《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

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