第一節(jié) 產(chǎn)品定義及發(fā)展歷程

1、定義

可膨脹石墨又稱氧化石墨或酸化石墨，由天然晶質(zhì)鱗片石墨經(jīng)酸性氧化劑處理后得到的一種石墨層間化合物(Graphite Intercalation Compoumds，簡(jiǎn)寫GICS)它以鱗石墨為原料，經(jīng)化工處理生成層間化合物。在800-1000℃的高溫下，層間化合物變成氣體，使鱗片石墨膨脹二百倍左右，使石墨層間隔沿與層面垂直方向膨脹，是一種新型碳素材料。

2、發(fā)展歷程

在l9世紀(jì)50年代，人們陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維。60年代初，Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用后加熱，發(fā)現(xiàn)了膨脹石墨。

70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。

80年代以后，人們利用膨脹石墨優(yōu)良的吸附性能，尤其是它具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)有機(jī)化合物具有強(qiáng)大的吸附能力，將其廣泛設(shè)計(jì)成各種工業(yè)油脂和工業(yè)油料的吸附劑。

可膨脹石墨因其疏松多孔和富有彈性的特點(diǎn)，在高溫，高壓或輻射條件下工作，不發(fā)生分解，變形或老化，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。可膨脹石墨的誕生，宣告化工密封領(lǐng)域內(nèi)古板時(shí)代的結(jié)束。目前，眾多國家就相繼展開了膨脹石墨的 研究 和開發(fā)，并且在各行各業(yè)中取得了重大的科研突破。

第二節(jié) 產(chǎn)品特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 分析

1、特點(diǎn)

可膨脹石墨具有可膨脹、耐熱、耐放射性、耐腐蝕、耐氧化、密封性、自潤滑和不滲透等特性，具體的說：

膨脹石墨極易吸附油類、有機(jī)分子及疏水性物質(zhì)，用于水環(huán)保處理有著其它物質(zhì)不可替代的效果。

無輻射無污染。可膨脹石墨不含對(duì)人體有害的成份，而石棉制品卻具有輻射人體的危害，并且也會(huì)污染環(huán)境。

耐高溫。可膨脹石墨增強(qiáng)復(fù)合墊片能耐1650℃的高溫，即使化工設(shè)備熔化，它仍安然無恙。而石棉制品在500℃時(shí)內(nèi)部的結(jié)晶水就要分解出來，使自身粉化，失去功效。

適用范圍廣?？膳蛎浭藦?qiáng)氧化性酸之外，能耐及大多數(shù)的化工介質(zhì)，包括用于放射性化工介質(zhì)，而石棉制品適應(yīng)性差，不能用于放射性介質(zhì)。一些化工塔器、換熱器等，要求連接部位不隔熱，可膨脹石墨能做到，石板制品則不能。

使用簡(jiǎn)便快捷?？膳蛎浭膲|片系數(shù)只有石棉制品的一半，也就是說，要達(dá)到同密封效果，上緊螺絲的力量可以小得多?？膳蛎浭邆渖鲜雒黠@的特性外，還具有壓縮性、加彈性好、抗氧化性的特點(diǎn)，具有極強(qiáng)的自潤性和可塑性，同時(shí)具有良好的導(dǎo)電、比重大、密度高等特點(diǎn)，可制作各種調(diào)整柴油機(jī)、壓縮機(jī)等各類管道、法蘭墊片等。

2、應(yīng)用領(lǐng)域

(1)密封 行業(yè)

20世紀(jì)60年代后期，美國聯(lián)碳公司用膨脹石墨制成密封材料，從而誕生了第二代密封材料。1971年美國洛克惠爾閥門工程設(shè)計(jì)中心為解決原子能閥門泄漏問題，對(duì)美國九家公司生產(chǎn)的16種不同類型的密封填料在64個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，膨脹石墨密封效果最佳，從此，美、日、法、德等發(fā)達(dá)國家進(jìn)一步深入 研究 ，促進(jìn)了膨脹石墨密封材料的迅速發(fā)展，成為世界上一種新型高效節(jié)能密封材料。我國于1978年開始研制膨脹石墨及其制品，近幾年發(fā)展速度也很快。由于它獨(dú)具質(zhì)地柔軟，壓縮性和回彈性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而作為密封材料在我國很快得到推廣和應(yīng)用。它可以代替石棉、橡膠、聚四氟乙烯、金屬等傳統(tǒng)密封材料，能較理想地解決設(shè)備的跑冒滴漏問題，對(duì)于提高三大效益，尤其是環(huán)境效益，作用也越來越大。

