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電解鋁產業調整,發展負碳電熱煉鋁產業

發布時間:2019-12-24 11:23:26 作者:錦鋁工業鋁型材 瀏覽次數:

  【上海錦鋁】當前,我國的電解鋁產業正在掀起一輪從北向南、由東向西的戰略調整高潮,大量產能紛紛搬遷至水電能源豐富的云南等地。利用好當前原鋁工業布局大幅度調整的戰略時機,應當大力發展適合我國資源特色的負碳電熱煉鋁產業,從而逐步替代不適合我國國情的電解鋁路徑。

  廣西、云南等西南地區擁有較為豐富的鋁土礦資源,但其中大量是低品位鋁土礦和尾礦,結合粉煤灰能源等工業的固體廢棄物,采用創新型的清潔電熱煉鋁工藝,走非電解的技術路徑,直接生產鋁硅高熵型合金液,然后用粗鎂提取出金屬純鋁,實現電熱法直接冶煉鋁合金,發展獨具中國特色的非電解煉鋁產業,實現我國原鋁工業的資源自給、清潔生產、零碳排甚至負碳排,以及更高的質量效益。

  金屬鋁是人類*重要的輕合金材料,我國的電解鋁產量已經超過每年3600萬噸,連續多年占據全世界50%以上份額。但我國的電解鋁事業同時也面臨著資源匱乏、污染嚴重、成本高漲、無法使用零碳排新能源等四大弊端。首先是資源匱乏,我國嚴重缺乏高品質鋁土礦,資源量短缺嚴重,一直以來依賴進口,承受國外礦業巨頭的盤剝,受制于人,如果僅僅依靠國內的資源量,我國的鋁礦資源將在7年之內消耗殆盡。其二,電解鋁原料氧化鋁的生產過程,產生大量赤泥,惡化毒害了生態環境。鋁電解過程的氟化物氣體、煙塵,以及氰 化物,不僅僅是嚴重污染,甚至是劇毒的化學毒害物質。第三,電解鋁過程中氧化鋁的原料成本占到了40%,眾多電解鋁企業效益微薄甚至陷入虧損境地。*后,由于電解鋁的工藝特性,電力供應不能中斷,導致電解鋁基本上只能使用化石能源火力發電,而不能大量使用風電、光伏、水電等波動較大的新能源,我國對國際社會的碳減排在電解鋁這個耗電大戶中無法推行。

  云南、廣西是我國北方鋁土礦的主要產區,但在提供高鋁硅比的優質鋁土礦的同時,遺留下大量的低品位鋁土礦、選后的尾礦等,其鋁硅比A/S往往在2.5以下,由于鋁硅比太低,完全不能應用于電解鋁工藝,但恰恰適合走另外的技術路徑,充分利用含硅的鋁資源,發展獨特的電熱法煉鋁的創新產業。另外,各地大量堆存的粉煤灰也是一種含有一定氧化鋁的低品質鋁土礦,正好參與進來,作為電熱法煉鋁的原料之一。

  總體的工藝技術是:含鋁低階鋁土礦、鋁土尾礦以及粉煤灰、煤矸石等,以煙煤、生物質碳為還原劑,在封閉的礦熱埋弧電爐內冶煉出高鋁的鋁硅鐵三元合金,以熔融金屬鎂為萃取劑,將金屬鋁從三元合金中提取出來,這是因為金屬鎂液有一個獨特的性質:可以無限溶解金屬鋁,但不溶解硅和鐵,這樣實現了金屬鋁與硅和鐵的分離,鋁鎂合金液經過真空蒸餾,分別獲得純鋁或者鋁合金,蒸餾出來的鎂在在廠內循環利用,或者作為高純鎂對外供應。硅和鐵既可以作為煉鎂的還原劑,也可以分離成高純金屬硅,作為光伏多晶硅的上游原料,或者作為副產品硅鐵,實現循環經濟的全元素充分利用。

工藝流程

  該工藝不僅利用了低鋁硅比鋁土礦及其尾礦,也一定程度消納利用了粉煤灰、煤矸石等固體廢棄物,作為城市礦產來提取金屬鋁,實現了變廢為寶,使得我國的金屬鋁事業不再依賴海外資源。

  從成本的角度分析,電熱煉鋁不僅是多重的循環經濟,經濟效益遠遠超越電解鋁。電解鋁主要成本是約14000kwh的工藝用電和1.9噸左右的氧化鋁消耗,其中氧化鋁單價2800-3100元/噸,導致電解鋁的鋁元素原料成本即高達每噸原鋁5500-6000元。創新的電熱煉鋁,除了電能有一定程度降低外,原材料方面只需要3-5噸價格極其低廉的固廢,原料成本不超過幾百元。僅僅原材料一項,電熱鋁的成本優勢就高達3000-5000元,而我國電解鋁大部分的生產成本逼近其售價13000元/噸。
工藝流程

  在環保上,電熱煉鋁硅再提鋁的工藝技術,采用密閉礦熱爐和封閉真空蒸餾等主體設備,沒有任何含氟、氰的化學毒害,也沒有濕法過程的酸堿液處理難題,也不產生赤泥,僅有的常規火法冶金粉塵,也由于密閉生產設備被控制在一個極為理想的排放水平。

  采用礦熱爐進行還原煉鋁,后續的物理法分離鋁與硅和鐵元素,生產裝置可以適應電力波動和停限電,適合使用水電等季節性波動電力,也適合光伏風電等不穩定新能源。

  如果采用生物質碳作為還原劑,密閉爐中冶煉,則能夠副產大量高品質CO,能夠通過水蒸汽變換獲得大量氫氣能源,同時捕集封存高濃度CO2氣體,實現負碳煉鋁、鋁氫聯產的超級綠色煉鋁。

  在技術成熟度上,該項技術曾經在在工業化的規模上被二戰時期的德國完整實踐過,并被命名為Beck工藝,當時由于戰爭德國積存了大量廢鎂,戰后由于金屬鎂產量斷崖式降低而被迫停產。二戰后的美國、加拿大、法國、烏克蘭也采用電熱法冶煉出高鋁的鋁硅合金。我國河南登電集團*近十幾年來引進前蘇聯烏克蘭技術,冶煉高鋁的鋁硅合金早已成功。用鎂提取鋁元素,更是有色金屬領域的常規做法,相關的研究和實踐已經通行了數十年。

  當前,應在產能南移的原鋁企業中,規劃建設一定比例的電熱法煉鋁生產能力,用于和電解鋁進行比較,同時進一步優化工業和裝備,使之進一步適合我國資源、能源特點,并將環保水平進一步提升,使得我國的綠色負碳煉鋁成為國際碳減排的樣板。

  在此基礎上,各地可規劃建設多個大型負碳型水電鋁材循環經濟基地,直至擴大到千萬噸級,并向下游的鋁合金型材、汽車輕量化零部件等深加工延伸,形成中國資源特色的創新型的輕合金產業。

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