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利用电解铝产业布局调整战略时机 发展适合资源特色的负碳电热炼铝产业!
2019-12-24 08:43   来源: 尚轻时代
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当前,我国的电解铝产业正在掀起一轮从北向南、由东向西的战略调整高潮,大量产能纷纷搬迁至水电能源丰富的云南等地。利用好当前原铝工业布局大幅度调整的战略时机,应当大力发展适合我国资源特色的负碳电热炼铝产业,从而逐步替代不适合我国国情的电解铝路径。

广西、云南等西南地区拥有较为丰富的铝土矿资源,但其中大量是低品位铝土矿和尾矿,结合粉煤灰能源等工业的固体废弃物,采用创新型的清洁电热炼铝工艺,走非电解的技术路径,直接生产铝硅高熵型合金液,然后用粗镁提取出金属纯铝,实现电热法直接冶炼铝合金,发展独具中国特色的非电解炼铝产业,实现我国原铝工业的资源自给、清洁生产、零碳排甚至负碳排,以及更高的质量效益。

金属铝是人类最重要的轻合金材料,我国的电解铝产量已经超过每年3600万吨,连续多年占据全世界50%以上份额。但我国的电解铝事业同时也面临着资源匮乏、污染严重、成本高涨、无法使用零碳排新能源等四大弊端。首先是资源匮乏,我国严重缺乏高品质铝土矿,资源量短缺严重,一直以来依赖进口,承受国外矿业巨头的盘剥,受制于人,如果仅仅依靠国内的资源量,我国的铝矿资源将在7年之内消耗殆尽。其二,电解铝原料氧化铝的生产过程,产生大量赤泥,恶化毒害了生态环境。铝电解过程的氟化物气体、烟尘,以及氰化物,不仅仅是严重污染,甚至是剧毒的化学毒害物质。第三,电解铝过程中氧化铝的原料成本占到了40%,众多电解铝企业效益微薄甚至陷入亏损境地。最后,由于电解铝的工艺特性,电力供应不能中断,导致电解铝基本上只能使用化石能源火力发电,而不能大量使用风电、光伏、水电等波动较大的新能源,我国对国际社会的碳减排在电解铝这个耗电大户中无法推行。

云南、广西是我国北方铝土矿的主要产区,但在提供高铝硅比的优质铝土矿的同时,遗留下大量的低品位铝土矿、选后的尾矿等,其铝硅比A/S往往在2.5以下,由于铝硅比太低,完全不能应用于电解铝工艺,但恰恰适合走另外的技术路径,充分利用含硅的铝资源,发展独特的电热法炼铝的创新产业。另外,各地大量堆存的粉煤灰也是一种含有一定氧化铝的低品质铝土矿,正好参与进来,作为电热法炼铝的原料之一。

总体的工艺技术是:含铝低阶铝土矿、铝土尾矿以及粉煤灰、煤矸石等,以烟煤、生物质碳为还原剂,在封闭的矿热埋弧电炉内冶炼出高铝的铝硅铁三元合金,以熔融金属镁为萃取剂,将金属铝从三元合金中提取出来,这是因为金属镁液有一个独特的性质:可以无限溶解金属铝,但不溶解硅和铁,这样实现了金属铝与硅和铁的分离,铝镁合金液经过真空蒸馏,分别获得纯铝或者铝合金,蒸馏出来的镁在在厂内循环利用,或者作为高纯镁对外供应。硅和铁既可以作为炼镁的还原剂,也可以分离成高纯金属硅,作为光伏多晶硅的上游原料,或者作为副产品硅铁,实现循环经济的全元素充分利用。

利用电解铝产业布局调整战略时机,发展适合资源特色的负碳电热炼铝产业!

该工艺不仅利用了低铝硅比铝土矿及其尾矿,也一定程度消纳利用了粉煤灰、煤矸石等固体废弃物,作为城市矿产来提取金属铝,实现了变废为宝,使得我国的金属铝事业不再依赖海外资源。

从成本的角度分析,电热炼铝不仅是多重的循环经济,经济效益远远超越电解铝。电解铝主要成本是约14000kwh的工艺用电和1.9吨左右的氧化铝消耗,其中氧化铝单价2800-3100元/吨,导致电解铝的铝元素原料成本即高达每吨原铝5500-6000元。创新的电热炼铝,除了电能有一定程度降低外,原材料方面只需要3-5吨价格极其低廉的固废,原料成本不超过几百元。仅仅原材料一项,电热铝的成本优势就高达3000-5000元,而我国电解铝大部分的生产成本逼近其售价13000元/吨。

利用电解铝产业布局调整战略时机,发展适合资源特色的负碳电热炼铝产业!

在环保上,电热炼铝硅再提铝的工艺技术,采用密闭矿热炉和封闭真空蒸馏等主体设备,没有任何含氟、氰的化学毒害,也没有湿法过程的酸碱液处理难题,也不产生赤泥,仅有的常规火法冶金粉尘,也由于密闭生产设备被控制在一个极为理想的排放水平。

采用矿热炉进行还原炼铝,后续的物理法分离铝与硅和铁元素,生产装置可以适应电力波动和停限电,适合使用水电等季节性波动电力,也适合光伏风电等不稳定新能源。

如果采用生物质碳作为还原剂,密闭炉中冶炼,则能够副产大量高品质CO,能够通过水蒸汽变换获得大量氢气能源,同时捕集封存高浓度CO2气体,实现负碳炼铝、铝氢联产的超级绿色炼铝。

在技术成熟度上,该项技术曾经在在工业化的规模上被二战时期的德国完整实践过,并被命名为Beck工艺,当时由于战争德国积存了大量废镁,战后由于金属镁产量断崖式降低而被迫停产。二战后的美国、加拿大、法国、乌克兰也采用电热法冶炼出高铝的铝硅合金。我国河南登电集团最近十几年来引进前苏联乌克兰技术,冶炼高铝的铝硅合金早已成功。用镁提取铝元素,更是有色金属领域的常规做法,相关的研究和实践已经通行了数十年。

当前,应在产能南移的原铝企业中,规划建设一定比例的电热法炼铝生产能力,用于和电解铝进行比较,同时进一步优化工业和装备,使之进一步适合我国资源、能源特点,并将环保水平进一步提升,使得我国的绿色负碳炼铝成为国际碳减排的样板。

在此基础上,各地可规划建设多个大型负碳型水电铝材循环经济基地,直至扩大到千万吨级,并向下游的铝合金型材、汽车轻量化零部件等深加工延伸,形成中国资源特色的创新型的轻合金产业。

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