治区、直辖市。铝土矿保有储量达到22.73亿t,其中A+B+C级7.05亿t,占总保有储量的31%。图3.9.1示出了我国1960~1995年铝土矿保有储量和A+B+C级储量增长状况。
据美国矿业局《Mineral Commodity Summaries》1996年资料,全世界铝土矿储量为230亿t,储量基础为280亿t,其中铝土矿资源比较丰富的国家有:澳大利亚(储量基础79亿t)、几内亚(储量基础59亿t)、巴西(储量基础29亿t)、牙买加(储量基础20亿t)、印度(储量基础12亿t)、匈牙利(储量基础9亿t)。我国铝土矿的数量和质量都不及上述国家,如以我国A+B+C级储量(工业储量)和这些国家的储量基础相比,远在它们之后。
我国铝土矿资源还是比较丰富的,华北地台、扬子地台、华南褶皱系及东南沿海四个成矿区都具有较好的铝土矿成矿条件,尤以晋中-晋北、豫西-晋南、黔北-黔中三个成矿带成矿条件较好,资源远景也大;桂西-滇东及川南-黔北等成矿带也有一定的远景。有关部门根据已有地质条件和成矿条件分析,我国铝土矿资源总量预计可达50亿t。
1.1.2.3 资源特点
我国铝土矿除了分布集中外,以大、中型矿床居多。储量大于2000万t的大型矿床共有31个,其拥有的储量占全国总储量的49%;储量在2000~500万t之间的中型矿床共有83个,其拥有的储量占全国总储量的37%,大、中型矿床合计占到了86%。
我国铝土矿的质量比较差,加工困难、耗能大的一水硬铝石型矿石占全国总储量的98%以上。在保有储量中,一级矿石(Al2O3 60%~70%,Al/Si ≥12)只占1.5%,二级矿石(Al2O3 51%~71%,Al/Si≥9)占17%,三级矿石(Al2O3 62%~69%,Al/Si≥7)占11.3%,四级矿石(Al2O3>62%,Al/Si≥5)占27.9%,五级矿石(Al2O3>58%,Al/Si≥4)占18%,六级矿石(Al2O3>54%,Al/Si≥3)占8.3%,七级矿石(Al2O3>48%,Al/Si≥6)占1.5%,其余为品级不明的矿石。
我国铝土矿的另一个不利因素是适合露采的铝土矿矿床不多,据统计只占全国总储量的34%。
与国外红土型铝土矿不同的是,我国古风化壳型铝土矿常共生和伴生有多种矿产。在铝土矿分布区,上覆岩层常产有工业煤层和优质石灰岩。在含矿岩系中共生有半软质粘土、硬质粘土、铁矿和硫铁矿。铝土矿矿石中还伴生有镓、钒、锂、稀土金属、铌、钽、钛、钪等多种有用元素。在有些地区,上述共生矿产往往和铝土矿在一起构成具有工业价值的矿床。铝土矿中的镓、钒、钪等也都具有回收价值。
我国铝土矿的最后一个特点是,地质工作程度比较高,截至1994年底,我国铝土矿保有储量中属于勘探阶段的占32.5%,属于详查阶段的占55.8%,两者合计,详查以上工作程度的储量占全国总保有储量的88.3%。
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1.1.2.4 我国铝土矿储量分布
我国铝土矿分布高度集中,山西、贵州、河南和广西四个省(区)的储量合计占全国总储量的90.9%(山西41.6%、贵州17.1%、河南16.7%、广西15.5%),其余拥有铝土矿的15个省、自治区、直辖市的储量合计仅占全国总储量的9.1%。 山西的铝土矿床(点)主要分布在孝义、交口、汾阳、阳泉、盂县、宁武、原平、兴县、保德、平陆等5大片42个县境内,面积约6.7万km2,探明铝土矿储量,居全国第一,该区的资源总量估计可达20亿t。
河南的铝土矿集中分布在黄河以南、京广线以西的巩县、登封、偃师、新安、三门峡、陕县、宝丰、鲁山、临汝、禹县等三大片10多个县境内,面积3万多km2,探明铝土矿储量居全国第2位,预测资源总量可达10亿t。
贵州的铝土矿床主要分布在“黔中隆起”南北两侧的遵义、息峰、开阳、瓮安、正安、道真、修文、清镇、贵阳、平坝、织金、苟江、黄平等十几个县境内,面积2400km2,探明铝土矿储量居全国第3位。预测资源总量逾10亿t。 广西的铝土矿集中分布在平果、田东、田阳、德保、靖西、桂县、那坡、果化、隆安、邕宁、崇左等县境内,探明铝土矿储量居全国第4位,预测铝土矿储量在8亿t以上。
山东的铝土矿主要分布在淄博、新泰、洪山等县境内,其探明铝土矿储量占全国总储量的3%。
此外,在海南、广东、福建、云南、江西、湖北、湖南、陕西、四川、新疆、宁夏、河北等省(区),也有铝土矿矿床产出[4]。
1.1.3 铝的工业制取方法
铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里,如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾时,等等。有铝的氧化物与冰晶石(3NaF·AlF?)共熔电解制得。
从铝土矿中提取铝反应过程
①溶解:将铝土矿溶于NaOH(aq)
Al?O?+ 2NaOH → 2NaAlO?(偏铝酸钠)+ H?O
②过滤:除去残渣氧化铁(Fe?O?)、硅铝酸钠等 ③酸化:向滤液中通入过量CO?.
