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关注本公众号→ 沥青基碳材料 2022-08-08 08:01 发表于山东
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摘 要：研究探讨了针状焦行业现状，指岀了目前行业中存在的一些问题。展望了未来针状焦行业的发展,提岀了相关的应对措施。针状焦具有结晶度高、热膨胀系数小、取向性好、导电及导热性能优异等优点，被广泛应用于电炉炼钢的超咼功率石墨电极、特种炭素制品等领域［|］。根据国家环保要求，电炉炼钢将成为钢铁行业的重点发展方向之一，这使开发研制国产高端针状焦成为行业急需攻克的难题。同时锂电行业的发展也为针状焦带来新的发展机遇，因其成本低、克容量较高、综合性能稳定等优势,所以在负极材料领域用量大幅增加。针状焦在国内起步较晚,核心技术遭到国外封锁。目前，国内针状焦生产整体工艺框架基本搭建完成,产品成功投产，但核心技术把控及产品质量稳定性与发达国家还有一定差距，尤其在超高功率石墨电极的接头焦和本体焦方面还无法实现国产替代。本文将对针状焦发展现状进行讨论并指出目前行业中存在的一些问题，同时展望未来针状焦行业的发展并提出相关的应对措施。目前国内针状焦生产企业在生产油系针状焦或煤系针状焦时，均需经过原料预处理、延迟焦化、煅烧三道工序。在原料预处理工艺方面，油系针状焦与煤系针状焦所用工艺不同。油系针状焦原料预处理工艺一般采用萃取法和过滤法;煤系针状焦采用溶剂法和蒸馏法咱2暂。目前国内煤系针状焦在产企业基本都采用溶剂法，其特点在于工艺简单、收率较高、运行成本低、QI脱除彻底、精制沥青组分均匀、生焦收率高。虽然油系、煤系针状焦原料预处理工艺不同，但其目的都是去除原料中不利于中间相小球体成长、融并的组分或杂质，从而得到精制原料。油系针状焦与煤系针状焦的延迟焦化及煅烧工序基本相同。二者延迟焦化均在一定温度下发生深度裂解与缩合反应，进而生成生焦。根据原料的不同特点，每家企业都有自己独特的变温变压操作参数及生产周期。油系针状焦比煤系针状焦收率低10%~20%, 但副产品附加值远高于煤系针状焦。除焦方式均采用高压水力除焦，根据塔径及焦炭强度值选取合适的水压、水量及切焦方法，以保证焦炭粒度满足石墨电极需求。煅烧是使生焦经1 450 ± 50 °C高温排除挥发分,同时发生分解和缩聚反应的工艺。其目的是排除原料中的挥发分，提高原料的密度、机械强度、导电性能及化学稳定性。目前世界上大约有85%的煅后焦是用回转窑生产的。回转窑与罐式炉的不同在于罐式炉的煅烧物料是间接受热的，而回转窑中煅烧物料是受火焰直接加热的，这就导致回转窑对物料的烧损较大，收率降低。但由于回转窑自动化程度较高，操作灵活,易于环境治理，适合产量高、规模大的企业使用；因此，目前国内煅烧工序基本都采用回转窑煅烧工艺⑶。2017年以来，随着钢铁行业整合、石墨电极市场强势回暖、锂电负极在人造石墨领域的快速发展,国产针状焦市场格局发生了巨大变化，除价格暴涨外，新增产能速度更是惊人。2017年年初时，针状焦生产企业仅有5家（煤系4家、油系1家），设计总产能29万Ua,实际产能不足10万/a。2021年年底，生产企业已达到29家（煤系18家、油系11家,详见表1）,总设计产能243万/a（煤系124万t/a、 油系119万/a）。但2021年实际生产企业只有18家（表2）,生产企业开工率仅为40%,实际产能约50万Pa。目前，鞍山中特新材料科技有限公司是国内能连续生产的煤系针状焦企业。目前，向中国出口针状焦的企业未发生变化，依然以日本、美国、韩国企业为主，这些企业的产能也未大幅增加。随着国产针状焦数量增多、质量提升,进口针状焦数量逐年减少，已经由完全依赖进口转为部分出口；但由于国外针状焦企业生产历史比较久远，产品质量比较稳定，短时间内国产针状焦还无法完全替代进口针状焦。