石墨是碳的一種同素異形體,為灰黑色、不透明固體,化學性質穩定,耐腐蝕,同酸、堿等藥劑不易發生反應。天然石墨來自石墨礦藏,也可以以石油焦、瀝青焦等為原料,經過一系列工序處理而制成人造石墨。
一、石墨行業概況
石墨的一個主要用途是生產耐火材料,包括耐火磚、坩堝、連續鑄造粉、鑄模芯、鑄模、洗滌劑和耐高溫材料。近年來,耐火材料工業中兩個重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐 內襯中被廣泛應用,以及鋁碳磚在連續鑄造中的應用。使石墨耐火材料與煉鋼業緊密相連,全世界煉鋼業約消耗的耐火材料。
石墨是碳的一種同素異形體,為灰黑色、不透明固體,化學性質穩定,耐腐蝕,同酸、堿等藥劑不易發生反應。天然石墨來自石墨礦藏,也可以以石油焦、瀝青焦等為原料,經過一系列工序處理而制成人造石墨。石墨在氧氣中燃燒生成二氧化碳,可被強氧化劑如濃硝酸、高錳酸鉀等氧化。可用作抗磨劑、潤滑劑,高純度石墨用作原子反應堆中的中子減速劑,還可用于制造坩堝、電極、電刷、干電池、石墨纖維、換熱器、冷卻器、電弧爐、弧光燈、鉛筆的筆芯等。
石墨又可分為天然石墨和人造石墨兩大類,天然石墨來自石墨礦藏,天然石墨還可分成鱗片石墨、土狀石墨及塊狀石墨。天然開采得到的石墨含雜質較多,因而需要選礦,降低其雜質含量后才能使用,天然石墨的主要用途是生產耐火材料、電刷、柔性石墨制品、潤滑劑、鋰離子電池負極材料等,生產部分炭素制品有時也加入一定數量的天然石墨。
天然石墨生產流程主要分為提純、改性、混合、碳化四大環節,相較于人造石墨,由于不需要石墨化這一環節,因此天然石墨的生產成本要低于人造石墨。數據顯示,截至2021年底,全球天然石墨累計探明可開采儲量為32480萬噸,在已探明的儲量中,石墨資源最豐富的國家是土耳其,儲量約為9000萬噸,全球占比約為27.7%;其次為中國,約為7300萬噸,占比約為22.48%。
石墨屬六方晶系,具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主,對分子吸引力較弱,故其天然可浮性很好。自然界中純凈的石墨是沒有的,其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質。這些雜質常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現。此外,還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析,除測定固定碳含量外,還必須同時測定揮發分和灰分的含量。石墨與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯等都是碳元素的單質,它們互為同素異形體。
數據顯示,從市場需求結構來看,天然石墨在冶金鑄造、耐火材料的需求占比有較為明顯的減少,密封材料、負極材料導電材料等領域占比持續提升。具體來看,我國天然石墨需求占比前三分別為耐火材料、導電材料和密封材料,占比分別為23.1%、21.5%和13.5%。近年來,我國天然石墨產量基本保持穩定,2017年受環保政策的影響,我國天然石墨產量有所下降,隨后開始呈波動上升的趨勢。到2021年我國天然石墨產量達73.5萬噸,同比增長13.1%。
根據中研普華產業研究院發布的《2022-2027年中國石墨行業發展趨勢及投資風險研究報告》顯示:
我國天然石墨行業產業集中度較高,呈現“一家獨大”的市場格局。具體來看,2021年我國天然石墨行業市場中,龍頭企業貝特瑞市占率達64%,其次為翔豐華,市占率為17%。
在炭素工業中生產量最大的是各種人造石墨制品,人造石墨制品一般用易石墨化的石油焦、瀝青焦為原料,經過配料、混捏、成型、焙燒、石墨化(高溫熱處理)和機械加工等一系列工序而制成,生產周期長達數十天。石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數隨溫度升高而降低,甚至在極高的溫度下,石墨成絕熱體。石墨能夠導電是因為石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵,每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷。
人造石墨的種類也很多,如單晶石墨、多晶石墨、熱解石墨、高定向熱解石墨、聚酰亞胺合成的石墨、石墨纖維等,多數人造石墨制品屬于多晶石墨一類。人造石墨中的主要產品是電弧煉鋼爐及礦熱電爐使用的石墨電極,石墨電極是一種耐高溫、耐腐蝕的導電材料。
人造石墨在其他許多工業部門也有廣泛的用途,如機械工業中電機用電刷、精密鑄造模具、電火花加工的模具及耐磨部件,化學工業中的電解槽使用的導電體或耐腐蝕器材,高純度及高強度人造石墨是核工業部門的反應堆結構材料和用作導彈火箭的部件等。
石墨還可制取散熱材料、密封材料、隔熱材料、和防輻射材料等,石墨功能材料廣泛應用于冶金、化工、機械設備、新能源汽車、核電、電子信息、航空航天和國防等行業。歐盟委員會發布的《對歐盟生死攸關的原料》報告中,將石墨列入14 種緊缺礦產原料。
我國天然石墨主要以出口為主,出口量遠大于進口量。具體來看,2017-2019年期間,我國天然石墨進出口量整體呈上升的趨勢,2020年受疫情的影響,進出口量均有所下降。到2021年我國天然石墨進口量為5.98萬噸,進口金額為0.39億美元;出口量為28.55萬噸,出口金額為3.27億美元。韓國、日本和美國是我國天然石墨最主要的出口地區,2021年出口金額占比合計超70%以上。具體來看,韓國占比為34.48%,日本占比為32.08%,美國占比為9.53%。
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2022-2027年中國石墨行業發展趨勢及投資風險研究報告
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