《工程科学学报》：我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势.pdf_大学文库

工程科学学报.第44卷，第X期：1-12.2021年X月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.X:1-12,X 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.09.002;http://cje.ustb.edu.cn 我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势刘风琴12)区，邱定蕃引，顾松青，李荣斌2，赵洪亮2)，谢明壮，姚志超引 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000833)矿冶科技集团有限公司，北京1001604)中国铝业集团有限公司，北京100082 ☒通信作者，E-mail:liufq(@ustb.edu.cn 摘要在全面综述我国铝治炼工业生产和技术现状的基础上，剖析了我国铝冶炼工业发展在资源、能源和环境治理方面所面临的主要矛盾与挑战，在世界范围进行了生产成本竞争力比较与分析，认为制约我国铝治炼工业可持续发展的主要因素是国内缺乏足够的优质铝土矿资源、电力价格过高、生产技术需进一步优化，所产生的大量固危废难于实现无害化和资源化利用.由此提出了我国铝治炼工业可持续发展的战略，即严控产能的无序过快扩张并合理布局，优化资源和能源供应结构，实施优质、节能、低耗的产业发展战略以提高核心竞争力.加快实现废气、废水和固废的达标排放及资源化利用.研究结果对我国铝工业进行产业结构调整、实现高质量可持续发展的战略，具有较重要的意义. 关键词铝冶炼工业：氧化铝生产：电解铝生产：竞争力分析：环境治理：发展战略分类号TF821 Analysis of competitiveness of China's aluminum industry in the world and its development trend LIU Feng-qin2.QIU Ding-fan.GU Song-qing.LI Rong-bin2).ZHAO Hong-liang2).XIE Ming-zhuang,YAO Zhi-chao 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)BGRIMM Technology Group,Beijing 100160,China 4)Aluminum Corporation of China,Beijing 100082,China Corresponding author,E-mail:liufq @ustb.edu.cn ABSTRACT Aluminum is the second largest metallic material after steel.It is also an indispensable and basic raw material in the economic development of a country.Besides,aluminum is known as a green strategic material due to its efficient recycling performance. China's aluminum industry has made remarkable achievements in technological innovation and scientific progress through decades of development.However,in recent years,the huge production scale of the aluminum industry has increasingly prominent problems of limited resources,rising energy costs,and environmental pollution.It should be realized that the development and survival of China's aluminum industry have reached a very critical period.This paper comprehensively studied the current situation of the production and technology of China's aluminum metallurgical industry.Major contradictions and challenges faced by the development of China's aluminum industry in the fields of resources,energy,and the environment were revealed.In addition,the competitiveness of the production cost for Chinese alumina refining and aluminum smelting in the world was compared and analyzed.It is shown that the major factors restricting China's aluminum industry development include the lack of high-quality bauxite resources,high energy costs,the requirement for further improvement of the production technology,and no effective treatment of solid and hazardous wastes.Hence,a 收稿日期：2021-03-09 基金项目：中国工程院咨询研究资助项目(2018-XY-14):国家重点研发计划重点专项资助项目(2019Y℉C1908403)

我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势刘风琴1,2) 苣，邱定蕃3)，顾松青4)，李荣斌1,2)，赵洪亮1,2)，谢明壮1)，姚志超3) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室, 北京 100083 3) 矿冶科技集团有限公司, 北京 100160 4) 中国铝业集团有限公司, 北京 100082 苣通信作者， E-mail: liufq@ustb.edu.cn 摘要在全面综述我国铝冶炼工业生产和技术现状的基础上，剖析了我国铝冶炼工业发展在资源、能源和环境治理方面所面临的主要矛盾与挑战，在世界范围进行了生产成本竞争力比较与分析，认为制约我国铝冶炼工业可持续发展的主要因素是国内缺乏足够的优质铝土矿资源、电力价格过高、生产技术需进一步优化，所产生的大量固危废难于实现无害化和资源化利用. 由此提出了我国铝冶炼工业可持续发展的战略，即严控产能的无序过快扩张并合理布局，优化资源和能源供应结构，实施优质、节能、低耗的产业发展战略以提高核心竞争力，加快实现废气、废水和固废的达标排放及资源化利用. 研究结果对我国铝工业进行产业结构调整、实现高质量可持续发展的战略，具有较重要的意义. 关键词铝冶炼工业；氧化铝生产；电解铝生产；竞争力分析；环境治理；发展战略分类号 TF821 Analysis of competitiveness of China ’s aluminum industry in the world and its development trend LIU Feng-qin1,2) 苣，QIU Ding-fan3) ，GU Song-qing4) ，LI Rong-bin1,2) ，ZHAO Hong-liang1,2) ，XIE Ming-zhuang1) ，YAO Zhi-chao3) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) BGRIMM Technology Group, Beijing 100160, China 4) Aluminum Corporation of China, Beijing 100082, China 苣 Corresponding author, E-mail: liufq@ustb.edu.cn ABSTRACT Aluminum is the second largest metallic material after steel. It is also an indispensable and basic raw material in the economic development of a country. Besides, aluminum is known as a green strategic material due to its efficient recycling performance. China ’s aluminum industry has made remarkable achievements in technological innovation and scientific progress through decades of development. However, in recent years, the huge production scale of the aluminum industry has increasingly prominent problems of limited resources, rising energy costs, and environmental pollution. It should be realized that the development and survival of China’s aluminum industry have reached a very critical period. This paper comprehensively studied the current situation of the production and technology of China ’s aluminum metallurgical industry. Major contradictions and challenges faced by the development of China ’s aluminum industry in the fields of resources, energy, and the environment were revealed. In addition, the competitiveness of the production cost for Chinese alumina refining and aluminum smelting in the world was compared and analyzed. It is shown that the major factors restricting China ’s aluminum industry development include the lack of high-quality bauxite resources, high energy costs, the requirement for further improvement of the production technology, and no effective treatment of solid and hazardous wastes. Hence, a 收稿日期: 2021−03−09 基金项目: 中国工程院咨询研究资助项目（2018-XY-14）；国家重点研发计划重点专项资助项目（2019YFC1908403）工程科学学报，第 44 卷，第 X 期：1−12，2021 年 X 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. X: 1−12, X 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.09.002; http://cje.ustb.edu.cn

