铝的生产和环境（浅谈）

一、铝

是一种金属元素，符号是Al，原子序数为13。它是一种银白色轻金属，具有延展性，可以制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。铝在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。它易溶于稀硫酸、硝酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。铝的相对密度为2.70，熔点为660℃，沸点为2327℃。它是地壳中含量最丰富的金属元素，主要应用在航空、建筑、汽车三大重要工业领域，具有广泛的应用价值。

二、铝根据其纯度和成分：

纯铝：根据纯度，纯铝可以分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝三类。其中，工业纯铝的纯度范围为99.7%到98.8%，其牌号有L1、L2、L3、L4、L5、L6等六种。

铝合金：在纯铝中加入合金元素可以得到铝合金。根据铝合金的加工工艺特性，它们可以分为形变铝合金和铸造铝合金两类。其中，形变铝合金塑性好，适宜于压力加工。形变铝合金按照其性能特点和用途可分为防锈铝（LF）、硬铝（LY）、超硬铝（LC）和锻铝（LD）四种。铸造铝合金按加入主要合金元素的不同，分为铝硅系（AL-Si）、铝铜系（Al-Cu）、铝镁系（Al-Mg）和铝锌系（Al-Zn）四种。

三、铝的上下游产业链包括以下环节：

上游：铝土矿的开采及运输。铝土矿是电解铝生产所需的重要原材料，需要经过采矿、选矿、冶炼等多个环节得到氧化铝，再进一步电解得到电解铝。

氧化铝的生产。氧化铝是电解铝生产所需的重要原料，需要通过化学方法将铝土矿中的氧化铝提取出来并进行精制。

中游：电解铝的制备。电解铝是高耗能高排放的冶炼环节，需要使用大量能源和设备，同时会产生大量废气、废水和固体废弃物等污染。

铝材的加工和制作。电解铝经过进一步加工和制作，可以制成各种铝材，如建筑型材、导线、板带箔等。

下游：建筑行业。建筑型材是铝材消费的重要领域之一，用于制作门窗、幕墙、栏杆等。

交通运输领域。铝材可以用于制造汽车、火车、飞机等交通工具的结构件和覆盖件。

电力电子和耐用消费品领域。铝材可以用于制造电力线路、电子设备、家用电器等产品的外壳和部件。

其他应用领域。铝材还可以应用于包装、体育器材、化工等领域。

总之，电解铝的上下游产业链涉及到多个环节，包括原材料开采、氧化铝生产、电解铝制备、铝材加工和制作、下游应用领域等环节。这些环节之间相互关联、相互影响，构成了电解铝完整的产业链。

 

四、铝的开采工艺主要步骤：

铝土矿开采：铝土矿通常在露天矿山中开采，被送往全球各地的精炼厂生产氧化铝。

氧化铝提炼：通过溶解、过滤、酸化和灼烧等工序提炼出氧化铝。

电解还原制备铝：将氧化铝通过电解熔融的方式制备电解铝，电解铝经过重熔提纯后可进一步加工成各种铝材、铝合金以及铝粉等。

 

五、氧化铝的提炼工艺：

碱石灰烧结法：适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠、铁酸钠、原硅酸钙和钛酸钠成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。

碳化法制备高纯氧化铝：以二氧化碳和铝酸钠为原料，沉淀得到拟薄水铝石，在经过高温煅烧得到氧化铝。 通过大量洗涤去除产品中的钠、铁、硅等杂质。

双铝法制备高纯氧化铝：以硫酸铝和铝酸钠为原料，沉淀得到拟薄水铝石，在经过高温煅烧得到氧化铝。双铝法成本相对较低，生产规模灵活，品种多样。

金属铝水化法制备高纯氧化铝：以高纯铝箔为原料，在水中（加入催化剂）反应生成高纯的三水铝石，经高温煅烧得到高纯氧化铝。

醇盐水解法制备高纯氧化铝：以高纯铝箔和醇（日本住友及扬州中天利使用的异丙醇，德国sasol使用的正丁醇）为原料，反应得到异丙醇铝，水解后得到拟薄水铝石（该反应过程中醇可回收）。后经过高温煅烧得到高纯氧化铝。

 

拜耳法的工艺流程：将铝土矿与氢氧化钠溶液（烧碱）在压力容器中加热到150～200°C，使铝土矿中的氧化铝溶解为铝酸钠。经过过滤分离出残渣后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝。将氢氧化铝洗净并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。

