【原创】综述丨十大战略性非金属矿产在“新材料”领域的应用及产业创新方向分析


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  十大战略性非金属矿产高端应用

中国粉体网讯 非金属矿是三大矿产之一,在经济社会发展中具有重要作用。由于应用领域的开拓,而身价倍增,发展迅速,尤其在节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业得到广泛应用,其战略地位不断提升。

 

1战略性非金属矿产

 

1.1定义

 

战略性非金属矿产是指对经济高质量发展和国家安全至关重要的非金属矿产。具体包括三个方面含义:①战略性新兴产业发展所必需;②国内短缺、供应存在风险;③国内资源丰富、能够提升国际话语权和控制力。战略性新兴产业代表新一轮科技革命和产业变革的方向,是培育发展新动能、获取未来竞争力的关键领域。

 

1.2种类

 

目前,暂定晶质石墨、萤石、石英、叶蜡石、硼、重晶石、硅藻土高岭土、滑石、石榴子石这10个矿种为战略性非金属矿产。其中:晶质石墨、硅藻土、高岭土、滑石为优势矿产,重晶石、叶蜡石和萤石由优势矿产逐步变为紧缺矿产,紧缺矿产为石英(高纯)、硼、石榴子石。

 

2战略性非金属矿产的用途

 

2.1晶质石墨

 

在信息技术领域,手机、平板电脑芯片散热均要使用天然石墨散热膜,石墨烯作为一种透明导电材料,可以替代传统的氧化铟锡(ITO)薄膜用于触摸屏。

 

在新能源领域石墨用作核电阀门密封材料、锂电池电极材料;石墨用作(氢)燃料电池双极板。

 

在高端制造领域用作航空航天器密封材料、船舶防腐涂料,红外屏蔽(隐身)材料、雷达遮蔽材料等,高导热柔性石墨膜是航天器三线阵电荷耦合(CCD)立体相机成像质量的重要保障条件。

 

2.2萤石

 

在信息技术领域用于生产集成电路、薄膜晶体管液晶显示器、半导体、光纤激光器和光纤放大器等。

 

在新能源领域用于铀浓缩和提纯加工(氢氟酸是不可替代原料),用作锂电池电极、电解液和隔膜材料。

 

在高端制造领域用于火箭燃料氧化剂、航空发动机和航天推进剂系统密封材料、飞机蒙皮涂料,用于导弹红外跟踪器窗口材料和宇宙飞船紫外光学仪器透镜材料、原子激光器材料,用于雷达表面涂层、舰船防腐涂料等。第四代核反应堆钍基高温堆使用液态氟熔盐(FLiBe)作冷却剂。

 

新医药产业中,含氟化合物因具有易溶于脂质、安全、健康、副作用小等特性,在抗癌剂、麻醉剂、杀菌剂、动物用药等新医药产品制备中被大量使用。

 

2.3高纯石英

 

在信息技术领域,用于制作集成电路(芯片),包括处理器、存储器等;其次是制作石英光纤、液晶显示器玻璃基板、晶圆生长容器石英坩埚、光掩模基板,石英晶体振荡器,印刷电路板等。

 

在新能源领域用于制作太阳能电池组件。

 

在高端制造领域用于航天器光学系统、红外跟踪系统、分光器、准分子激光器、光电探测器等窗口材料,用于飞机、火箭、卫星等防热部件,用于导弹天线罩、军事飞行器雷达罩。

 

2.4叶蜡石

 

在信息技术领域,玻璃纤维用于制作光纤纤芯包层,印刷电路板玻纤电子布。

 

在高端制造领域,玻璃纤维用于制作直升机浆叶、方向舵、雷达罩、各类仪表盘、飞机固体发动机壳体等,用于制作导弹外壳、防弹盔甲、宇航服反射绝缘层和外防火层。

 

在新能源领域,玻璃纤维布用于风力涡轮机叶片,锂电池隔板、隔膜。

 

在健康环保领域,玻璃纤维过滤材料用于过滤各种烟气粉尘,血液净化,用于汽车尾气处理。

 

2.5

 

在信息技术领域,硼是重要的半导体掺杂剂,用于制作p型半导体。在新能源领域,硼用作压水堆中子吸收剂,碳化硼用作高温气冷堆、快中子增殖反应堆中子吸收体。

 

在高端制造领域,高纯度硼粉(99%)用于固体火箭含硼富燃料推进剂,硼化物用作空间核反应堆控制棒和飞行器鼻锥、机翼前缘、发动机涡轮风扇等超高温部件材料。

 

钕铁硼(Nd2Fe14B)永磁材料广泛用于各领域,如新能源汽车电动机、风力发电机、机器人伺服电机和步进电机、核磁共振成像仪等。含硼超导材料二硼化镁是一种前沿新材料,在磁悬浮列车、核磁共振成像、高效电力传输等方面有广阔应用前景。

 

在新材料领域,近年来硼元素将应用于新一代锂硫电池、高效晶硅太阳能电中。

 

2.6重晶石

 

重晶石用于钻井泥浆行业占85%~90%,钡化工行业5%~10%,其他用途低于5%。目前,全球只要涉及到油井生产或油气混合井生产都应用重晶石,尚无其他性价比更优的替代矿产。重晶石也是钡化工及防核辐射等军工原料的最优选择,并在世界范围内被广泛应用。

 

2.7硅藻土

 