NaAlO?+ CO?+ 2H?O → Al(OH)?↓+ NaHCO?
④过滤、灼烧 Al(OH)?
2Al(OH)?→高温→Al?O?+ 3H?O
注:电解时为使氧化铝熔融温度降低,在Al?O? 中添加冰晶石(3NaF·AlF?)
⑤电解:
2Al?O?(I)→通电→ 4Al + 3O?↑
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1.2 电解铝的发展现状
中国铝电解技术自70年代末引进160KA中间下料预焙槽技术之后,从消化国外技术开始,揭开了中国现代铝电解技术发展的序幕,以铝电解槽热电磁力特性及磁流体数学模型研究为核心,在工艺、材料、过程控制及配套技术等方面展开了广泛深入的研究工作。九十年代以来,在基础理论、大型铝电解槽开发以发展现状及工程应用取得了一系列成果,开发成功了280、320KA以上的特大型电解槽技术,使铝工业的技术进步令人注目。大容量电解槽的开发,使中国铝电解技术总体上达到了国际先进水平,电解铝工业的面貌发生了根本的改变。
实际运行指标差。由于开发时间短,对中国大型铝电解槽在生产领域的深层次开发明显不足,致使实际运行指标的生产指标与国际先进水平还有较大差距。多数在大负荷、小电网环境下运行,安全隐患多。铝电联营是中国电解铝企业发展的趋势之一,但同时在技术上也存在相应的问题。由于大容量电解槽一般系列规模较大(一个系列产能可达20万吨以上),巨大的用电负荷集中在一个生产系列上(一般达40万KW以上),电解系列生产的任何波动都会造成电网或自备电厂较大的影响,甚至威胁供电安全。
缺乏建立在对阴极破损机理与规律透彻掌握基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施,电解槽难以达到设计寿命,早期破损率高。影响
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中国大型槽槽寿命的问题除了中国普遍认为的阴极炭素材料质量方面的原因外,电解槽的设计、筑炉材料、筑炉质量、焙烧启动、正常生产操作及生产管理等方面均存在一些问题。导致这些问题的深层次原因是,中国尚缺乏对铝电解槽破损(常称为阴极破损)机理与规律的深入掌握及在此基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施。随着电解槽容量的不断扩大,槽寿命问题就更加突出。
中国铝业股价缺乏先进的生产操作技术,作业成本高。中国300KA级的特大型预焙铝电解槽投入工业应用的时间短。又不能完全照搬以前在大型预焙槽上的相关经验(这些经验也有很大局限性)。焙烧启动过程中电流分布不均的问题更突出且焙烧启动过程中的能耗大;投入运行后电解槽的物理场(电场、磁场、流场)容易波动,热平衡的维持较困难;槽电阻极易受外界的干扰而波动,阳极效应发生后熄灭困难,且由于电解槽的惯性大,一旦出现槽况波动或槽况异常现象,很难快速恢复正常。新型电解铝用钢壳铝芯阳极爪
就中国电解铝整体生产状态而言,能源综合利用效率要比国际先进水平低15%左右,主要表现在:电流效率相差2-3个百分点;吨铝电耗相差300-800Kwh;电解铝用阳极生产过程能耗相差3Gj/t左右;电解铝阳极消耗相差30-60Kg(折合标准煤约75-150Kg);电槽槽寿命相差1000天左右;阳极效应系数国际先进为0.1次/天.槽以下,中国最好水平在0.3次/天.槽左右。
中国电解铝行业从2002年开始,电解铝产量开始过剩,受下游行业需求下降影响,中国2008年电解铝过剩预计达到50万吨。电解铝需求增速放缓,受经济危机影响,来自房地产和汽车行业的需求增速大幅下滑,而来自于电力设备行业的需求仍保持快速增长,包装行业对电解铝的需求量保持稳定,2008年电解铝需求增速在10%左右。中国铝土矿资源稀缺,产能扩张不可持续。中国矿资源稀缺,铝矿资源只能维持10年,中国的资源不可能再支撑电解铝行业年均20%左右的扩张速度。电解铝的生产成本价在15000元/吨-17500元/吨,而电解铝的价格仅为13400元/吨,行业亏损严重。原料进一步下跌,中国电解铝企业的平均生产本也在15000元左右,因此铝价大幅下跌的可能性很小。2009年6月份左右铝价有可能回到15000元/吨。
