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我國石墨產業轉型升級的科技需求 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-01-04 15:11:31 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/遠志)在產業競爭日趨激烈且新需求不斷涌現的情況下,我國石墨產業正面臨著轉型升級的迫切需求。而要轉變我國石墨產業附加值低、利潤流失的“資源—產品—廢棄物”線性發展模式,就必須依靠科技創新,突破深加工技術瓶頸,通過深加工延長產業鏈進而走向價值鏈的高端,形成從采礦、選礦、提純、深加工到循環利用的全產業鏈的產業集群,實現我國石墨產業的轉型升級。
1 實現清潔高效開發
當前,我國石墨產業高能耗、高污染、低效率的問題依然嚴重。在采礦環節,小規模掠奪式開采模式普遍存在,開采技術力量薄弱,生產工藝落后,缺少專業化協作分工和規模效應,缺乏正規的礦山開采設計,采富棄貧現象嚴重,剝采比例嚴重失調,甚至只采不剝; 在選礦和提純環節,主要采用多級浮選法進行初選,再通過多級強酸強堿法進行提純,浮選和提純廢水含有大量劇毒有害物質,嚴重威脅地表水和地下水安全;在深加工環節,由于技術、工藝和裝備的落后導致深加工產品的技術標準不高、批次質量不穩定、效率低下;在尾礦環節,基本采取堆積的方式,不僅占用大量的地表面積,而且尾礦中有毒有害物質對水資源威脅巨大,缺乏資源綜合利用的系統考慮。
因此,實現石墨產業轉型升級首先就要實現清潔高效開發,這就需要在采礦環節開發能耗低、環境友好、生產能力強的綠色保護性開采技術和工藝,研制自動化、大型化的石墨礦專用開采裝備;在選礦環節,開發高效清潔且能保護石墨大鱗片的浮選技術及工藝,研制全流程自動化綠色選礦系統; 在提純環節,開發節能環保型提純技術工藝,研制配套的大型連續式提純關鍵裝備;在深加工環節,突出應用導向,充分利用高技術增加石墨產品的價值,增加深加工產品的比重,真正做到石墨產業的高效開發;在資源綜合利用環節,開發適用于石墨及伴生元素綜合回收技術、尾礦資源化利用技術、礦山生態治理與修復技術。
2 適應戰略性新興產業發展
2012年7月9日,國務院發布了《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》,對節能環保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車等戰略性新興產業進行了部署。鑒于石墨在新能源、節能環保等領域的廣闊應用前景,《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》的發布對我國石墨產業發展既是一個難得的機遇,也是一個重大的挑戰。
目前,我國天然石墨在大型動力型鋰離子電池和儲能型鋰離子電池中的使用尚處于研究開發階段,主要是在循環壽命、倍率特性與低溫性能等方面達不到動力電池負極材料要求,因此為了降低成本,急需研發符合要求的天然石墨基鋰離子電池負極材料; 我國只能生產低品質的各向同性石墨,高品質各向同性石墨完全依賴進口且受國外出口限制,我國大力發展核電的客觀需求使得高質量各向同性石墨的國產化的要求更加迫切;我國在柔性石墨密封材料上與國際水平的差距是高檔產品少、品牌效益差、缺乏明確的質量技術標準,需要對不同用途的柔性石墨密封材料研發通用級、高導熱級、核能級、緩蝕級、高純級等不同的技術標準。
因此,在新能源領域,我國石墨產業需要突破動力型和儲能型鋰離子電池用石墨負極材料的制備技術和成型技術,攻克核反應堆用各向同性石墨、鋰氟電池用氟化石墨的制備技術等。在節能環保領域,我國石墨產業需要突破低硫高抗氧化可膨脹石墨的制備技術,研制用于油污處理、污水凈化等民生領域的高效吸附材料,開發高強型、高導熱型、緩蝕型、超薄型、高純型、高導電型等系列高端柔性石墨密封材料制備技術、工藝及生產裝備。
3 創造新的應用需求
石墨產業作為典型的資源型原材料產業,其產業的轉型升級必須以應用為牽引,以提升自主創新能力為重點,充分依托全國科技和工業基礎,在基礎科學和核心關鍵技術取得重大突破的基礎上,開發新的產品,開拓新的應用領域,創造新的應用需求。目前,石墨烯是石墨產業最前沿的科技和產業概念之一,在電池材料領域如鋰離子電池正負極材料、燃料電池催化劑及其載體、超級電容器材料以及太陽能電池材料等方面已經取得了較大的進展,且很有希望成為最先獲得產業化應用的領域。但目前的研究多為將石墨烯與現有材料的復合,發揮石墨烯的優點以提高材料的宏觀性能,而針對石墨烯在相關領域的基礎研究相對薄弱,如石墨烯的嵌脫鋰機制、電催化過程中的作用機理、界面電荷輸運動力學、光電轉換增強機制等方面亟需開展系統深入的理論研究工作,進而拓展石墨烯的應用領域。
因此,我國石墨產業的轉型升級還需要不斷地創造新的應用需求,推動石墨產業持續向高端發展。這就需要跟蹤國外發達國家石墨應用領域的高技術發展態勢,積極研發具有自主知識產權的新技術、新工藝和新設備。根據國外石墨產業的發展趨勢和我國的現狀,需要突破石墨烯規模化制備技術,面向納米電路技術、石墨烯晶體管、石墨烯電容觸摸屏、新能源電池宏觀組裝、新型顯示技術、納米復合材料制備技術等領域開展石墨烯在新型功能復合材料中的應用研究; 突破浸硅石墨的規?;苽浼夹g,開發高導熱/導電/耐高溫石墨復合材料的制備工藝,攻克金屬/石墨的界面設計和調控技術等,進而創造更多的應用需求。
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