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石墨由于特殊的性質，是傳統(tǒng)工業(yè)和戰(zhàn)略性新興產業(yè)所必須的礦物原料，廣泛應用于科技工程領域。石墨是我國的優(yōu)勢礦產資源，產量、出口量在世界市場上占主導地位。
石墨是碳的結晶體，是一種非金屬材料，色澤銀灰，質軟，具有金屬光澤。莫氏硬度為1~2，比重2.2~2.3，其容重一般為1.5~1.8。
石墨的熔點極高，在真空下到3000℃時才開始軟化的趨向溶融狀態(tài)。石墨在加熱到2000℃，其強度反而較常溫時提高一倍，但石墨的耐氧化性能差，隨著溫度的提高氧化速度逐漸增加。
石墨的導熱性和導電性是相當?shù)模鋵щ娦员炔讳P鋼高4倍，比碳素鋼高2倍，比一般的非金屬高100倍。
石墨具有良好的潤滑性和可塑性，石墨摩擦系數(shù)小于0.1，石墨可展成透氣薄片，但高強石墨硬度很大，以至用金剛石刀具都難以加工。
1.2石墨的應用
在19世紀以前，由于其耐高低溫和導電性，石墨主要用于耐火材料、顏料等的原料。隨著對石墨抗腐蝕、抗輻射、自潤滑等性質認識的深入，其應用領域也愈加廣泛。出現(xiàn)了高純石墨、核工業(yè)用石墨、石墨纖維、浸硅石墨等。特別是近些年來石墨烯的發(fā)現(xiàn)，引起了電子通訊、鋰離子電池、航天軍工、生物醫(yī)藥、環(huán)保、太陽能、光電等新興領域的廣泛關注。
天然石墨分為鱗片石墨（結晶磷片狀石墨），塊狀石墨（脈型石墨）和土狀石墨（隱晶質石墨、無定形石墨）。
磷片石墨礦床是全球主要的礦床類型，主要分布在東亞、東南亞、中亞、北歐、東歐、中歐、南非、東非、北美洲、南美洲、大洋洲。其礦石礦物主要是粗晶鱗片狀、大磷片、細鱗片石墨，具有較大的工業(yè)價值。
全球脈型石墨礦床主要分布在斯里蘭卡、印度、美國、英國、西班牙、摩洛哥、日本、俄羅斯、坦桑尼亞、南非、加拿大等國家。
全球隱晶質石墨礦床大多在東亞、南亞、東歐、中歐、北美洲，主要分布于印度、韓國、墨西哥、奧地利、土耳其等國家。
自然條件下石墨的形成，必須有碳質和一定的熱力學條件相結合，而富含碳質的巖石經過石墨化后即形成石墨礦石。石墨的形成的條件主要是溫壓條件、碳源、有機生物、沉積建造等方面。熱力學條件主要是溫度和壓力，尤其是變質巖的溫度和壓力。
將天然石墨成礦過程概括為“碳質來源+含礦巖石+熱力學條件+石墨化”，定義為天然石墨成礦的四要素。
天然石墨成因及石墨化程度決定了石墨晶體的結構、特征及物理化學特征。石墨的晶體結構主要為2H型石墨結構，同時不同程度地含有3R型多型。晶體基本結構是六方晶格，單位晶胞含有六個原子，具典型的層狀結構。石墨-2H型（H）和石墨-3R型（RH）兩種多型變體的含量與變質程度有關，變質作用程度越淺，石墨晶體越小，RH相的數(shù)量就越多。
2.3.1儲量
根據(jù)美國地質調查局的資料顯示，截止2016年，世界石墨儲量為23000萬t。我國曾是世界石墨資源儲量最大的國家，但是隨著其他國家找礦工作的深入開展，越來越多的石墨礦被發(fā)現(xiàn)。
2.3.2生產現(xiàn)狀
2011~2015年，世界天然石墨產量基本保持穩(wěn)定。我國產量長期穩(wěn)居世界第一，2015年，我國石墨產量約占世界總產量的65.5%；印度石墨產量約占世界總產量的14%，石墨開發(fā)主要在奧瑞薩邦和拉賈斯坦邦，奧瑞薩邦石墨產量占65%~75%。巴西、土耳其、朝鮮、加拿大產量列3~5位，分別占世界總產量的6.7%、2.7%、2.5%、2.5%，其中，巴西國家石墨有限公司為巴西主要石墨生產商，也是世界天然晶質石墨的最大生產商之一。
2.4天然石墨在各領域的需求
天然石墨的一個主要用途是生產耐火材料，使得石墨需求與耐火材料和鋼鐵業(yè)緊密相連。雖然近年來石墨行業(yè)在其他新應用領域已經有長足的發(fā)展，鋼鐵，耐火材料行業(yè)石墨占總消費量的比重由20世紀80年代末期的67%~68%，減少為2012年的42%，但它仍然是石墨消費量最大的工業(yè)部門。而在鉛筆行業(yè)石墨的需求仍將保持現(xiàn)在的狀態(tài)。
2.4.1耐火材料（鎂碳磚）石墨的需求
耐火材料石墨的需求量與鎂碳磚產量及其石墨加入量相關。石墨是生產鎂碳磚所用的一種主要碳原料，其種類和純度對鎂碳磚的性能影響十分敏感。一般選擇固定碳含量93%~95%，粒度0~100目晶質石墨。石墨的需求量隨鋼爐種類，使用部位和操作條件不同而異。
