我國煤系石墨資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及對策建議探討

王德利， 任 輝， 張宇航， 王桂香， 鄭厚義， 王開來， 文 明

(1.中化地質(zhì)礦山總局，北京100013；2.中國煤炭地質(zhì)總局，北京100038；3.中化地質(zhì)礦山總局河南地質(zhì)局，鄭州 450000；4.中煤礦業(yè)集團有限公司 北京100038；5.五礦勘查開發(fā)有限公司，北京100010)

0 引言

石墨是碳元素的一種同素異形體，具有耐高溫、抗腐蝕、導熱、導電等物理化學性能，廣泛應用于冶金、電子、電池、核工業(yè)、國防軍工、航天等行業(yè)，是當今高新技術發(fā)展中不可或缺的非金屬材料。根據(jù)天然石墨礦產(chǎn)不同結晶形態(tài)，可將天然石墨礦產(chǎn)分為晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨。

煤系石墨，也稱煤成石墨或煤基石墨，源自于煤，多為煤或煤系碳質(zhì)頁巖等受巖漿熱接觸變質(zhì)或者構造變質(zhì)作用而形成的，大部分為隱晶質(zhì)石墨，局部見晶質(zhì)石墨。煤系石墨礦與晶質(zhì)石墨礦相比，具有固定碳含量高、礦體集中、開發(fā)容易等特點[1-4]。煤系石墨礦床與煤層為同層異礦，一般為煤層受淺部區(qū)域變質(zhì)或接觸變質(zhì)作用形成，礦區(qū)常見巖漿侵入體。目前，以吉林省磐石縣仙人洞石墨礦、湖南省郴州市魯塘地區(qū)石墨礦和福建省大田縣瓊口石墨礦最為典型。

煤系石墨資源的勘查、開發(fā)和利用可提升石墨資源需求的戰(zhàn)略保障能力，從材料加工和高端應用兩方面為石墨產(chǎn)業(yè)提供保障資源，夯實石墨產(chǎn)業(yè)上游的資源基礎，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 煤系石墨資源勘查開發(fā)現(xiàn)狀

我國是世界上石墨礦床主要分布區(qū)，石墨資源主要賦存在東部環(huán)太平洋構造帶和祁連-秦嶺-淮陽成礦帶上，儲量占世界總量的77.5%，居世界首位[4]。我國煤系石墨資源潛力巨大，己查明的煤系石墨支撐著我國每年一半以上的石墨產(chǎn)量，主要分布在我國東、中部，具有東多西少、南多北少的基本規(guī)律。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年開采的煤系石墨礦中有大約50%被當作燃料利用，造成資源的極大浪費[5]。據(jù)自然資源部2018年發(fā)布的《全國礦產(chǎn)資源儲量通報》統(tǒng)計，全國石墨查明資源量為5.38億t，晶質(zhì)石墨4.25億t、隱晶質(zhì)石墨1.13億t。內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省和湖南省的隱晶質(zhì)石墨資源量位于全國前三位(表1)。如果將煤系石墨粗略地等同于隱晶質(zhì)石墨，則煤系石墨占我國石墨查明資源儲量的18%(因缺乏科學鑒定煤系石墨的指標，存在大量煤系石墨被認定為無煙煤的情況，造成煤系石墨資源儲量被嚴重低估的現(xiàn)實)。吉林省磐石市已發(fā)現(xiàn)6處隱晶質(zhì)石墨礦區(qū)，基礎儲量946萬t。湖南省已發(fā)現(xiàn)5處隱晶質(zhì)石墨礦區(qū)，主要集中在郴州市荷葉礦區(qū)和魯塘礦區(qū)。2011年，南方石墨有限公司進駐湖南省郴州市魯塘石墨礦區(qū)，投資約40億元，建設原礦生產(chǎn)基地、石墨精深加工項目、新材料工程技術研發(fā)中心和石墨烯產(chǎn)業(yè)園等項目，努力打造集原礦生產(chǎn)、新材料產(chǎn)品研發(fā)、石墨精深加工、物流貿(mào)易等于一體的石墨產(chǎn)業(yè)集群。

