【产业训练营】铝产业链知识介绍

1、,铝产业链知识介绍,第一部分、铝产业链基础知识概述 第二部分、铝土矿 第三部分、氧化铝 第四部分、电解铝 第五部分、铝加工及应用,目 录,第一部分：铝产业链概述,回收废料集中堆存,拆解、分类，得到成份接近的废铝,再生利用,重熔得到专门用途的铝合金材料，包括铝合金锭、铝合金铸棒、铝盘条、扁锭等,铝土矿,氧化铝,电解铝,铝制品，如型材、板带、箔等,生产设备或生活用品,报废回收,再生铝,原生铝,铝资源循环圈,一、铝及铝产品分类,铝土矿(又称高铝矾土)：实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称，它通常是一种由铝的三种氢氧化物以不同的比率组成的胶体混合物。

2、 氧化铝：俗称铝氧粉，分子式Al2O3,它是一种白色粉末状物料，熔点为2050,沸点为3000 ,真密度为3.5-3.6g/cm3,假密度为1.0g/cm3，流动性好，不溶于水，能溶于冰晶石熔体中，是电解生产中的主要原料。工业用的氧化铝是氧化铝厂从铝矿石中提取来的。 直流电能：在铝电解生产中，其能源主要是直流电能，约占整个能源消耗的97%左右，但在整个世界范围内，所有发电厂输出的电能均为高压交流电，要使之成为能由于电解生产的低压直流电，必须进行变压整流。高压交流电变压整流的基本流程如下：,二、铝产业链基本概念解释,通过整流后的直流电，可直接送入电解槽上用于铝电解生产。,阳极（又名预焙阳极）：是

3、以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂制造而成，用作预焙铝电解槽作阳极材料。这种炭块已经过焙烧，具有稳定的几何形状，所以也称预焙阳极炭块，习惯上又称为铝电解用炭阳极。用预焙阳极炭块作阳极的铝电解槽称预焙阳极电解槽，简称预焙槽，这是一种现代化的大型铝电解槽。 阳极材料：铝电解生产是采用高温并具有很大腐蚀性的冰晶石-氧化铝熔盐电解，作为阴阳两极的导电材料，目前能抵御这种侵蚀性并且价格低而又能良好导电的，唯有碳素制品，因此，铝工业上均采用碳素电极，炭阴极和炭阳极。在电解过程中，炭阴极原则上不消耗，只破损；炭阳极则直接参与电化学反应而不断被消耗。 铝电解生产中阳极材料依据槽型不同而不同，自焙阳极电解槽

4、使用的是阳极糊，而预焙阳极电解槽使用的是预焙阳极炭块。 铝电解辅助材料：铝电解生产所用的熔剂主要是冰晶石和氟化铝，还有一些添加剂，如氟化钙、氟化镁、氟化钠、氟化锂等。,二、铝产业链基本概念解释,原生铝(电解铝):直接用氧化铝原料经冶炼而生产出来的金属铝.( 经还原或分解金属化合物所提炼的金属铝.) 铝合金:以铝为基本金属元素,并由合金元素及杂质所组成的工程合金. 合金中铝的含量超过任何一种其他元素,其他元素中至少有一种元素的含量超过0.10%,或者Fe+Si的含量超过0.10%,所有其他元素的总含量超过1.0%. 铝合金中的合金元素,是为了使该合金中具有某些特性而有意加入的或保留的;而杂质是指

5、并非有意加入或保留的金属或非金属元素. 由于纯铝的强度较低,其用途受到一定的限制,所以工业上更多的采用铝合金 废 铝:铝及铝合金产品的报废品。 再生铝:至少经过一次熔注或加工 ,并经回收和处理所获得的金属铝.,三、铝产业链基本概念解释,纯铝: 铝含量最少为99%,并且其他任何元素的含量不超过下列规定界限的金属铝:Fe+Si含量不大于1.0%,其他元素,每钟含量不大于0.10%. 工业纯铝：铝含量为98%-99.7% 精铝:(纯铝 精铝) 将铝含量为99.0%以上的纯铝,用特殊的冶炼方法制成的纯度不小于99.95%的金属铝. 高纯铝:(精铝 高纯铝) 以优质的精铝为原料,采用特殊的冶炼方法(例如

