基本介紹
- 中文名：電解鋁
- 實質：通過電解得到的鋁
- 方法：冰晶石-氧化鋁融鹽電解法
- 溫度要求：950℃-970℃
現代工業,工藝流程,最新技術,產業特點,存在問題,產能過剩,解決辦法,供需狀況,行業分析,
現代工業
電解鋁鋁電解生產可分為側插陽極棒自焙槽、上插陽極棒自焙槽和預焙陽極槽三大類。
自焙槽生產電解鋁技術有裝備簡單、建設周期短、投資少的特點，但卻有煙氣無法處理，污染環境嚴重，機械化困難，勞動強度大，不易大型化，單槽產量低等一些不易克服的缺點，當前已基本上被淘汰。
當前世界上大部分國家及生產企業都在使用大型預焙槽，槽的電流強度很大，不僅自動化程度高，能耗低，單槽產量高，而且滿足了環保法規的要求。
我國已完成了180kA、280kA和320kA、400kA、500kA以及600kA的現代化預焙槽的工業試驗和產業化。以節能增產和環保達標為中心的技術改進與改造，促進自焙槽生產技術向預焙槽轉化，獲得了巨大成功。
根據電解鋁的生產工藝流程，電解鋁的生產成本大致由下面幾部分構成：
（1）原材料：氧化鋁、冰晶石、氟化鋁、添加劑(氟化鈣、氟化鎂等)、陽極材料；
（2）能源成本：電力（直流電和交流電）、燃料油；
（3）人力成本：工資及其他管理費用；
（4）其他費用：設備損耗及折舊、財務費用、運輸費用、稅收等。
工藝流程
鋁電解工藝流程：現代鋁工業生產採用冰晶石—氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強大的直流電後，在950℃-970℃下，在電解槽內的兩極上進行電化學反應，即電解。化學反應主要通過這個方程進行：2Al2O3+3C==4Al+ 3CO2。陽極：2O2ˉ+C-4eˉ=CO2↑ 陰極:3Al+3eˉ=Al。陽極產物主要是二氧化碳和一氧化碳氣體，其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵。為保護環境和人類健康需對陽極氣體進行淨化處理，除去有害氣體和粉塵後排入大氣。陰極產物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內抽出，送往鑄造車間，在保溫爐內經淨化澄清後，澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯.型材等。
電解鋁生產
電解鋁生產其生產工藝流程如下圖：
氧化鋁 氟化鹽 碳陽極直流電
↓ ↓ ↓ ↓↓
電解鋁廠電解槽用高溫型氣缸
電解鋁廠電解槽用高溫型氣缸排出 陽極氣體------電解槽
↑ ↓ ↓
廢氣 ← 氣體淨化鋁液
↓ ↓
回收氟化物 淨化澄清
↓ ↓ ↓
返回電解槽
澆注 軋制或鑄造
↓ ↓
鋁錠 線坯或型材
方程：
電解鋁就是通過電解得到的鋁.
重要通過這個方程進行：2Al2O3+3C-通電→4Al+3CO2↑。
陽極：2O2ˉ+C-4eˉ=CO2↑
陰極:Al3++3eˉ=Al
最新技術
電解鋁節能新技術問世，行業年節電275億度。
2012年3月17日，我國電解鋁工業節能減排取得新突破，“低溫低電壓鋁電解新技術”當日在中孚實業林豐鋁電公司順利通過國家科技部驗收，噸鋁直流電耗由2008年的13235度降低到了11819度，降幅達10.7%，多項技術達到國際領先水平。如果全行業推廣後，可實現我國電解鋁工業年節電275億千瓦時。
電解鋁工業歷經30多年發展，逐步成為中國重要的基礎產業，但由於生產過程中耗電高，歷來被稱為“高耗能產業”，也是國家重點調控的產業之一。研究開發低溫、低電壓新技術是電解鋁工業節能降耗的發展方向，也是世界鋁工業共同面對的重大技術難題。
2009年，“低溫低電壓鋁電解新技術”列入國家科技支撐計畫項目。項目負責人梁學民等項目組專家堅持不懈努力，在世界上首次開發成功電磁及磁流體穩定技術，低溫低電壓電解槽結構，低溫低電壓工藝運行技術，並在中孚實業林豐鋁電公司首創世界領先的400KA“靜流式”鋁電解槽，實現了規模化工業生產及系列高電流密度下的低溫、低電壓長周期高效穩定運行。
