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石墨矿情况介绍pdf
加入时间:2020-07-24 16:06

  石墨矿情况介绍 一、石墨简介 (一)石墨概念 石墨( graphite )是有机成因的碳质物变质而成,最常 见于大理岩、片岩或片麻岩中。煤层可经热变质作用部分形 成石墨,而少量石墨则是火成岩的原生矿物。石墨由于其特 殊结构,具有耐高温性、抗热震性、导电性、润滑性、化学 稳定性以及可塑性等众多特性,一直是军工与现代工业及 高、新、尖技术发展中不可或缺的重要战略资源,石墨应用 范围广泛,国际曾有专家预言“ 20 世纪是硅的世纪, 21 世纪 将是碳的世纪”。 石墨鉴定特征: 1、铁黑色,硬度低,一组极完全解理, 有滑感和染手。 2 、石墨是在高温下形成。 3、石墨最常见于 大理岩、片岩或片麻岩中,是有机成因的碳质物变质而成。 煤层可经热变质作用部分形成石墨。少量石墨是火成岩的原 生矿物。石墨也常见于陨石中,一般为团块状,以一定方位 关系组成立方体外形的多晶集合体称方晶石墨。 (二)石墨的分类 1、天然石墨 按石墨结晶形态和工艺特性,将天然石墨分为三类: (1)致密结晶状石墨 1 致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显,晶 体肉眼可见。颗粒直径大于 0 .1 毫米,比表面积范围集中 在 0.1-1m 2/g ,晶体排列杂乱无章,呈致密块状构造。这类 石墨矿品位很高,一般含碳量为 60 ~ 65% ,有时达 80 ~ 98% ,但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。 (2 )鳞片石墨 鳞片石墨晶体呈鳞片状;这是在高温高压下变质而成 的,有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿品位不高,一般在 2 ~3% ,或 10 ~25% 之间。 它是自然界中可浮性最好的矿石 之一,经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮 性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越,因此其工业价 值最大。 (3 )隐晶质石墨 隐晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨,这种石墨的晶体 直径一般小于 1 微米,比表面积范围集中在 1-5m 2/g ,是微 晶石墨的集合体,只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类 石墨的特点是表面呈土状,缺乏光泽,润滑性比鳞片石墨稍 差。品位较高,一般固定碳含量 60 ~85% 。少数高达 90% 以上。一般应用于铸造行业比较多。主要蕴藏在湖南郴州鲁 塘。随着石墨提纯技术的提高,土状石墨的应用将越来越广 泛。 2 、人造石墨 2 人造石墨(特种石墨),按成型方式可分为: (1 )等静压石墨(三高石墨),但并非三高就是等静 压; (2 )模压石墨; (3 )挤压石墨,多为电极材料。 按石墨颗粒度分为: (1)细结构石墨; (2 )中粗石墨(一般的颗粒度在 0.8mm 左右); (3 )电极石墨( 2-4mm )。 (二)石墨工艺性质与用途 1、石墨的特殊性质 (1 )耐高温性:石墨熔点为 3850 ±50 ℃,沸点为 4250 ℃,即使经超高温电弧灼烧,重量损失很小,热膨胀系 数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在 2000 ℃时,石 墨强度提高一倍。 (2 )导电、导热性:石墨导电性比一般非金属矿高一 百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度 升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。石墨能 够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成 3 个共 价键 ,每个碳原子仍然保留 1 个自由电子来传输电荷。 (3 )润滑性:石墨润滑性能取决于石墨鳞片的大小, 鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。 3 (4 )化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性, 能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 (5 )可塑性:石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。 (6 )抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的 剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大, 不会产生裂纹。 (7 )高传导透明性:碳原子构成的单层片状结构二维 晶体 --石墨烯,导电导热透明,无与伦比。 2 、石墨的用途 (1 )耐火材料:石墨及其制品具有耐高温、高强度的 性质,冶金工业上主要用来制造石墨坩埚,炼钢上常用石墨 作钢锭之保护剂,冶金炉的内衬。 (2 )导电材料:在电气工业上用作制造电极、电刷、 碳棒、碳管、水银正流器的正极,石墨垫圈、电话零件,电 视机显像管的涂层等。 (3 )耐磨润滑材料:润滑油往往不能在高速、高温、 高压的条件下使用,而石墨耐磨材料可在 200-2000 ℃温度 及很高滑动速度下,代替润滑油工作。许多输送腐蚀介质的 设备,广泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和轴承,它们 运转时勿需加入润滑油。 石墨乳也是许多金属加工 (拔丝、 拉 管)时的良好的润滑剂。 (4 )良好的化学稳定性:经特殊加工的石墨,具有耐 4 腐蚀、 导热性好, 渗透率低等特点, 大量用于制作热交换器, 反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤 器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、 合成纤维、造纸等工业部门,可节省大量的金属材料。 (5 )铸造、翻砂、压模及高温冶金材料:因石墨的热 膨胀系数小, 且能耐急冷急热的变化, 可作为玻璃器的铸模, 使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确,表面光洁成品率 高,不经加工或稍作加工就可使用,因而节省了大量金属。 生产硬质合金等粉末冶金工艺,通常用石墨材料制成压模和 烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚,区域精炼容器,支 架夹具,感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石 墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座,高温电阻炉炉管, 棒、板、格棚等元件。 (6 )原子能工业和国防工业:石墨具良好的中子减速 剂用于原子反应堆中,铀一石墨反应堆是目前应用较多的一 种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应 具有高熔点,稳定,耐腐蚀的性能,石墨完全可以满足上述 要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高,杂质含量不 应超过几十个 PPM 。