2 工程科学学报，第44卷，第X期 development strategy for China's aluminum industry was proposed,which includes the strict control of the production capacity without out-of-order expansion and establishment of a reasonable industry arrangement,optimization of the resource and energy supply structure, improvement of the production core competitiveness by implementing high-quality,energy-saving,and low consumption strategy,and realizing standardized discharge and resource utilization of waste gas emissions,wastewater,and solid disposals from China's aluminum industry.The research results of this work are of great significance to the industrial structure adjustment and high-quality,sustainable development for China's aluminum industry. KEY WORDS aluminum metallurgical industry;alumina refining;aluminum smelting;competitiveness analysis;environmental governance;development strategy 铝是仅次于钢铁的第二大金属材料，也是一但是，巨大的铝工业生产规模导致资源、能源个国家经济发展中关联度极高、不可或缺的重要和环境等问题日益凸显.特别是近年来，受国内氧基础性原材料.金属铝因其易于回收再生的性能化铝产量大幅度增加、环保等政策的影响，国内铝被称为可以高效循环利用的绿色战略金属土矿资源已难于满足需求、进口铝土矿资源占比我国铝工业是在新中国成立后，才开始得到逐年扩大，铝土矿对外依存度已超过50%0多种发展，1953年和1954年我国先后建成第一个铝电电力供应方式、电价差异大造成我国铝电解工业解厂一抚顺铝厂和第一个氧化铝厂一山东铝的畸形发展，局部地区建成的采用煤-电-铝形式厂.由此从小到大、由弱到强、由落后到先进完成生产原铝四的产能规模过大，从而对当地环境带了向世界铝工业大国的历史性跨越.尤其是改革来严重污染.另一方面我国铝工业排放的含硫、开放以来，快速的经济发展推动了对金属铝的强含氟烟气以及赤泥、阳极炭渣、废槽衬、铝灰等固劲需求，从而有力地促进了中国铝工业的迅猛发体废弃物产出量巨大且逐年增加，给生态和环境展.通过引进技术的消化吸收和自主科技创新，实造成了巨大的压力和影响.我国再生铝工业的生现了多种所有制共同发展的格局，形成了完整的产技术仍远落后于发达国家水平铝工业产业体系，成为全球最大的铝生产、消费和鉴于资源、能源和环境等方面的严重制约，以进出口贸易国.2020年我国氧化铝、原铝、铝用炭及市场发展容量的限制，我国铝工业的发展和生素产量分别为7313四、3708以及2000万吨四，分存已经到了非常关键的时期，在我国大力推进供别占世界当年总产量的54.6%、56.8%以及61.0%. 给侧改革和倡导生态文明建设的大背景下，认真我国铝工业的技术创新、科技进步也取得了研究我国铝冶炼工业生产和技术现状，剖析我国举世瞩目的成就.氧化铝工业实现了高硅铝土矿铝冶炼工业发展面临的主要矛盾与挑战，在全球的间接加热、强化溶出技术的大规模产业化，单范围内进行生产成本竞争力比较与分析，提出我条生产线100万吨以上产能、处理中低品位难溶国铝冶炼工业生产和技术的战略发展趋势.这对一水硬铝石矿的高效强化拜耳法成套技术得到我国铝工业进行产业结构调整、实现高质量可持全面推广应用)，全国氧化铝生产的平均能耗达续发展的战略研究，具有重大意义到世界平均能耗指标.赤泥由湿法堆存转为干法 1 我国铝冶炼工业的生产与技术现状堆存，降低了赤泥坝泄漏和溃坝等重大环境风险.铝电解工业实现了400kA以上的大型铝电 1.1我国铝冶炼工业的生产现状解槽系列成套技术的推广应用-句，标志着我国铝 1.11氧化铝、铝电解的产量及布局电解工业实现了规模和容量的大型化，我国铝电图1为我国氧化铝年产量的变化.由图1可解的吨铝电耗达到了世界领先水平，铝用炭素工见，我国氧化铝产量自2005年起迅速提高，这主业采用复杂组成的石油焦原料生产出世界驰名要是因为处理一水硬铝石矿的高温拜耳法技术得的优质炭阳极大规模生产和应用了石墨化到全面推广应用.2020年氧化铝产量达到7313万阴极炭块和氨化硅结合碳化硅侧衬材料四这些吨，占世界当年总产量的54.6% 创新技术使我国铝工业整体上达到了世界先进大部分氧化铝企业分布在我国铝土矿储量丰技术水平，具备了一定的竞争力，为我国氧化富的地区，即山西、河南、广西和贵州.山东省的铝、电解铝和铝用炭素工业的快速发展提供了强氧化铝企业因靠近沿海，主要依靠进口铝土矿生有力的技术支撑产氧化铝

development strategy for China’s aluminum industry was proposed, which includes the strict control of the production capacity without out-of-order expansion and establishment of a reasonable industry arrangement, optimization of the resource and energy supply structure, improvement of the production core competitiveness by implementing high-quality, energy-saving, and low consumption strategy, and realizing standardized discharge and resource utilization of waste gas emissions, wastewater, and solid disposals from China’s aluminum industry. The research results of this work are of great significance to the industrial structure adjustment and high-quality, sustainable development for China’s aluminum industry. KEY WORDS aluminum metallurgical industry； alumina refining； aluminum smelting； competitiveness analysis； environmental governance；development strategy 铝是仅次于钢铁的第二大金属材料，也是一个国家经济发展中关联度极高、不可或缺的重要基础性原材料. 金属铝因其易于回收再生的性能被称为可以高效循环利用的绿色战略金属. 我国铝工业是在新中国成立后，才开始得到发展，1953 年和 1954 年我国先后建成第一个铝电解厂——抚顺铝厂和第一个氧化铝厂——山东铝厂. 由此从小到大、由弱到强、由落后到先进完成了向世界铝工业大国的历史性跨越. 尤其是改革开放以来，快速的经济发展推动了对金属铝的强劲需求，从而有力地促进了中国铝工业的迅猛发展. 通过引进技术的消化吸收和自主科技创新，实现了多种所有制共同发展的格局，形成了完整的铝工业产业体系，成为全球最大的铝生产、消费和进出口贸易国. 2020 年我国氧化铝、原铝、铝用炭素产量分别为 7313[1]、3708[1] 以及 2000 万吨[2] ，分别占世界当年总产量的 54.6 %、56.8% 以及 61.0%. 我国铝工业的技术创新、科技进步也取得了举世瞩目的成就. 氧化铝工业实现了高硅铝土矿的间接加热、强化溶出技术的大规模产业化，单条生产线 100 万吨以上产能、处理中低品位难溶一水硬铝石矿的高效强化拜耳法成套技术得到全面推广应用[3] ，全国氧化铝生产的平均能耗达到世界平均能耗指标. 赤泥由湿法堆存转为干法堆存[4] ，降低了赤泥坝泄漏和溃坝等重大环境风险. 铝电解工业实现了 400 kA 以上的大型铝电解槽系列成套技术的推广应用[5−6] ，标志着我国铝电解工业实现了规模和容量的大型化，我国铝电解的吨铝电耗达到了世界领先水平. 铝用炭素工业采用复杂组成的石油焦原料生产出世界驰名的优质炭阳极[7−8] . 大规模生产和应用了石墨化阴极炭块和氮化硅结合碳化硅侧衬材料[9] . 这些创新技术使我国铝工业整体上达到了世界先进技术水平，具备了一定的竞争力，为我国氧化铝、电解铝和铝用炭素工业的快速发展提供了强有力的技术支撑. 但是，巨大的铝工业生产规模导致资源、能源和环境等问题日益凸显. 特别是近年来，受国内氧化铝产量大幅度增加、环保等政策的影响，国内铝土矿资源已难于满足需求、进口铝土矿资源占比逐年扩大，铝土矿对外依存度已超过 50% [10] . 多种电力供应方式、电价差异大造成我国铝电解工业的畸形发展，局部地区建成的采用煤−电−铝形式生产原铝[11] 的产能规模过大，从而对当地环境带来严重污染. 另一方面我国铝工业排放的含硫、含氟烟气以及赤泥、阳极炭渣、废槽衬、铝灰等固体废弃物产出量巨大且逐年增加，给生态和环境造成了巨大的压力和影响. 我国再生铝工业的生产技术仍远落后于发达国家水平. 鉴于资源、能源和环境等方面的严重制约，以及市场发展容量的限制，我国铝工业的发展和生存已经到了非常关键的时期，在我国大力推进供给侧改革和倡导生态文明建设的大背景下，认真研究我国铝冶炼工业生产和技术现状，剖析我国铝冶炼工业发展面临的主要矛盾与挑战，在全球范围内进行生产成本竞争力比较与分析，提出我国铝冶炼工业生产和技术的战略发展趋势. 这对我国铝工业进行产业结构调整、实现高质量可持续发展的战略研究，具有重大意义. 1 我国铝冶炼工业的生产与技术现状 1.1 我国铝冶炼工业的生产现状 1.1.1 氧化铝、铝电解的产量及布局图 1 为我国氧化铝年产量的变化. 由图 1 可见，我国氧化铝产量自 2005 年起迅速提高，这主要是因为处理一水硬铝石矿的高温拜耳法技术得到全面推广应用. 2020 年氧化铝产量达到 7313 万吨，占世界当年总产量的 54.6%. 大部分氧化铝企业分布在我国铝土矿储量丰富的地区，即山西、河南、广西和贵州. 山东省的氧化铝企业因靠近沿海，主要依靠进口铝土矿生产氧化铝. · 2 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期

