4大战略性非金属矿产新材料及其制品的重要性及行业用途

战略性新兴产业几乎都或多或少与非金属矿及其制品有关，尤其是新材料产业中石墨、萤石、叶蜡石、石英及其制品更是起到不可替代的重要支撑作用。石墨、萤石等非金属矿产被中国、日本、澳大利亚等多个国家列为“战略性矿产”或“关键矿产”，美国列为“危机矿产”。

1、高纯石英

高纯石英是石英晶格中铝-硅异价有限类质同像替代形成的铝晶格占位杂质含量（晶格Al）≤30微克/克（×10-6）的天然矿物。

（1）石英矿物内晶格Al杂质的天然属性：该Al是通过地质作用以类质同像方式替代Si后进入晶格的杂质元素，天然形成，除令石英消失或再经受地质作用外，其含量不会改变，是决定高纯石英产品和提纯工艺限度的根本因素。

（2）高纯石英晶格Al的主导性：晶格Al平均占高纯石英金属杂质总量的70%，且纯度越高，所占比例越大，最大可达91%，是评价产品质量和提纯效率的首要指标。

（3）数值30×10-6的工艺属性：高纯石英Al 30×10-6与石英玻璃Al杂质的最大允许含量（30×10-6）在数值上对应，两者Al是传承关系。故高纯石英的Al30×10-6只是用石英玻璃工艺数值划分的工业矿物界限值，并非石英矿物成分的突变值。

高纯石英具有优异的物理化学性质，高纯石英砂主要应用在石英玻璃和集成电路等行业，其高档产品被广泛应用于新一代信息技术、高端装备制造、新材料等产业。石英是一直作为具有战略意义的材料存在的，从二战时期开始，通信电话和军用无线电话的电子元件都是石英制成的。全球公认的高纯、超高纯石英原料是当今高新科技产品的重要基础，是一个国家高新技术可持续发展的必要条件。在德国，已将超高纯石英原料列为战略物资而限制出口。

2018年11月7日，国家统计局公布《战略性新兴产业分类（2018）》，其中提到的电子核心产业、智能制造装备产业、先进无机非金属材料、高性能纤维及制品和复合材料、前沿新材料、风能产业、太阳能产业、高效节能产业将对高纯石英材料需求、行业发展和生产技术水平的提升产生重要影响。

（1）高纯石英在战略性新兴产业中的应用

新一代信息技术：高性能石英玻璃制品主要用于生产单模和多模光纤预制棒、石英套管，用于集成电路、半导体芯片、信息显示玻璃等；

高端装备制造：显微光学仪器、光学透镜、石英灯管等；

新材料：石英纤维可用于制造火箭的喷火口、航天热防护装置等；电子级硅微粉主要用于集成电路、电子原件的塑封料和包装料；

新能源：晶体硅材料用于生产太阳能电池。

（2）高纯石英产业现状及未来发展趋势

我国是高纯石英生产、消费大国。中低端产品自给有余，部分出口，高端产品仍依赖进口。未来，高纯石英砂在光纤光缆电子通讯半导体、LED照明制造封装、软件芯片制造材料、新能源太阳能等战略新兴产业产业应用前景广阔，预计2019-2030年高纯石英需求增速约为10.0%-14.0%。但是我国可提纯高纯石英的原料资源禀赋差，供需形势较为严峻。因此，要加大矿产资源勘查力度，寻找优质高纯石英原料。

2、石墨

石墨是碳的一种同素异形体，为灰黑色、不透明固体，化学性质稳定，耐腐蚀，同酸、碱等药剂不易发生反应。在氧气中燃烧生成二氧化碳，可被强氧化剂如浓硝酸、高锰酸钾等氧化。可用作抗磨剂、润滑剂，高纯度石墨用作原子反应堆中的中子减速剂，还可用于制造坩埚、电极、电刷、干电池、石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯、铅笔的笔芯等。

石墨是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体。在晶体中同层碳原子间以sp2杂化形成共价键，每个碳原子与另外三个碳原子相联，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成片层结构。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们互相重叠，形成离域的π键电子在晶格中能自由移动，可以被激发，所以石墨有金属光泽，能导电、传热。由于层与层间距离大，结合力（范德华力）小，各层可以滑动，所以石墨的密度比金刚石小，质软并有滑腻感。

石墨一直是军工和现代工业发展不可或缺的重要战略资源，石墨在新能源汽车产业主要用于生产锂离子电池负极材料、新型动力电池、超级电容等；在新能源产业主要用于生产太阳能电池、风力发电储能用电池；在高端装备制造产业主要用于生产密封材料、中子减速剂；在新一代信息技术产业中用于生产高储能、关键电子材料等。石墨烯的开发利用又将石墨的用途提升到一个新的高度。未来石墨及其制品将广泛应用于宇航卫星、智能手机、平板电脑、混合动力汽车、电动汽车、太阳能电池等领域，成为战略新兴材料。中国、日本、欧盟、印度、英国、澳大利亚、OECD等国家相继出台了有关石墨发展的产业政策，将石墨作为“关键矿产”或“战略性矿产”，美国将石墨列为“危机矿产”。

（1）石墨在战略性新兴产业中的应用

高端装备制造：用作原子弹反应堆中的中子减速剂和防护材料。柔性石墨用于原子能阀门密闭；制造固体燃料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。人造卫星上的无线电链接和导电结构材料；