6、采用定向凝固提纯法)生产的纯度不小于99.999%的金属铝.(我国有色金属行业标准YS/T275-1994中列有两种高纯铝.,四、原铝的种类及其划分标准:,纯铝决大部分（85%以上）要添加其他金属，配成各种合金，并通过铸造、压力铸造、轧制、挤压、垃拨、锻压、冲压、球摩烧结、深加等各种发法加工成具有不同品种、形状、规格及不同性能、功能和用途的铸件、压铸件或板、带、条、箔材，管、棒、型、线材、自由锻件或模锻件、粉材等铝加工零件和部件,供各工业部门和人民 生活各方面的需要。,纯铝的应用,五、铝的性质和用途,铝是一种银白色的轻金属,其化合物在自然界中分布极广,地壳中铝元素的含量约为8%,仅次于氧和硅,

7、位居第三位（金属第一位）。由于铝的化学性质很活泼，因而在自然界中并没有单质的金属铝存在，而是以各种化合物状态存在，自然界中含铝的矿物约250种。 铝具有特殊的化学、物理特性，是当今最常用的工业金属之一，被世人称为第二金属，其产量及消费仅次于钢铁。铝的比重为2.7，密度约为铜、钢的1/3。不仅重量轻，质地坚，而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐腐蚀性、耐热性和耐核辐射性，是经济发展的重要基础原料。,1.自然属性,2.铝的基本特性与主要应用领域,铝的性质和用途,2.铝的基本特性与主要应用领域,铝的性质和用途,现阶段铝的主要用途,近五十年来，铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一。铝消费的支柱行业

8、主要在建筑业、交通运输业和包装业，这三大行业的铝消费一般占当年铝总消费量的60%左右。 在建筑业上，由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观，使铝在建筑业被越来越多地广泛应用，特别是在铝合金门窗、铝塑管、装饰板、铝板幕墙等方面的应用。 在交通运输业上，为减轻交通工具自身的重量，减少废气排放对环境的污染，摩托车、各类汽车、火车、地铁、飞机、船只等交通运输工具都开始大量采用铝及铝合金作为构件和装饰件。特别是铝合金加工材的硬度和强度不断提高，航空航天领域使用的比例也开始逐年增加。 在包装业上，各类软包装用铝箔、全铝易拉罐、各类瓶盖及易拉盖、药用包装等用铝范围也在扩大。 在其它消费领域，电子电气、

9、家用电器（冰箱、空调）、日用五金等方面的使用量和使用前景也越来越广阔。,第二部分：铝土矿,一、铝土矿资源状况,如前所述，铝在自然界中不是以单质状态存在，而总是以化合物的形式存在的。在自然界铝矿物和含铝矿物有250余种，其中主要的为铝土矿、高岭土、红柱石、霞石、明矾石、冰晶石等，目前提取原铝用的主要铝矿物是铝土矿。 铝土矿(又称高铝矾土)实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称，它通常是一种由铝的三种氢氧化物以不同的比率组成的胶体混合物。,铝土矿的应用领域有金属和非金属两个方面。铝土矿是生产金属铝的最佳原料，也是最主要的应用领域，其用量占世界铝土矿

10、总产量的90%以上。而铝土矿的非金属用途主要是作耐火材料、研磨材料、化学制品及高铝水泥的原料。,1全球矿源分布情况 据美国地质勘探局USGS（United States Geological Survey）的最新数据，世界上铝土矿储量为230亿吨, 基础储量约330亿吨，资源总量约在550750亿吨，世界人均储量约3947千克。全球铝土矿的分布状况大致如下：,一、铝土矿资源状况,世界铝土矿储量资源储量丰富,。储量的静态开采服务年限约为146年，基础储量的静态保证年限约为209年，即使用量在未来20年内增长1倍，在可预见的21世纪中世界铝土矿储量资源也能够保证需求。分布极不均衡,世界拥有铝土矿资

11、源的国家50多个， 但排在世界前5位的国家就占了储量和资源储量总量的70%以上，前10位国家占了世界资源量的85%以上。,一、铝土矿资源状况,2中国矿源分布情况,全球生产铝土矿的国家有25个，其中欧洲6个，非洲4个，亚洲8个，美洲6个，大洋洲1个，具体各洲生产铝土矿的国家见下表：,上述25个铝土矿生产国中有7个国家尚无氧化铝工业。它们是南斯拉夫、加纳、塞拉利昂、莫桑比克、马来西亚、印尼、圭亚那，这些国家生产的铝土矿全部出口。 在上面这些铝土矿生产国家中，近几年产量在10000Kt以上的国家有：澳大利亚、巴西、几内亚、中国、牙买加和印度，这些国家合计产量占全球铝土矿年产量的80%以上；其中澳大利