據介紹，按預計2012年國內電解鋁產量2000萬噸計算，此項技術全行業推廣後，可實現我國電解鋁工業年節電275億千瓦時，相當於河南省2011年用電量2659億千瓦時的一成以上，按每千瓦時0.53元計算，直接創造經濟效益145.75億元，折合標準煤880萬噸，同時減少二氧化碳等溫室氣體排放1566萬噸，將為推動鋁工業及我國的節能減排工作起到良好的示範帶動作用。
產業特點
世界上所有的鋁都是用電解法生產出來的。鋁電解工業生產採用霍爾-埃魯冰晶石-氧化鋁融鹽電解法，即以冰晶石為主的氟化鹽作為熔劑，氧化鋁為熔質組成多相電解質體系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工業電解質的基礎。電解鋁工業對環境影響較大，屬於高耗能，高污染行業。電解鋁生產中排出的廢氣主要是CO2，以及以HF氣體為主的氣-固氟化物等。CO2是一種溫室氣體，是造成全球氣候變暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其溫室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，並且會對臭氧層造成不同程度的影響。HF則是一種劇毒氣體，通過皮膚或呼吸道進入人體，僅需1.5g便可以致死。l
電解鋁產能
電解鋁產能存在問題
實際運行指標差。由於開發時間短，對中國大型鋁電解槽在生產領域的深層次開發明顯不足，致使實際運行指標的生產指標與國際先進水平還有較大差距。多數在大負荷、小電網環境下運行，安全隱患多。鋁電聯營是中國電解鋁企業發展的趨勢之一，但同時在技術上也存在相應的問題。由於大容量電解槽一般系列規模較大（一個系列產能可達20萬噸以上），巨大的用電負荷集中在一個生產系列上（一般達40萬KW以上），電解系列生產的任何波動都會造成電網或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。
缺乏先進的生產操作技術，作業成本高。中國300KA級的特大型預焙鋁電解槽投入工業套用的時間短。又不能完全照搬以前在大型預焙槽上的相關經驗（這些經驗也有很大局限性）。焙燒啟動過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運行後電解槽的物理場（電場、磁場、流場）容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應發生後熄滅困難，且由於電解槽的慣性大，一旦出現槽況波動或槽況異常現象，很難快速恢復正常。就中國電解鋁整體生產狀態而言，能源綜合利用效率要比國際先進水平低15%左右，主要表如今：電流效率相差2-3個百分點；噸鋁電耗相差300-800Kwh；電解鋁用陽極生產過程能耗相差3Gj/t左右；電解鋁陽極消耗相差30-60Kg（折合標準煤約75-150Kg）；電槽槽壽命相差1000天左右；陽極效應係數國際先進為0.1次/天.槽以下，中國最好水平在0.3次/天.槽左右。
新型電解鋁用鋼殼鋁芯陽極爪
新型電解鋁用鋼殼鋁芯陽極爪產能過剩
中國電解鋁行業從2002年開始，電解鋁產量開始過剩，受下游行業需求下降影響，中國2008年電解鋁過剩預計達到50萬噸。電解鋁需求增速放緩，受經濟危機影響，來自房地產和汽車行業的需求增速大幅下滑，而來自於電力設備行業的需求仍保持快速增長，包裝行業對電解鋁的需求量保持穩定，2008年電解鋁需求增速在10%左右。中國鋁土礦資源稀缺，鋁礦資源只能再維持10年，不可能再支撐電解鋁行業年均20%左右的擴張速度。電解鋁的生產成本價在15000元/噸-17500元/噸，而電解鋁的價格僅為13400元/噸，行業虧損嚴重。原料進一步下跌，中國電解鋁企業的平均生產成本也在15000元左右，因此鋁價大幅下跌的可能性很小。2009年6月份左右鋁價有可能回到15000元/噸。