(2) 鋼鐵工業(yè)

不同膨脹倍率的可膨脹石墨，是煉鋼廠配制各種不同型號(hào)防氧保溫發(fā)熱劑的主要原料之一，對(duì)降低鋼坯縮孔切頭率，提高鋼錠的成材率有較顯著的經(jīng)濟(jì)效果。

(3) 電池材料

在可充鋅錳電池的鋅陽極中添加膨脹石墨可以減小鋅陽極充電時(shí)的極化，增強(qiáng)電極及電解液的導(dǎo)電性，抑制枝晶的形成，并且能提供良好的成型特性，抑制陽極的溶解和變形，延長電池壽命。另外鋰可以通過氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)及鋰鹽電解法與石墨形成GIC，這種GIC具有較低的電極電位和良好的嵌脫可逆性。日本三洋公司利用鋰型GIC作負(fù)極生產(chǎn)出鋰離子電池，循環(huán)壽命達(dá)到500次，比能量達(dá)到261W·h/L。

(4) 環(huán)保產(chǎn)業(yè)

可膨脹石墨經(jīng)高溫膨脹后得到的膨脹石墨具有豐富的孔結(jié)構(gòu)，因此具有優(yōu)良的吸附性能，利用其對(duì)污染物的吸附，可以達(dá)到治理污染的目的。有報(bào)道稱，1g膨脹石墨可吸附80g以上的重油。1997年，日本福岡近海油輪泄漏，試用膨脹石墨清除，取得了很好的效果。膨脹石墨又是一種良好的微生物載體，在工業(yè)廢水的治理中，也有廣泛的應(yīng)用前景。

(5) 生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)

在生物醫(yī)學(xué)材料上，清華大學(xué)等應(yīng)用膨脹石墨制作醫(yī)用敷料替代醫(yī)用紗布，經(jīng)過大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及一百多例臨床實(shí)驗(yàn)，證明比傳統(tǒng)紗布引流好，有明顯的抗感染、抑菌、消炎作用。目前這一科研成果已取得發(fā)明專利權(quán)。

(6) 隔熱隔音材料

可膨脹石墨膨脹容積大，可達(dá)350mL/g，并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，氧化溫度高，安全性好，是理想的隔熱(保溫)、隔音材料。國外有的高檔建筑、客輪的墻壁材料中夾一層一定膨脹容積的可膨脹石墨，以起到保溫、隔音作用，且在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，也有阻止火勢(shì)蔓延的作用。

(7) 防火安全材料

利用可膨脹石墨遇溫膨脹的特性，國外已于機(jī)艙座椅的夾層中添加部分可膨脹石墨，或?qū)⑵渲瞥煞阑鹈芊鈼l、防火包，可塑型防火堵料、阻火圈等，一旦起火迅速膨脹，膨脹石墨占據(jù)空間、堵塞火災(zāi)蔓延通道，達(dá)到滅火目的。

(8)屏蔽材料

膨脹石墨粉碎成微粉，對(duì)紅外波有很好的散射吸收特性，是很好的紅外屏蔽(隱身)材料，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的光電對(duì)抗中有重要作用。

(9) 新型石墨發(fā)熱材料

膨脹石墨板材具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能、電熱轉(zhuǎn)換率在97%以上，在換熱方式一定條件下，發(fā)熱體表面溫度恒定，在控制溫度范圍內(nèi)可隨意設(shè)定不再升溫。在工作狀態(tài)下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、壽命長，且能產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線，是一種新型的石墨發(fā)熱材料。

可用作取暖器，各種廚具、電熱器具的加熱元件，也可用于工業(yè)電熱加熱：如烤漆、噴塑、印染、中草藥、食品、機(jī)械及各種保溫、干燥設(shè)備的加熱。另外利用其可產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外光譜的特性，在醫(yī)療保健方面也有應(yīng)用，已成功的例子是我公司研制的保健床、保健枕等，用以治療頸椎病、肩周炎、腰痛、軟組織損傷、腰肌勞損等，總有效率達(dá)90%以上。