特别是其中硼含量应少于 0.5PPM 。 国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴,导弹的鼻 锥,宇宙航行设备的零件,隔热材料和防射线 )防锅炉结垢:在水中加入一定量的石墨粉 (每吨水 5 大约用 4-5 克 )能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟 囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。 (8 )铅笔芯、颜料、抛光剂:石墨经过特殊加工以后, 可制作各种特殊材料用于有关工业部门。 (9 )电极:石墨电极较之铜电极优点多多: 1)加工速 度更快, 比铜的加工速度快 2-5 倍,放电加工速度比铜快 2-3 倍; 2 )材料更不容易变形,在薄筋电极的加工上优势明显, 铜的软化点在 1000 度左右,易受热变形,而石墨升华温度 为 3650 度,热膨胀系数仅为铜的 1/30 ;3 )重量更轻,石 墨密度只有铜的 1/5 ;4 )放电消耗更小,因火花油中含有 C 原子, 在放电加工时, 高温导致火花油中的 C 原子被分解出 来,转而在石墨电极的表面形成保护膜,补偿了石墨电极的 损耗; 4 )没有毛刺,铜电极加工完成后,需手工修整以去 除毛刺,而石墨加工后没有毛刺,节约了大量成本,同时更 容易实现自动化生产; 5 )石墨更易研磨和抛光;由于石墨 的切削阻力只有铜的 1/5 ,更容易进行手工的研磨和抛光; 6 ) 材料成本更低,价格更稳定,相同体积下,东洋炭素的普遍 性石墨产品的价格比铜的价格低 30% ~60% ,且价格更稳 定,短期价格波动非常小。石墨逐渐取代铜成为 EDM 电极 的首选材料。 (10 )最薄最坚硬的纳米材料 -石墨烯: 有望在新材料与 现代电子科技领域引发一轮革命。 6 随着科学技术的不断发展,人们对石墨也开发了许多新 用途。( 1 )柔性石墨制品。柔性石墨又称膨胀石墨,是一 种新的石墨制品。 1971 年美国研究成功柔性石墨密封材料, 解决了原子能阀门泄漏问题,随后德、日、法也开始研制生 产。这种产品除具有天然石墨所具有的特性外,还具有特殊 的柔性和弹性。因此,是一种理想的密封材料。广泛用于石 油化工、 原子能等工业领域。 国际市场需求量逐年增长。 (2 ) 轻工业应用。石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈 剂,是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不 可缺少的原料。它是一种很好的节能环保材料,美国已用它 做为汽车电池。随着现代科学技术和工业的发展,石墨的应 用领域还在不断拓宽,已成为高科技领域中新型复合材料的 重要原料,在国民经济中具有重要的作用。 7 二、石墨矿床地质 (一)石墨矿石特征与分类 1、石墨矿石特征 自然界中没有纯净的石墨,其中往往含有 SiO 、Al O 、 2 2 3 FeO 、CaO 、P O 、CuO 等杂质。这些杂质常以石英、黄 2 5 铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外,还有水、沥青、 CO 2 、 2 4 2 H 、CH 、N 等气体部分。因此对石墨的分析,除测定固定 碳含量外,还必须同时测定挥发分和灰分的含量。 在自然界中,石墨是在高温下形成的变质矿床,是富含 有机质或碳质沉积岩经变质作用形成的,常见于大理岩、片 岩、变粒岩和片麻岩中。煤层经热变质,也可形成石墨。中 国山东省莱西市(石墨探明储量 687.11 万吨,现保有储量 639.93 万吨)、吉林省磐石市(石墨储量 500 万吨)、黑 龙江鸡西市柳毛、湖南郴州宜章鲁塘等产石墨矿。