表1 全國主要省區(qū)隱晶質(zhì)石墨資源儲量統(tǒng)計[1]Table 1 Statistics of aphanitic graphite resource reservesin main provinces and regions[1]

近年來，隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，石墨應用領域不斷拓寬，加之煤系礦產(chǎn)綜合開發(fā)利用工作不斷推進，煤系石墨資源評價及勘查日益得到重視，煤系石墨礦產(chǎn)資源在評價方法、成礦機制、賦存規(guī)律和鑒別指標研究等方面都取得了重要進展，內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西、福建、江西等地區(qū)找礦評價獲得重要發(fā)現(xiàn)。內(nèi)蒙古扎魯特旗板子廟礦區(qū)勘查新增煤系石墨固定碳資源量2 220余萬t[6]、陜西省鳳縣巖灣礦區(qū)外圍探獲煤系石墨資源量約7 000萬t[7]；由福建省煤田地質(zhì)局具體實施并提交的《福建省煤系石墨賦存規(guī)律及資源評價成果報告》首次提出了以固定碳、揮發(fā)分、H/C原子比和Romax作為劃分無煙煤、半石墨和石墨的基礎指標，建立了煤系石墨鑒定方法體系，劃分了福建省煤系石墨六大遠景區(qū)，預測煤系石墨資源量達8 700萬t[8]；煤系石墨礦產(chǎn)在江西省贛南市崇義礦區(qū)的發(fā)現(xiàn)，將贛南、粵北、閩西南、湘中南煤系石墨礦產(chǎn)地連為一片，大大拓寬了煤系石墨在華南賦煤區(qū)的找礦范圍[9]；自然資源部委托中國煤炭地質(zhì)總局、中國礦業(yè)大學等開展了《煤系石墨鑒定標準與鑒定方法》《煤系石墨分析方法》《煤系石墨資源調(diào)查評價規(guī)范》等標準制定工作，已取得初步成果；曹代勇等將我國劃分為環(huán)太平洋煤系石墨成礦域、燕山-陰山煤系石墨成礦域、秦嶺-大別煤系石墨成礦域、南嶺煤系石墨成礦域4個成礦域和黑吉東部煤系石墨成礦帶、閩西南煤系石墨成礦帶、內(nèi)蒙古扎魯特旗煤系石墨成礦帶、京西煤系石墨成礦帶、北秦嶺煤系石墨成礦帶、北淮陽煤系石墨成礦帶、湘中-湘南煤系石墨成礦帶、贛中-贛南煤系石墨成礦帶、粵北煤系石墨成礦帶9個煤系石墨成礦區(qū)帶[10]。

2 國家已出臺的相關政策

自2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，石墨資源產(chǎn)業(yè)的市場格局發(fā)生了翻天覆地的變化。近年來，我國愈加重視石墨資源的勘查、開發(fā)和利用，制訂和實施了一系列支持石墨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，對石墨資源產(chǎn)業(yè)和石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了非常重要的作用[8]。

1)2012年，工業(yè)與信息化部印發(fā)《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，提出高度重視石墨、稀土、螢石、石英砂、稀有金屬、貴金屬等我國具有優(yōu)勢的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的利用與保護，大力度推動戰(zhàn)略性礦種的戰(zhàn)略性儲備工作，…，合理規(guī)劃石墨、稀土等資源產(chǎn)業(yè)開發(fā)與利用規(guī)模，整頓規(guī)范戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)開發(fā)與利用秩序，提高資源的利用效率，依法打擊濫采亂挖、非法生產(chǎn)加工行為。

2)2012年，工業(yè)和信息化部制訂《石墨行業(yè)準入條件》(2012年第60號公告)，從建設條件、生產(chǎn)布局和生產(chǎn)規(guī)模、工藝與裝備、產(chǎn)品質(zhì)量、能源和水資源消耗、綜合利用、環(huán)境保護、安全生產(chǎn)、監(jiān)督管理等方面進行了約束。該條件對保護石墨資源，優(yōu)化資源配置，提高資源綜合利用水平，引導石墨行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展起到了一定作用。

