電解鋁

1825年，Hans Christian Oerstd(丹麥)將稀釋汞化鉀與無水氯化鋁反應，再將反應生成的產物蒸餾去除汞，首次得到了微量的純金屬鋁。

1827年，Friedrich Woher發明了一種利用鉀化合物和無水氯化鋁反應生成鋁粉末的方法。

1854年，Henri Saninte-Claire Deville(法國)改進了Woher的方法，開始了商業產鋁的進程，這使得價格原本高於金和鉑的鋁，在隨後的10年間降低了，但是價格因素依然制約了其在工業上的廣泛使用。

1885年，Hamilton Y.Cassner(美國)改進了Deville的工藝,鋁的年產量達到15噸。

1886年，兩位年輕的科學家Paul Louis Heroult(法國)和Charles Martin Hall(美國)在互不知道對方工作的情況下，同時發明了鋁的電解工藝，這就是今天電解鋁生產的基礎—冰晶石一氧化鋁熔融電解法（又稱霍爾一埃魯特熔鹽電解法）制鋁工藝。

1888年，第一批電解鋁廠在法國、瑞士和美國投產。

1889年，拜爾化學公司創始人的兒子Karl josof Bayel（奧地利）發明了拜爾法，為大規模從礬土礦中提取氧化鋁打下了基礎，為電解鋁的原料提供了充足的保障，從此鋁開始走入尋常百姓家，廣泛應用於國民生產各個領域。

氧化鋁作為溶質，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強大的直流電后，在950℃—970℃下，在電解槽內的兩極上進行電化學反應，即電解。

鋁電解生產可分為側插陽極棒自焙槽、上插陽極棒自焙槽和預焙陽極槽三大類。

自焙槽生產電解鋁技術有裝備簡單、建設周期短、投資少的特點，但卻有煙氣無法處理，污染環境嚴重，機械化困難，勞動強度大，不易大型化，單槽產量低等一些不易克服的缺點，當前已基本上被淘汰。

當前世界上大部分國家及生產企業都在使用大型預焙槽，槽的電流強度很大，不僅自動化程度高，能耗低，單槽產量高，而且滿足了環保法規的要求。

我國已完成了180kA、280kA和320kA、400kA、500kA以及600kA的現代化預焙槽的工業試驗和產業化。以節能增產和環保達標為中心的技術改進與改造，促進自焙槽生產技術向預焙槽轉化，獲得了巨大成功。

根據電解鋁的生產工藝流程，電解鋁的生產成本大致由下面幾部分構成：

（1）原材料：氧化鋁、冰晶石、氟化鋁、添加劑(氟化鈣、氟化鎂等)、陽極材料；

（2）能源成本：電力（直流電和交流電）、燃料油；

（3）人力成本：工資及其他管理費用；

（4）其他費用：設備損耗及折舊、財務費用、運輸費用、稅收等。

鋁電解工藝流程：現代鋁工業生產採用冰晶石—氧化鋁融鹽電解法。化學反應主要通過這個方程進行：2Al2O3+3C==4Al+ 3CO2↑。陽極：2Oˉ+C-4eˉ=CO2↑ 陰極:Al+3eˉ=Al。陽極產物主要是二氧化碳和一氧化碳氣體，其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵。為保護環境和人類健康需對陽極氣體進行凈化處理，除去有害氣體和粉塵後排入大氣。陰極產物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內抽出，送往鑄造車間，在保溫爐內經凈化澄清后，澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯。型材等。

其生產工藝流程如右圖：

氧化鋁 氟化鹽 碳陽極直流電

排出 陽極氣體------電解槽

廢氣 ← 氣體凈化鋁液

回收氟化物 凈化澄清

返回電解槽

澆注 軋制或鑄造

鋁錠 線坯或型材

方程：

電解鋁就是通過電解得到的鋁.

重要通過這個方程進行：2Al2O3+3C→4Al+3CO2↑。

陽極：2Oˉ+C-4eˉ=CO2↑

陰極:Al+3eˉ=Al

工業上鋁都是採用電解法生產的。鋁電解工業生產採用霍爾-埃魯冰晶石-氧化鋁融鹽電解法，即以冰晶石為主的氟化鹽作為熔劑，氧化鋁為熔質組成多相電解質體系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工業電解質的基礎。電解鋁工業對環境影響較大，屬於高耗能，高污染行業。電解鋁生產中排出的廢氣主要是CO2，以及以HF氣體為主的氣-固氟化物等。CO2是一種溫室氣體，是造成全球氣候變暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其溫室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，並且會對臭氧層造成不同程度的影響。HF則是一種劇毒氣體，通過皮膚或呼吸道進入人體，僅需1.5g便可以致死。