工程科学学报，第44卷，第X期我国北方山西、河南等地区拥有较多的、规模我国铝电解工业的能源成本主要是用电成本较大的氧化铝厂，且分布集中.由于数十年来的过我国铝电解工业主要依靠网电供电，由于网电电度开采，当地铝土矿区品位下降、严重贫化、甚至价较高，导致我国铝电解平均能源成本属世界上枯竭，目前供矿铝硅比基本处于4.0~5.0，造成氧最高，达到678$，远高于除中国外其他国家平化铝生产中的矿耗和碱耗很高而缺乏竞争力，已均能源成本475$，如图4所示，图4数据根据百川难以支撑当地较大规模的氧化铝工业.为此，我国盈孚报告和世界铝业协会网站]统计获得.加铝土矿进口量近年来呈逐年增长趋势.据中国海拿大、俄罗斯以及中东地区铝电解厂的能源成本关统计数据，2019年我国共进口铝土矿已超过最低.因此能源成本高是我国铝电解工业最大的 1亿吨，对外依存度已超过50% 劣势 800 678 700 649 593 600 524 46 518 482 472 475 500 398 400 300 268 200 100 Africa Asia Australia Canada Central China CIS Europe Middle United World Ex world and East States South America Region 图4世界主要国家地区平均能源成本统计 Fig.4 Average energy cost in major countries/regions 内蒙古、新疆具有丰富的煤炭资源和较低火必由之路力发电成本，在国内甚至国际上具有较强的竞争 1.2我国铝冶炼工业的技术现状力.因此，在电解铝厂布局中应重点考虑电价问 1.2.1我国铝冶炼工业技术水平及其技术特点题，将电价较高的河南、山西、甘肃等地的电解铝我国氧化铝工业经过近70年的发展，开发出产能逐步转移到电价较低、且运输物流成本也较了处理中低品位一水硬铝石矿的高效强化拜耳法低的内蒙古和水电资源丰富的云南、四川等省区技术，实现了高循环效率、系统节能拜耳法的全面 1.1.3环境污染及治理状况应用，各关键工序的装备大型化、节能化，使我国我国铝工业产能巨大、分布集中，造成局部的处理一水硬铝石矿生产氧化铝的技术水平已处于工业污染严重世界领先水平我国氧化铝企业集中在山东、山西、河南和广我国铝电解工业经过近70年的发展，提出并西，部分地级城市拥有几百万吨、甚至上千万吨氧实现了低极距、低槽电压、低槽温、低电耗的铝电化铝产能，加上没有大规模的综合处理及利用措解技术路线，吨铝电耗达到了世界领先，整体铝电施，年赤泥排放量达数千万吨，碱污染严重，难解技术达到世界先进技术水平.我国铝用炭素工于有效治理. 业开发出了多种石油焦原料耦合混配生产优质炭我国铝电解企业集中分布在山东、新疆、内蒙阳极技术，使炭阳极的整体生产技术及产品质量和甘肃等省区，局部排放的烟气及铝灰和废槽衬达到了世界领先水平. 等危废的数量巨大，加之尚未开发出有效的环境 1.2.2我国铝冶炼工业的重大技术成就治理技术，导致局部的空气污染和地面大量堆放我国氧化铝工业界针对我国中低品位一水硬危废的局面. 铝石矿的资源特点，通过几十年的自主创新，开发这些环境问题将成为我国铝工业绿色、可持出了一系列重大创新成果.拜耳法间接加热强化续发展的严重障碍，开发应用铝工业环境高效治溶出技术和高效强化拜耳法技术叨解决了采用拜理技术是实现我国铝冶炼工业健康、绿色发展的耳法处理一水硬铝石矿的关键技术难题；选矿拜

我国北方山西、河南等地区拥有较多的、规模较大的氧化铝厂，且分布集中. 由于数十年来的过度开采，当地铝土矿区品位下降、严重贫化、甚至枯竭，目前供矿铝硅比基本处于 4.0～5.0，造成氧化铝生产中的矿耗和碱耗很高而缺乏竞争力，已难以支撑当地较大规模的氧化铝工业. 为此，我国铝土矿进口量近年来呈逐年增长趋势. 据中国海关统计数据， 2019 年我国共进口铝土矿已超过 1 亿吨，对外依存度已超过 50%. 我国铝电解工业的能源成本主要是用电成本. 我国铝电解工业主要依靠网电供电，由于网电电价较高，导致我国铝电解平均能源成本属世界上最高，达到 678 $·t−1，远高于除中国外其他国家平均能源成本 475 $，如图 4 所示，图 4 数据根据百川盈孚报告[14] 和世界铝业协会网站[15] 统计获得. 加拿大、俄罗斯以及中东地区铝电解厂的能源成本最低. 因此能源成本高是我国铝电解工业最大的劣势. Africa Energy cost/($·t−1 ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 482 649 524 268 472 678 420 546 398 518 593 475 Asia Australia Canada Central and South America China Region CIS Europe Middle East United States World Ex world 图 4 世界主要国家/地区平均能源成本统计 Fig.4 Average energy cost in major countries/regions 内蒙古、新疆具有丰富的煤炭资源和较低火力发电成本，在国内甚至国际上具有较强的竞争力. 因此，在电解铝厂布局中应重点考虑电价问题，将电价较高的河南、山西、甘肃等地的电解铝产能逐步转移到电价较低、且运输物流成本也较低的内蒙古和水电资源丰富的云南、四川等省区. 1.1.3 环境污染及治理状况我国铝工业产能巨大、分布集中，造成局部的工业污染严重. 我国氧化铝企业集中在山东、山西、河南和广西，部分地级城市拥有几百万吨、甚至上千万吨氧化铝产能，加上没有大规模的综合处理及利用措施，年赤泥排放量达数千万吨，碱污染严重[16] ，难于有效治理. 我国铝电解企业集中分布在山东、新疆、内蒙和甘肃等省区，局部排放的烟气及铝灰和废槽衬等危废的数量巨大，加之尚未开发出有效的环境治理技术，导致局部的空气污染和地面大量堆放危废的局面. 这些环境问题将成为我国铝工业绿色、可持续发展的严重障碍，开发应用铝工业环境高效治理技术是实现我国铝冶炼工业健康、绿色发展的必由之路. 1.2 我国铝冶炼工业的技术现状 1.2.1 我国铝冶炼工业技术水平及其技术特点我国氧化铝工业经过近 70 年的发展，开发出了处理中低品位一水硬铝石矿的高效强化拜耳法技术，实现了高循环效率、系统节能拜耳法的全面应用，各关键工序的装备大型化、节能化，使我国处理一水硬铝石矿生产氧化铝的技术水平已处于世界领先水平. 我国铝电解工业经过近 70 年的发展，提出并实现了低极距、低槽电压、低槽温、低电耗的铝电解技术路线，吨铝电耗达到了世界领先，整体铝电解技术达到世界先进技术水平. 我国铝用炭素工业开发出了多种石油焦原料耦合混配生产优质炭阳极技术，使炭阳极的整体生产技术及产品质量达到了世界领先水平. 1.2.2 我国铝冶炼工业的重大技术成就我国氧化铝工业界针对我国中低品位一水硬铝石矿的资源特点，通过几十年的自主创新，开发出了一系列重大创新成果. 拜耳法间接加热强化溶出技术和高效强化拜耳法技术[17] 解决了采用拜耳法处理一水硬铝石矿的关键技术难题；选矿拜 · 4 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期