3)2015年，國務院發(fā)布《關于印發(fā)<中國制造2025>的通知》(國發(fā)〔2015〕28號)，提出加強對顛覆性新材料的關注度, 尤其要做好超導材料、納米材料、石墨烯等戰(zhàn)略性前沿材料的提前布局和研制。確以石墨資源產(chǎn)業(yè)為基礎的石墨烯材料和納米材料等被列為四種戰(zhàn)略性前沿材料，制定了石墨烯產(chǎn)業(yè)2020年百億產(chǎn)值，2025年千億產(chǎn)值的目標。

4)2016年，國務院批復的《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》(國函〔2016〕178號)，首次將石墨資源的勘探、開發(fā)列入《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》，將晶質(zhì)石墨等24種礦產(chǎn)列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄，并指出要重點加強資源基礎好、國際市場競爭力強、市場潛力大的稀土、石墨和鋰等礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)與有效保護, 提升高端產(chǎn)業(yè)國際競爭力。

5)2017年，國務院印發(fā)《全國國土規(guī)劃綱要(2016—2030年)》(國發(fā)〔2017〕3號)，提出開發(fā)石墨等新型非金屬礦物材料，積極開發(fā)與利用戰(zhàn)略性新興礦產(chǎn)，加強重要優(yōu)勢礦產(chǎn)保護，對保護性開采特定礦種實行開采總量控制。

6)2017年，福建省發(fā)布《福建省石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2017—2025年)》和《關于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展六條措施》，提出依托福建省豐富的煤系石墨資源和廈門大學石墨烯工程與產(chǎn)業(yè)研究院爭創(chuàng)國家級創(chuàng)新平臺，在強化人才支撐、提升創(chuàng)新能力、加大金融支持、增強要素保障、培育壯大產(chǎn)業(yè)、營造發(fā)展環(huán)境等方面采取有力措施，在福州、廈門、泉州、三明等地創(chuàng)建國家級或省級石墨烯產(chǎn)品檢驗中心等創(chuàng)新平臺；重點培育形成50個以上創(chuàng)新人才領軍隊伍；引入石墨產(chǎn)業(yè)高新企業(yè)，致力石墨深加工，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，力爭到2025年福建省石墨烯及相關應用產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值突破500億元，帶動產(chǎn)業(yè)鏈超1 000億元。

7)2018年，國家發(fā)改委、商務部發(fā)布《2018年版外商投資準入特別管理措施(負面清單)》，取消石墨資源開采的外資準入限制。

8)2019年，工業(yè)和信息化部發(fā)布《石墨行業(yè)規(guī)范條件(征求意見稿)》，從保護性開發(fā)和高效利用石墨資源、推動技術創(chuàng)新、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構、保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展等方面提出了規(guī)范性文件。

3 存在的主要問題

目前，煤系石墨產(chǎn)業(yè)雖然己經(jīng)形成一定規(guī)模，能夠為石墨下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供支撐，但在資源評價、勘查、開發(fā)和利用過程中仍存在不少制約其發(fā)展的問題。

1)開展煤田地質(zhì)勘查工作時，相關地質(zhì)勘查工作者較少關注煤系石墨，很少深入研究煤系石墨成礦機制，嚴重影響了煤系石墨的評價和勘查工作，造成了資源的極大浪費[11-12]。

2)礦業(yè)權設置不合理。一些礦業(yè)權的設置與資源賦存狀況不相符合，沒有考慮礦種賦存的特殊性，存在“采大棄小，采富棄貧”的現(xiàn)象。同時，存在與其他礦種區(qū)域重疊設置的現(xiàn)象，易產(chǎn)生礦權糾紛[8,11]。

3)石墨資源不屬于國家嚴格限制勘查開發(fā)的礦產(chǎn)資源，市場準入門檻低[8,13]。

4)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和綜合利用。煤系石墨開采和初選相對簡單，在開發(fā)中未能做到統(tǒng)一規(guī)劃，礦山布局不合理，混亂開采現(xiàn)象嚴重，造成了大量的資源浪費和環(huán)境污染。