世界著名 产地有纽约 Ticonderoga 和马达加斯加和 Ceylon 等。 2 、石墨矿石分类 按结晶形态,将石墨矿石分为晶质 (鳞片状 )石墨矿石和 隐晶质 (土状 )石墨矿石两大类。 (1 )晶质石墨矿石又可分为鳞片状和致密状两种。致 密状晶质石墨只见于新疆托克布拉等个别矿床中,工业价值 不大。 鳞片状石墨矿石结晶较好,形似鱼鳞状,晶体粒径大于 8 1 μm ,一般为 0.05 ~ 1.5mm ,大的可达 5 ~ 10mm ,多呈集 合体。 矿石品位较低, 一般为 3-13.5% 。伴生的矿物有云母、 长石、石英、透闪石、透辉石、石榴石和少量硫铁矿、方解 石等, 有时还伴有金红石, 钒云母等有用组分。 矿体呈层状、 似层状或透镜状,矿石硬度中等或中硬偏软。 鳞片状石墨矿石按其所赋存岩石的岩性不同,分片麻岩 型、片岩型、透辉岩型、变粒岩型、混合岩型、大理岩型及 花岗岩型等七种,前六种矿石类型产于区域变质成因矿床 中,后一种矿石类型则产于岩浆热液成因矿床中。 根据固定碳含量,可将鳞片状石墨分为高纯石墨、高碳 石墨、 中碳石墨及低碳石墨 4 类。高纯石墨 (固定碳含量大于 或等于 99.9%) 主要用于柔性石墨密封材料, 代替白金坩埚用 于化学试剂熔融及润滑剂基料等;高碳石墨 ( 固定碳含量 94.0% ~ 99.9%) 主要用于耐火材料、 润滑剂基料、 电刷原料、 电碳制品、电池原料、铅笔原料、填充料及涂料等;中碳石 墨( 固定碳含量 80% ~94%) 主要用于坩埚、耐火材料、铸造 材料、铸造涂料、铅笔原料、电池原料及染料等;低碳石墨 ( 固定碳含量大于或等于 50.0% ~ 80.0%) 主要用于铸造涂 料。 (2 )隐晶质石墨矿石(曾称土状石墨或无定形石墨、 微晶石墨) ,系微小的天然石墨晶体构成的致密状集合体 (微 晶集合体),晶体粒径小于 1 μm ,只有在电子显微镜下才能 9 观察到其晶形。矿石呈灰黑色、钢灰色,一般光泽暗淡,具 有致密块状、土状及层状、页片状构造。隐晶质石墨矿多产 于接触变质煤系变质页岩中,矿体呈层状、似层状、带状及 透镜状,矿石呈土状,松软、易碎、滑腻。隐晶石墨的工艺 性能不如鳞片状石墨,工业应用范围也较小,矿石品位一般 都较高,但矿石可选性差。矿物成分以石墨为主,伴生有红 柱石、水云母、绢云母及少量黄铁矿、电气石、褐铁矿、方 解石等。品位一般为 60 ~80% 、灰分为 15~22% 、挥发分 为 1~2% 、水分为 2 ~7% 。 根据含铁量, 可将隐晶质 (微晶)石墨分为有铁和无铁两 类。依照产品固定碳含量、最大粒径分为 60 个牌号,各种 牌号石墨产品其外观要求产品中不得有肉眼可见的木屑、铁 屑、石粒等杂物,产品不被其他杂质污染。微晶石墨中酸溶 铁含量不大于 1% 者,主要用于铅笔、电池、焊条、石墨乳 剂、石墨轴承的配料及电池碳棒的原料等;无铁要求的微晶 石墨主要用于铸造材料、耐火材料、染料及电极糊等原料。 根据硬度不同,可将隐晶质石墨矿石分为软质石墨与硬 质石墨两种。软质石墨矿石变质彻底,质量好;硬质石墨一 般为石墨与无烟煤的过渡带,质量次。 (二)石墨矿床工业指标 10 目前,标矿晶质石墨大约 4000 元/吨;隐晶质石墨大约 2000 元/ 吨。 (三)勘探类型的确定 石墨矿床划分为 4 个勘探类型: 1、第Ⅰ勘探类型矿体形态简单,呈层状,似层状或较大 透镜体,主矿体连续沿走向长几百米至千米以上,厚一般十 几米至几十米或更大,稳定,变化系数小于 40% ;石墨分布 均匀;断裂及岩体 (脉 )对矿体无破坏或破坏甚微;规模中到 大型。如山东平度刘戈庄石墨矿床。 2 、第Ⅱ勘探类型矿体形态较简单,呈层状、似层状、透 镜状,主要矿体比较连续, 沿走向长一般几百米至千米以上, 矿体内夹石较少,矿体边部分叉现象较普遍,厚一般几米至 几十米,较稳定,变化系数 40% ~70% ;石墨分布均匀;断 裂及岩体 (脉 )对矿体破坏不大;规模以大、中型为主。如黑 龙江鸡西柳毛及山东莱西南墅刘家庄石墨矿床。 