四大高技术矿产高纯石英、石墨、萤石、硼的应用前景

高技术矿产,是指广泛应用于战略性新兴产业所必需的稀有金属和具有特殊性能的非金属矿产,用于在低碳经济条件下生产精密的高科技产品及环保型产品,对高科技发展具有特别重要的战略意义,对国家战略性新兴产业和经济发展起着关键作用,占据科技创新的制高点,使国家或地区保持经济竞争力。不同国家高技术矿产界定的标准不同。我国界定的高技术矿产有35种,包括稀土、稀有、稀散等“三稀”矿产、铂族元素、其他金属和硼、石墨、萤石、高纯石英等非金属矿产。

硼是一种重要的稀有非金属元素,在地壳中的含量约为0.001%。硼元素不仅是高等生物所必需的微量营养素,其独特物理特性使其具有质轻高硬、阻燃耐热、耐磨催化、无磁性等一系列优良的物化特性。

在自然界中硼多以硼硅酸盐矿物、硼铝硅酸盐矿物和硼酸盐矿物的形式赋存,如硼镁矿、硬硼钙石、钠硼解石、硼铁矿、天然硼砂等。硼矿是硼纤维、无碱玻璃、功能陶瓷、氮化硼和防核辐射等功能材料的重要原料,在国家国防安全和战新产业具有重要作用。

硼产品的分类和应用

由于硼及硼化合物的特殊功能,硼已经由原来的原料角色登上了材料工业的舞台。硼在新一代电子产品、清洁能源、新材料、新能源汽车产业、现代农业方面得到更为广泛的应用,从而产生新的增长点。如硼墨烯(元素硼形成类似石墨烯的单层平面原子结构)是一种很好的导体,很可能开发出全新的纳米材料,应用前景十分广泛。

硼产业链示意图

此外,硼矿属短缺矿产。全球硼矿储量约1.5亿t。我国硼矿资源储量居世界第二,但仅占全球探明资源储量6.8%,勘查程度不够,可供开发利用的优质硼资源相对较少。因此,未来应加强火山沉积型高品质硼矿调查评价与勘查工作,促进我国硼矿产业升级、优化开发利用结构与布局、强化技术创新,推进资源综合开发利用、密切国际合作促进高品质硼矿原材料的进口,保障硼资源供给。

石墨

石墨具有耐高温、抗腐蚀、导热、导电等优异特性,是加工制备石墨烯、润滑、密封、导电、吸附、超高温电极、耐火、人造金刚石、核材料、锂电池和超级电容等功能材料和关键基础材料的原料,在国家战新产业、经济安全和国防安全都具有重要作用,被誉为“21世纪支撑高新技术发展的战略资源”。

石墨产品精细加工流程图及应用领域

石墨是我国的优势矿产,占全球总产量的65%。我国非常重视石墨资源的保护、开发和利用,进行了一系列的部署。如国家“十三五”发展规划将石墨材料列为新材料发展战略重点,《全国矿产资源规划(2016-2020年)》将晶质石墨列入战略性矿产名录,国家统计局《战略性新兴产业分类(2018)》将石墨及碳素制品纳入新一代信息技术中的电子核心产业、前沿新材料、新能源产业、节能、密封、保温材料、新能源材料制造等多个领域,进一步凸显了石墨的重要性。

石墨及其制品在战略性新兴产业分类中的应用领域(2018)

过去,石墨消费过去长期集中在耐火材料和铸造领域,但随着中国钢铁消费达到峰值之后,石墨消费量增速放缓。未来,石墨消费领域由传统耐火材料、炼钢、铅笔等领域转向润滑材料、制动衬片摩擦产品、石墨制品等新能源新材料领域。石墨高端材料级产品如高纯石墨、球化石墨、氟化石墨等在新能源汽车、储能、核能、电子信息、航空航天技术等战略性新兴产业领域的消费将快速增加。

萤石

萤石,主要成分是氟化钙(CaF2),是全球氟资源最主要的矿物原材料供给者,被称为“第二稀土”,广泛应用于新能源、新材料等战略新兴产业,以及制冷、建材、冶炼、光学、陶瓷、玻璃、国防、电子、军工等领域。

萤石产业链

在传统的建材、冶金等领域,萤石需求量已越过顶峰开始呈现下降或趋于稳定的态势。而随着国家将新材料、新能源等战略性新兴产业提升到国家战略的高度,萤石在战略性新兴产业中的需求成为主导我国萤石需求趋势的关键。

萤石在战略性新兴产业中的应用

预计未来萤石需求仍呈增长趋势,2030年我国萤石需求量将至567.9万t。建议增加勘查投入,保障未来需求;同时发展氟化工产业,加强高端产品和环保产的技术研究,向精细化、轻量化产品发展,由氟化工产业大国提升为氟化工强国。

高纯石英

高纯石英,是指能够提纯加工出SiO2纯度大于99.998%(4N8)的高纯石英高端产品的天然石英矿物原料。高纯石英高端产品是芯片产业(半导体)、新能源(光伏等)和硅产业等功能材料和关键基础材料生产的原料,在国家战略性新兴产业、经济安全和国防安全中都具有重要作用。

高纯石英制品主要应用领域

随着中国制造2025的逐步推进以及战略性新兴产业的不断发展,我国对高纯石英的需求不断增加。未来,高纯石英在大规模及超大规模集成电路制造、光纤光缆电子通信半导体、LED照明制造封装、软件芯片制造材料、新能源太阳能、电子产品及器件、国防、激光技术、化工合成、精密铸造方面应用前景非常广阔。预计高纯石英及其原料的需求将以6%以上的增幅逐年上涨。

另一方面,自2018年以来,中美贸易摩擦不断升级,以美国为首的西方国家对我国的技术封锁不断加剧,我国获取境外资源的外部风险正在聚集。当前我国对高纯石英原料的勘查评价工作不多,至今尚未有高纯石英原料的资源储备,无法为生产企业提供质量稳定的高纯石英原料矿产。我国高纯石英的产能并不能满足市场的需求,供需矛盾将逐步凸显。

小结

硼、石墨、萤石、高纯石英等高技术矿产具有重要的战略性应用。战略性新兴产业的快速崛起,将会对高技术矿产的依赖越来越强。对此,应站在战略高度开展、加强高技术矿产资源的规划、调查评价、勘查和开发利用研究。