當(dāng)前，我國(guó)的電解鋁產(chǎn)業(yè)正在掀起一輪從北向南、由東向西的戰(zhàn)略調(diào)整高潮，大量產(chǎn)能紛紛搬遷至水電能源豐富的云南等地。利用好當(dāng)前原鋁工業(yè)布局大幅度調(diào)整的戰(zhàn)略時(shí)機(jī)，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展適合我國(guó)資源特色的負(fù)碳電熱煉鋁產(chǎn)業(yè)，從而逐步替代不適合我國(guó)國(guó)情的電解鋁路徑。
廣西、云南等西南地區(qū)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(jié)合粉煤灰能源等工業(yè)的固體廢棄物，采用創(chuàng)新型的清潔電熱煉鋁工藝，走非電解的技術(shù)路徑，直接生產(chǎn)鋁硅高熵型合金液，然后用粗鎂提取出金屬純鋁，實(shí)現(xiàn)電熱法直接冶煉鋁合金，發(fā)展獨(dú)具中國(guó)特色的非電解煉鋁產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)原鋁工業(yè)的資源自給、清潔生產(chǎn)、零碳排甚至負(fù)碳排，以及更高的質(zhì)量效益。
金屬鋁是人類(lèi)*重要的輕合金材料，我國(guó)的電解鋁產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)每年3600萬(wàn)噸，連續(xù)多年占據(jù)全世界50%以上份額。但我國(guó)的電解鋁事業(yè)同時(shí)也面臨著資源匱乏、污染嚴(yán)重、成本高漲、無(wú)法使用零碳排新能源等四大弊端。首先是資源匱乏，我國(guó)嚴(yán)重缺乏高品質(zhì)鋁土礦，資源量短缺嚴(yán)重，一直以來(lái)依賴(lài)進(jìn)口，承受?chē)?guó)外礦業(yè)巨頭的盤(pán)剝，受制于人，如果僅僅依靠國(guó)內(nèi)的資源量，我國(guó)的鋁礦資源將在7年之內(nèi)消耗殆盡。其二，電解鋁原料氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程，產(chǎn)生大量赤泥，惡化毒害了生態(tài)環(huán)境。鋁電解過(guò)程的氟化物氣體、煙塵，以及氰化物，不僅僅是嚴(yán)重污染，甚至是劇毒的化學(xué)毒害物質(zhì)。第三，電解鋁過(guò)程中氧化鋁的原料成本占到了40%，眾多電解鋁企業(yè)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(yīng)不能中斷，導(dǎo)致電解鋁基本上只能使用化石能源火力發(fā)電，而不能大量使用風(fēng)電、光伏、水電等波動(dòng)較大的新能源，我國(guó)對(duì)國(guó)際社會(huì)的碳減排在電解鋁這個(gè)耗電大戶(hù)中無(wú)法推行。
云南、廣西是我國(guó)北方鋁土礦的主要產(chǎn)區(qū)，但在提供高鋁硅比的優(yōu)質(zhì)鋁土礦的同時(shí)，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(yīng)用于電解鋁工藝，但恰恰適合走另外的技術(shù)路徑，充分利用含硅的鋁資源，發(fā)展獨(dú)特的電熱法煉鋁的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)。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(zhì)鋁土礦，正好參與進(jìn)來(lái)，作為電熱法煉鋁的原料之一。
總體的工藝技術(shù)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(zhì)碳為還原劑，在封閉的礦熱埋弧電爐內(nèi)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(lái)，這是因?yàn)榻饘冁V液有一個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)：可以無(wú)限溶解金屬鋁，但不溶解硅和鐵，這樣實(shí)現(xiàn)了金屬鋁與硅和鐵的分離，鋁鎂合金液經(jīng)過(guò)真空蒸餾，分別獲得純鋁或者鋁合金，蒸餾出來(lái)的鎂在在廠(chǎng)內(nèi)循環(huán)利用，或者作為高純鎂對(duì)外供應(yīng)。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(chǎn)品硅鐵，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的全元素充分利用。