拜耳法的优点包括流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3×10?千卡左右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）。拜耳法的经济效果取决于铝土矿的质量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。

 

氧化铝的拜耳法是由奥地利科学家Carl Josef Bayer在1888年发明的，它是一种从铝土矿中提取氧化铝的主要工业手段。

 

六、电解铝工艺和冶炼成本构成：

很多铝生产企业普遍采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法进行生产。其原理是以氧化铝为原料，冰晶石等氟化盐为溶剂，炭素材料为阳极和阴极，通入直流电，在阳极和阴极间发生电化学反应，使电解质中的铝离子在阴极上得到电子而析出得到铝液，氧离子在阳极上放电生成二氧化碳和一氧化碳混合气体

1.具体电解铝的生产工艺流程如下：

将铝土矿作为原料，通过化学方法提取氧化铝。

将氧化铝与冰晶石等氟化盐混合，形成熔融状态的电解质。

将碳素材料作为阳极和阴极，通入直流电，使电解质中的铝离子在阴极上得到电子而析出得到铝液，氧离子在阳极上放电生成二氧化碳和一氧化碳混合气体。
定期用真空抬包将电解槽中铝液吸出运往铸造工序铸造成铝锭。

电解铝生产的主体设备是铝电解槽，预焙阳极电解槽为当今铝工业发展的主流槽型，我国预焙电解槽槽型种类较多，槽容量包括从70kA～400kA多种槽型，槽容量越大产量越大，理论上单位能耗越低，近几年新建的槽型基本在300KA以上。

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。

2.电解铝的成本主要包括：电力成本、氧化铝成本、电费成本、辅料成本（阳极碳、氟化盐）和其他成本（人工、管理、财务等）。具体如下：

（1）电力成本：占比在30～40%。电解铝生产一吨平均需要消耗5～5.5吨动力煤，目前国内近70%的铝厂使用自备电进行生产，煤炭的成本占电力成本的70～75%。各地区煤炭价格差距较大，其中新疆地区煤炭储量丰富，运输成本较高，因此在生产电解铝过程中具有成本优势。

（2）氧化铝成本：每吨电解铝需要2吨氧化铝，价格受到原材料及市场供求等因素的影响，中国氧化铝生产成本大约在2000元/吨左右。

（3）电费成本：根据不同地区电价不同，电费约占电解铝成本的10～20%。

（4）辅料成本：阳极碳市场价按目前5400元每吨（各地区有差异）、氟化盐10000元每吨。

（5）其他成本：包括人工、管理、财务等费用，占整个电解铝成本的13%左右。
请注意，随着市场行情的变化和不同地区价格情况的不同，各项成本所占比例也会有所波动。

七、生产电解铝需要以下设备：

氟化物制备设备：如氟化铵制备设备等，用于制备电解质。

电解槽：是电解铝生产中最重要的设备之一，用于承担电解过程，将氧化铝还原为铝金属。电解槽由钛、碳素、铝等材料制成，内部涂覆保护涂层以防止电解液侵蚀。电解槽的数量和规格根据生产规模的大小不同而有所差异。

电解槽维护设备：包括电解槽清理设备、电解槽断电检测设备、阳极和阴极的维护设备等，用于保持电解槽内部的清洁度，确保生产的稳定性和安全性。

提铝机：用于将已经经过电解反应提取出来的铝金属从电解槽中吸取出来。提铝机需要具备高强度、耐腐蚀和抗磨损等特点，以便在生产过程中长时间运行。

 

八、铝产业链中，产生环境污染的环节有：

采矿阶段：在这个阶段中，采矿设备的使用可能会破坏环境，同时采矿产生的废石和废渣等也会对环境造成污染。

原铝生产阶段：在这个阶段中，电解铝企业会产生大量的废气、废水和固体废弃物。电解铝生产过程中需要使用大量的氟化盐和氧化铝原料，这些原料在焙烧、成型、煅烧等工序中会发生化学反应，产生大量的废气。同时电解铝生产过程中还会产生大量的废水，这些废水中含有大量的氯化铝、氢氧化铝等物质，容易对周围水资源造成污染。此外，电解铝生产过程中还会产生大量的固体废弃物，包括氧化铝、硫酸铝渣、有机垃圾等，这些固体废弃物如果处理不当，会对周围的环境和生态造成破坏。

