我国煤系石墨资源开发利用现状及对策建议探讨

王德利， 任 辉， 张宇航， 王桂香， 郑厚义， 王开来， 文 明

(1.中化地质矿山总局，北京100013；2.中国煤炭地质总局，北京100038；3.中化地质矿山总局河南地质局，郑州 450000；4.中煤矿业集团有限公司 北京100038；5.五矿勘查开发有限公司，北京100010)

0 引言

石墨是碳元素的一种同素异形体，具有耐高温、抗腐蚀、导热、导电等物理化学性能，广泛应用于冶金、电子、电池、核工业、国防军工、航天等行业，是当今高新技术发展中不可或缺的非金属材料。根据天然石墨矿产不同结晶形态，可将天然石墨矿产分为晶质石墨和隐晶质石墨。

煤系石墨，也称煤成石墨或煤基石墨，源自于煤，多为煤或煤系碳质页岩等受岩浆热接触变质或者构造变质作用而形成的，大部分为隐晶质石墨，局部见晶质石墨。煤系石墨矿与晶质石墨矿相比，具有固定碳含量高、矿体集中、开发容易等特点[1-4]。煤系石墨矿床与煤层为同层异矿，一般为煤层受浅部区域变质或接触变质作用形成，矿区常见岩浆侵入体。目前，以吉林省磐石县仙人洞石墨矿、湖南省郴州市鲁塘地区石墨矿和福建省大田县琼口石墨矿最为典型。

煤系石墨资源的勘查、开发和利用可提升石墨资源需求的战略保障能力，从材料加工和高端应用两方面为石墨产业提供保障资源，夯实石墨产业上游的资源基础，具有重要的现实意义。

1 煤系石墨资源勘查开发现状

我国是世界上石墨矿床主要分布区，石墨资源主要赋存在东部环太平洋构造带和祁连-秦岭-淮阳成矿带上，储量占世界总量的77.5%，居世界首位[4]。我国煤系石墨资源潜力巨大，己查明的煤系石墨支撑着我国每年一半以上的石墨产量，主要分布在我国东、中部，具有东多西少、南多北少的基本规律。据不完全统计，我国每年开采的煤系石墨矿中有大约50%被当作燃料利用，造成资源的极大浪费[5]。据自然资源部2018年发布的《全国矿产资源储量通报》统计，全国石墨查明资源量为5.38亿t，晶质石墨4.25亿t、隐晶质石墨1.13亿t。内蒙古自治区、吉林省和湖南省的隐晶质石墨资源量位于全国前三位(表1)。如果将煤系石墨粗略地等同于隐晶质石墨，则煤系石墨占我国石墨查明资源储量的18%(因缺乏科学鉴定煤系石墨的指标，存在大量煤系石墨被认定为无烟煤的情况，造成煤系石墨资源储量被严重低估的现实)。吉林省磐石市已发现6处隐晶质石墨矿区，基础储量946万t。湖南省已发现5处隐晶质石墨矿区，主要集中在郴州市荷叶矿区和鲁塘矿区。2011年，南方石墨有限公司进驻湖南省郴州市鲁塘石墨矿区，投资约40亿元，建设原矿生产基地、石墨精深加工项目、新材料工程技术研发中心和石墨烯产业园等项目，努力打造集原矿生产、新材料产品研发、石墨精深加工、物流贸易等于一体的石墨产业集群。

表1 全国主要省区隐晶质石墨资源储量统计[1]Table 1 Statistics of aphanitic graphite resource reservesin main provinces and regions[1]

