战略性矿产——鳞片石墨产业那些事儿

石墨是一种碳质非金属矿物，属高性能晶体碳材料，具有优良的导热、导电、耐高低温、抗辐射、抗腐蚀、自润滑等性能，被广泛应用于冶金、机械、汽车、原子能、医药、军工、电池和航空航天等领域，已成为21世纪高、新、尖科技领域材料必不可少的原料之一。许多发达国家近些年将石墨列为本国的战略性矿产给予保护，为提高资源供应能力和开发利用水平，我国也在2016年12月将鳞片石墨（又称晶质石墨）等矿产列入战略性矿产目录。

石墨的分类

石墨的工艺特性主要取决于它的结晶形态，根据结晶形态的不同，工业上可将天然石墨分为致密结晶状石墨（块状石墨）、隐晶质石墨（土状石墨）和鳞片石墨三类。

块状石墨在自然界中比较罕见，是价值最高的石墨矿，其结晶状态最好，颗粒直径大于0.1mm，结晶肉眼可见，比表面积范围集中在0.1～1m²/g，呈致密的块状构造，固定碳含量为60%～65%，有时高达80%～90%，但其可塑性和滑腻性没有鳞片石墨好。

土状石墨的结晶状态最差，晶体直径小于1μm，比表面积主要分布于1～5 m²/g，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到完整的晶型，表面呈土状，缺乏光泽和润滑性，可浮性差，但品位较高，固定碳含量一般为60%～80%，少数可达90%以上。

鳞片石墨是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多次磨矿、多次选别可得到高品位的石墨精矿，该类矿石的可浮性、润滑性、可塑性等均优于其他类型石墨，因此其工业应用价值最大。

晶质石墨（图源：矿业网）

鳞片石墨的概况

鳞片石墨经高压变质而成，一般呈青灰色，风化呈黄褐色或灰白色，多产于麻岩、片岩、结晶石灰岩以及矽卡岩中，共生矿物较复杂，主要成分为片状结晶碳，伴有长石、石英、黑云母、黄铁矿、磁黄铁矿、金红石等杂质矿物。

矿石中石墨为晶质鳞片状或叶片状，呈黑色或钢灰色，主要赋存在长石、石英或透辉石、透闪石颗粒之间，具有明显的定向排列，与层方向一致。鳞片石墨大多为天然显晶质石墨，呈层状结构，其形似鱼鳞状，属六方晶系，结晶状态较好，粒度直径为0.05～1.5μm，片厚0.02～0.05mm，最大鳞片可达4～5mm，石墨碳含量一般在2%～5%或10%～25%左右。

鳞片石墨的分类与应用

根据总石墨碳含量（Total Graphitic Carbon，TGC），鳞片石墨分为高纯石墨（TGC≥99.9%）、高碳石墨（TGC94.0%～99.9%）、中碳石墨（TGC 80.0%～94.0%）及低碳石墨（TGC≤50.0%～80.0%）四类。根据鳞片大小，鳞片石墨分为大鳞片石墨（＞147µm）、小鳞片石墨（＜147µm）。

鳞片石墨应用领域

鳞片石墨资源储量及产量

天然鳞片石墨矿床是世界上主要的石墨矿床类型，主要蕴藏在亚洲的中国和斯里兰卡，欧洲的乌克兰，非洲的莫桑比克、马达加斯加、坦桑尼亚以及南美洲的巴西等国，莫桑比克、坦桑尼亚、马达加斯加等国盛产（超）大鳞片石墨，具有较高的工业价值。

2020年全球天然鳞片石墨储量分布
（来源：U S Geological Survey.MINERAL COMMODITY SUMMARIES2021）

美国地质调查局（USGS）发布的《MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2021》显示，截至2020年底，世界上已探明的天然鳞片石墨储为量2.3亿t，其中中国、巴西、马达加斯加、莫桑比克占比84%以上。