(10) 催化材料：用于原子反應(yīng)堆作催化劑。

第三節(jié) 產(chǎn)業(yè)鏈概述

一、在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置

（一）上游

天然石墨 行業(yè)

1、現(xiàn)狀

我國天然石墨工業(yè)于上世紀(jì)80年代初形成了比較完整的生產(chǎn)、加工體系。1989年生產(chǎn)銷售達(dá)到頂峰，1990年以后逐步下滑，2002年陷入谷底，2003年下半年開始回彈，到2007年天然石墨的出口出現(xiàn)了前所未有的高漲。

盡管國家為保護(hù)環(huán)境和石墨資源，分別于2002年5月、2004年1月起對(duì)天然石墨出口實(shí)行“預(yù)核簽章”管理和取消出口退稅，于2005年底發(fā)布了《關(guān)于控制部分高耗能、高污染、資源性產(chǎn)品出口有關(guān)措施的通知》，于2007年7月份起對(duì)天然石墨出口臨時(shí)征收10%的關(guān)稅，隨后又降低了膨脹石墨出口退稅率。1 行業(yè) 現(xiàn)狀

石墨是中國的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源。世界天然石墨儲(chǔ)量8600萬噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量28686萬噸。已發(fā)現(xiàn)石墨資源相對(duì)集中分布在中國、捷克、墨西哥、巴西、朝鮮、印度和馬達(dá)加斯加。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表示，中國晶質(zhì)石墨儲(chǔ)量3085萬噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量5280萬噸；隱晶質(zhì)石墨儲(chǔ)量1358萬噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量2371萬噸，中國石墨儲(chǔ)量占世界的70%以上。

中國的天然石墨產(chǎn)量最大，占全球產(chǎn)量的70%，其次是印度，占世界產(chǎn)量的12.5%，這說明中國引導(dǎo)著天然石墨生產(chǎn)的主流，對(duì)國際石墨市場(chǎng)供給起著舉足輕重的作用，是地道的石墨生產(chǎn)大國。

但中國天然石墨消費(fèi)目前仍處于低水平狀態(tài)，其主要消費(fèi)領(lǐng)域?yàn)椋轰撹F和鑄造業(yè)、耐火材料、電導(dǎo)材料、鉛筆芯、化工及汽車制造方面的石墨密封材料。目前中國石墨消費(fèi)結(jié)構(gòu)大體上是：耐火材料10％，煉鋼工業(yè)30％，鉛筆芯制造15％，電導(dǎo)材料10％，密封材料10％。此外，顯像管石墨乳、拉絲石墨乳、模鍛石墨乳、節(jié)能添加劑及其他25%。

中國石墨消費(fèi)結(jié)構(gòu)情況示意圖

2、生產(chǎn)能力

中國主要國有石墨礦山企業(yè)目前有40余個(gè)，其他經(jīng)濟(jì)類型石墨礦山企業(yè)有 100余個(gè)，一般規(guī)模較小。

3、產(chǎn)量

中國是世界上最大天然石墨生產(chǎn)國，2008年石墨生產(chǎn)達(dá)到165萬噸。中國的生產(chǎn)約占世界總產(chǎn)量的55%。除天然石墨外，世界許多國家還生產(chǎn)人造石墨。2008年的產(chǎn)量比2007年的150多萬噸，增加12多萬噸，約增加8%。對(duì)石墨 行業(yè) 來講，是一次大的發(fā)展。

2000-2008年中國石墨產(chǎn)量及增長趨勢(shì)圖

                                                                               單位：萬噸

鱗片狀石墨礦石結(jié)晶較好，晶體粒徑大于1μm，一般為0.05-1.5mm，大的可達(dá)5-10mm，多呈集合體。鱗片石墨礦石按其所賦存巖石的巖性不同，分片麻巖型、片巖型、透輝巖型、變粒巖型、混合巖型、大理巖型及花崗巖型等七種，前六種礦石類型產(chǎn)于區(qū)域變質(zhì)成因礦床中，后一種礦石類型則產(chǎn)于巖漿熱液成因礦床中。2000年以來，由于浮選礦技術(shù)及機(jī)械設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，鱗片石墨產(chǎn)量不斷增長，具體如下圖所示：