歐洲多采用碳含量10%左右的鎂碳磚，而我國、日本一般都使用含碳量為12%~20%的鎂碳磚。近年來，低碳鎂碳磚成為人們研究和應用的熱點。低鎂碳磚正在我國主要大型鋼鐵企業(yè)推廣應用，并將并逐步替代高碳鎂碳磚。依次估算到2020年中國鎂碳磚的石墨加入量將減少為7%。依據(jù)近5年來鎂碳磚的產量的年均增長率2.5%，預計2020年中國鎂碳磚的產量將達到214萬t。耐火材料產業(yè)對石墨的需求量降低到15萬t，略低于現(xiàn)階段的需求量。
膨脹石墨材料保持了天然石墨鱗片石墨原有的優(yōu)良化學性能，又在其基礎之上增加了許多獨特的機械性能，是一種理想的密封材料。
隨著中國汽車、石油、化工、電力產業(yè)的發(fā)展，石墨密封產業(yè)將具有廣闊的發(fā)展前景。預計到2020年中國密封材料產業(yè)將達到115萬t，制動車片石墨需求量0.4%~1.3%，預計消費石墨0.5~1.62萬t。
石墨材料良好的潤滑性源于石墨晶體結構，因此，應用生產干粉石墨潤滑劑、水基石墨潤滑劑、油劑石墨潤滑劑等產品。一些學者也研究了關于石墨在不同潤滑劑中的添加量的問題。預計到2020年中國應用于潤滑劑、吸附劑的石墨需求量為5.5萬t和3.1萬t。
石墨導電性能顯著地優(yōu)于其它非金屬，是目前應用最廣泛的鋰離子電池負極材料。我國的鋰離子電池產業(yè)近些年來發(fā)展迅速。2013年，我國的鋰離子電池年產量已達到47.68億只。近年因消費類電子產品市場趨于飽和，鋰離子電池需求的增幅將會持續(xù)下降。而在電動汽車領域鋰離子電池市場將進入飛速發(fā)展的階段。因此，電池電極對石墨的需求大致會經歷一個“V”字型過程。未來鋰離子電池市場需求高速增長的動力主要來自交通工具及工業(yè)儲能領域。預計到2020年電動汽車產量將達到140萬輛左右，交通工具領域石墨的需求量將達到6.5萬t。
石墨烯是由單層碳原子組成的二維材料，其強度是已測試材料中最高的，是鋼的100多倍；載流子遷移率是商用硅片遷移率的10倍；熱導率是金剛石的3倍。石墨烯是一種應用潛力廣泛的碳材料，在電子器件、新能源、航天軍工、生物醫(yī)藥等領域擁有廣闊的應用前景，將成為下一個萬億級的新興產業(yè)。世界主要國家都在進行石墨烯的前沿研究，但多處材料研發(fā)的初級階段，距大規(guī)模生產應用仍有一段距離。
石墨烯具備完整的較強導電性、透光性、柔性及微電子等屬性，可作為感應層或者驅動層，被使用在觸摸屏的模組里。石墨烯具有極高的比表面積，這使得石墨烯可成為潛力巨大的儲能材料。石墨烯電池在比容量、成本、壽命等較其他產品有顯著的卓越性。石墨烯電池負極材料具有優(yōu)良的比容量。專業(yè)人士預計到2020年，中國儲能產業(yè)的市場規(guī)模至少可達6000億元。石墨烯有望成為市場潛力巨大的電極材料。
基于以上對石墨需求的主要部門的分析和未來趨勢判斷，得出：到2020年中國天然石墨的需求規(guī)模將達到100萬t，比2010年增長42.5%。并且石墨烯制備方法、應用的不確定性將對石墨的需求造成巨大的影響。
科學利用和保護天然石墨資源，開發(fā)深加工技術和發(fā)展高端產品將是必然的選擇。中國石墨發(fā)展要依據(jù)未來石墨的需求格局變化，調整發(fā)展方向。從未來石墨的消費結構來看，傳統(tǒng)領域對石墨的需求趨于穩(wěn)定，新能源新材料領域對石墨的需求增長強勢，而石墨烯產業(yè)將對石墨的需求帶來巨大的不確定性。隨著科技創(chuàng)新的發(fā)展，為滿足新能源、新材料領域對高性能、專業(yè)化石墨材料的需求，石墨產業(yè)應從材料級向專業(yè)級產品和深加工產業(yè)方向發(fā)展的趨勢。
未來中國石墨需求在傳統(tǒng)應用領域將保持穩(wěn)定。而在高精尖領域將得到越來越廣泛的應用，成為戰(zhàn)略性新興材料。石墨的市場需求將會持續(xù)增加。戰(zhàn)略意義越發(fā)凸顯。未來在鋰離子電池、密封、制動、潤滑等新能源、新材料領域應用潛力巨大。雖然中國是石墨資源大國，但也應具有強烈的危機意識和戰(zhàn)略意識。調整產品結構，鼓勵支持發(fā)展高附加值產品，帶動石墨產業(yè)鏈后向一體化發(fā)展，提升我國石墨產業(yè)的國際競爭力，努力使我國發(fā)展成為石墨資源強國。