在生物材料领域硅藻土主要用作是生物催化技术重要的载体材料,用于人类血浆的过滤、药物加工等。硅藻土还可制作石英球形微粉。

 

在信息技术领域用于电子封装。在高端制造领域用于飞行器防热部件。

 

在新能源领域,硅藻土被认为是制造多孔硅电池负极十分有前景的原材料,硅—氧化锰有望作为超级电容器电极材料,硅藻太阳能电池是硅太阳能电池的一个发展方向,硅藻土还是室温储氢的理想物理吸附材料,硅藻土复合材料可作为潜热储能技术相变材料。

 

2.8高岭土

 

高岭土是先进陶瓷、功能填料、催化剂等材料,在战略性新兴产业用于建筑相变储热材料、太阳能储能材料、生物医药、吸附材料、分子筛原料。

 

2.9滑石

 

滑石能降低陶瓷烧成温度,节能效果显著;滑石微孔陶瓷用于净化汽车尾气,减少环境污染;滑石制造高频和超高频绝缘电瓷,用于无线电、雷达、遥控等国防工程;在塑料中用作功能材料,明显改善产品性能,降低成本,汽车工业向轻量化方向发展。

 

2.10石榴子石

 

在信息技术领域石榴子石用作砂磨介质抛光和精磨半导体硅片,用于人工合成钇铝榴石激光晶体,用于合成镓钆榴石以制造计算机存储元件。此外,钇铁石榴石是微波雷达控制高频信号的组分。

在高端制造领域,石榴子石用于航天器、飞机制造等切割和抛光作业,用于舰船、油气采掘设备管道等切割和喷砂除锈作业。此外,纯度高、质量优的石榴子石被用作制造精密仪器仪表的轴承。

 

3非金属矿企业重大发展机遇

 

“十四五”规划纲要中,创新发展被列在各领域工作的首位,成为我国现代化建设全局的核心,非金属矿领域的创新正迎来历史上的最好时期。目前,我国对以石灰石为代表的结构性矿产需求增速正在逐渐放缓,而对以石墨、萤石等为代表的功能性矿产需求增速正在快速提升,这反映了社会发展与矿产资源需求递进的一般规律,未来这种趋势将更加明显。相对于结构性矿物,功能性矿物及其制品的开发应用则需要更多科技及创新要素的加持。

 

4非金属矿企业“十四五”时期的创新方向

 

4.1加快全产业链精细化发展

 

目前,我国非金属矿企业整体的现代化发展水平与欧米亚、英格瓷、矽比科、巴斯夫等国外优秀企业仍有很大差距。以欧米亚为例,其作为全球高端碳酸钙产品的领导者,目前已不再以具体产品为重点,而更偏重于以下游需求为导向,围绕研发、技术服务、产品生产、供应链及分销等为客户进行定制化服务,成为行业精细化发展的典范。

 

就国内的发展思路而言,在资源开发方面,可围绕矿产开采、破碎、筛分、选矿等环节,开发符合非金属矿资源赋存特点的开采工艺及成套专用设备。在矿物加工方面,要重点围绕超细粉碎、分级、提纯、改性和复合加工等环节,开发针对性强、可靠稳定、智能化水平高的生产工艺及专用仪器设备。在供应链及售后服务方面,能结合自身产品特色,形成保障下游应用领域的新型供应服务模式。

 

4.2推动企业规模化发展

 

在实际生产活动中,要充分发挥创新的驱动作用,针对能广泛应用到各领域的碳酸钙、石墨烯、酸级萤石精粉、高纯石英、高岭土、膨润土等非金属矿物,开展包括生产设备、生产工艺、技术装备、专用仪器、控制系统等规模化成套设备及技术开发。

 

4.3培育一批具有示范意义的产业园区

 

要加快建设和培育一批具有示范意义的国家级非金属矿特色产业集群及产业园区,促进区域经济协调发展。例如,重点支持黑龙江、内蒙古、湖南石墨,江西、浙江、福建萤石,吉林、新疆硅藻土,吉林、江西硅灰石,辽宁、山东滑石,江苏、安徽、甘肃凹凸棒石,广东、福建高岭土,湖北、湖南云母,湖南海泡石、重晶石,四川、河南、江西、广西碳酸钙,河南珍珠岩等产业集群和产业园区发展。积极引导中小型企业向“专精特新”小巨人企业和制造业单项冠军企业发展,进一步提高产业集中度,增强产业绿色、低碳发展能力。

 

4.4面向下游需求开展联合创新

 

作为一类重要的原材料供应企业,新时期非金属矿企业应重点以应用需求为导向,联合造纸、涂料、化工、橡胶、塑料、环保、农业等下游重点应用领域企业,借助各类政策优势,针对重点非金属矿产品开展联合创新。

 

结语

 

目前,国内的非金属矿企业多为中小企业,自身很难实现高水平的创新。新的阶段,企业应首先明确创新的主要方向,再积极与高校、科研院所、科研中介及咨询机构等建立起合作关系,借助科研机构在理论研究、实验技术方面的优势,最终助力自身的创新工作顺利完成。

 

参考来源

陈正国,等:战略性非金属矿产资源形势分析,中国建筑材料工业地质勘查中心

王翌,等:建议制定非金属矿“风险矿产清单”——访国务院参事室原副主任、原国家建材局副局长蒋明麟,中国建材报

王洁军,等:“十四五”非金属矿企业创新工作方向及路径浅析,中国建筑材料工业规划研究院

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作者:昧光

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