电解铝

工业上铝都是采用电解法生产的。铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成多相电解质体系。其中Na₂AlF₆-Al₂O₃二元系和Na₃AlF₆-AlF₃-Al₂O₃三元系是工业电解质的基础。电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能，高污染行业。电解铝生产中排出的废气主要是CO₂，以及以HF气体为主的气-固氟化物等。CO₂是一种温室气体，是造成全球气候变暖的主要原因。而氟化物中的CF₄和C₂F₆其温室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，并且会对臭氧层造成不同程度的影响。HF则是一种剧毒气体，通过皮肤或呼吸道进入人体，仅需1.5g便可以致死。

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。

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。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，主要表如今：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。

在之前颁布的《国务院关于化解产能严重过剩矛盾的指导意见》以下简称《指导意见》的基础上，研究员认为应加强政策执行与配套，进一步压供拓需，从供需两方面完善政策，努力化解电解铝产能过剩。具体有以下几点建议。

在供给侧，建议多策并举严格压缩电解铝产能，尤其应加快推进电价改革，打消产能快速扩张的冲动。

其一，应严格执行《指导意见》，“严禁建设新增产能项目”、“分类妥善处理在建违规项目”、“清理整顿建成违规产能”、“淘汰和退出落后产能”，建议可对违规建设产能收取罚金，以建立淘汰落后产能基金，并针对产能淘汰和退出在财政补贴、企业转产、职工安置等方面出台具体扶持政策。

其二，切实消除政策性障碍，落实好“整合一批”，推进企业的兼并重组，具体而言:建议在证监会《并购重组审核分道制实施方案》对电解铝等九个推进兼并重组重点行业进入快速豁免、快速审核通道的基础上，进一步研究并降低同行业上市公司兼并重组的成本，建议调整电力政策，允许带头企业建设或吸收的现有发电企业为其电解铝生产提供廉价电力供应，建议在金融、税费等方面加大支持力度，鼓励带带头企业作为整合主体，切实推进跨地区、跨行业、跨所有制的企业重组。

其三，均衡区域电价，加快电力体制改革，消除暴利预期。虽然从长远看，电解铝等高耗能行业有向新疆等能源丰富的西部地区大面积转移的趋势与必要，但从中短期看，产能在区域间的完全转移需要有一个渐进的过程，且考虑到运输能力和资源环境因素，新疆等西部地区仅仅因为优惠电价而造成的产能扩张也不宜突飞猛进。因此，建议采取措施均衡区域电价，加快推进国家电网体制改革，比如可在全国电解铝行业率先试点，在全国范围内统一并网服务费至1分钱到3分钱，或者允许各地建设行业内区域输电网络，以消除政策原因造成的电价不平等，打消相关企业在新疆等西部地区获得超额利润的预期，从而抑制产能投资冲动，使企业主动停止新建产能。

在需求侧，基于当前外需不振、贸易摩擦升级的现实情况，建议通过收储、拓宽应用范围等手段加大铝的国内需求，切实“消化一批”，并通过技术创新提高铝材的加工层次，获取更高收益。一是要适当增加国家对铝的储备。国家在当前铝价创两年来新低的情况下扩大收储规模，不仅有利于消化一部分产能，促进资产保值增值，也能够树立市场信心。二是要加大研发及财税支持，积极拓宽铝的应用范围。三是要积极努力通过技术攻关与创新，提高我国铝材的加工层次，获取更高收益。

氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃—970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。

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，当前已基本上被淘汰。

当前世界上大部分国家及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。

我国已完成了180kA、280kA和320kA、400kA、500kA以及600kA的现代化预焙槽的工业试验和产业化。以节能增产和环保达标为中心的技术改进与改造，促进自焙槽生产技术向预焙槽转化，获得了巨大成功。

根据电解铝的生产工艺流程，电解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；

（4）其他费用：设备损耗及折旧、财务费用、运输费用、税收等。

铝电解工艺流程：现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。化学反应主要通过这个方程进行：2Al₂O₃ 3C==4Al 3CO₂↑。阳极：2O²ˉ C-4eˉ=CO2↑ 阴极:Al³ 3eˉ=Al。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。

其生产工艺流程如图1：

氧化铝 氟化盐 碳阳极直流电

排出 阳极气体------电解槽

废气 ← 气体净化铝液

回收氟化物 净化澄清

返回电解槽

浇注 轧制或铸造

铝锭 线坯或型材

方程：

电解铝就是通过电解得到的铝.