氧化铝生产阶段：在这个阶段中，氧化铝的生产需要使用大量的能源和水资源，同时也会产生大量的废气、废水和固体废弃物。

铝加工阶段：在这个阶段中，铝材加工会产生大量的废料和废水，这些废料和废水如果处理不当，也会对环境造成污染。

总的来说，在铝的生产产业链中，产生环境污染的主要环节是原铝生产阶段和氧化铝生产阶段。为了减少对环境的影响，企业需要采取有效的措施减少废气、废水和固体废弃物的排放，同时也需要加强管理和监测，提高环保意识和责任心，实现绿色生产。

 

九、电解铝生产过程中会产生多种污染物：

主要原因在于其生产工艺和所需原料的特性。以下是电解铝生产成为污染最大的工艺的主要原因：

电解铝生产过程中需要使用冰晶石-氧化铝融盐电解法，该方法需要高温（约1000℃）和高压（约50kPa）条件，因此会产生大量废气和粉尘。

电解铝生产过程中需要使用含有氟化物的冰晶石，这些氟化物会在高温下产生有害气体（如氟化氢）和固体粉尘。

电解铝生产过程中阳极和阴极的产物中含有多种有害物质，如二氧化碳、一氧化碳、氟化氢、二氧化硫等，这些气体不仅会污染空气，还会对人类健康产生危害。

电解铝生产过程中需要使用大量的能源，如煤炭、石油等，这些能源的消耗不仅会排放大量的污染物，还会增加温室气体排放，加剧全球气候变暖。

电解铝生产过程中产生高盐废水。这种废水主要来源于电解铝厂在生产过程中使用的大量氟化盐和氧化铝原料，以及石油焦和沥青等消耗阳极制品。这些原料经过焙烧、成型、煅烧等工序后，会生成大量的废水，这些废水中含有大量的溶解固体，包括SO42-、F-、Cl-、Mg2+ 和 Ca2+ 等离子，其中F-含量较高。同时，废水中还含有大量悬浮物，主要是飞灰、石膏晶粒、氟化钙和其他不溶物，这些物质也给废水处理带来了一定的困难。对于这些高盐废水的处理，电解铝厂一般会采用MVR晶种法蒸发技术进行零排放处理。通过这种技术，废水中的水分会被蒸发并回收利用，而废水中的盐分则会被结晶并分离出来，从而达到废水零排放的目标。

电解铝生产过程中的污染问题非常严重，需要采取有效的措施来减少其对环境和人类健康的影响。例如，提高电解槽密封性能、改进电解工艺、采用低氟或无氟的冰晶石等措施，以降低污染物排放。同时，还需要加强对电解铝生产过程的监管和管理，以确保其符合环保要求。

 

十、电解铝生产过程中废气处理工艺的难点：

废气成分复杂：电解铝废气中包含多种有害物质，如氟化物、硫化物、氮氧化物、一氧化碳等，这些物质的处理和净化都需要不同的工艺和技术，因此处理难度较大。

高温废气处理：电解铝生产过程中产生的高温废气（1000℃以上），需要经过多级冷却和除尘才能排放，这需要使用大型的冷却设备和除尘设备，增加了废气处理的成本和难度。

高压电场控制：电解铝生产过程中需要使用高压电场进行电解操作，这会产生大量的静电荷，对废气的处理和排放带来极大的挑战，需要对废气进行高压电场控制和过滤。

废气排放标准严格：为了保护环境和人体健康，电解铝废气的排放标准非常严格，需要进行深度净化处理，以满足国家或地区的相关排放标准。

针对以上难点，电解铝生产过程中废气处理工艺需要结合实际情况，采用科学合理的处理方案和技术设备，实现废气的有效处理和净化。

十一、电解铝生产产生的废水处理工艺：

沉淀法：通过添加沉淀剂，使废水中的有害物质沉降，达到净化水质的目的。

离子交换法：通过离子交换剂与废水中的有害物质进行离子交换，从而去除有害物质。

吸附法：通过吸附剂吸附废水中的有害物质，达到净化水质的目的。

氧化法：通过氧化剂氧化废水中的有害物质，达到净化水质的目的。

实际应用中，电解铝废水处理会根据具体水质及处理要求选择合适的工艺，上述方法可结合使用，以达到最佳的处理效果。同时，整个处理过程应遵守相关法规和标准，确保废水处理后的达标排放。