刘风琴等：我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势 5 耳法和石灰拜耳法技术⑧解决了经济处理中低品碳气体的排放；自主开发出的石油焦微量元素耦位一水硬铝石矿生产氧化铝的技术难题；通过消合混配技术-剧、石油焦大型罐式煅烧炉技术和炭化吸收及自主创新开发出一系列大型节能拜耳法阳极焙烧先进控制系统，显著提高了炭阳极的关键装备，包括管道化溶出系统、高效深锥沉降质量，降低了能耗和炭耗：炭素阴极串接石墨化技槽、大容量低电耗分解槽、多效管式降膜蒸发器、术和氨化硅结合碳化硅侧衬材料生产技术9的大氢氧化铝流态化焙烧炉和大型高效赤泥压滤机规模产业化为铝工业提供了先进的炉衬材料，提等，实现了我国氧化铝工业的大型化和节能化高了铝电解槽的寿命我国铝电解工业界通过对引进技术的消化吸 2我国铝冶炼工业生产成本竞争力分析收和进一步创新，开发出了大型预焙铝电解槽物理场研究及设计技术叨，淘汰了高耗能和污染严 2.1我国氧化铝工业成本竞争力分析重的自焙槽和小型预焙槽技术，实现了铝电解槽 2.1.1世界氧化铝生产成本占比分析的大型化和现代化；开发出的铝电解槽智能控制图5是2019年国内外氧化铝生产运行成本构技术20和新型结构铝电解槽节能技术2-2)提高成的比较.本文有关氧化铝工业成本分析数据是了电解槽运行的稳定性和效率，大幅度降低了电根据中国有色金属工业协会网站和世界铝业协耗：通过降低铝电解效应系数技术，减少了多氟化会网站统计获得 (a) Energy (b) Energy Caustic soda 24% 26% 19% Others 287 Others 17% Caustic soda 22% Bauxite Bauxite 41% 24% 图52019年国内外氧化铝平均运行成本构成比较.(a)中国：(b)除中国以外各生产国 Fig.5 Comparison of alumina production cost distributions in 2019:(a)China;(b)countries except China 由图5可见，国内外氧化铝生产成本的最大差后排列，并依据世界氧化铝总产量将整个区域均别是铝土矿成本.我国铝土矿资源贫乏，矿价较分为为4个区域，纵坐标是各个氧化铝厂的运行高，因此铝土矿在生产成本中占有41%，而国外仅成本，横坐标是氧化铝产量的累加.我国氧化铝厂占24%.但是我国在氧化铝成本中的其他项占比为深色的柱条，国外氧化铝厂则采用白色柱条.以较低，这主要是因为我国人工和维修成本较低下各图均采用此方法表示 2.1.2世界氧化铝生产成本比较由图6可见，我国大部分氧化铝厂在了第三、图6是2019年世界各氧化铝厂的生产运行成第四的高成本区域，只有广西、山东的少数氧化铝本的比较，把世界氧化铝厂生产成本由低到高先厂进入成本较低的第一、第二区域 600 人 3-uopueyS H 400 4 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Cumulative production of alumina/(10t) 图62019年世界氧化铝企业生产运行成本的比较 Fig.6 Comparison of alumina production costs in world alumina refineries in 2019

耳法和石灰拜耳法技术[18] 解决了经济处理中低品位一水硬铝石矿生产氧化铝的技术难题；通过消化吸收及自主创新开发出一系列大型节能拜耳法关键装备，包括管道化溶出系统、高效深锥沉降槽、大容量低电耗分解槽、多效管式降膜蒸发器、氢氧化铝流态化焙烧炉和大型高效赤泥压滤机等，实现了我国氧化铝工业的大型化和节能化. 我国铝电解工业界通过对引进技术的消化吸收和进一步创新，开发出了大型预焙铝电解槽物理场研究及设计技术[19] ，淘汰了高耗能和污染严重的自焙槽和小型预焙槽技术，实现了铝电解槽的大型化和现代化；开发出的铝电解槽智能控制技术[20] 和新型结构铝电解槽节能技术[21−23] ，提高了电解槽运行的稳定性和效率，大幅度降低了电耗；通过降低铝电解效应系数技术，减少了多氟化碳气体的排放；自主开发出的石油焦微量元素耦合混配技术[7−8]、石油焦大型罐式煅烧炉技术和炭阳极焙烧先进控制系统[24] ，显著提高了炭阳极的质量，降低了能耗和炭耗；炭素阴极串接石墨化技术和氮化硅结合碳化硅侧衬材料生产技术[9] 的大规模产业化为铝工业提供了先进的炉衬材料，提高了铝电解槽的寿命. 2 我国铝冶炼工业生产成本竞争力分析 2.1 我国氧化铝工业成本竞争力分析 2.1.1 世界氧化铝生产成本占比分析图 5 是 2019 年国内外氧化铝生产运行成本构成的比较. 本文有关氧化铝工业成本分析数据是根据中国有色金属工业协会网站[25] 和世界铝业协会网站[26] 统计获得. Caustic soda 19% Caustic soda 22% (a) (b) Energy 24% Energy 26% Others 17% Others 28% Bauxite 41% Bauxite 24% 图 5 2019 年国内外氧化铝平均运行成本构成比较. （a）中国；（b）除中国以外各生产国 Fig.5 Comparison of alumina production cost distributions in 2019: (a) China; (b) countries except China 由图 5 可见，国内外氧化铝生产成本的最大差别是铝土矿成本. 我国铝土矿资源贫乏，矿价较高，因此铝土矿在生产成本中占有 41%，而国外仅占 24%. 但是我国在氧化铝成本中的其他项占比较低，这主要是因为我国人工和维修成本较低. 2.1.2 世界氧化铝生产成本比较图 6 是 2019 年世界各氧化铝厂的生产运行成本的比较，把世界氧化铝厂生产成本由低到高先后排列，并依据世界氧化铝总产量将整个区域均分为为 4 个区域，纵坐标是各个氧化铝厂的运行成本，横坐标是氧化铝产量的累加. 我国氧化铝厂为深色的柱条，国外氧化铝厂则采用白色柱条. 以下各图均采用此方法表示. 由图 6 可见，我国大部分氧化铝厂在了第三、第四的高成本区域，只有广西、山东的少数氧化铝厂进入成本较低的第一、第二区域. 600 400 200 0 0 2000 Cumulative production of alumina/(104 t) India-A India-B Australia-A Brazil-A Brazil-B Guangxi-A Shandong-A Shandong-C Shandong-D Shandong-E Shandong-F Shanxi-A Shanxi-B Shanxi-C Shanxi-D Shanxi-E Yunnan Guizhou Henan-A Henan-B Henan-C Shandong-B Guangxi-B Guangxi-C Guangxi-C Australia-B Australia-C Australia-D 4000 6000 8000 10000 12000 Site cost/($·t−1 ) 图 6 2019 年世界氧化铝企业生产运行成本的比较 Fig.6 Comparison of alumina production costs in world alumina refineries in 2019 刘风琴等：我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势 · 5 ·