實際運行指標差。由於開發時間短，對中國大型鋁電解槽在生產領域的深層次開發明顯不足，致使實際運行指標的生產指標與國際先進水平還有較大差距。多數在大負荷、小電網環境下運行，安全隱患多。鋁電聯營是中國電解鋁企業發展的趨勢之一，但同時在技術上也存在相應的問題。由於大容量電解槽一般系列規模較大（一個系列產能可達20萬噸以上），巨大的用電負荷集中在一個生產系列上（一般達40萬KW以上），電解系列生產的任何波動都會造成電網或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。

缺乏建立在對陰極破損機理與規律透徹掌握基礎上的“精細設計”技術和提高槽壽命的綜合技術措施，電解槽難以達到設計壽命，早期破損率高。影響中國大型槽槽壽命的問題除了中國普遍認為的陰極炭素材料質量方面的原因外，電解槽的設計、築爐材料、築爐質量、焙燒啟動、正常生產操作及生產管理等方面均存在一些問題。導致這些問題的深層次原因是，中國尚缺乏對鋁電解槽破損（常稱為陰極破損）機理與規律的深入掌握及在此基礎上的“精細設計”技術和提高槽壽命的綜合技術措施。隨著電解槽容量的不斷擴大，槽壽命問題就更加突出。

缺乏先進的生產操作技術，作業成本高。中國300KA級的特大型預焙鋁電解槽投入工業應用的時間短。又不能完全照搬以前在大型預焙槽上的相關經驗（這些經驗也有很大局限性）。焙燒啟動過程中電流分佈不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運行后電解槽的物理場（電場、磁場、流場）容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應發生后熄滅困難，且由於電解槽的慣性大，一旦出現槽況波動或槽況異常現象，很難快速恢復正常。就中國電解鋁整體生產狀態而言，能源綜合利用效率要比國際先進水平低15%左右，主要表如今：電流效率相差2-3個百分點；噸鋁電耗相差300-800Kwh；電解鋁用陽極生產過程能耗相差3Gj/t左右；電解鋁陽極消耗相差30-60Kg（摺合標準煤約75-150Kg）；電槽槽壽命相差1000天左右；陽極效應係數國際先進為0.1次/天。槽以下，中國最好水平在0.3次/天。槽左右。

中國電解鋁行業從2002年開始，電解鋁產量開始過剩，受下遊行業需求下降影響，中國2008年電解鋁過剩預計達到50萬噸。電解鋁需求增速放緩，受經濟危機影響，來自房地產和汽車行業的需求增速大幅下滑，而來自於電力設備行業的需求仍保持快速增長，包裝行業對電解鋁的需求量保持穩定，2008年電解鋁需求增速在10%左右。中國鋁土礦資源稀缺，鋁礦資源只能再維持10年，不可能再支撐電解鋁行業年均20%左右的擴張速度。電解鋁的生產成本價在15000元/噸-17500元/噸，而電解鋁的價格僅為13400元/噸，行業虧損嚴重。原料進一步下跌，中國電解鋁企業的平均生產成本也在15000元左右，因此鋁價大幅下跌的可能性很小。截至2019年2月底，我國電解鋁企業算術平均生產成本13554.4元/噸，較1月底下跌303.4元/噸。

當能源價格不斷攀升之時，世界各大鋁業公司開始通過降低電解鋁生產各個環節的成本來確保鋁業生產的價格競爭力。從國內政策面上分析，國家產業政策給鋁行業定位在滿足國內需求上，且在對高精尖產品和低技術含量產品在政策上將會有區別。因此，掌握交通運輸、電力、包裝、家電等行業發展趨勢，同時積極引進先進設備，提高技術能力降低生產成本成為當前鋁業公司發展的主要方向。

在之前頒布的《國務院關於化解產能嚴重過剩矛盾的指導意見》以下簡稱《指導意見》的基礎上，研究員認為應加強政策執行與配套，進一步壓供拓需，從供需兩方面完善政策，努力化解電解鋁產能過剩。具體有以下幾點建議。

在供給側，建議多策並舉嚴格壓縮電解鋁產能，尤其應加快推進電價改革，打消產能快速擴張的衝動。

其一，應嚴格執行《指導意見》，“嚴禁建設新增產能項目”、“分類妥善處理在建違規項目”、“清理整頓建成違規產能”、“淘汰和退出落後產能”，建議可對違規建設產能收取罰金，以建立淘汰落後產能基金，並針對產能淘汰和退出在財政補貼、企業轉產、職工安置等方面出台具體扶持政策。