12、亚、巴西和几内亚三国合计占全球产量一半以上，接近60%。,二、铝土矿生产和市场格局状况,22,铝土矿贸易流向,23,我国铝土矿资源短缺越来越严重,三、资源的控制及前景,跨国铝业公司利用资本和技术优势，通过扩大海外投资，不断提高对优质铝土矿资源的控制度，资源国家对资源的控制和影响力逐步削弱。 西方主要的铝业公司从各自的利益出发，推行全球资源战略，力图在全球范围内配置资源，获取最大的经济利益。他们利用资本和技术优势，纷纷在海外投资、独资或合资经营铝土矿/氧化铝厂，控制优质的铝土矿开采权、产能和产量，掌握、控制了世界大量优质、储量丰富的铝土矿资源，而铝土矿资源大国对本国铝土矿资源的控制力却不断地削弱

13、。 如美国在国内铝土矿资源贫乏的情况下，通过美铝等跨国公司掌握世界铝土矿产能的1/4，控制全球30%以上的产量。澳大利亚虽然是世界上铝土矿大国，但其资源的开采权、铝土矿的生产能力和铝土矿均由美国、加拿大、英国等国的跨国矿业公司（Alcoa、RTZ、BHP Billiton）所控制。巴西、牙买加的铝土矿也有40%以上由跨国公司（Alcoa、Kaiser、Hydro）所控制。虽然，利用现有技术已探明的铝土矿储量只够开采150多年，但随着科学技术的进步，会探明更多的矿藏，会开采埋藏更深的矿藏。有些今天不能用的低品位矿石，明天就可以用工业方法从中提取出银光熠熠的铝来。,第三部份、氧化铝,一、我国氧化铝

14、的质量标准,电解炼铝对氧化铝的质量要求：一是氧化铝的纯度，二是氧化铝的物理性质。 氧化铝的纯度是影响原铝质量的主要因素，同时也影响电解过程的技术经济指标。如果氧化铝中含有比铝更正电性元素的氧化物（三氧化二铁、二氧化硅、二氧化锑、五氧化二钒等），这些元素在电解过程中将首先在阴极上析出而使铝的质量降低。同时，如果电解质中含有磷、钒、钛、铁等杂质，还会使电流效率降低。如果氧化铝中含有比铝更负电性的元素（碱金属及碱土金属）的氧化物，则在电解时这些元素将与氟化铝反应，造成氟化铝耗量增加。因此，电解炼铝用的氧化铝必须具有较高的纯度，其杂质含量应尽可能低。氧化铝质量与生产方法有关，拜尔法生产氧化铝的纯度要高

15、于烧结法。我国氧化铝的质量标准见下表：,二、氧化铝生产成本分析,1成本要素 根据前面的生产工艺流程，氧化铝的生产成本大致由下面几部分构成： （1）原材料：铝土矿、石灰石、碱（纯碱和烧碱）等 （2）辅助材料：钢球、油脂、运输带等 （3）燃料及动力费用：电耗、蒸汽消耗、水、重油、焦碳等 （4）其他费用：人工、制造、管理费用 其中铝土矿是生产氧化铝的主要原材料和主要成本来源，生产一磅氧化铝约需二磅左右的铝土矿（因品位不同，吨氧化铝需要铝土矿的量差别较大）。世界上几家较大的铝业公司生产一吨氧化铝的铝土矿成本大致如下：,当然，国情不同，生产成本中各要素的比重也会有所不同。中国的特殊国情使得中国与其他发达

16、国家的在成本结构上的差异是显著的，比如中国的人力资本比较便宜，而能源费用则占有很大的比重，使得中国生产氧化铝的整体成本要高于世界平均水平。 下面是一些对比数据，很能说明此中问题，不过，具体到各生产企业，可能由于资源优势不同，各成本之间有所出入，且随着各材料市场行情变化，各成本也会产生变化：,二、氧化铝生产成本分析,从上图中可以更清楚地看出，中国国内氧化铝生产铝土矿成本明显低于世界成本；而能源费用则相反，中国能源占30%，世界只有20%(此前国际能耗比例较低时只有14%)；中国能源费用的昂贵不外乎以下几个原因： （1）铝土矿资源不同：国外铝土矿多为三水软铝石,容易浸出,而国内大多为一水硬铝石,

17、流程比较复杂, 能耗高； （2）设备自动化程度不同：国外大型氧化铝厂的设备自动化程度高,设备比较先进,而国内设备大多比较陈旧,自动化程度较低,生产效率较低； （3）单位能源价格较高也是一个原因。 另外，中国劳动力价格低廉，使得中国劳动力成本成为一大优势，中国劳动力成本比世界平均水平低9个百分点。,国外成本结构,国内成本结构,全球氧化铝生产相对来说比较集中，从右表中可以看到，前7个国家产量就占了全球产量的82%左右(2010年比2009上升)；百万吨生产国家基本上都有铝土矿，只有爱尔兰和乌克兰是完全靠进口铝土矿进行生产。另外，中国、美国、西班牙、加拿大、意大利、俄罗斯、苏里南等每年还需大量进口铝