目前，天然鳞片石墨的主要生产国为中国、巴西和印度。2011—2016年，全球天然鳞片石墨的生产量保持稳定，维持在110～120万t/a。受一系列因素影响，2017年骤降至89.7万t；2018年慢慢回升至93万t；2019年由于莫桑比克天然鳞片石墨供应量提高，恢复到110万t。2020年，中国鳞片石墨产量为65万t，约占世界总产量的59%，是全球第一大生产国；莫桑比克鳞片石墨产量为12万t，占世界总产量的11%，成为第二大生产国。

2011−2020年全球天然鳞片石墨产量及变化情况
（来源：U S Geological Survey.MINERAL COMMODITY SUMMARIES2021）

鳞片石墨的选矿提纯

石墨的纯度决定其用途，随着石墨的应用范围不断拓宽，对其纯度的要求也越来越高。试验研究与工业实践表明，不同的提纯方法具有不同的优势和市场。

浮选法：鳞片石墨具有良好的天然可浮性，经浮选富集提纯后可得到固定碳含量大于90%的精矿产品。其浮选工艺具有特殊性，既要提高精矿的固定碳含量，又要提高大鳞片的产率，而原矿固定碳含量一般不高，约在3%～10%，工艺选矿比大，富集程度高，需经多段磨矿实现与脉石矿物的逐步解离，通常采用阶段磨矿阶段浮选工艺流程。探索鳞片石墨浮选中如何保护大鳞片，合理优化磨矿工艺及浮选工艺，提高大鳞片产率及精矿质量，是鳞片石墨选矿的主流发展趋势。

碱酸法：是目前应用较广泛、提纯效果相对理想的鳞片石墨的提纯方法，但该工艺能耗高、流程复杂、耗水量大。

氢氟酸法：提纯石墨效果显著，但氢氟酸有剧毒、严重污染环境，其使用受到限制。

氯化焙烧法：纯化石墨效果有限，且氯气有毒不利于健康和环保，对设备要求较高。

高温法：是实现超纯石墨生产的有效手段，但该法对原料和设备要求极高。

全球鳞片石墨贸易格局

目前，世界上天然鳞片石墨以中国、巴西、莫桑比克、马达加斯加等国家为主要出口国，以中国、美国、印度、日本、德国、加拿大等国家为主要进口国。中国既是天然鳞片石墨的主要出口国，也是主要进口国，是全球最大的石墨生产国和消费国之一，在全球石墨贸易市场地位举足轻重。

中国主要出口鳞片石墨原矿、低品位鳞片石墨等粗加工、低附加值的石墨产品，而美国、日本、德国等发达国家则主要出口氟化石墨、膨胀石墨、高纯石墨等深加工、高附加值的石墨产品。

2014−2020年世界主要天然石墨生产国产能/万t
（来源：U S Geological Survey.MINERAL COMMODITY SUMMARIES2021）

鳞片石墨的市场需求

目前，战略性新兴产业已经成为天然鳞片石墨需求增长的主要领域，其中锂离子电池负极材料是天然鳞片石墨应用最广泛的行业，而在传统的工业领域中，耐火材料行业仍会是鳞片石墨最主要的消费领域，而且在一段时间内需求量会相对稳定。

全球石墨消费分布领域
（来源：王政，全球鳞片石墨资源与消费预测）

中国拥有全球最大的石墨消费市场，目前每年平均消费石墨约100万t，行业年产值超过100亿元，其中，消费的鳞片石墨超过了1/2，约为50万～75万t，主要集中在钢铁和铸造业、耐火材料等传统产业领域，在战略性新兴产业领域占比还比较少。

目前，耐火材料行业依旧是石墨消费的重要领域。随着中国逐渐调整经济结构，天然鳞片石墨的应用领域明显转向新材料、新能源领域，包括航天军工及氟化石墨、超硬材料、核工业、锂离子电池、碱性电池等，大幅提升了石墨新应用领域的消费量，预计到2025年将超过40%。尤其是随着动力锂电池的广泛应用，加大了对鳞片石墨的需求。

参考来源：

王政：全球鳞片石墨资源与消费预测，采矿技术2021

张谦，等：鳞片石墨的提纯工艺研究现状与展望，昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室

牛敏，等：鳞片石墨选矿工艺进展，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所

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