我国虽然是石墨大国,但不是石墨强国
碳素材料是一种古老的材料,又是一种新型材料。早在史前,人类就与炭物质发生了关系。公元前 8000 年,人类就已经将木炭用于取暖、煮食等;公元前3000 年开始,有色金属冶炼就用炭加热或还原制取金属;公元 2 世纪,中国汉代已经开始用煤烟制墨,16 世纪中国明代的冶炼工业已用天然石墨和粘土制成耐火坩锅,这是人类早的碳素制品。
虽然人类很早就利用碳素材料,但从原始、粗糙的碳素材料发展到近代的、高质量的工业碳素材料,从世界范围看也仅有一百多年的历史。
1842 年德国人本生(R.H.Bunsen)用 2 份能结焦的煤粉和 1 份焦炭粉混合在钢模中加压成型,然后焙烧制成炭质电极,这是近代碳素制品工业的先驱。此后,伴随着冶金、电化学、电器机械等行业的发展,碳素材料开始得到开发利用,尤其在这段时间后期人们进行了大量的有关电能利用的开拓性工作。
1896 年,爱迪生的学生艾奇逊(E.G.Acheson)利用其发明的“箱式电阻炉”制造出第一只人造石墨电极,使得碳素材料从碳质跨越到石墨质,此后逐步利用其导电性、耐腐蚀性、耐热性、润滑性和导热性等特性,在炼钢电极、电解板、发热体、坩埚、电刷、密封圈等石墨制品方面取得突破性进展,并作为工业材料被广泛应用在炼钢、制碱、电气以及机械等领域。
我国是石墨生产和出口大国,同时也是进口大国,大部分以中碳或高碳形式直接出口,而高、精、尖工艺需要的石墨产品大部分从国外进口。一些发达国家把石墨列入战略储备资源,严格限制其开采、加工与出口,并且对石墨研发技术做了严格的保密规定。我国虽然是石墨大国,但不是石墨强国。目前仅能加工初级产品,缺少高附加值精深加工石墨产品及制品,石墨高技术产品需要大量进口,进口价约为出口价格的 24.6 倍。
中国碳素工业起步较晚但发展较快。中国规模以上石墨及碳素制品企业较多,集中度低。截至2016年末,中国规模以上石墨及碳素制品企业达871家,销售收入排名前十的企业销售收入总额仅占全行业的13.46%。从世界石墨及碳素制品市场的发展趋势和竞争格局来看,未来我国石墨及碳素制品行业将逐步向大集团集中,石墨及碳素制品行业的集中度将会进一步提高。
我国石墨及碳素制品行业,一方面低端产品产能过剩、市场供大于求,如普通功率石墨电极、铝用阳极和普通阴极炭块等;另一方面高技术含量、高附加值的产品,如大规格大功率炭电极、核石墨、航空航天用石墨和各领域用特种石墨及炭复合材料等又有相当数量的缺口。石墨及碳素制品行业产品结构不合理的深层次原因在于技术开发投入不足,产业自主创新和技术集成创新能力弱,产品结构的优化升级缺乏强有力的技术支撑。
碳素材料具有电和热的良传导性、电特性、润滑性、高温特性、耐化学腐蚀性、耐热性、耐高温热剥落性、电化学性能等基本特性。碳素尤其是特种石墨已经成为现代工业不可或缺的重要物料和工业材料,依靠其固有特性,经常以基础原料、模具、用具、部件、构件以及结构材料等形式被广泛应用在各种行业不同环境、不同生产条件的工业产品制造过程。碳素行业是一个非常多元化的产业,既有传统工业的基础,又具备高技术、高科技发展的机遇和空间,行业发展前景长期向好。
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