非常敏感。 一般选用固定碳含量93%～95%、粒度0～100目的结晶石墨。 对石墨的需求量随炼钢炉类型、使用地点和操作条件的不同而不同。
欧洲多采用含碳量10%左右的镁碳砖，而我国和日本一般采用含碳量12%~20%的镁碳砖。 近年来，低碳镁碳砖已成为研究和应用的热点。 低镁碳砖正在我国各大大型钢铁企业推广应用，将逐步取代高碳镁碳砖。 预计到2020年我国镁碳砖石墨添加量将降低至7%。按近五年镁碳砖产量年均2.5%的增速计算，我国镁碳砖的石墨添加量将下降至7%。预计2020年产量将达到214万吨。耐火材料行业对石墨的需求量已降至15万吨，略低于目前的需求量。
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新能源新材料领域石墨需求预测
(1)密封材料对石墨的需求
膨胀石墨材料保持了天然石墨鳞片石墨原有的优良化学性能，并为其添加了许多独特的机械性能。 是一种理想的密封材料。
随着我国汽车、石油、化工、电力工业的发展，石墨密封行业将有广阔的发展前景。 预计2020年我国密封材料行业产量将达到115万吨，刹车片石墨需求量为0.4%~1.3%，预计石墨消耗量为0.5~1.62万吨。
(2)石墨的润滑和吸附作用的需求
石墨材料良好的润滑性来源于石墨的晶体结构。 因此用于生产干粉石墨润滑剂、水基石墨润滑剂、油性石墨润滑剂等产品。 有学者还研究了不同润滑剂中石墨添加量的问题。 预计到2020年，我国润滑油和吸附剂用石墨需求量分别为5.5万吨和3.1万吨。
(3)电池电极对石墨的需求
石墨的导电性能明显优于其他非金属，是目前应用最广泛的锂离子电池负极材料。 我国锂离子电池产业近年来发展迅速。 2013年，我国锂离子电池年产量达到47.68亿只。 近年来，随着消费电子市场趋于饱和，锂离子电池的需求增速将持续下降。 在电动汽车领域，锂离子电池市场将进入快速发展阶段。 因此，电池电极对石墨的需求将大致经历一个“V”形的过程。 未来锂离子电池市场需求快速增长的驱动力将主要来自于交通运输和工业储能领域。 预计到2020年电动汽车产量将达到140万辆左右，交通领域石墨需求量将达到6.5万吨。
（四）石墨烯产业对天然石墨的需求分析
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料。 其强度是所测试材料中最高的，是钢材的100倍以上； 载流子迁移率是商用硅片的10倍； 其导热系数是金刚石的3倍。 石墨烯是一种具有广泛应用潜力的碳材料。 在电子器件、新能源、航天军工、生物医药等领域具有广阔的应用前景，将成为下一个万亿级新兴产业。 世界主要国家都在开展石墨烯前沿研究，但不少地方处于材料研发的早期阶段，距离规模化生产和应用还有一段距离。
石墨烯具有强导电性、透光性、柔韧性和微电子性等完整特性。 可用作触摸屏模块中的传感层或驱动层。 石墨烯具有极高的比表面积，这使得石墨烯成为一种潜在的储能材料。 石墨烯电池在比容量、成本和寿命方面均明显优于其他产品。 石墨烯电池负极材料具有优异的比容量。 专业人士预计，到2020年，我国储能产业市场规模至少将达到6000亿元。 石墨烯有望成为市场潜力巨大的电极材料。
未来我国石墨需求格局及行业发展方向
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综合以上对石墨需求主要行业的分析以及对未来趋势的判断，得出2020年我国天然石墨需求量将达到100万吨，比2010年增长42.5%。而石墨烯制备方法的不确定性和应用将对石墨的需求产生巨大影响。
科学利用和保护天然石墨资源，发展深加工技术，开发高端产品将是必然选择。 我国石墨的发展必须根据未来石墨需求格局的变化调整发展方向。 从未来石墨消费结构来看，传统领域石墨需求趋稳，新能源新材料领域石墨需求强劲增长，石墨烯产业将给石墨需求带来巨大的不确定性。 随着科技创新的发展，为满足新能源、新材料领域对高性能、专业化石墨材料的需求，石墨产业应从材料级向专业级产品和深加工发展行业。
未来，我国石墨传统应用领域需求将保持稳定。 它将越来越广泛地应用于高精度领域，成为战略性新兴材料。 石墨的市场需求将持续增加。 战略意义日益凸显。 未来在锂离子电池、密封、制动、润滑等新能源新材料领域有着巨大的应用潜力。 我国虽然是石墨资源大国，但也应该有强烈的危机意识和战略意识。 调整产品结构，鼓励和支持高附加值产品发展，带动石墨产业链后向一体化发展，增强我国石墨产业国际竞争力，努力把我国建设成为石墨资源强国。