當能源價格不斷攀升之時，世界各大鋁業公司開始通過降低電解鋁生產各個環節的成本來確保鋁業生產的價格競爭力。從國內政策面上分析，國家產業政策給鋁行業定位在滿足國內需求上，且在對高精尖產品和低技術含量產品在政策上將會有區別。因此，掌握交通運輸、電力、包裝、家電等行業發展趨勢，同時積極引進先進設備，提高技術能力降低生產成本成為當前鋁業公司發展的主要方向。
解決辦法
在剛剛頒布的《國務院關於化解產能嚴重過剩矛盾的指導意見》以下簡稱《指導意見》的基礎上，研究員認為應加強政策執行與配套，進一步壓供拓需，從供需兩方面完善政策，努力化解電解鋁產能過剩。具體有以下幾點建議。
在供給側，建議多策並舉嚴格壓縮電解鋁產能，尤其應加快推進電價改革，打消產能快速擴張的衝動。
其一，應嚴格執行《指導意見》，“嚴禁建設新增產能項目”、“分類妥善處理在建違規項目”、“清理整頓建成違規產能”、“淘汰和退出落後產能”，建議可對違規建設產能收取罰金，以建立淘汰落後產能基金，並針對產能淘汰和退出在財政補貼、企業轉產、職工安置等方面出台具體扶持政策。
其二，切實消除政策性障礙，落實好“整合一批”，推進企業的兼併重組，具體而言:建議在證監會《併購重組審核分道制實施方案》對電解鋁等九個推進兼併重組重點行業進入快速豁免/快速審核通道的基礎上，進一步研究並降低同行業上市公司兼併重組的成本;建議調整電力政策，允許龍頭企業建設或吸收的現有發電企業為其電解鋁生產提供廉價電力供應;建議在金融、稅費等方面加大支持力度，鼓勵龍頭企業作為整合主體，切實推進跨地區、跨行業、跨所有制的企業重組。
其三，均衡區域電價，加快電力體制改革，消除暴利預期。雖然從長遠看，電解鋁等高耗能行業有向新疆等能源豐富的西部地區大面積轉移的趨勢與必要，但從中短期看，產能在區域間的完全轉移需要有一個漸進的過程，且考慮到運輸能力和資源環境因素，新疆等西部地區僅僅因為優惠電價而造成的產能擴張也不宜突飛猛進。因此，建議採取措施均衡區域電價，加快推進國家電網體制改革，比如可在全國電解鋁行業率先試點，在全國範圍內統一併網服務費至1分錢到3分錢，或者允許各地建設行業內區域輸電網路，以消除政策原因造成的電價不平等，打消相關企業在新疆等西部地區獲得超額利潤的預期，從而抑制產能投資衝動，使企業主動停止新建產能。
在需求側，基於當前外需不振、貿易摩擦升級的現實情況，建議通過收儲、拓寬套用範圍等手段加大鋁的國內需求，切實“消化一批”，並通過技術創新提高鋁材的加工層次，獲取更高收益。一是要適當增加國家對鋁的儲備。國家在當前鋁價創兩年來新低的情況下擴大收儲規模，不僅有利於消化一部分產能，促進資產保值增值，也能夠樹立市場信心。二是要加大研發及財稅支持，積極拓寬鋁的套用範圍。三是要積極努力通過技術攻關與創新，提高我國鋁材的加工層次，獲取更高收益。
供需狀況
全球電解鋁產量平穩增長，增產動力依然來自於中國。2005年世界電解鋁產量3191萬噸，同比增長了6.45%，其中中國產量767萬噸，同比增長了15.07%。2006年全球電解鋁產量達到3380萬噸。2006年6月份全球日平均產量（不包括中國）8.22萬噸，較5月份日均產量增長了700噸，環比增長0.09%。6月份國內電解鋁產量78.03萬噸，日均產量電解鋁產量2.6萬噸，較五月份日平均產量增長了1975噸，環比增長7.59%。中國依然是全球電解鋁增產的主動力，由於中國產量占全球產量的比重高到24.9%，中國產量的變化趨勢對全球電解鋁供應起到了決定性的作用。中國電解鋁行業發展的狀況決定中國國內電解鋁供應一直較為充裕，2005年電解鋁平均產能1070萬噸，產能利用率75%，從6月份國內數據看，中國的產能已經得到了一定程度的釋放。中國建電解鋁項目11個，建設總能力112萬噸，尚有10個擬建電解鋁項目，總能力140萬噸。2006年電解鋁生產能力達1160萬噸，2007年達1250萬噸。電解鋁建設工藝簡單技術含量低建設周期短，有充足資金投入，從開工到建成投產僅需要了9個月。
供應現狀