近年来，随着石墨烯的发现，石墨应用领域不断拓宽，加之煤系矿产综合开发利用工作不断推进，煤系石墨资源评价及勘查日益得到重视，煤系石墨矿产资源在评价方法、成矿机制、赋存规律和鉴别指标研究等方面都取得了重要进展，内蒙古自治区、陕西、福建、江西等地区找矿评价获得重要发现。内蒙古扎鲁特旗板子庙矿区勘查新增煤系石墨固定碳资源量2 220余万t[6]、陕西省凤县岩湾矿区外围探获煤系石墨资源量约7 000万t[7]；由福建省煤田地质局具体实施并提交的《福建省煤系石墨赋存规律及资源评价成果报告》首次提出了以固定碳、挥发分、H/C原子比和Romax作为划分无烟煤、半石墨和石墨的基础指标，建立了煤系石墨鉴定方法体系，划分了福建省煤系石墨六大远景区，预测煤系石墨资源量达8 700万t[8]；煤系石墨矿产在江西省赣南市崇义矿区的发现，将赣南、粤北、闽西南、湘中南煤系石墨矿产地连为一片，大大拓宽了煤系石墨在华南赋煤区的找矿范围[9]；自然资源部委托中国煤炭地质总局、中国矿业大学等开展了《煤系石墨鉴定标准与鉴定方法》《煤系石墨分析方法》《煤系石墨资源调查评价规范》等标准制定工作，已取得初步成果；曹代勇等将我国划分为环太平洋煤系石墨成矿域、燕山-阴山煤系石墨成矿域、秦岭-大别煤系石墨成矿域、南岭煤系石墨成矿域4个成矿域和黑吉东部煤系石墨成矿带、闽西南煤系石墨成矿带、内蒙古扎鲁特旗煤系石墨成矿带、京西煤系石墨成矿带、北秦岭煤系石墨成矿带、北淮阳煤系石墨成矿带、湘中-湘南煤系石墨成矿带、赣中-赣南煤系石墨成矿带、粤北煤系石墨成矿带9个煤系石墨成矿区带[10]。

2 国家已出台的相关政策

自2004年发现石墨烯以来，石墨资源产业的市场格局发生了翻天覆地的变化。近年来，我国愈加重视石墨资源的勘查、开发和利用，制订和实施了一系列支持石墨产业发展的产业政策，对石墨资源产业和石墨烯产业的发展起到了非常重要的作用[8]。

1)2012年，工业与信息化部印发《新材料产业“十二五”发展规划》，提出高度重视石墨、稀土、萤石、石英砂、稀有金属、贵金属等我国具有优势的战略性矿产资源的利用与保护，大力度推动战略性矿种的战略性储备工作，…，合理规划石墨、稀土等资源产业开发与利用规模，整顿规范战略性矿产资源产业开发与利用秩序，提高资源的利用效率，依法打击滥采乱挖、非法生产加工行为。

2)2012年，工业和信息化部制订《石墨行业准入条件》(2012年第60号公告)，从建设条件、生产布局和生产规模、工艺与装备、产品质量、能源和水资源消耗、综合利用、环境保护、安全生产、监督管理等方面进行了约束。该条件对保护石墨资源，优化资源配置，提高资源综合利用水平，引导石墨行业健康可持续发展起到了一定作用。

3)2015年，国务院发布《关于印发<中国制造2025>的通知》(国发〔2015〕28号)，提出加强对颠覆性新材料的关注度, 尤其要做好超导材料、纳米材料、石墨烯等战略性前沿材料的提前布局和研制。确以石墨资源产业为基础的石墨烯材料和纳米材料等被列为四种战略性前沿材料，制定了石墨烯产业2020年百亿产值，2025年千亿产值的目标。

4)2016年，国务院批复的《全国矿产资源规划(2016—2020年)》(国函〔2016〕178号)，首次将石墨资源的勘探、开发列入《全国矿产资源规划(2016—2020年)》，将晶质石墨等24种矿产列入战略性矿产目录，并指出要重点加强资源基础好、国际市场竞争力强、市场潜力大的稀土、石墨和锂等矿产资源的合理开发与有效保护, 提升高端产业国际竞争力。

5)2017年，国务院印发《全国国土规划纲要(2016—2030年)》(国发〔2017〕3号)，提出开发石墨等新型非金属矿物材料，积极开发与利用战略性新兴矿产，加强重要优势矿产保护，对保护性开采特定矿种实行开采总量控制。

6)2017年，福建省发布《福建省石墨烯产业发展规划(2017—2025年)》和《关于加快石墨烯产业发展六条措施》，提出依托福建省丰富的煤系石墨资源和厦门大学石墨烯工程与产业研究院争创国家级创新平台，在强化人才支撑、提升创新能力、加大金融支持、增强要素保障、培育壮大产业、营造发展环境等方面采取有力措施，在福州、厦门、泉州、三明等地创建国家级或省级石墨烯产品检验中心等创新平台；重点培育形成50个以上创新人才领军队伍；引入石墨产业高新企业，致力石墨深加工，形成完整的产业链，力争到2025年福建省石墨烯及相关应用产业产值突破500亿元，带动产业链超1 000亿元。

7)2018年，国家发改委、商务部发布《2018年版外商投资准入特别管理措施(负面清单)》，取消石墨资源开采的外资准入限制。

8)2019年，工业和信息化部发布《石墨行业规范条件(征求意见稿)》，从保护性开发和高效利用石墨资源、推动技术创新、优化产业结构、保护生态环境、实现高质量发展等方面提出了规范性文件。