其二，切實消除政策性障礙，落實好“整合一批”，推進企業的兼并重組，具體而言：建議在證監會《併購重組審核分道制實施方案》對電解鋁等九個推進兼并重組重點行業進入快速豁免、快速審核通道的基礎上，進一步研究並降低同行業上市公司兼并重組的成本，建議調整電力政策，允許帶頭企業建設或吸收的現有發電企業為其電解鋁生產提供廉價電力供應，建議在金融、稅費等方面加大支持力度，鼓勵帶帶頭企業作為整合主體，切實推進跨地區、跨行業、跨所有制的企業重組。

其三，均衡區域電價，加快電力體制改革，消除暴利預期。雖然從長遠看，電解鋁等高耗能行業有向新疆等能源豐富的西部地區大面積轉移的趨勢與必要，但從中短期看，產能在區域間的完全轉移需要有一個漸進的過程，且考慮到運輸能力和資源環境因素，新疆等西部地區僅僅因為優惠電價而造成的產能擴張也不宜突飛猛進。因此，建議採取措施均衡區域電價，加快推進國家電網體制改革，比如可在全國電解鋁行業率先試點，在全國範圍內統一併網服務費至1分錢到3分錢，或者允許各地建設行業內區域輸電網路，以消除政策原因造成的電價不平等，打消相關企業在新疆等西部地區獲得超額利潤的預期，從而抑制產能投資衝動，使企業主動停止新建產能。

在需求側，基於當前外需不振、貿易摩擦升級的現實情況，建議通過收儲、拓寬應用範圍等手段加大鋁的國內需求，切實“消化一批”，並通過技術創新提高鋁材的加工層次，獲取更高收益。一是要適當增加國家對鋁的儲備。國家在當前鋁價創兩年來新低的情況下擴大收儲規模，不僅有利於消化一部分產能，促進資產保值增值，也能夠樹立市場信心。二是要加大研發及財稅支持，積極拓寬鋁的應用範圍。三是要積極努力通過技術攻關與創新，提高我國鋁材的加工層次，獲取更高收益。

全球電解鋁產量平穩增長，增產動力依然來自於中國。2005年世界電解鋁產量3191萬噸，同比增長了6.45%，其中中國產量767萬噸，同比增長了15.07%。2006年全球電解鋁產量達到3380萬噸。2006年6月份全球日平均產量（不包括中國）8.22萬噸，較5月份日均產量增長了700噸，環比增長0.09%。6月份國內電解鋁產量78.03萬噸，日均產量電解鋁產量2.6萬噸，較五月份日平均產量增長了1975噸，環比增長7.59%。中國依然是全球電解鋁增產的主動力，由於中國產量佔全球產量的比重高到24.9%，中國產量的變化趨勢對全球電解鋁供應起到了決定性的作用。中國電解鋁行業發展的狀況決定中國國內電解鋁供應一直較為充裕，2005年電解鋁平均產能1070萬噸，產能利用率75%，從6月份國內數據看，中國的產能已經得到了一定程度的釋放。中國建電解鋁項目11個，建設總能力112萬噸，尚有10個擬建電解鋁項目，總能力140萬噸。2006年電解鋁生產能力達1160萬噸，2007年達1250萬噸，最近電解鋁行業發展迅速，2019年中國電解鋁產能達到3584萬噸，產量達2438.2萬噸。電解鋁建設工藝簡單技術含量低建設周期短，有充足資金投入，從開工到建成投產僅需要了9個月。

電解鋁上遊行業氧化鋁產能迅速擴張，產業鏈向電解鋁行業延伸，成為電解鋁產能增長的主要動力。電解鋁行業所處的成長發展階段決定了產量增長是主基調，電解鋁企業競爭，重組購併，不斷擴張，行業集中度提高，也將推動產能的增長。電解鋁行業的購買方即鋁消費商，在中國經濟的快速發展，中國城市化進程中基礎設施、公共事業、住房和汽車等消費品，極大地帶動中國電解鋁消費需求。電解鋁行業處於高速發展成長期階段，行業優勝劣汰，行業集中度不斷提升。2019年1-6月中國電解鋁產量累計約為1,787萬噸，較2018同期增加約0.8%。其中，2019年6月份中國電解鋁產量約為300萬噸，環比小幅減少約0.3%，同比減少約2.0%。6月份山東、新疆和內蒙古地區電解鋁產量分別為70.7萬噸、52.9萬噸和42.1萬噸，均環比持平；雲南地區產量約在16.1萬噸，環比增加約6.6%；河南地區產量約為14.4萬噸，環比減少約10.0%。