工程科学学报，第44卷，第X期 2.1.3世界氧化铝生产铝土矿成本的比较区域图7为2019年世界氧化铝厂生产中的铝土矿 2.1.4世界氧化铝生产能耗成本的比较成本分布图8是世界氧化铝厂的能源成本的比较由图7可见，我国除了广西、云南、山西及贵由图8可见，世界氧化铝厂能源成本较高的第州的氧化铝厂铝土矿成本较低外，其余氧化铝厂三、第四区域主要由我国氧化铝厂组成，仅有山的铝土矿成本均处于第三、第四的高铝土矿成本东、河南的少数氧化铝厂进人第一、第二区域 250 元200 150 100 n) 50 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Cumulative production of alumina/10t 图72019年世界氧化铝企业生产中铝土矿成本的比较 Fig.7 Comparison of bauxite costs in world alumina refineries in 2019 200 150 3-eU3H 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Cumulative production of alumina/10t 图82019年世界氧化铝企业生产中能源成本的比较 Fig.8 Comparison of energy consumption costs in world alumina refineries in 2019 2.1.5世界氧化铝生产竞争力分析根据百川盈孚报告、中国有色金属工业协会网中国氧化铝工业的竞争力优势在于：产能巨大、站P和世界铝业协会网站)统计获得拥有调节产量的缓冲能力，南方国产矿价格较低，由图9可见，国内外铝电解生产运行成本的最有一定的竞争力，人工及维修成本较低，煤炭及苛大区别在于，我国能源成本远高于国外，实际上我性碱价格较合理.但我国氧化铝工业的竞争力劣势国铝电解的电耗世界最低，能源成本高主要起因在于：铝土矿短缺、质量差且矿价偏高，进口矿运输费于国内电价高.但我国成本构成中的其他项低于用高导致价格高，碱耗和能耗较国外先进水平高国外，这主要是由于我国铝电解生产中的人工和由此可见，我国氧化铝工业提高核心竞争力维修成本较低所致. 的发展思路在于：尽多开采利用低成本铝土矿，将 2.2.2世界铝电解生产成本比较铝土矿资源较差地区的氧化铝厂转移到沿海地区图10是2019年国内外铝电解企业生产运行以采用优质的进口矿；开发出高效低耗的氧化铝成本的比较生产技术，实现进一步节能降耗由图10可见，我国铝电解厂的生产运行成本 2.2我国铝电解工业的成本竞争力分析处于与国外铝电解厂交叉分布状况，国内铝电解 2.2.1世界铝电解生产成本占比分析成本较低的企业是新疆、山东、内蒙和陕西的铝图9是2019年国内外铝电解生产运行成本构电解厂，这主要是由于其自发电、供电模式、电价成的比较.本文有关铝电解工业成本分析数据是较低，具有一定的竞争力

2.1.3 世界氧化铝生产铝土矿成本的比较图 7 为 2019 年世界氧化铝厂生产中的铝土矿成本分布. 由图 7 可见，我国除了广西、云南、山西及贵州的氧化铝厂铝土矿成本较低外，其余氧化铝厂的铝土矿成本均处于第三、第四的高铝土矿成本区域. 2.1.4 世界氧化铝生产能耗成本的比较图 8 是世界氧化铝厂的能源成本的比较. 由图 8 可见，世界氧化铝厂能源成本较高的第三、第四区域主要由我国氧化铝厂组成，仅有山东、河南的少数氧化铝厂进入第一、第二区域. 250 200 150 100 50 0 0 2000 Cumulative production of alumina/104 t India-A India-B Australia-A Brazil-A Brazil-B Guangxi-A Shandong-C Shandong-D Shandong-A Shandong-B Shandong-E Shandong-F Shanxi-A Guizhou-A Guizhou-B Shanxi-B Shanxi-C Shanxi-D Shanxi-E Shanxi-F Yunnan Henan-A Henan-C Henan-D Henan-B Guangxi-B Guangxi-C Guangxi-D Australia-B Australia-C Australia-D Australia-E 4000 6000 8000 10000 12000 Bauxite cost/($·t−1 ) 图 7 2019 年世界氧化铝企业生产中铝土矿成本的比较 Fig.7 Comparison of bauxite costs in world alumina refineries in 2019 200 150 100 50 0 0 2000 Cumulative production of alumina/104 t India-A India-B Australia-A Brazil-A Brazil-B Guangxi-A Shandong-C Shandong-D Shandong-D Shandong-A Shandong-B Shandong-E Shandong-F Shanxi-A Shanxi-B Shanxi-C Shanxi-D Shanxi-E Shanxi-F Shanxi-G Yunnan Henan-A Henan-C Henan-D Henan-B Guangxi-B Guangxi-C Australia-B Australia-C Australia-D Saudi Arabia Australia-E 4000 6000 8000 10000 12000 Energy cost/($·t−1 ) 图 8 2019 年世界氧化铝企业生产中能源成本的比较 Fig.8 Comparison of energy consumption costs in world alumina refineries in 2019 2.1.5 世界氧化铝生产竞争力分析中国氧化铝工业的竞争力优势在于：产能巨大、拥有调节产量的缓冲能力，南方国产矿价格较低，有一定的竞争力，人工及维修成本较低，煤炭及苛性碱价格较合理. 但我国氧化铝工业的竞争力劣势在于：铝土矿短缺、质量差且矿价偏高，进口矿运输费用高导致价格高，碱耗和能耗较国外先进水平高. 由此可见，我国氧化铝工业提高核心竞争力的发展思路在于：尽多开采利用低成本铝土矿，将铝土矿资源较差地区的氧化铝厂转移到沿海地区以采用优质的进口矿；开发出高效低耗的氧化铝生产技术，实现进一步节能降耗. 2.2 我国铝电解工业的成本竞争力分析 2.2.1 世界铝电解生产成本占比分析图 9 是 2019 年国内外铝电解生产运行成本构成的比较. 本文有关铝电解工业成本分析数据是根据百川盈孚报告[14]、中国有色金属工业协会网站[25] 和世界铝业协会网站[27] 统计获得. 由图 9 可见，国内外铝电解生产运行成本的最大区别在于，我国能源成本远高于国外. 实际上我国铝电解的电耗世界最低，能源成本高主要起因于国内电价高. 但我国成本构成中的其他项低于国外，这主要是由于我国铝电解生产中的人工和维修成本较低所致. 2.2.2 世界铝电解生产成本比较图 10 是 2019 年国内外铝电解企业生产运行成本的比较. 由图 10 可见，我国铝电解厂的生产运行成本处于与国外铝电解厂交叉分布状况，国内铝电解成本较低的企业是新疆、山东、内蒙和陕西的铝电解厂，这主要是由于其自发电、供电模式、电价较低，具有一定的竞争力. · 6 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期

刘风琴等：我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势 7 Energy (b) 33 Energy Carbon Carbon 24% 13% 13% Bath materials 1% Bath materials 2% Other materials 20% Other materials 9% Alumina Alumina 42% 42% 图92019年国内外电解铝平均运行成本构成比较.()中国，(b)除中国以外各国 Fig.9 Comparison of average aluminum smelting costs in 2019:(a)China;(b)countries except China 3000 2000 100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Cumulative production of alumina/(10+t) 图102019年世界电解铝企业生产运行成本的比较 Fig.10 Comparison of aluminum production costs of world aluminum smelters in 2019 2.2.3世界铝电解生产能耗成本的比较由图12可见，国内外铝电解厂炭阳极成本基图11是国内外铝电解厂生产能源成本的比较本处于相近状态.这主要是因为全球石油焦、炭由图11可见，我国大部分铝电解厂的能源成阳极价格基本相同所致本都处于世界第三、第四区域，主要原因在于其电 22.5世界铝电解生产竞争力分析价较高.拥有采用廉价煤炭自发电优势的新疆、由上述分析可知，中国铝电解工业的竞争力内蒙、陕西等地的铝电解厂能源成本较低，进入第优势在于：产能巨大、拥有调节产量的缓冲能力，一、二区域人工及维修成本较低，部分铝电解企业采用自发 22.4世界铝电解生产炭阳极成本的比较电，价格较低，有一定的竞争力.但我国铝电解企图12是国内外铝电解厂炭阳极成本的比较. 业的整体竞争力劣势在于：平均电价特别高，尽管本文有关炭阳极成本分析数据是根据百川盈孚报平均电耗国际领先但能源成本过高，氟化盐消耗告统计获得也偏高 1250 1000 750 500 250 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Cumulative production of alumina/(10*t) 图112019年世界电解铝企业生产中能源成本的比较 Fig.11 Comparison of energy consumption costs of world aluminum smelters in 2019