18、土矿进行生产。,三、氧化铝生产和供需状况,2国内产能产量状况 国内近两年氧化铝产能产量增长迅猛，05年非中铝产量只占国内总产量的10%都不到，但2010年全年非中铝产量已经接近2000多万吨，占当年国内总供应量（含进口）的58%；而中铝则从05年占国内总供应量的50%下降到2010年的29%，进口氧化铝的比重也由2005年的45%大幅下滑到13%。 国内非中铝产能产量扩张迅速，尤其是山东地区魏桥和茌平信发两企业，合计产能突破了800万吨，合计到2011年底，非中铝氧化铝产能将接近4000万吨，而中铝也有接近1200多万吨的产能，2011年国内氧化铝总产量为3500万吨。,三、氧化铝生产和供需状

19、况,32,三、我国氧化铝产能分布,三、我国氧化铝供求平衡状况,第四部分：电解铝,一、电解铝的生产工艺流程,1886年美国人霍尔（SMHall）和法国人赫劳尔特（PLTHeroult）同时发明了铝的冰晶石氧化铝熔盐电解法，所以把此法称为霍尔埃鲁法。100多年后的今天，全世界生产的5000多万吨原铝都是用该法提取的。 铝电解生产可分为侧插阳极棒自焙槽、上插阳极棒自焙槽和预焙阳极槽三大类。 自焙槽生产电解铝技术有装备简单、建设周期短、投资少的特点，但却有烟气无法处理，污染环境严重，机械化困难，劳动强度大，不易大型化，单槽产量低等一些不易克服的缺点，所以是正在被淘汰的生产工艺。 目前世界上大部分国家及

20、生产企业都在使用大型预焙槽，槽的电流强度很大，不仅自动化程度高，能耗低，单槽产量高，而且满足了环保法规的要求。其典型的工艺流程如下所示：,160KA直流电,冰晶石,氧化铝,氟化铝,氟化钙,电解槽,炭阳极,干法净化,返回炭素生产线,残极,载氟氧化铝,铝液,铸造,铝锭,废气排空,电解铝生产流程示意图,一、电解铝的生产工艺流程,二、电解铝的生产成本分析,1成本构成 根据前面的生产工艺流程，氧化铝的生产成本大致由下面几部分构成： （1）原材料：氧化铝、冰晶石、氟化铝、添加剂(氟化钙、氟化镁等)、阳极材料 （2）能源成本：电力（直流电和交流电）、燃料油 （3）人力成本：工资及其他管理费用 （3）其他费用

21、：设备损耗及折旧、财务费用、运输费用、税收等,从国内的平均水平来看，氧化铝成本（约32% ）和能源成本（41%左右）构成了电解铝生产成本的主要部分，其次为阳极部分，大致为10%的水平。,二、电解铝的生产成本分析,2、电力价格的变化对电解铝生产成本的影响,制造1吨铝约需要约14000千瓦小时的电力，也就是说，如果供电价格每千瓦时上涨1分钱，将导致铝锭的成本上升140元左右，所以廉价的电力对铝生产成本非常重要。 中国经过原铝冶炼技术的不断创新，吨铝耗电量和世界相比具有一定的优势。2003年我国吨铝平均耗电量为15045度（2008年在14300度左右），比北美的吨铝耗电量15224度要低，而且也低

22、于世界平均水平。但随着08年优惠电价的取消、2010年销售电价上调及煤炭价格的快速上涨，电力成本快速上升，国内电解铝用电电价平均达到了0.48元以上，合计吨铝耗电成本约为6700元左右。 由于氧化铝等其它成本近年变化较小，电价的变化成为影响国内电解铝生产成本的最主要因素。,二、电解铝的生产成本分析,40,3、近年国内电解铝成本与铝价走势,二、电解铝的生产成本分析,三、电解铝的供需状况分析,1、电解铝的生产状况产能与产量,近年全球电解铝产量按国家排名,全球电解铝产能分布,三、电解铝的供需状况分析,三、电解铝的供需状况分析,Source:KTIC。,三、电解铝的供需状况分析,第五部分:铝加工及应用,铝材的加工流程主要如下图所示：,原铝 （再生铝）,铸造法：利用铸造铝合金良好的流动性和可填充性，在一定温度、速度和外力的条件下，将铝合金熔体浇铸到各种模型中获得所需形状和组织性能的铝合金铸件和压铸件的方法。 塑性成型法：利用铝及铝合金的良好塑性，在一定的温度、