新能源：核能用高温气冷型燃料基体材料需用64%的天然鳞片石墨。利用石墨良好的导电性可制成太阳能电池、风力发电储能用电池，用于光伏等清洁能源领域，节约能源消耗；

新能源汽车：天然石墨负极材料是锂离子电池的关键原料，以天然石墨原料，生产锂离子电池、新型动力电池，超级电容、用于混合动力汽车、电动汽车、太阳能汽车等领域；

新一代信息技术：石墨锂电池用于通讯基站、笔记本电脑、手机等充电器；石墨烯超级电容为电信和数据通讯提供能量储存；石墨烯还可制成可折叠的显示屏。未来石墨烯用于算机芯片；有望让计算机处理器的运行速度快数百倍，制造下一代超级计算机；

新材料领域：功能填料的新型涂料和油墨主要应用方向包括应用于海洋、化工等领域的石墨烯重防腐涂料；石墨烯水性无机涂料；新一代石墨烯无机粉末涂料；用于不粘锅涂料及LED灯具的石墨烯导热涂料；

节能环保：污水处理、清理放射性废弃物等；

生物：医用消毒品、化疗药物、DNA测序、人造肌肉、食品包装。

（2）石墨产业现状及未来发展趋势

石墨是我国的优势矿产，2019年同时拥有“五个第一”，晶质石墨储量第一，石墨产量、消费量、出口量、进口量均居全球第一，是具有影响和改变全球供需格局的矿产，与美、日、韩、欧等高度依赖国外资源的国家及地区相比，在全球生产市场及贸易市场上占据主导地位，但是存在初级产品产能过剩，高端产品供应不足。未来，传统领域石墨需求保持稳定；而随着科技的发展，新兴产业石墨需求将快速增长，增长点主要为晶质石墨，预计到2030年，石墨需求量将达到134.8万t，其中新能源领域将达到50.4%，成为石墨第一大消费领域。因此，要加大矿产资源开采管理，同时提高石墨深加工技术，使石墨产品逐渐向高端化发展，满足战略新兴产业发展的需求，提高国际话语权。

3、萤石

萤石又称氟石，其主要成分为氟化钙（CaF2）。萤石是与稀土类似的世界级稀缺资源，中国、美国、欧盟、日本等国家都将萤石列为“战略性矿产”或者“关键矿产”，美国将萤石列为“危机矿产”。萤石是氟原料，含氟材料是化工新材料之一，氟化工产品具有高性能、高附加值，被誉为“黄金产业”，并走向于“贵族化”资源。其产品和材料除广泛应用于工业部门和日常生活外，在新能源、生物、节能环保、新能源汽车等战略性新兴产业中也应用广泛，氟化工行业已被列入国家重点鼓励发展的高新技术产业范畴。

（1）萤石在战略性新兴产业中的应用

新能源：含氟背板膜、含氟前板膜等主要用于太阳能电池；叶轮氟涂料主要应用于风能发电中的风机；六氟磷酸锂主要用于锂电池；全氟离子膜主要用于燃料电池；

新能源汽车：含氟锂电池材料、氟橡胶主要用于动力锂电池、密封；

新一代信息技术：含氟液晶、含氟电子化学品、电缆主要用于平板显示、半导体、通信；

生物：新型含氟中间体、高效氟化试剂主要用于含氟药物；

节能环保：PVDF中空纤维膜主要用于污水处理；PTFE滤膜主要用于污染物过滤；氟碳涂料、全氟醚真空脂主要用于建筑、Low-E玻璃；

新材料：氟硅粘材料用于汽车发动机密封等；高性能氟材料用于汽车、航空航天、光伏等行业。

（2）萤石产业现状及未来发展趋势

萤石是我国的战略性矿产，2019年拥有“四个第一”，第一大萤石生产国、消费国，基础氟化工与氢氟酸产量全球第一，是具有市场优势的矿产，但我国作为基础氟化工产品供应方的角色并未发生本质改变。预计未来几年伴随着萤石下游行业的进一步发展，萤石消费量将呈现上升的态势，预计2019-2030年萤石需求增速约为3.0%，2030年萤石需求为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。

4、叶蜡石

叶蜡石属层状硅酸盐矿物，具有化学稳定性、低热胀性、低热传导性、低导电性、高绝缘性、高熔点、良好的抗腐蚀性等。叶蜡石是功能陶瓷（超硬陶瓷、超高压电瓷）、绿色新型耐火材料、高性能玻璃纤维、超硬材料（人造金刚石）等的重要生产原料之一，是重要的新能源（风电，风机叶片）材料和新型功能材料。

（1）叶蜡石在战略性新兴产业中的应用

高端装备制造：以叶蜡石为主要填料生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲等领域。叶蜡石涂料能提高制件表面的光滑度、白度和吸收性能，在航空、航天工业上有广泛的应用前景；

新能源：是重要的新能源（风电、风机叶片）材料和新型功能材料；

新一代信息技术：用于制作光导玻璃纤维，是现代通讯技术中的主要材料；

新材料：生产玻璃纤维的无碱玻璃球和中碱玻璃球等；叶蜡石作为传压密闭介质在人造金刚石等高压合成行业得到广泛应用；生产洗涤剂和分子筛等原料；

生物：用作各种农药和杀虫剂载体。

（2）叶蜡石产业现状及未来发展趋势

优质叶蜡石在战略性新兴产业主要应用于高强玻璃纤维生产及超硬材料（人造金刚石）。玻璃纤维主要是以叶蜡石、石英砂和石灰石等为原料，其中叶蜡石含量占50%以上。高强玻璃纤维生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲、航空、航天、海洋工程等新兴领域。

我国是全球第一大叶蜡石生产国，叶蜡石产量呈快速增长趋势。预计未来叶蜡石需求量呈增长趋势，2019-2030年需求增速约为5.0%-7.0%。建议增加勘查投入，寻找优质叶蜡石，保障未来需求。

来源：陈军元,刘艳飞,颜玲亚,等.石墨、萤石等战略非金属矿产发展趋势研究[J].地球学报:1-10.