2.2.3 世界铝电解生产能耗成本的比较图 11 是国内外铝电解厂生产能源成本的比较. 由图 11 可见，我国大部分铝电解厂的能源成本都处于世界第三、第四区域，主要原因在于其电价较高. 拥有采用廉价煤炭自发电优势的新疆、内蒙、陕西等地的铝电解厂能源成本较低，进入第一、二区域. 2.2.4 世界铝电解生产炭阳极成本的比较图 12 是国内外铝电解厂炭阳极成本的比较. 本文有关炭阳极成本分析数据是根据百川盈孚报告[28] 统计获得. 由图 12 可见，国内外铝电解厂炭阳极成本基本处于相近状态. 这主要是因为全球石油焦、炭阳极价格基本相同所致. 2.2.5 世界铝电解生产竞争力分析由上述分析可知，中国铝电解工业的竞争力优势在于：产能巨大、拥有调节产量的缓冲能力，人工及维修成本较低，部分铝电解企业采用自发电，价格较低，有一定的竞争力. 但我国铝电解企业的整体竞争力劣势在于：平均电价特别高，尽管平均电耗国际领先但能源成本过高，氟化盐消耗也偏高. Energy 33% Energy Carbon 24% 13% Carbon 13% Bath materials 2% Bath materials 1% Other materials 9% Other materials 20% Alumina 42% Alumina 42% (a) (b) 图 9 2019 年国内外电解铝平均运行成本构成比较. （a）中国，（b）除中国以外各国 Fig.9 Comparison of average aluminum smelting costs in 2019: (a) China; (b) countries except China 3000 2000 1000 0 0 1000 Cumulative production of alumina/(104 t) Saudi Arabia Russia-A Russia-B Bahrain Guangxi-A Xinjiang-A Xinjiang-B Xinjiang-C Xinjiang-D Xinjiang-E Inner Mongolia-A Gansu-A Guizhou-A Gansu-B Guizhou-B Qinghai Inner Mongolia-B Inner Mongolia-C Shandong-A Shandong-B Shandong-C Shandong-D Shandong-E Shandong-F Shanxi Zhejiang Shanxi Yunnan Henan-D Liaoning Ningxia-A Ningxia-B Henan-B Henan-C Guangxi-B Dubai-A Dubai-B 2000 3000 4000 5000 6000 Site cost/($·t−1 ) Henan-A Norsk Hydro Guangxi-C 图 10 2019 年世界电解铝企业生产运行成本的比较 Fig.10 Comparison of aluminum production costs of world aluminum smelters in 2019 1000 500 250 0 0 1000 Cumulative production of alumina/(104 t) Saudi Arabia Norsk Hydro Rio Tinto Russia-A Bahrain Russia-B Russia-C Guangxi-A Xinjiang-A Xinjiang-B Xinjiang-C Xinjiang-D Xinjiang-E Xinjiang-F Inner Mongolia-A Xinjiang-G Gansu-A Gansu-B Qinghai Inner Mongolia-B Inner Mongolia-C Inner Mongolia-D Shandong-A Shandong-B Shandong-C Shandong-D Zhejiang Shanxi Yunnan Henan-D Ningxia-A Ningxia-B Henan-B Henan-C Guangxi-B Dubai-A Dubai-B 2000 3000 4000 5000 6000 750 1250 Energy cost/($·t−1 ) Henan-A 图 11 2019 年世界电解铝企业生产中能源成本的比较 Fig.11 Comparison of energy consumption costs of world aluminum smelters in 2019 刘风琴等：我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势 · 7 ·

工程科学学报，第44卷，第X期 500 d-uop 400 300 200 100 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Cumulative production of alumina/(10+t) 图122019年世界电解铝企业生产中炭阳极成本的比较 Fig.12 Comparison of carbon anode costs of world aluminum smelters in 2019 由此可见，我国铝电解工业提高核心竞争力我国石油资源也主要依靠进口，大部分进口的发展思路在于：尽可能采用低电价能源，包括水石油硫含量较高，所产石油焦不能用于生产炭阳电等绿色能源、煤炭价格较低的自发电系统等：将极，导致用于生产炭阳极的优质石油焦资源供应电价较高的铝电解企业转移到电价较低的地区；不足.此外出于经济原因，国内大量的优质煅后焦进一步开发出高效低耗的铝电解生产技术，实现出口，进一步引起国内优质石油焦的短缺，导致国高效节能及深度降耗内炭阳极产品质量下降，铝电解运行成本上升 3我国铝冶炼工业面临的主要矛盾及挑战 3.3能源问题铝电解工业的能源主要依靠电力.我国铝电 3.1工业产能及布局问题解厂的能源结构过于单一，绝大部分企业采用火截止2020年底，中国已建成氧化铝产能达电供电，其中大部分企业还使用网电.这与国际上 8.915×10?ta,2020年实际产量为7312万吨，开工铝电解厂广泛使用绿色能源2，特别是水电的格率为82%，而且沿海地区仍然在建多家使用进口局不符，与我国提出的“碳达峰”、“碳中和”目标矿的大型氧化铝厂，产能还会继续扩大，这将导致存在不一致性，此外，全国的铝电解电价极不平氧化铝产能趋于过剩.氧化铝厂的布局过去主要衡，自发电电价远低于网电价格，导致各家铝电解分布在国产铝土矿地区，导致北方地区的资源短厂成本竞争不尽公正合理.因此尽快解决我国铝缺状况更加明显电解工业的能源问题对可持续发展具有重要意义我国铝电解工业产能已被严格总量控制，达 3.4技术问题到4500万吨左右.但铝电解厂的布局主要依靠火 3.4.1氧化铝生产的重大技术问题电，部分地区网电价格高，导致缺乏竞争力.我国部分国产铝土矿尽管采矿成本较低，但由于铝用炭素工业产能过大，石油焦原料的品质和价其组成复杂，特别是部分高硫、高硅含量的铝土矿格难于保证. 难于在现有的氧化铝生产系统使用.因此尽快开 32资源问题发出可经济处理这些组成复杂的一水硬铝石矿的我国总体上铝土矿资源缺乏、品位偏低、组成技术，形成具有竞争力的氧化铝生产成本，是摆在复杂，难于满足庞大的氧化铝工业的需求，必须进氧化铝科技界面前的重大技术问题口铝土矿.海关统计2020年中国进口铝土矿精矿我国已年进口1亿吨以上的铝土矿，但对进口 11156万吨，我国已成为世界上最大的铝土矿进口矿的生产技术没有进行过深入的研究，对国外技国.这些进口矿可以生产出4200多万吨冶金级氧术照单全收.进口矿经历了几千、上万公里的运化铝，占2020年国内氧化铝总产量7312万吨的输才到达中国港口，铝土矿成本显著升高，因此提 58%,铝土矿资源对外依存度接近60%.因此进口高氧化铝回收率成为开发处理进口矿技术的当务矿的资源保证问题已成为我国氧化铝工业的软之急，这也是我国氧化铝界面临的重要任务之一，肋.确保我国优质铝土矿资源进口量的稳定、可 3.4.2铝电解生产的重大技术问题靠，已成为我国氧化铝工业需要予以高度重视的我国铝电解厂尽管达到了世界电耗最低的水问题平，但主要是依靠降低槽电压和电流密度实现的