2012年1-11月中國原鋁產量為1815萬噸，產量同比呈現小幅下降趨勢，產能嚴重過剩情況有所緩解，截止10月底行業淘汰落後產能目標27萬噸目標已完成大半。

現階段，電解鋁企業應避免盲目擴大產能，將原有的產業優勢轉變為盈利能力，利用現有資源，在原來優勢方面上聯合煤電、冶鍊、加工，形成完整的產業鏈，將企業規模做大，將生產能力做強，將加工工藝做精，已經成為電解鋁企業的重要目標。

新中國的電解鋁工業經過60餘年的發展，在方方面面都取得了巨大的成就，但也面臨著諸多的挑戰與問題，必須妥善解決，否則，對下一步的發展不利。

生產能力過剩

截止到2013年底，中國的原鋁生產能力已經超過32000kt/a，這是一個頗為嚇人的數字，必須剎住車，不能再發展了，在國內發展鋁電解工業的這駕馬車再也不能這樣甩著響鞭，唱著大風歌一路狂奔亂跑了。要發展到國外去，到資源和能源相對豐富的地方去開採鋁土礦，提取氧化鋁和生產重熔用鋁錠，去建設合資或獨資企業，將獲得的產品運回國內。爭取到2020年出口的鋁材與鋁製品在數量上是用進口的重熔用鋁錠加工的，而不是相當於用進口的鋁資源（鋁土礦、氧化鋁、廢鋁）加工的。到2030年，爭取國內表觀消費的重熔用鋁錠有50%左右是進口的。日本、韓國及中國台灣地區發展原鋁電解工業的思路有值得我們借鑒之處，美國與歐洲一些國家的作法也有可學習之處。

走出去開發鋁資源有風險，有些地方的風險還很大，可能需要“交一定量的學費”，交學費可能是不可避免的，爭取少交點。日本等國全部關停了國內的原鋁生產（日本還保留了一個生產能力為15kt/a的浦原鋁廠，該廠利用富士山的一個小水電站的電力，電站是鋁廠建設的，浦原鋁廠將原鋁隨後用偏析法提取高純鋁，以減少對環境的污染），而且近30年來，工業發達國家如美國、德國等的原鋁產量還有所減少，大的鋁業公司的原鋁產量在國內的有一些下降，而在國外的企業的產量卻上升了35%以上。

2013年，全世界人均鋁消費量（按70億人，原鋁消費量51400kt計算）7.34千克/人，中國的人均鋁消費量（按13.5億人，原鋁消費量25500kt計算）18.89千克/人，已經遠遠超過世界平均消費量，是其2.57倍，並且接近工業發達國家的21.4千克/人。我們的主要任務是要提高原材料的消費質量，用儘可能少的原材料消耗辦儘可能多的事。國內規模再也不要擴大了，可採取“東減西增、火減水增”的措施。

技術方面的挑戰

雖然中國部分電解鋁廠的槽容量已經趕上或超過世界領先水平，但同類槽型的技術經濟指標與國外的先進水平相比還相對落後。我國電解鋁廠電解槽的陽極效應係數較高；噸鋁電耗比歐洲領先水平的高；平均槽壽命普遍較短；國外領先水平的電流效率已達96%，而中國75%以上的企業的電流效率只有92.5%-93.5%，而且還有相當多的工廠的整流效率計算偏低；在同等電耗條件下，中國電解槽的陽極電流密度設計僅為0.7-0.735A/cm，這就意味著等同單位面積電解槽的產量低，因此，今後一段時間內，中國鋁電解的一項主要任務就是最大限度地提高電解槽單位面積產量。

中國當下發展電解鋁工業也有諸多優勢，如電解鋁廠單位產品投資低，約為工業發達國家的1/3；勞動力成本低，是工業發達國家原鋁成本中相應勞務費的1/5-1/4；環保要求較低，因此環保設施投資也較低，這是不應該的，到了加大環保投資的時候了。千省萬省，不能省環保，應提高環保標準，凡是不達標的，應關停，環保標準應成為高壓線。

氧化鋁作為電解鋁的原材料，在原材料供應端與成本端影響著電解鋁行情；電解鋁作為氧化鋁的重要下游消費領域，在消費端影響著氧化鋁行情。回顧2019年國內上半年鋁市場行情，從供需、產能及市場庫存三方面分析發現，氧化鋁與電解鋁處於不同周期。2019年下半年電解鋁利多因素存在，電解鋁產量增長受限、持續去庫形成的基本面短缺對電解鋁價格走強起一定支撐作用，電解鋁價格長期看多，運行區間13650-14450元/t。