11 3 、第Ⅲ勘探类型矿体形态复杂, 呈不规则的层状、 似层 状、透镜状,主矿体不连续,沿走向长几百米,夹层或夹石 较多, 分叉复合现象普遍, 厚一般几十厘米至几米, 不稳定, 变化系数 70% ~ 100% ;石墨分布均匀;断裂及岩体 (脉)对 矿体破坏较大;规模以中型为主。如湖北宜昌三岔垭、吉林 磐石烟筒山和新疆奇台苏吉泉石墨矿床。 4 、第Ⅳ勘探类型矿体形态很复杂,呈小透镜状、扁豆 状及不规则状,厚度很不稳定,变化系数大于 100% ;石墨 分布均匀;断裂及岩体 (脉 )对矿体破坏很大;规模小至中型 为主,如四川南江坪河及湖南郴州鲁塘石墨矿床。 上述勘探类型的划分是根据矿床中主矿体 (一个或几个 ) 规模 (其储量须占勘探范围内总储量 70% 以上 )、形态复杂程 度、主要有用组分含量的分布均匀程度、被构造和火成岩体 (脉 )破坏情况等地质因素确定的。目前已勘探的石墨矿床, 属于第Ⅰ勘探类型的很少, 晶质(鳞片状 )石墨矿床多属第Ⅱ、 Ⅲ 勘探类型,隐晶质 (土状 )石墨矿床多属第Ⅲ、Ⅳ勘探类型。 (四)找矿标志 1、变质的碳质沉积岩、黑色岩系和煤系地层; 2 、各种电法异常区:因石墨属良导电矿物,矿化体与 围岩的电性差异特征,低阻高极化异常能够指示石墨矿的寻 找。 12 三、石墨矿资源储量分布 (一)全球石墨矿产资源分布概况 全球石墨矿产相对集中分布于少数国家中。晶质石墨矿 主要蕴藏在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等 国,其中马达加斯加盛产大鳞片石墨,斯里兰卡盛产高品位 的致密块状石墨;隐晶质石墨矿主要分布于印度、韩国、墨 西哥和奥地利等国。 多数国家只产一种石墨, 矿床规模以中、 小型居多,只有中国等四五个国家晶质和隐晶质石墨都有产 出,大型矿床较多。 (二)中国石墨矿产资源分布概况 我国的石墨矿产资源非常丰富,主要有晶质石墨和隐晶 质石墨两种类型。 截至 2014 年,我国共查明石墨矿产地 149 处,其中晶质石墨矿床有 118 处,隐晶质石墨矿有 31 处。 2001-2014 中国晶质、隐晶质石墨统计表 13 1、中国天然石墨成矿带 中国天然石墨成矿区带分布图 1-佳木斯地块石墨成矿区; 2- 额尔古纳地块石墨成矿区; 3- 老爷岭陆缘活动 带接触变质型石墨成矿区; 4- 辽吉裂谷石墨成矿带; 5-华北陆块北缘中、东段石 14 墨成矿带; 6- 阿拉善陆块石墨成矿区; 7- 塔里木古陆块东北缘石墨成成矿区; 8- 准噶尔地块东缘被动陆缘石墨成矿带; 9-华北陆块南部古裂谷石墨成矿带; 10- 胶东地块石墨成矿区; 11-龙门 -大巴陆缘石墨成矿带; 12-康滇地轴成矿区; 13- 华夏陆块北部成矿带; 14-东南地区中生代隐晶石墨成矿区; 15-华夏陆块南部成 矿带。 2 、中国石墨矿床地理分布 中国石墨矿床地理分布图 中国石墨资源分布广泛,但又相对集中,呈现东多西少 之势。大型晶质石墨矿床主要分布在黑龙江、内蒙、山东、 河南、陕西、四川等境内,其中黑龙江和山东石墨矿资源最 为集中。大型隐晶质石墨矿床则分布在湖南境内。 15 3 、中国晶质石墨储量及分布 截至 2015 年底,中国晶质石墨查明资源储量 26452.9 万吨,晶质石墨以大、中型规模为主,主要分布在黑龙江、 内蒙古、四川、山东和山西等省区,其中黑龙江占全国的 46.9% 。 2014 年底中国晶质石墨产地及资源储量(矿物量统计表) 单位:万吨 注:数据来源 2014 国土资源部全国矿床资源储量通报。 16 注:数据来源于全国矿产资源储量通报, 2015 。 我国晶质石墨矿石品位相差比较大,多数矿床的矿石品 位在 3-15% ,入选品位在 5% 左右,片度在 0.1-1.5 毫米之间, 矿石的可选性通常较好。 2015 年中国晶质石墨查明资源储 量分布图。 2015 年中国晶质石墨查明资源储量分布图 山西省晶质石墨矿主要集中在大同市。