由此可见，我国铝电解工业提高核心竞争力的发展思路在于：尽可能采用低电价能源，包括水电等绿色能源、煤炭价格较低的自发电系统等；将电价较高的铝电解企业转移到电价较低的地区；进一步开发出高效低耗的铝电解生产技术，实现高效节能及深度降耗. 3 我国铝冶炼工业面临的主要矛盾及挑战 3.1 工业产能及布局问题截止 2020 年底，中国已建成氧化铝产能达 8.915×107 t·a−1 ，2020 年实际产量为 7312 万吨，开工率为 82%，而且沿海地区仍然在建多家使用进口矿的大型氧化铝厂，产能还会继续扩大，这将导致氧化铝产能趋于过剩. 氧化铝厂的布局过去主要分布在国产铝土矿地区，导致北方地区的资源短缺状况更加明显. 我国铝电解工业产能已被严格总量控制，达到 4500 万吨左右. 但铝电解厂的布局主要依靠火电，部分地区网电价格高，导致缺乏竞争力. 我国铝用炭素工业产能过大，石油焦原料的品质和价格难于保证. 3.2 资源问题我国总体上铝土矿资源缺乏、品位偏低、组成复杂，难于满足庞大的氧化铝工业的需求，必须进口铝土矿. 海关统计 2020 年中国进口铝土矿精矿 11156 万吨，我国已成为世界上最大的铝土矿进口国. 这些进口矿可以生产出 4200 多万吨冶金级氧化铝，占 2020 年国内氧化铝总产量 7312 万吨的 58%，铝土矿资源对外依存度接近 60%. 因此进口矿的资源保证问题已成为我国氧化铝工业的软肋. 确保我国优质铝土矿资源进口量的稳定、可靠，已成为我国氧化铝工业需要予以高度重视的问题. 我国石油资源也主要依靠进口，大部分进口石油硫含量较高，所产石油焦不能用于生产炭阳极，导致用于生产炭阳极的优质石油焦资源供应不足. 此外出于经济原因，国内大量的优质煅后焦出口，进一步引起国内优质石油焦的短缺，导致国内炭阳极产品质量下降，铝电解运行成本上升. 3.3 能源问题铝电解工业的能源主要依靠电力. 我国铝电解厂的能源结构过于单一，绝大部分企业采用火电供电，其中大部分企业还使用网电. 这与国际上铝电解厂广泛使用绿色能源[28] ，特别是水电的格局不符，与我国提出的“碳达峰”、“碳中和”目标存在不一致性. 此外，全国的铝电解电价极不平衡，自发电电价远低于网电价格，导致各家铝电解厂成本竞争不尽公正合理. 因此尽快解决我国铝电解工业的能源问题对可持续发展具有重要意义. 3.4 技术问题 3.4.1 氧化铝生产的重大技术问题部分国产铝土矿尽管采矿成本较低，但由于其组成复杂，特别是部分高硫、高硅含量的铝土矿难于在现有的氧化铝生产系统使用. 因此尽快开发出可经济处理这些组成复杂的一水硬铝石矿的技术，形成具有竞争力的氧化铝生产成本，是摆在氧化铝科技界面前的重大技术问题. 我国已年进口 1 亿吨以上的铝土矿，但对进口矿的生产技术没有进行过深入的研究，对国外技术照单全收. 进口矿经历了几千、上万公里的运输才到达中国港口，铝土矿成本显著升高，因此提高氧化铝回收率成为开发处理进口矿技术的当务之急，这也是我国氧化铝界面临的重要任务之一. 3.4.2 铝电解生产的重大技术问题我国铝电解厂尽管达到了世界电耗最低的水平，但主要是依靠降低槽电压和电流密度实现的， 400 200 100 0 0 1000 Cumulative production of alumina/(104 t) Saudi Arabia Norsk Hydro Russia-A Russia-B Russia-C Xinjiang-A Guizhou Xinjiang-B Xinjiang-C Xinjiang-D Xinjiang-E Xinjiang-F Xinjiang-G Inner Mongolia-A Gansu-A Gansu-B Gansu-C Gansu-D Inner Mongolia-B Shandong-A Shandong-B Shandong-C Shandong-D Zhejiang Shanxi Shanxi Yunnan Ningxia Henan-B Henan-C Guangxi Dubai-A Dubai-B 2000 3000 4000 5000 6000 300 500 Carbon cost/($·t−1 ) Henan-A 图 12 2019 年世界电解铝企业生产中炭阳极成本的比较 Fig.12 Comparison of carbon anode costs of world aluminum smelters in 2019 · 8 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期

刘风琴等：我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势 9 而我国电流效率仍处于世界落后水平.因此提高为含有氟化盐而被定义为固体危险废弃物，同样铝电解生产的电流效率和电能利用效率，是我国必须合理回收其中的氟化盐及炭素材料.因此废铝电解工业应特别重视的目标，这也是进一步降槽衬和废阳极炭渣的无害化处理及高值资源化利低电耗、提高生产效率的关键.鉴于石油焦质量用，是实现我国铝电解工业可持续发展的必要条件日趋下降，开发利用较低品质炭素原料生产优质 4我国铝冶炼工业生产和技术的战略发展铝用炭素产品的技术也应予关注趋势 3.5环境问题 3.5.1铝冶炼工业废气净化及达标排放问题 4.1严控铝冶炼产能的无序过快扩张铝工业的废气主要包括铝电解烟气、铝用炭我国铝冶炼工业的规模已是世界第一，产量素生产的烟气、氧化铝生产的烟气、锅炉烟气等占世界总产量的50%以上，发展到现阶段遇到严含有多种污染源的气体，其中主要污染物有SO2、重的资源、能源和环境的制约，因此必须严控氧化 NO,、CO、CO2、多氟化物、沥青和挥发性有机物铝、电解铝和铝用炭素的产能总规模，把工作重点等，对环境和人体造成危害转移到实现高质量运行、提高核心竞争力、促进各种烟气的污染治理包括实施清洁生产，降节能减排和实现资源循环应用等方面. 低有害气体的排放量，对于排放出的烟气进行分必须把握好产能转移的方向.氧化铝产能要类、净化或脱除，实现达标排放，因此铝冶炼工业从铝土矿短缺或贫乏地区转移到沿海适宜建设氧废气减排包含两类技术需要开发：生产过程开发化铝厂的地区或者国外铝土矿资源丰富的地区，出低排放的清洁生产技术及外排烟气的净化技术. 采用国外优质铝土矿生产氧化铝，以降低氧化铝 3.5.2铝冶炼工业固废处理问题生产成本：铝电解产能应向水电等可再生绿色能铝冶炼工业的污染物主要是固体废弃物，其源丰富的地区转移，或向能源丰富且廉价地区转中氧化铝工业产出的固体残渣是赤泥，而铝电解移，以降低铝电解能源成本：铝用炭素产能向具有固废基本上是危险固体废弃物，即铝灰、废阴极炭优质石油焦供应的地区转移，以降低石油焦成本块、废侧衬、废耐火材料（底衬）以及炭阳极废渣铝冶炼产能转移的主要目的是降低铝冶炼生产成 (炭渣) 本，提高核心竞争力我国赤泥年产出量约为1亿吨，分散分布在各 4.2解决铝土矿资源贫乏问题家氧化铝厂周边.由于赤泥中含有2~5gL的附为尽快解决我国铝土矿资源短缺的问题，需着碱（在附水中）及质量分数为3%~12%的化合要采取两条途径，一条是加快开发国内复杂组成碱（在固体废渣中），对大气、土壤和地下水造成污铝土矿的高效利用技术，另一条是拓宽国外优质染.由于赤泥在堆场中的堆积量迅速增加，且存在铝土矿的进口渠道并进行高效处理，或者鼓励去溃坝危险，因此解决赤泥的安全堆存、无害化处置铝土矿资源和能源丰富、政局稳定的一带一路地及大规模资源化利用问题迫在眉睫区建厂.也就是国内、国外两种资源一起抓我国铝电解、铝合金和再生铝生产过程中产国内复杂组成的一水硬铝石矿需要尽快开发生的危废铝灰年产出量高达400万吨左右，除了出可经济处理生产氧化铝的技术，需要近年内有个别氧化铝厂对铝灰先进行脱氨处理，再采用烧所突破，重点在于开发出轻烧脱硫技术处理高硫结法生产氧化铝外，至今仍无高效清洁的技术实铝土矿，开发出湿法串联技术处理高硅铝土矿，争现回收利用.铝灰中铝和氧化铝质量分数高达取以低于进口矿的运行成本生产出氧化铝 70%以上，是一种重要的铝资源，对其实施高值资需要尽快开发出适合处理进口三水铝石矿和源化利用，具有重要意义. 三水铝石与一水软铝石混合矿的生产氧化铝的技我国铝电解每年产出废阴极炭块约30万吨、术，特别是拜耳法溶出工艺技术和有机物脱除技废侧衬（废碳化硅结合氨化硅砖）10万吨以及废铝术，目的是提高进口矿生产氧化铝的国际竞争力电解槽耐火材料30万吨.这些废料全部是危险固 4.3解决能源结构不合理且短缺的问题体废弃物.必须去除其中含有的氟化物、氰化钠我国铝电解工业需要充分利用我国西南部地等危险化合物，才能排放.并且这些危废中还含有区丰富的水电等绿色能源，替代北方地区的火电大量的有用材料，如炭素、氟化盐、碳化硅等，必生产原铝，尽可能少地使用煤炭等资源，以降低二须回收利用.铝电解过程排放的废阳极炭渣也因氧化碳的排放.在适当的地区（如内蒙），有选择地