5)煤系石墨礦產(chǎn)調(diào)查和勘查程度低，資源量不可靠。沒有查清礦產(chǎn)資源賦存和資源量情況，在生產(chǎn)中不能綜合利用，造成資源的低效利用與嚴重浪費[8]。

6)煤系石墨資源評價、勘查規(guī)范缺失，煤系石墨鑒定標準和鑒定指標研究工作剛剛起步?，F(xiàn)行石墨勘查規(guī)范提出的工業(yè)指標不能科學地將煤系石墨與高變質(zhì)無煙煤區(qū)分開來[12]。

7)相關部門和地方政府監(jiān)管力度不夠，未形成有效的法律或經(jīng)濟手段。我國石墨礦山企業(yè)普遍為中小型，資金投入不足，技術、設備、采礦工藝比較落后，礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料、廢氣、廢水等廢物較多，廢物處理不當會對當?shù)乜諝狻⑺痢①Y源和環(huán)境造成極大的破壞[14-15]。

8)煤系石墨選礦、提純研發(fā)滯后。只有少量學者進行了煤系石墨選礦方面的研究，不過未能取得較好的成果。目前主要是酸洗法和高溫法，但是選礦效果依然不好，主要存在環(huán)境污染大、提純純度不高、高溫提純生產(chǎn)成本高等問題。

9)深加工工藝落后。產(chǎn)品主要集中在初級礦產(chǎn)品的加工和礦產(chǎn)品的低端應用領域，對高附加值產(chǎn)品技術和工藝的研發(fā)投入很少，嚴重制約了產(chǎn)業(yè)升級和良性發(fā)展，導致我國石墨市場處于低端產(chǎn)品供大于求，高端產(chǎn)品供不應求的尷尬狀況。

4 對策建議

煤系石墨具有礦體集中、固定碳高和易開發(fā)等特點，是天然石墨的重要組成部分，為滿足《中國制造2025》計劃的資源需求，更好地勘查、開發(fā)、利用好石墨資源，提出如下對策建議。

1)深入研究煤系石墨成礦機制和賦存規(guī)律，明確巖漿侵入、構造應力對煤石墨化的影響，建立煤系石墨與超級無煙煤的鑒別評價指標，制定煤系石墨資源的評價方法和資源量計算的準則，加強煤系石墨勘查評價，摸清資源家底。建議對4大煤系石墨成礦域開展全面的資源調(diào)查評價，重點對各賦煤單元高煤階煤產(chǎn)地進行逐一排查。

2)在全面資源調(diào)查評價工作的基礎上，考慮煤系石墨賦存的特殊性，合理規(guī)劃礦業(yè)權設置。充分發(fā)揮政府宏觀調(diào)控職能，按照“在保護中開發(fā)、在開發(fā)中保護”的原則，科學統(tǒng)籌資源開發(fā)、環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展的相互關系，實現(xiàn)煤系石墨資源科學、合理、有序開發(fā)；同時要注意對適宜進行煤制石墨的優(yōu)質(zhì)化工用煤進行保護性開發(fā)。

3)按照工信部發(fā)布的《石墨行業(yè)規(guī)范條件(征求意見稿)》和自然資源部等相關部門發(fā)布的法律、法規(guī)要求，相關部門和地方政府加強監(jiān)管，盡快形成有效的法律或經(jīng)濟手段，維護好煤系石墨資源勘查開發(fā)正常秩序。

4)建設煤系石墨開發(fā)利用實驗室。一方面，強化煤系石墨物理化學性質(zhì)研究，實現(xiàn)礦床資源分級分質(zhì)利用，提高資源利用率；另一方面，要在煤系石墨選礦、提純和深加工技術研究方面不斷加大科研投入，保障石墨產(chǎn)業(yè)升級和良性發(fā)展。

5)國家應出臺積極的政策，引導科研院所開展煤系石墨選礦、提純和深加工技術方面的研究，解決環(huán)境污染大、提純純度不高、高溫提純生產(chǎn)成本高等問題。