2000-2008年中國鱗片石墨產(chǎn)量增長趨勢(shì)圖

                                                                                         單位：萬噸

4、預(yù)測(cè)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，尤其是發(fā)展中國家，如印度、土耳其、中東、東歐各國鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，以及俄羅斯境內(nèi)石墨礦關(guān)閉等因素的影響，預(yù)計(jì)石墨出口量仍將繼續(xù)平穩(wěn)增長，但這種純粹數(shù)量的增長并不容樂觀。

國家采取的種種控制石墨出口的措施都將增加出口成本，加上生產(chǎn)成本增加，石墨出口的利潤可能會(huì)越來越低。另外，由于燃油漲價(jià)、運(yùn)費(fèi)上調(diào)、技術(shù)壁壘的下降等因素的影響，國外會(huì)傾向于直接進(jìn)口鎂碳磚，而不再進(jìn)口石墨。

如果再考慮國際耐火材料生產(chǎn)企業(yè)為降低成本遲早會(huì)直接落戶中國，國外在這方面對(duì)石墨的需求會(huì)漸漸減少。但是，一些新的領(lǐng)域，如燃料電池對(duì)石墨的需求將會(huì)逐步增加，二者平衡石墨出口的增長可能在幾年后出現(xiàn)下滑情況。

未來幾年，中國有望繼續(xù)保持晶質(zhì)石墨在日本、韓國、美國和西歐市場(chǎng)上的份額，并且還可以增加石墨制品及隱晶質(zhì)石墨出口。

（二）下游

1、密封 行業(yè)

密封 行業(yè) 20世紀(jì)60年代后期，美國聯(lián)碳公司用膨脹石墨制成密封材料，從而誕生了第二代密封材料。1971年，美國洛克惠爾閥門工程設(shè)計(jì)中心為解決原子能閥門泄漏問題，對(duì)美國九家公司生產(chǎn)的16種不同類型的密封填料，在64個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：膨脹石墨密封效果最佳。從此，美、日、法、德等發(fā)達(dá)國家進(jìn)一步深入 研究 ，促進(jìn)了膨脹石墨密封材料的迅速發(fā)展，成為世界上一種新型高效節(jié)能密封材料。

我國于1978年開始研制膨脹石墨及其制品，近幾年發(fā)展速度也很快，由于它獨(dú)具質(zhì)地柔軟壓縮性和回彈性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而作為密封材料在我國很快得到推廣和應(yīng)用。它可以代替石棉、橡膠、聚四氟乙烯，金屬等傳統(tǒng)密封材料，能較理想地解決設(shè)備的跑、冒、滴、漏問題，對(duì)于提高三大效益，尤其是環(huán)境效益作用越來越大。對(duì)于膨脹石墨的需求也呈升趨勢(shì)。

2、阻燃防火 行業(yè)

1）防火密封條

由于可膨脹石墨的膨脹性、耐高溫性及絕熱性，使其成為優(yōu)良的密封材料，并被廣泛使用。目前主要有兩種形式：第一種是將可膨脹石墨與橡膠材料、無機(jī)阻燃劑（氫氧化鋁）、促進(jìn)劑、硫化劑、補(bǔ)強(qiáng)劑等進(jìn)行混煉、成塑制成各種規(guī)格的膨脹密封條。主要用于防火門、防火玻璃窗等場(chǎng)合。這種密封條在火災(zāi)中具有自始至終阻隔煙氣流動(dòng)的作用。另一種是以玻璃纖維為載體使用某種粘合劑將可膨脹石墨粘合在載體上，它主要應(yīng)用于防火門的制造。

2）防火包、防火堵料、防火圈

因?yàn)榭膳蛎浭诟邷貤l件下具有較高的膨脹率，可制作防火包、防火堵料，作為有效的膨脹阻燃材料，用于建筑中的防火封堵。如密封建筑管道，在電纜、煤氣管道失火時(shí)防止火災(zāi)蔓延。

3）防火板

由于可膨脹石墨密度小，晶體穩(wěn)定，常用于防火板材的混合料中，目的在于增加板材的防火性能，減小板材的密度，增強(qiáng)隔熱性能。膨脹石墨常被研制成薄片使用，這種材料可用于制作墻面和其他可燃基材的阻燃面板，在這種用途中，細(xì)小尺寸的天然鱗片石墨顆粒可作為初始原料直接壓制成板，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，細(xì)小顆粒的石墨可膨脹形成較密實(shí)的防火阻隔層。