而我国电流效率仍处于世界落后水平. 因此提高铝电解生产的电流效率和电能利用效率，是我国铝电解工业应特别重视的目标，这也是进一步降低电耗、提高生产效率的关键. 鉴于石油焦质量日趋下降，开发利用较低品质炭素原料生产优质铝用炭素产品的技术也应予关注. 3.5 环境问题 3.5.1 铝冶炼工业废气净化及达标排放问题铝工业的废气主要包括铝电解烟气、铝用炭素生产的烟气、氧化铝生产的烟气、锅炉烟气等含有多种污染源的气体，其中主要污染物有 SO2、 NOx、CO、CO2、多氟化物、沥青和挥发性有机物等，对环境和人体造成危害. 各种烟气的污染治理包括实施清洁生产，降低有害气体的排放量，对于排放出的烟气进行分类、净化或脱除，实现达标排放. 因此铝冶炼工业废气减排包含两类技术需要开发：生产过程开发出低排放的清洁生产技术及外排烟气的净化技术. 3.5.2 铝冶炼工业固废处理问题铝冶炼工业的污染物主要是固体废弃物，其中氧化铝工业产出的固体残渣是赤泥，而铝电解固废基本上是危险固体废弃物，即铝灰、废阴极炭块、废侧衬、废耐火材料（底衬）以及炭阳极废渣（炭渣）. 我国赤泥年产出量约为 1 亿吨，分散分布在各家氧化铝厂周边. 由于赤泥中含有 2～5 g·L−1 的附着碱（在附水中）及质量分数为 3%～12% 的化合碱（在固体废渣中），对大气、土壤和地下水造成污染. 由于赤泥在堆场中的堆积量迅速增加，且存在溃坝危险，因此解决赤泥的安全堆存、无害化处置及大规模资源化利用问题迫在眉睫. 我国铝电解、铝合金和再生铝生产过程中产生的危废铝灰年产出量高达 400 万吨左右，除了个别氧化铝厂对铝灰先进行脱氮处理，再采用烧结法生产氧化铝外，至今仍无高效清洁的技术实现回收利用. 铝灰中铝和氧化铝质量分数高达 70% 以上，是一种重要的铝资源，对其实施高值资源化利用，具有重要意义. 我国铝电解每年产出废阴极炭块约 30 万吨、废侧衬（废碳化硅结合氮化硅砖）10 万吨以及废铝电解槽耐火材料 30 万吨. 这些废料全部是危险固体废弃物. 必须去除其中含有的氟化物、氰化钠等危险化合物，才能排放. 并且这些危废中还含有大量的有用材料，如炭素、氟化盐、碳化硅等，必须回收利用. 铝电解过程排放的废阳极炭渣也因为含有氟化盐而被定义为固体危险废弃物，同样必须合理回收其中的氟化盐及炭素材料. 因此废槽衬和废阳极炭渣的无害化处理及高值资源化利用，是实现我国铝电解工业可持续发展的必要条件. 4 我国铝冶炼工业生产和技术的战略发展趋势 4.1 严控铝冶炼产能的无序过快扩张我国铝冶炼工业的规模已是世界第一，产量占世界总产量的 50% 以上，发展到现阶段遇到严重的资源、能源和环境的制约，因此必须严控氧化铝、电解铝和铝用炭素的产能总规模，把工作重点转移到实现高质量运行、提高核心竞争力、促进节能减排和实现资源循环应用等方面. 必须把握好产能转移的方向. 氧化铝产能要从铝土矿短缺或贫乏地区转移到沿海适宜建设氧化铝厂的地区或者国外铝土矿资源丰富的地区，采用国外优质铝土矿生产氧化铝，以降低氧化铝生产成本；铝电解产能应向水电等可再生绿色能源丰富的地区转移，或向能源丰富且廉价地区转移，以降低铝电解能源成本；铝用炭素产能向具有优质石油焦供应的地区转移，以降低石油焦成本. 铝冶炼产能转移的主要目的是降低铝冶炼生产成本，提高核心竞争力. 4.2 解决铝土矿资源贫乏问题为尽快解决我国铝土矿资源短缺的问题，需要采取两条途径，一条是加快开发国内复杂组成铝土矿的高效利用技术，另一条是拓宽国外优质铝土矿的进口渠道并进行高效处理，或者鼓励去铝土矿资源和能源丰富、政局稳定的一带一路地区建厂. 也就是国内、国外两种资源一起抓. 国内复杂组成的一水硬铝石矿需要尽快开发出可经济处理生产氧化铝的技术，需要近年内有所突破，重点在于开发出轻烧脱硫技术处理高硫铝土矿，开发出湿法串联技术处理高硅铝土矿，争取以低于进口矿的运行成本生产出氧化铝. 需要尽快开发出适合处理进口三水铝石矿和三水铝石与一水软铝石混合矿的生产氧化铝的技术，特别是拜耳法溶出工艺技术和有机物脱除技术，目的是提高进口矿生产氧化铝的国际竞争力. 4.3 解决能源结构不合理且短缺的问题我国铝电解工业需要充分利用我国西南部地区丰富的水电等绿色能源，替代北方地区的火电生产原铝，尽可能少地使用煤炭等资源，以降低二氧化碳的排放. 在适当的地区（如内蒙），有选择地刘风琴等：我国铝冶炼工业的竞争力分析及发展趋势 · 9 ·