十二、电解铝行业的废渣处理工艺：

湿法处理：该方法主要是将含氟、含氰化物的电解槽大修渣与水溶性的钙、镁、铝离子化合物混合在一起，形成次氯酸的钙、镁、钠盐。然后进行加水球磨制浆，待浆料中浸出的氰化物被次氯酸还原分解后，采用离心固液分离或过滤沉降池固液分离，将分离后的水重复用于前段处理工艺，沉淀后的固体物可以作为耐火材料生产的添加剂或建筑材料。这是我国电解铝企业处理大修渣的主流趋势。

火法处理：该方法主要是通过燃烧去除氰化物。当加热到300℃时，废槽内衬中约99.5%的氰化物消失；当加热到400℃时，约99.8%的氰化物消失；当加热到700℃以上时，氰化物完全消失。

酸法处理：国内对大修渣处理的研究起步较晚，研究技术主要是酸法处理和直接利用，尚处于小实验阶段，没有批量推广应用。

电解铝的废铝灰渣重复利用：

废铝灰渣的处置主要由球磨、筛分、熔炼、冷却处理等步骤组成。在球磨过程中，铝灰可直接用于冶炼，也可以加入石英、添加剂等原料，通过真空振动加压或成型技术制成石材。此外，铝灰还可以作为生产氯化铝系列净水剂的原料，或者用处理过的铝灰作成接头料代替冰精石用于电解铝的原料。

但是需要注意的是，由于铝灰中含有氨气，属于危险废弃物，因此在加工运输过程中需要特别防范。同时，铝灰渣的利用也受到其成分、质量和环境等因素的影响，需要经过适当的处理和提纯才能更好地实现资源化利用。

 

十三：电解铝的市场需求和产能：

电解铝作为一种重要的有色金属，广泛应用于房地产、汽车、工业等制造业领域，价格具备较强的周期性。近年来，电解铝市场需求和产能情况呈现出以下特点：

首先，从产能方面来看，电解铝产能呈现出稳步提升的趋势。全国电解铝产能规模已接近天花板指标，新增产能逐步减少。截止2023年3月，国内电解铝总产能为4466.1万吨。电解铝是高耗能品种，产能存在天花板限制，这是由于电解铝在生产过程中单吨的耗电量约为13600度，属于各类金属品种中耗电量相对较高的品种。根据惠誉测算，国内电解铝产能天花板预计在4500万吨左右。当前电解铝产能规模已接近天花板指标，新增产能逐步减少。

从近年来电解铝行业的新增产能情况来看，2020年国内新增电解铝产能合计212万吨，2021年国内新增电解铝产能合计21万吨，2022年国内新增电解铝产能合计50万吨。2023年国内预计将无新增电解铝产能，当年的总产能变动将主要来自于南山铝业的5万吨电解铝减产。

其次，从需求方面来看，电解铝下游需求主要为房地产建筑业、交通运输、电力电子和耐用消费品，消费需求占比分别为39%、17%、16%和14%。其中，房地产建筑业是铝材消费的重要领域，建筑型材占铝材总消费量的三分之一以上。由于电解铝产业链由上游开采、中游冶炼、下游加工和终端消费领域构成，因此房地产建筑业的消费需求对电解铝产业具有重要影响。

此外，水电铝的应用有望减小企业在碳排放方面的压力。国内电解铝能源结构逐步改变，水电铝占比将逐步提升。根据安泰科预测，截止十四五末，国内的电解铝产能结构中，火电（自备电厂）、火电（网电）水电、其他能源的产能占比将分别达到54%、22%、19%以及5%。水电铝的应用有望减小企业在碳排放方面的压力。

综上所述，电解铝市场需求和产能情况呈现出稳步提升的趋势。然而，由于电解铝是高耗能品种，产能存在天花板限制，新增产能逐步减少。同时，电解铝下游需求主要集中在房地产建筑业、交通运输、电力电子和耐用消费品等领域，其中房地产建筑业是铝材消费的重要领域。未来，随着水电铝的应用和市场需求的增长，电解铝产业有望实现更加绿色和可持续的发展。