大同市新荣区白 山- 弘赐堡石墨矿带中的弘赐堡、六亩地、鸡窝涧、白山村、 17 七里村和碓臼沟六个石墨矿区累计查明石墨矿物量为 837 万 吨。( 1)弘赐堡大型晶质石墨矿处于内蒙断块南缘中部与 吕梁-太行断块的云岗块坳北端之结合处, 矿石以石墨黑云斜 长片麻岩为主,石墨矿石储量为 350 万吨,矿体固定碳品位 2.50-9.42% ,平均为 3.93% 。原矿鳞片大易选,经浮选后可 得到固定碳含量 80-95% 的精矿。 (2 )六亩地中型石墨矿位 于中朝地台内蒙地轴南部边缘,矿石以片麻岩为主,有 16 个主要矿体,矿石资源储量为 705 万吨,矿石品位不高,矿 体平均品位在 3.02-3.53% 之间,个别地段品位可达 17% 。 4 、中国隐晶质石墨储量及分布 全国隐晶质石墨查明资源储量 3548.1 万吨,其中基础 储量 807.4 万吨、储量 531.8 万吨,以中小型规模为主,主 要分布在内蒙古、湖南、陕西和吉林等省区。湖南省和吉林 省的石墨保有储量占全国隐晶质石墨储量的 66% 。 隐晶质石墨矿床的原矿品位较高,石墨含量在 65% 以 上,部分矿床石墨含量达到 80% 以上,经过物理选矿后即可 生产出符合工业要求的石墨矿粉。 18 注:数据来源于全国矿产资源储量通报, 2015 。 全国隐晶质石墨分布图 5 、中国石墨储量变化情况 自 2001 年以后,我国晶质石墨和隐晶质石墨储量均呈 19 下降趋势,晶质石墨可开发储量由 2001 年的 3085 万吨下降 至 2014 年的 1807 万吨, 隐晶质石墨可开发储量由 2001 年 的 1137 万吨下降至 2014 年的 532 万吨,其中 2010 年之后 储量降迷加快。 2001-2014 年中国石墨储量变化图 6 、中国石墨资源潜力评价 预计 500 米以上浅晶质石墨资源潜力 17.2 亿吨,主要 分布黑龙江、内蒙古、山东和四川,占比为 90.3% ;隐晶质 石墨资源潜力 1.5 亿吨,主要分布在湖南、内蒙古和吉林, 占比为 70.9% 。 7 、中国贸易现状分析 (1)进口 ①进口量分析 20 2016 年,中国是全球第二石墨进口国, 总进口量为 4.93 万 t 。主要从朝鲜 (进口量 4.69 万 t ,占比 95.03%) 、日本 (进 口量 0.82 万 t ,占比 1.60%) 、马达加斯加 (进口量 0.45 ,占 比 0.91%) 、德国 (进口量 0.44 万 t ,占比 0.91%) 、美国 (进 口量 0.2 万 t ,占比 0.16%) 等进口石墨。从产品构成上看, 精矿等价值较低的初级产品主要来自朝鲜,而价值较高的加 工品主要来自日本、德国和美国等发达国家。 1992 ~2004 年, 中国天然石墨进口量仅 0.01 万~ 0.46 万 t 。随着中国工业化进程的不断深入以及经济的快速发展, 对作为基础性材料石墨的需求量不断增加, 2005 年之后石 墨的进口量呈快速上升趋势。 2008 年世界经济危机的出现, 使 2008 ~2012 年中国石墨的进口量有了一定程度的影响, 2012 年后开始缓慢回升。 ②进口价格分析 随着中国工业化进程的发展,中国市场对高端石墨产品 的需求开始增大, 而国内生产加工能力弱, 部分产品 (如各向 同性石墨、氟化石墨、高纯石墨等 ) 只能从日本、美国、德国 等发达国家进口来满足国内需求。如果去除从朝鲜进口的石 墨, 2016 年中国天然石墨单位进口价值为 4961.69 美元 /t , 相对各国进口石墨价格最高,是全球平均进口石墨价格的 5.5 倍。 中国从日本进口石墨, 单位价值达到 10165.75 美元 /t ,从美国进口石墨,单位价值达到 3582.11 美元 /t 。中国石 21 墨产业技术水平和深加工能力亟需提高。 (2 )出口 ①出口量分析 中国作为世界最大天然石墨出口国,出口石墨商品以石 墨初级产品为主,产品附加值较低, 2016 年主要出口对象 包括日本 ( 出口量 9.08 万 t ,占比 37.82%) 、韩国 ( 出口量 2.46 万 t ,占比 10.25%) 、印度 ( 出口量 2.37 万 t ,占比 9.87%) 、 美国 (出口量 1.54 万 t ,占比 6.41%) 、德国 ( 出口量 1.35 万 t , 占比 5.62%) 等。 1992 ~2007 年,中国天然石墨出口量呈上升趋势,出 口量由 1992 年的 15.49 万 t 增长至 67.06 万 t ,年增长率约 为 8.35% 。受全球金融危机影响, 2008 年和 2009 年中国石 墨出口量下降。 2010 年黑龙江、湖南等省对其石墨产业整 合,使得 2010 ~2012 年进出口量均下降, 2012 年后得以回 升。 2016 年中国石墨出口量占世界的比重大于 66% 。 ②出口价格分析 尽管中国对全球石墨出口市场有绝对的话语权,但由于 中国出口石墨商品以石墨初级产品为主,产品附加值较低, 使得中国石墨的单位出口价值为全球最低, 2016 年中国石 墨出口单位价值为 951.43 美元 /t 。日本出口是石墨产品以高 端为主,出口价值为全球最高,高达 11480.67 美元 /t 。 (3 )中国石墨贸易分析 22 中国是第二大石墨进口国,主要从朝鲜进口, 2016 年 占比 95.03% ,具有转口贸易的性质。 中国是第一大石墨出口国,如果不考虑中国因特殊性质 进口朝鲜石墨这一因素,全球石墨市场可以认为只有中国一 家供应全球的格局。因此,中国对全球石墨出口市场有绝对 的话语权。但中国石墨贸易存在“高进低出”现象, 2016 年, 中国天然石墨单位出口价值低于全球平均单位出口价值,而 单位进口价值却是全球平均单位出口价值的 5.21 倍。而这一 现象的出现,主要是因为我国石墨产品附加值低、科学技术 落后等。因此,中国作为全球第一大出口国,并没有获取应 得的经济利益。 这种现象与稀土资源类似,我国的石墨产业已经初步形 成了产业体系, 企业不断进入高附加值环节, 但同样存在“资 源优势并未转化为经济优势”、 技术落后、 产业组织松散、 管 理不严谨、资源浪费严重、资源“高进低出”现象存在、资源 环境问题突出等难题。 23 四、石墨矿开采 根据矿产资源储量规模划分标准(国土资发 [2000]133 号),中国石墨矿床规模划分标准见下表。 矿种 计算单位 大型 中型 小型 石墨 (晶质) 矿物(万吨) ≥100 20-100 20 石墨 (隐晶质 ) 矿石(万吨) ≥]000 100-1000 100 根据《关于调整部分矿种矿山生产建设规模标准的通 知》(国土资发 [2004]208 号),石墨矿山生产建设规模划 分见下表。 矿山生产建设规模级别 最低生产 矿种类别 备 注 计量单位 /年 大型 中型 小型 建设规模 石墨 石墨万吨 ≥1 1-0.3 <0.3 中国晶质石墨矿都采用露天开采,如柳毛石墨矿、南墅 石墨矿、平度刘戈庄石墨矿、兴和石墨矿和湖北三岔垭石墨 矿等,目前尚无地下开采的实例;隐晶质石墨矿多为地下开 采,如鲁塘石墨矿、吉林磐石石墨矿等。 露天开采的开拓运输方法:多用公路开拓,如柳毛石墨 矿,矿石年产量 24.4 万 t ,年采剥总量达 81 万 t ,运输用 TATRA815 型自卸汽车,载重为 15t ;南墅岳石采区,矿石 年产量 24.3 万 t ,年剥离总量达 82.8 万 t ,运输用 ZG150 和 BJ374 型自卸汽车,载重分别为 15t 和 20t 。内蒙古兴和 石墨矿,矿石年产量仅 12 万 t,年采剥总量为 37 万 t ,运输 24 用 8t 自卸汽车。 井下开采的开拓运输方法:一是平硐开拓,如鲁塘石墨 矿;二是斜井开拓,如磐石石墨矿。由于开采规模小,如磐 石石墨矿矿石年产量仅 2 万 t,斜井提升用 1.2m 的提升机, 巷道运输用人工推车,矿车为 0.55m3 的翻斗车。 中国晶质石墨矿矿床多产于区域变质中 -深变质岩系中。 