重要通过这个方程进行：2Al₂O₃ 3C→4Al 3CO₂↑。

阳极：2O²ˉ C-4eˉ=CO₂↑

阴极:Al³ 3eˉ=Al

1825年，Hans Christian Oerstd(丹麦)将稀释汞化钾与无水氯化铝反应，再将反应生成的产物蒸馏去除汞，首次得到了微量的纯金属铝。

1827年，Friedrich Woher发明了一种利用钾化合物和无水氯化铝反应生成铝粉末的方法。

1854年，Henri Saninte-Claire Deville(法国)改进了Woher的方法，开始了商业产铝的进程，这使得价格原本高于金和铂的铝，在随后的10年间降低了，但是价格因素依然制约了其在工业上的广泛使用。

1885年，Hamilton Y.Cassner(美国)改进了Deville的工艺,铝的年产量达到15吨。

1886年，两位年轻的科学家Paul Louis Heroult(法国)和Charles Martin Hall(美国)在互不知道对方工作的情况下，同时发明了铝的电解工艺，这就是今天电解铝生产的基础—冰晶石一氧化铝熔融电解法（又称霍尔一埃鲁特熔盐电解法）制铝工艺。

1888年，第一批电解铝厂在法国、瑞士和美国投产。

1889年，拜尔化学公司创始人的儿子Karl josof Bayel（奥地利）发明了拜尔法，为大规模从矾土矿中提取氧化铝打下了基础，为电解铝的原料提供了充足的保障，从此铝开始走入寻常百姓家，广泛应用于国民生产各个领域 。

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。中国电解铝行业发展的状况决定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，最近电解铝行业发展迅速，2019年中国电解铝产能达到3584万吨，产量达2438.2万吨。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。

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。2019年1-6月中国电解铝产量累计约为1,787万吨，较2018同期增加约0.8%。其中，2019年6月份中国电解铝产量约为300万吨，环比小幅减少约0.3%，同比减少约2.0%。6月份山东、新疆和内蒙古地区电解铝产量分别为70.7万吨、52.9万吨和42.1万吨，均环比持平；云南地区产量约在16.1万吨，环比增加约6.6%；河南地区产量约为14.4万吨，环比减少约10.0%。

全球及中国电解铝产量 　 全球及中国电解铝消费

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，铝矿资源只能再维持10年，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成本也在15000元左右，因此铝价大幅下跌的可能性很小。截至2019年2月底，我国电解铝企业算术平均生产成本13554.4元/吨，较1月底下跌303.4元/吨。

当能源价格不断攀升之时，世界各大铝业公司开始通过降低电解铝生产各个环节的成本来确保铝业生产的价格竞争力。从国内政策面上分析，国家产业政策给铝行业定位在满足国内需求上，且在对高精尖产品和低技术含量产品在政策上将会有区别。因此，掌握交通运输、电力、包装、家电等行业发展趋势，同时积极引进先进设备，提高技术能力降低生产成本成为当前铝业公司发展的主要方向。

氧化铝作为电解铝的原材料，在原材料供应端与成本端影响着电解铝行情；电解铝作为氧化铝的重要下游消费领域，在消费端影响着氧化铝行情。回顾2019年国内上半年铝市场行情，从供需、产能及市场库存三方面分析发现，氧化铝与电解铝处于不同周期。2019年下半年电解铝利多因素存在，电解铝产量增长受限、持续去库形成的基本面短缺对电解铝价格走强起一定支撑作用，电解铝价格长期看多，运行区间13650-14450元/t 。

2012年1-11月中国原铝产量为1815万吨，产量同比呈现小幅下降趋势，产能严重过剩情况有所缓解，截止10月底行业淘汰落后产能目标27万吨目标已完成大半。

现阶段，电解铝企业应避免盲目扩大产能，将原有的产业优势转变为盈利能力，利用现有资源，在原来优势方面上联合煤电、冶炼、加工，形成完整的产业链，将企业规模做大，将生产能力做强，将加工工艺做精，已经成为电解铝企业的重要目标。