十四：国内最具实力的铝生产企业：

1.中国铝业集团有限公司：（简称中铝集团）是中央管理的国有重要骨干企业，成立于2001年，主要从事矿产资源开发、有色金属冶炼加工、相关贸易及工程技术服务等。中铝集团是全球第一大氧化铝供应商、第一大电解铝供应商，铜业综合实力位居全国第一，铅锌综合实力全球第四、亚洲第一。集团业务遍布全球20多个国家和地区，资产总额6400亿元，2021年营业收入超过5000亿元。自2008年以来连续15年跻身世界500强企业行列。

2.中国忠旺控股有限公司：是全球领先的铝加工产品研发制造商，专注于交通运输、机械设备及电力工程等领域的铝深加工产品的研发、生产和销售。

3.西南铝业（集团）有限责任公司：位于重庆市九龙坡区，是一家集研发、生产、销售为一体的综合性大型铝加工企业，也是国内大型铝材生产厂家之一。

4.渤海铝业有限公司：是国内大型铝型材生产厂家之一，专业从事铝合金型材的生产和销售，产品广泛应用于建筑、交通运输、电子、电力等领域。

5.江苏立霸实业股份有限公司：成立于1993年，专业从事铝合金型材的生产和销售，是中国南方较大的铝材生产和销售企业之一。

6.山东南山铝业股份有限公司：是一家集铝合金材料研究、生产和销售为一体的高新技术企业，主要产品包括建筑、航空航天、船舶、高速列车、集装箱、工业型材、精品民用型材等几十个领域。

7.亚洲铝业（中国）有限公司：位于广东省清远市，是集铝合金材料研究、生产和销售为一体的大型企业，主要产品包括建筑、交通运输、电子、电力等领域用的各种铝合金型材和配件。

8.深圳华加日铝业有限公司：成立于1990年，是一家专业从事铝合金型材研发、生产和销售的企业，是中国南方较大的铝材生产和销售企业之一。

9.湖南华天铝业有限公司：始建于1994年，铝塑板品牌，高新技术企业，行业标准起草单位，专业从事高档建筑装饰材料研究开发与生产的企业。

10.广东华昌铝厂有限公司：始建于1992年，铝材10大品牌商之一。

11.广东季华铝业有限公司：始建于1990年，至今30年历史，是专注生产铝合金型材的大型企业。

12.辽宁忠旺集团有限公司：铝材10大品牌商之一。

13.广东兴发铝业有限公司：始建于1984年，铝材10大品牌商之一。

14.广东伟业铝厂集团有限公司：成立于1999年，引进了华南地区大型的7000吨挤压机，是国内外的大型铝材生产企业之一。

15.广东凤铝铝业有限公司：成立于1990年，是集铝合金研发、生产与销售等为一体的综合性大型民营铝型材企业。
福建省南平铝业有限公司：创建于1958年，现为国内铝型材强势生产企业之一。

 

这些公司都是国内实力比较好的铝厂之一，拥有先进的设备和丰富的生产经验，在铝生产和铝材研发方面具有很高的声誉和实力。

十五、铝矿石

在全球的分布广泛，主要集中在中国、澳大利亚、印度尼西亚、越南、印度、巴西、马来西亚等国家。其中，中国的铝土矿储量最大，主要分布在山西、河南、山东、贵州等地区。

铝土矿通常是指以一水软铝石、一水硬铝石、三水铝石为主要矿物，高岭土、赤铁矿、针铁矿、石英、蛋白石、金红石、锐钛矿等为次要矿物所组成的集合体。铝土矿的开采方式主要有两种：露天开采和地下开采。

露天开采主要是在地形平坦且储量丰富的矿区采用，通过剥离表层土壤和岩石，将铝土矿挖掘出来。这种方法的优点是成本较低，产量大，但会对环境造成一定的破坏。

地下开采则是在矿区地表下面进行，通过凿井挖矿，将铝土矿从地下深处提取出来。这种方法的优点是对于储量较小但品质较高的矿区，可以避免对地表生态造成破坏，但成本相对较高。

在开采过程中，需要遵守国家的相关法律法规，采取合理的开采方案和技术措施，确保安全生产和环境保护。同时，采得的铝矿石还需要进行破碎、磨粉等加工处理，才能进行进一步的提炼或生产应用。