利用電解鋁產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整戰(zhàn)略時(shí)機(jī)，發(fā)展適合資源特色的負(fù)碳電熱煉鋁產(chǎn)業(yè)！
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(chǎn)來(lái)提取金屬鋁，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，使得我國(guó)的金屬鋁事業(yè)不再依賴(lài)海外資源。
從成本的角度分析，電熱煉鋁不僅是多重的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jià)2800-3100元/噸，導(dǎo)致電解鋁的鋁元素原料成本即高達(dá)每噸原鋁5500-6000元。創(chuàng)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(jià)格極其低廉的固廢，原料成本不超過(guò)幾百元。僅僅原材料一項(xiàng)，電熱鋁的成本優(yōu)勢(shì)就高達(dá)3000-5000元，而我國(guó)電解鋁大部分的生產(chǎn)成本逼近其售價(jià)13000元/噸。
利用電解鋁產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整戰(zhàn)略時(shí)機(jī)，發(fā)展適合資源特色的負(fù)碳電熱煉鋁產(chǎn)業(yè)！
在環(huán)保上，電熱煉鋁硅再提鋁的工藝技術(shù)，采用密閉礦熱爐和封閉真空蒸餾等主體設(shè)備，沒(méi)有任何含氟、氰的化學(xué)毒害，也沒(méi)有濕法過(guò)程的酸堿液處理難題，也不產(chǎn)生赤泥，僅有的常規(guī)火法冶金粉塵，也由于密閉生產(chǎn)設(shè)備被控制在一個(gè)極為理想的排放水平。
采用礦熱爐進(jìn)行還原煉鋁，后續(xù)的物理法分離鋁與硅和鐵元素，生產(chǎn)裝置可以適應(yīng)電力波動(dòng)和停限電，適合使用水電等季節(jié)性波動(dòng)電力，也適合光伏風(fēng)電等不穩(wěn)定新能源。
如果采用生物質(zhì)碳作為還原劑，密閉爐中冶煉，則能夠副產(chǎn)大量高品質(zhì)CO，能夠通過(guò)水蒸汽變換獲得大量氫氣能源，同時(shí)捕集封存高濃度CO2氣體，實(shí)現(xiàn)負(fù)碳煉鋁、鋁氫聯(lián)產(chǎn)的超級(jí)綠色煉鋁。
在技術(shù)成熟度上，該項(xiàng)技術(shù)曾經(jīng)在在工業(yè)化的規(guī)模上被二戰(zhàn)時(shí)期的德國(guó)完整實(shí)踐過(guò)，并被命名為Beck工藝，當(dāng)時(shí)由于戰(zhàn)爭(zhēng)德國(guó)積存了大量廢鎂，戰(zhàn)后由于金屬鎂產(chǎn)量斷崖式降低而被迫停產(chǎn)。二戰(zhàn)后的美國(guó)、加拿大、法國(guó)、烏克蘭也采用電熱法冶煉出高鋁的鋁硅合金。我國(guó)河南登電集團(tuán)*近十幾年來(lái)引進(jìn)前蘇聯(lián)烏克蘭技術(shù)，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(lǐng)域的常規(guī)做法，相關(guān)的研究和實(shí)踐已經(jīng)通行了數(shù)十年。
當(dāng)前，應(yīng)在產(chǎn)能南移的原鋁企業(yè)中，規(guī)劃建設(shè)一定比例的電熱法煉鋁生產(chǎn)能力，用于和電解鋁進(jìn)行比較，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化工業(yè)和裝備，使之進(jìn)一步適合我國(guó)資源、能源特點(diǎn)，并將環(huán)保水平進(jìn)一步提升，使得我國(guó)的綠色負(fù)碳煉鋁成為國(guó)際碳減排的樣板。
在此基礎(chǔ)上，各地可規(guī)劃建設(shè)多個(gè)大型負(fù)碳型水電鋁材循環(huán)經(jīng)濟(jì)基地，直至擴(kuò)大到千萬(wàn)噸級(jí)，并向下游的鋁合金型材、汽車(chē)輕量化零部件等深加工延伸，形成中國(guó)資源特色的創(chuàng)新型的輕合金產(chǎn)業(yè)。
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