4）阻燃涂料
近年來，可膨脹石墨正嘗試應(yīng)用在阻燃涂料中，它可賦予涂料優(yōu)異的受熱膨脹性。美國近來提出一種由纖維增強(qiáng)材料、可膨脹石墨、固體吸熱材料、聚合物粘結(jié)劑等組成的阻燃涂料，可用于纖維板、木板的陰溝涂布。該涂料克服了以往涂料易產(chǎn)生煙氣的不足。在火災(zāi)中可迅速膨脹形成輕質(zhì)碳層，而放出的毒氣（如：SO2、NO等）較少。可有效的對(duì)基材進(jìn)行防火保護(hù)。但石墨表面的黑色限制了它的推廣使用。通過表面改性以改變其顏色，增加涂料的色彩品種，使其顏色能為大眾接受，是該 研究 的焦點(diǎn)問題。

5）阻燃塑料

可膨脹石墨炭形成的膨脹炭化層具有優(yōu)良的隔熱性能、耐高溫性能?？膳蛎浭瞧駷橹拱l(fā)現(xiàn)的僅有的可用于苛刻條件下并具有足夠膨脹強(qiáng)度的膨脹劑?？膳蛎浭谧枞妓芰现械膽?yīng)用主要是利用了可膨脹石墨的膨脹性和絕熱性。如：分散在聚氨酯泡沫中石墨片的膨脹作用可阻止燃燒、減弱火勢(shì)，同時(shí)也起到隔熱的作用。

目前，已經(jīng)大量報(bào)道了可膨脹石墨用于阻燃聚氨酯、阻燃聚烯烴、阻燃橡膠、阻燃聚苯烯塑料、阻燃碳酸酯齊聚物、阻燃瀝青及阻燃電纜等方面。

3、電池材料 行業(yè)

在可充鋅錳電池的鋅陽極中添加膨脹石墨，可以減小鋅陽極充電時(shí)的極化，增強(qiáng)電極及電解液的導(dǎo)電性，抑制枝晶的形成，并且能提供良好的成型特性，抑制陽極的溶解和變形，延長電池壽命。另外，鋰可以通過氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)及鋰鹽電解法，與石墨形成GIC。這種GIC具有較低的電極電位，和良好的嵌脫可逆性。日本三洋公司利用鋰型GIC作負(fù)極生產(chǎn)出鋰離子電池循環(huán)壽命達(dá)到500次比能量達(dá)到261W h/L。

4、新型發(fā)熱材料 行業(yè)

可膨脹石墨板材具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，電熱轉(zhuǎn)換率在97%以上，在換熱方式一定條件下，發(fā)熱體表面溫度恒定在控制溫度范圍內(nèi)，可隨意設(shè)定不再升溫。在工作狀態(tài)下，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫壽命長，且能產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線，是一種新型的石墨發(fā)熱材料。

可用作取暖器，各種廚具電熱器具的加熱元件，也可用于工業(yè)電熱加熱，如烤漆、噴塑、印染、中草藥食品機(jī)械及各種保溫干燥設(shè)備的加熱。另外，利用其可產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外光譜的特性，在醫(yī)療保健方面也有應(yīng)用已成功的例子，如：保健床保健枕等，用以輔助治療頸椎病，肩周炎，腰痛，軟組織損傷，腰肌勞損等。

二、相關(guān) 行業(yè) 簡(jiǎn)述

1、生物醫(yī)學(xué) 行業(yè)

在生物醫(yī)學(xué)材料上，應(yīng)用膨脹石墨制作醫(yī)用敷料，替代醫(yī)用紗布，經(jīng)過大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床實(shí)驗(yàn)證明，用膨脹石墨制作的醫(yī)用敷料，比傳統(tǒng)紗布有明顯的抗感染、抑菌、消炎作用。

2、鋼鐵工業(yè)

不同膨脹倍率的可膨脹石墨，是煉鋼廠配制各種不同型號(hào)防氧保溫發(fā)熱劑的主要原料之一，對(duì)降低鋼坯縮孔切頭率，提高鋼錠的成材率，有較顯著的經(jīng)濟(jì)效果。

3、屏蔽材料

膨脹石墨粉碎成微粉，對(duì)紅外波有很好的散射吸收特性，是很好的紅外屏蔽隱身材料，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的光電對(duì)抗中有重要作用。

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