矿体呈层状、似层状或透镜状,矿石硬度中等,紧固性系数 f=5 ~8 或 f=8 ~ 10 。露天开采工艺与一般露天矿相同,柳毛 石墨矿、南墅石墨矿的岳石矿区都是用公路开拓的大型露天 矿,工作面布置有平行走向和垂直走向两种, 穿孔用 KQ-150 型潜孔凿岩机,采装工作用 1m3 、2m 3 电动挖掘机,工作面 运输用汽车,汽车型号选型同开拓运输的汽车。 隐晶质石墨矿多产于接触变质煤系变质页岩中,矿体呈 层状、似层状、带状及透镜状,矿石呈土状,松软、易碎、 滑腻。地下开采的采矿方法,鲁塘石墨矿和磐石石墨矿由于 矿石及围岩的稳固性差,因此均采用崩落采矿法。鲁塘石墨 矿结合矿石和围岩的特性,经过多年的实践,创造性地采用 无底柱倾斜分段崩落法,在采准及回采工艺方面利用了矿石 的滑腻性、摩擦角小的特点,将所有巷道都做成倾斜的,见 下图,放矿溜井的倾角为 42 °,每隔 7m 掘进的分段联络道 倾角为 18 °~20 °,分段斜巷倾角为 18 °~20 °,回采进路倾 角为 10 °~11 °。分段联络道、 分段斜巷及回采进路的底板铺 25 设搪瓷溜槽,矿石顺着溜槽自溜滑行至放矿溜井中,整个回 采工艺不再设其他装运设备,这种方法与一般的无底柱分段 崩落法相比,设备简单,装运费省,容易掌握。矿块生产能 力为 36t/d ,工作面工效为 3.35 t/( 工 ?班) 。 26 五、石墨选矿与加工 (一)石墨选矿加工方法 1、晶质石墨的选矿加工方法 晶质石墨天然可浮性较好,在中国基本上都是采用浮选 方法进行选矿。由于石墨鳞片的大小是其最重要的质量指标 之一,因此在选别方法上采用多段磨矿、多次选别的工艺以 便尽早选出大鳞片石墨。浮选常用捕收剂为煤油、柴油等, 起泡剂为二号油、四号油等,调整剂为石灰、碳酸钠,抑制 剂为水玻璃。 2 、隐晶质石墨选矿加工方法 隐晶质石墨晶体极小,故也叫微晶石墨,石墨颗粒常常 嵌布在粘土中,分离很困难。由于原矿品位高 ( 一般含碳 60% ~80%) ,因此许多石墨矿山将采出的矿石直接进行粉碎 加工,出售石墨粉产品。湖南鲁塘石墨矿曾于 50 年代建立 浮选厂浮选微晶石墨,但因成本太高而停产。目前一些单位 仍在进行微晶石墨浮选新工艺 (如油团聚浮选等 ) 的研究。 3 、石墨产品的提纯加工 现代工业对石墨产品要求向两方面发展:一是要求晶体 大鳞片达到高纯, 二是要求石墨产品颗粒达到超微细 (如小于 1 μm 或 0.5 μm) 。中国已在南墅、北墅、柳毛、兴和等石墨 选厂建立了石墨提纯和微细粉加工生产线,提纯方法主要是 化学提纯。石墨化学提纯最成熟的工艺是利用苛性碱与石墨 27 在 700 ℃下熔融后,经洗涤到中性,再加盐酸处理、洗涤, 使石墨含碳量达到 98% ~99% 。也有厂家采用氢氟酸处理生 产高纯石墨。 (二)工艺流程 1、晶质石墨选矿流程 由于石墨矿石的硬度一般为中硬或中硬偏软,品位一般 在 2% ~ 10% 之间,破碎流程比较简单,常采用三段开路、 两段开路或一段破碎流程。以加工风化矿为主的中小矿山, 则不经破碎而直接送入球磨。浮选工艺流程一般为多段磨 矿、多段选别、中矿顺序 (或集中 )返回的闭路流程。多段流 程有三种形式,即精矿再磨、中矿再磨和尾矿再磨。晶质石 墨多采用精矿再磨流程,正常情况下选矿作业回收率可达 80% 左右。有些矿山也曾尝试中矿再磨流程, 但效果不明显。 个别小厂也有采用开路或半开路浮选流程,因丢弃尾矿点过 多。选矿回收率很低,一般只有 40% ~50% 。 2. 隐晶质石墨选矿加工流程 虽然隐晶质石墨矿石品位较高,但难以分选。在中国, 通常都是将开采出来的石墨矿石经过简单的手选后,直接粉 碎成产品出售。一般流程为:原矿→粗碎→中碎→烘干→磨矿 →分级→包装。 (三)常用技术设备 晶质、非晶质石墨矿石粗碎多采用颚式破碎机,中、细

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