在电极领域，水岛的接头焦凭借其优异质量获得国内多家电极企业的推崇;在负极材料领域，近几年美国康菲公司在中国市场的产品投放量最大，很多高端产品都应用该公司的针状焦产品。该公司还开发出了专业的负极材料焦炭产品,市场反响较好，是国产针状焦企业最强的竞争对手。针状焦主要应用在石墨电极和锂电负极两大领域。目前从针状焦市场需求看，石墨电极领域需求量稍大一些，占据针状焦产量6成以上份额。石墨电极对针状焦质量指标有明确要求;而在锂电负极领域还未提出确切指标要求，在该领域针状焦应用潜力巨大，目前在动力汽车领域发展最快。针状焦不是锂电负极材料的唯一原材料，目前动力电池市场更倾向于选择高性价比的焦炭产品。图1为2019—2020年针状焦市场供需情况，由图可见,2020年与2019年相比针状焦供需变化不大 年虽然国产针状焦产量有所提高,但质量仍满足不了①600 mm及以上超大规格石墨电极的指标需求,进口针状焦仍占据高端市场份额。2019—2020年针状焦产品价格处于连续下跌趋势,尤其是 年1月以后呈现断崖式下降。从目前售价来看，所有针状焦企业（煤系和油系）都处于亏损状态，这是导致针状焦生产企业开工率低的主要原因，此外，很多新建企业根据市场情况选择无限延期开工 年10月针状焦价格虽有小幅回升,但下游企业可接受的价格涨幅并不大，同时原材料价格持续上涨,企业生存压力较大。从石墨电极及锂电负极两大应用领域的用料情况来看，传统的石墨电极行业用针状焦量随着电炉钢比例的稳步增加、电极产量的不断攀升而升高;而锂电负极领域应用针状焦量会随着负极产品产量增加带动针状焦需求量持续增加。负极材料原料供应种类较多，而高性价比的原料是厂家追求的目标;因此，未来大多新建针状焦企业在满足不了电极指标需求时，会在锂电负极领域寻求生存和发展先机。不同年度电炉钢产量见图2。不同年度石墨电极产量见图3。不同年度负极材料产量及对针状焦需求量见图4。从图2〜图4可以看出，未来几年随着电炉钢占比的稳步提升、石墨电极及负极材料产量的连年增长，针状焦的需求量也将大幅增加。目前国产针状焦的生产工艺基本成型,但在核心技术层面较国外还有一定差距。高端产品的开发研制是横在针状焦行业内的拦路石，如何提高产品质量，稳定产品性能是每个企业都需关注的问题。锂电负极作为针状焦的新市场，目前还没有明确的产品质量标准。针状焦产品的理化性能对锂电负极性能的影响还有待进一步研究，未来精细化生产将成为行业的发展趋势。2017—2019年钢铁行业持续回暖，推动了超高功率电极市场价格的不断提高，这给针状焦行业提供了一个良好的发展契机。但2021年受疫情影响原材料价格大幅增长，这不仅大大压缩了针状焦生产的利润空间，甚至出现生产就亏损的情况。目前针状焦价格已经触底，随着世界经济的回暖,针状焦价格会恢复到正常水平，利润空间合理化将引领针状焦行业向良性方向发展。未来随着针状焦市场情况好转,针状焦产能将大幅增加，预计产能会稳定在200万Ua以上，产能的供需平衡关系将由迫切需求转为严重过剩。要使企业立于不败之地,首先要解决产能大幅提升后原材料供应短缺的困局。如何开发多种原料，在确保产品质量的前提下，优选高性价比的原料是破局的关键。针对不同原料重新优化各工序的生产工艺参数、提高产品质量、突破技术壁垒、替代进口产品、抢占高端市场等举措是企业长远发展的保障。培养技术人才、丰富产品种类、开拓新兴市场、研发满足客户需求的锂电负极专用高端中间相焦是企业做大做强的基石。对于有着深厚技术底蕴和丰富生产经验的企业来说，需抓住这段发展的黄金期， 在国产针状焦行业内脱颖而出,争做行业龙头，为国产针状焦行业发展贡献力量。
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