1.3 电解铝的市场供应状况
全球电解铝产量平稳增长,增产动力依然来自于中国。2005年世界电解铝产量3191万吨,同比增长了供应现状6.45%,其中中国产量767万吨,同比增长了15.07%。2006年全球电解铝产量达到3380万吨。2006年6月份全球日平均产量(不包括中国)8.22万吨,较5月份日均产量增长了700吨,环比增长0.09%。6月份国内电解铝产量78.03万吨,日均产量电解铝产量2.6万吨,较五月份日平均产量增长了1975吨,环比增长7.59%。中国依然是全球电解铝增产的主动力,由于中国产量占全球产量的比重高到24.9%,中国产量的变化趋势对全球电解铝供应起到了决定性的作用[5]。中国电解铝行业发展的状况决定
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中国国内电解铝供应一直较为充裕,2005年电解铝平均产能1070万吨,产能利用率75%,从6月份国内数据看,中国的产能已经得到了一定程度的释放。中国建电解铝项目11个,建设总能力112万吨,尚有10个拟建电解铝项目,总能力140万吨。2006年电解铝生产能力达1160万吨,2007年达1250万吨。电解铝建设工艺简单技术含量低建设周期短,有充足资金投入,从开工到建成投产仅需要了9个月。
生产机器电解铝上游行业氧化铝产能迅速扩张,产业链向电解铝行业延伸,成为电解铝产能增长的主要动力。电解铝行业所处的成长发展阶段决定了产量增长是主基调,电解铝企业竞争,重组购并,不断扩张,行业集中度提高,也将推动产能的增长。电解铝行业的购买方即铝消费商,在中国经济的快速发展,中国城市化进程中基础设施、公共事业、住房和汽车等消费品,极大地带动中国电解铝消费需求。电解铝行业处于高速发展成长期阶段,行业优胜劣汰,行业集中度不断提升。2003年至2005年电解铝总产量从554万吨上升至767万吨,增产213万吨,其中仅中国十大电解铝厂实现增产91万吨。生产厂家从141家减少至95家,单个厂家平均生产规模从2003年的3.9万吨上升至2005年8万吨。
1.4 我国电解铝技术存在的问题 1.4.1 电解槽寿命
我国铝电解槽寿命比国外电解槽寿命短。至今没能解决。对铝电解生产来说,影响铝电解槽寿命的原因是多方面的:有电解槽结构设计的问题,有电解槽内衬材料选择与内村材料的合理结构设计的问题,有筑炉方法的问题,有筑炉质量的问题,也有电解槽焙烧启动的方式、方法问题,更有电解槽早期技术管理和正常情况下电解工艺的选择与操作问题。应该说,上述各个过程和环节的好坏,都会影响电解槽的寿命。多年前,我国电解铝厂引进了国外的铝电解槽焦粒焙烧干法启动的技术,取代了落后铝液焙烧技术。尽管焦粒焙烧并不是属于我国自主知识产权技术,但对我国电解铝厂应该是一个技术上的进步。值得关注的是,尽管我国引进和使用了这一较为先进的铝电解槽焙烧技术,但槽寿命没有明显的提高。以最早使用这一焙烧技术的白银铝厂为例,电解槽的寿命仍然在1500天左右。由此可见,就我国电解铝厂来说,仅仅以焦粒焙烧干法启动取代铝液焙烧,想大幅度提高我国铝电解槽的寿命的目的不能实现。另一方面也说明了提高电解槽寿命是一个系统的工程。就我国电解铝厂而言,电解槽内衬材料的选择和内衬材料结构设计、筑炉方法、筑炉质量,以及电解槽启动后的早期技术管理、正常的工艺技术操作等方面都存在不同程度的问题,都对电解槽的寿命有影响。而我国电解铝厂对这些方面的认识和了解不多,缺乏深入的研究。在谈及提高电解槽的寿命时,过去听到比较多的建议是使用石墨化和半石墨化的阴极炭块、硼化钛阴极涂层等技术。诚然这些措施对电解槽的
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