3 存在的主要问题

目前，煤系石墨产业虽然己经形成一定规模，能够为石墨下游产业的发展提供支撑，但在资源评价、勘查、开发和利用过程中仍存在不少制约其发展的问题。

1)开展煤田地质勘查工作时，相关地质勘查工作者较少关注煤系石墨，很少深入研究煤系石墨成矿机制，严重影响了煤系石墨的评价和勘查工作，造成了资源的极大浪费[11-12]。

2)矿业权设置不合理。一些矿业权的设置与资源赋存状况不相符合，没有考虑矿种赋存的特殊性，存在“采大弃小，采富弃贫”的现象。同时，存在与其他矿种区域重叠设置的现象，易产生矿权纠纷[8,11]。

3)石墨资源不属于国家严格限制勘查开发的矿产资源，市场准入门槛低[8,13]。

4)缺乏统一规划和综合利用。煤系石墨开采和初选相对简单，在开发中未能做到统一规划，矿山布局不合理，混乱开采现象严重，造成了大量的资源浪费和环境污染。

5)煤系石墨矿产调查和勘查程度低，资源量不可靠。没有查清矿产资源赋存和资源量情况，在生产中不能综合利用，造成资源的低效利用与严重浪费[8]。

6)煤系石墨资源评价、勘查规范缺失，煤系石墨鉴定标准和鉴定指标研究工作刚刚起步。现行石墨勘查规范提出的工业指标不能科学地将煤系石墨与高变质无烟煤区分开来[12]。

7)相关部门和地方政府监管力度不够，未形成有效的法律或经济手段。我国石墨矿山企业普遍为中小型，资金投入不足，技术、设备、采矿工艺比较落后，矿山生产过程中产生的废料、废气、废水等废物较多，废物处理不当会对当地空气、水土、资源和环境造成极大的破坏[14-15]。

8)煤系石墨选矿、提纯研发滞后。只有少量学者进行了煤系石墨选矿方面的研究，不过未能取得较好的成果。目前主要是酸洗法和高温法，但是选矿效果依然不好，主要存在环境污染大、提纯纯度不高、高温提纯生产成本高等问题。

9)深加工工艺落后。产品主要集中在初级矿产品的加工和矿产品的低端应用领域，对高附加值产品技术和工艺的研发投入很少，严重制约了产业升级和良性发展，导致我国石墨市场处于低端产品供大于求，高端产品供不应求的尴尬状况。

4 对策建议

煤系石墨具有矿体集中、固定碳高和易开发等特点，是天然石墨的重要组成部分，为满足《中国制造2025》计划的资源需求，更好地勘查、开发、利用好石墨资源，提出如下对策建议。

1)深入研究煤系石墨成矿机制和赋存规律，明确岩浆侵入、构造应力对煤石墨化的影响，建立煤系石墨与超级无烟煤的鉴别评价指标，制定煤系石墨资源的评价方法和资源量计算的准则，加强煤系石墨勘查评价，摸清资源家底。建议对4大煤系石墨成矿域开展全面的资源调查评价，重点对各赋煤单元高煤阶煤产地进行逐一排查。

2)在全面资源调查评价工作的基础上，考虑煤系石墨赋存的特殊性，合理规划矿业权设置。充分发挥政府宏观调控职能，按照“在保护中开发、在开发中保护”的原则，科学统筹资源开发、环境保护和经济发展的相互关系，实现煤系石墨资源科学、合理、有序开发；同时要注意对适宜进行煤制石墨的优质化工用煤进行保护性开发。

3)按照工信部发布的《石墨行业规范条件(征求意见稿)》和自然资源部等相关部门发布的法律、法规要求，相关部门和地方政府加强监管，尽快形成有效的法律或经济手段，维护好煤系石墨资源勘查开发正常秩序。

4)建设煤系石墨开发利用实验室。一方面，强化煤系石墨物理化学性质研究，实现矿床资源分级分质利用，提高资源利用率；另一方面，要在煤系石墨选矿、提纯和深加工技术研究方面不断加大科研投入，保障石墨产业升级和良性发展。

5)国家应出台积极的政策，引导科研院所开展煤系石墨选矿、提纯和深加工技术方面的研究，解决环境污染大、提纯纯度不高、高温提纯生产成本高等问题。