新中国的电解铝工业经过60余年的发展，在方方面面都取得了巨大的成就，但也面临着诸多的挑战与问题，必须妥善解决，否则，对下一步的发展不利。

生产能力过剩

截止到2013年底，中国的原铝生产能力已经超过32000kt/a，这是一个颇为吓人的数字，必须刹住车，不能再发展了，在国内发展铝电解工业的这驾马车再也不能这样甩着响鞭，唱着大风歌一路狂奔乱跑了。要发展到国外去，到资源和能源相对丰富的地方去开采铝土矿，提取氧化铝和生产重熔用铝锭，去建设合资或独资企业，将获得的产品运回国内。争取到2020年出口的铝材与铝制品在数量上是用进口的重熔用铝锭加工的，而不是相当于用进口的铝资源（铝土矿、氧化铝、废铝）加工的。到2030年，争取国内表观消费的重熔用铝锭有50%左右是进口的。日本、韩国及中国台湾地区发展原铝电解工业的思路有值得我们借鉴之处，美国与欧洲一些国家的作法也有可学习之处。

走出去开发铝资源有风险，有些地方的风险还很大，可能需要“交一定量的学费”，交学费可能是不可避免的，争取少交点。日本等国全部关停了国内的原铝生产（日本还保留了一个生产能力为15kt/a的浦原铝厂，该厂利用富士山的一个小水电站的电力，电站是铝厂建设的，浦原铝厂将原铝随后用偏析法提取高纯铝，以减少对环境的污染），而且近30年来，工业发达国家如美国、德国等的原铝产量还有所减少，大的铝业公司的原铝产量在国内的有一些下降，而在国外的企业的产量却上升了35%以上。

2013年，全世界人均铝消费量（按70亿人，原铝消费量51400kt计算）7.34千克/人，中国的人均铝消费量（按13.5亿人，原铝消费量25500kt计算）18.89千克/人，已经远远超过世界平均消费量，是其2.57倍，并且接近工业发达国家的21.4千克/人。我们的主要任务是要提高原材料的消费质量，用尽可能少的原材料消耗办尽可能多的事。国内规模再也不要扩大了，可采取“东减西增、火减水增”的措施。

技术方面的挑战

虽然中国部分电解铝厂的槽容量已经赶上或超过世界领先水平，但同类槽型的技术经济指标与国外的先进水平相比还相对落后。我国电解铝厂电解槽的阳极效应系数较高；吨铝电耗比欧洲领先水平的高；平均槽寿命普遍较短；国外领先水平的电流效率已达96%，而中国75%以上的企业的电流效率只有92.5%-93.5%，而且还有相当多的工厂的整流效率计算偏低；在同等电耗条件下，中国电解槽的阳极电流密度设计仅为0.7-0.735A/cm²，这就意味着等同单位面积电解槽的产量低，因此，今后一段时间内，中国铝电解的一项主要任务就是最大限度地提高电解槽单位面积产量。

中国当下发展电解铝工业也有诸多优势，如电解铝厂单位产品投资低，约为工业发达国家的1/3；劳动力成本低，是工业发达国家原铝成本中相应劳务费的1/5-1/4；环保要求较低，因此环保设施投资也较低，这是不应该的，到了加大环保投资的时候了。千省万省，不能省环保，应提高环保标准，凡是不达标的，应关停，环保标准应成为高压线 。

《电解铝生产》是有色金属行业职业教育培训规划教材之一，是根据有色金属企业生产实际、岗位技能要求以及职业学校教学需要编写的。

《电解铝生产》主要介绍了电解铝基本理论知识、铝电解槽的焙烧启动、工艺技术条件和操作、生产异常情况及处理、生产事故处理及预防、电解烟气净化工艺、铝及铝合金铸造工艺、铝电解槽、混合炉、回转窑砌筑、电解铝多功能天车、安全与环境保护等内容。在内容组织安排上，力求简明扼要，通俗易懂，理论联系实际，切合生产实际需要，突出实际操作。为便于读者学习，加深理解和应用，每章都附有复习思考题。

《电解铝生产》适合电解铝企业工程技术人员阅读，可作为企业岗位操作人员的培训教材及职业学校（院）相关专业教材，也可供有关工程技术人员和大学师生参考。

电解铝用途广泛

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。中国电解铝行业发展的状况决定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。

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。2100433B