供應現狀電解鋁上遊行業氧化鋁產能迅速擴張，產業鏈向電解鋁行業延伸，成為電解鋁產能增長的主要動力。電解鋁行業所處的成長發展階段決定了產量增長是主基調，電解鋁企業競爭，重組購併，不斷擴張，行業集中度提高，也將推動產能的增長。電解鋁行業的購買方即鋁消費商，在中國經濟的快速發展，中國城市化進程中基礎設施、公共事業、住房和汽車等消費品，極大地帶動中國電解鋁消費需求。電解鋁行業處於高速發展成長期階段，行業優勝劣汰，行業集中度不斷提升。2003年至2005年電解鋁總產量從554萬噸上升至767萬噸，增產213萬噸，其中僅中國十大電解鋁廠實現增產91萬噸。生產廠家從141家減少至95家，單個廠家平均生產規模從2003年的3.9萬噸上升至2005年8萬噸。
生產機器
生產機器全球及中國電解鋁產量 全球及中國電解鋁消費
全球及中國電解鋁產量
全球及中國電解鋁消費行業分析
2012年1-11月中國原鋁產量為1815萬噸，產量同比呈現小幅下降趨勢，產能嚴重過剩情況有所緩解，截止10月底行業淘汰落後產能目標27萬噸目標已完成大半。
現階段，電解鋁企業應避免盲目擴大產能，將原有的產業優勢轉變為盈利能力，利用現有資源，在原來優勢方面上聯合煤電、冶煉、加工，形成完整的產業鏈，將企業規模做大，將生產能力做強，將加工工藝做精，已經成為電解鋁企業的重要目標。
新中國的電解鋁工業經過60餘年的發展，在方方面面都取得了巨大的成就，但也面臨著諸多的挑戰與問題，必須妥善解決，否則，對下一步的發展不利。
生產能力過剩
截止到2013年底，中國的原鋁生產能力已經超過32000kt/a，這是一個頗為嚇人的數字，必須剎住車，不能再發展了，在國內發展鋁電解工業的這駕馬車再也不能這樣甩著響鞭，唱著大風歌一路狂奔亂跑了。要發展到國外去，到資源和能源相對豐富的地方去開採鋁土礦，提取氧化鋁和生產重熔用鋁錠，去建設合資或獨資企業，將獲得的產品運回國內。爭取到2020年出口的鋁材與鋁製品在數量上是用進口的重熔用鋁錠加工的，而不是相當於用進口的鋁資源（鋁土礦、氧化鋁、廢鋁）加工的。到2030年，爭取國內表觀消費的重熔用鋁錠有50%左右是進口的。日本、韓國及中國台灣地區發展原鋁電解工業的思路有值得我們借鑑之處，美國與歐洲一些國家的作法也有可學習之處。
走出去開發鋁資源有風險，有些地方的風險還很大，可能需要“交一定量的學費”，交學費可能是不可避免的，爭取少交點。目前，日本等國全部關停了國內的原鋁生產（日本還保留了一個生產能力為15kt/a的浦原鋁廠，該廠利用富士山的一個小水電站的電力，電站是鋁廠建設的，浦原鋁廠將原鋁隨後用偏析法提取高純鋁，以減少對環境的污染），而且近30年來，工業已開發國家如美國、德國等的原鋁產量還有所減少，大的鋁業公司的原鋁產量在國內的有一些下降，而在國外的企業的產量卻上升了35%以上。
2013年，全世界人均鋁消費量（按70億人，原鋁消費量51400kt計算）7.34千克/人，中國的人均鋁消費量（按13.5億人，原鋁消費量25500kt計算）18.89千克/人，已經遠遠超過世界平均消費量，是其2.57倍，並且接近工業已開發國家的21.4千克/人。我們現在的主要任務是要提高原材料的消費質量，用儘可能少的原材料消耗辦儘可能多的事。國內規模再也不要擴大了，可採取“東減西增、火減水增”的措施。
技術方面的挑戰
雖然中國部分電解鋁廠的槽容量已經趕上或超過世界領先水平，但同類槽型的技術經濟指標與國外先進水平相比還相對落後。
目前，我國電解鋁廠電解槽的陽極效應係數較高；噸鋁電耗比歐洲領先水平的高；平均槽壽命普遍較短；國外領先水平的電流效率已達96%，而中國75%以上的企業的電流效率只有92.5%-93.5%，而且還有相當多的工廠的整流效率計算偏低；在同等電耗條件下，中國電解槽的陽極電流密度設計僅為0.7-0.735A/cm2，這就意味著等同單位面積電解槽的產量低，因此，今後一段時間內，中國鋁電解的一項主要任務就是最大限度地提高電解槽單位面積產量。
中國當下發展電解鋁工業也有諸多優勢，如電解鋁廠單位產品投資低，約為工業已開發國家的1/3；勞動力成本低，是工業已開發國家原鋁成本中相應勞務費的1/5-1/4；環保要求較低，因此環保設施投資也較低，這是不應該的，現在到了加大環保投資的時候了。千省萬省，不能省環保，應提高環保標準，凡是不達標的，應關停，環保標準應成為高壓線。
