废氧化铝球是危废还是固废(高铝固废和粗铝矿替代电解制铝新工艺和高耗能产业升级)

Posted 2023-05-25

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废氧化铝球是危废还是固废(高铝固废和粗铝矿替代电解制铝新工艺和高耗能产业升级)

一、项目背景

1）电解铝和高耗能产业升级需求

（1）电解铝进入中国迅速发展和泛滥，大幅度消耗精铝矿和高纯碳化石碳资源，造成中国各地数亿吨的“赤泥“和”固废污染以及大气污染，同时大量的火电严重增加中国环境和大气污染，这种格局下就需要“新铝工艺”替代电解铝污染和碳排放，不但资源需要，也是中国和世界环境的承载力的需要。

（2）在改革初期和低技术重复中期中国产能扩容中，高耗能的铁合金、电石和工业硅产业缺乏技术进步和创新，冶炼电耗高、污染大，原料回收率低，严重污染环境和浪费有限资源，需要新技术升级实现增效减排。高耗能行业高耗能的大型化和研发技术脱钩，导致多数大型矿热炉冶炼电耗高，产量低，污染大，冶炼成本超过同原料小矿热炉200-600元以上，甚至超过冶炼产品的市场利润。

（3）传统环境治理是环保介入和监督，企业的主动性很差，难以自主和长期落实；通过新技术替代落后装置实现减排，从企业能效入手去治理环境，企业的减排受益大、动力足，是长期解决我国环境污染更有效的科技手段。

2）我国铝资源特点不适合电解铝

我国是一个粗铝矿大国，就是高硅、高铝矿储量非常之大，几乎占全球三分之一，可是可用于电解铝的高铝低硅矿非常少，世界占比不到3%，而且按目前氧化铝产量，目前只能开采4-5年，中国氧化铝矿的占比进口超过85%，实际电解铝不是很适合中国发展的产业，可是在特殊电力政策下中国发展成世界“铝都”和“铝加工厂”，千里拉铝土到中国，只为耗中国的电，电解铝目前也严重的影响中国的大气和生态环境。

二、电解铝和高耗能行业现状

1）电解铝产能和吨铝消耗

我国电解铝2019年产量是39034万吨，2021年估计4200万吨，电解铝工艺的吨铝电耗12700-13700度，约1.95-2.0吨氧化铝产生一吨电解铝，吨铝消耗阳极430~450Kg左右，消耗阴极15kg左右，吨铝消耗冰晶石20KG，吨铝产生的“赤泥”和铝的固废在2-4吨。

2）电解铝行业的原材料供给情况

中国自有的电解铝可用精铝矿非常少，目前电解铝所用氧化铝的生产铝矿，进口占比80-85%，2019年开始年进口氧化铝矿超过1亿吨，而且进口量逐年增加，不但浪费大量的外汇，占用大量物流运力成本和增加环境污染。

3）电解铝的污染现状

（1）电解铝要用到氟铝酸钠，在电解时会挥发出多种含氟有害气体污染大气层和地下水。

（2）电解铝在生产过程中会散发出以氟化物、二氧化硫、粉尘等污染物为主的电解烟气。

（3）电解铝吨铝产生2-4倍的赤泥和含铝固废，污染水体，污染环境和占用土地资源，目前技术无法处理“赤泥”，我国几个主要电解铝产地已经赤泥堆积达数亿吨。而且赤泥、冰晶石和电解铝阴极含氟化物，严重污染地下水源和臭氧大气层；中国每年4000万吨电解铝会消耗5500亿度电；消耗2500万吨不可再生的高纯石化碳材阳极和阴极，带来8800万吨二氧化碳；年消耗冰晶石80万吨进入大气和水体；每年约60万吨固废阴极需要处理；中国每年电解铝的固废产量超过一亿多吨，而且非常难处置。

三、我国高铝固废及粗铝矿的现状与分布

1）内蒙古及中西部电厂粉煤灰

在我国准格尔旗和包头地区，因为当地天然电煤富含铝，加之诸多电厂使用的电煤单一，所以其粉煤灰中氧化铝含量48-51%，含硅40-43%，氧化钙8%，含氧化铁不到3%，成为当地电厂和政府头疼的固废垃圾，但对 “新铝工艺”，则是非常理想的硅铝冶炼原料。粉煤灰品质因为电煤的不同需要或搭配高铝固废或“三石”矿使用，混合后含铝超过48%粉煤灰或固废铝都可以使用。目前我国高铝粉煤灰的堆存量超过 3 亿吨，仅内蒙古托克托电厂每年新产生的高铝粉煤灰就达到 500 万吨、内蒙古准格尔地区每年超过800万吨粉煤灰，成为当地排放量最大的工业废渣。高铝粉煤灰的消纳和处理，尤其是高铝粉煤灰的高附加值资源化利用，已经成为山西、广西、内蒙古等地亟待解决的社会和环境问题。

2）高铝煤矸石

我国是煤炭大国，在煤炭开采中，西北、东北、西南、华中地区很多产煤地区筛选出大量含铝、含硅的煤矸石，堆积如山，严重占用土地和污染环境；高铝煤矸石搭配固废铝或天然“三石”铝矿，混合后实现48-50%含铝、铝硅比1.5左右后也是很好的“新铝工艺”原料，使用煤矸石配天然粗铝“三石”铝矿，煤矸石免去粉煤灰做球的成本，会是更低成本的新铝工艺材料。

3）氧化铝固废

我国每年有3900-4500万吨电解铝产能，需要约7600-8775万吨氧化铝，在生产这7600-8775万吨氧化铝同时，会产生约1200-1320万吨高铝、高硅氧化铝的固废，这种含氧化铝在45-80%含二元化硅在15-45%的氧化铝固废和氧化铝矿开采中各种做氧化铝不合格高硅铝矿2200多万吨，就是每年会有超过约3500万吨氧化铝和电解铝的产业固废铝矿，这都是“新铝工艺”很好的原料。

4）自然粗铝矿“三石”（蓝晶石、硅线石、红柱石）

“三石”主要化学式均为Al2O3·SiO2。我国的三石矿储量丰富，蓝晶石主要分布在河南南阳、江苏沐阳等地；硅线石主要以黑龙江鸡西、内蒙乌拉等地为主；红柱石主要分布在河南西峡、山东五莲山、辽宁温家岭及江西铅山等地；河南南阳蓝晶石、黑龙江鸡西及内蒙乌拉硅线石矿均属大型矿床。“三石”含铝高含硅也高，我国储量占世界33%左右，但是不能采用氧化铝和电解铝的方式利用，它却是很好的“新铝工艺”产铝原料。

5）莫来石和高岭土

在我国很多地区还有储量丰富的莫来石、高岭土，也是高铝高硅的原料，内蒙的准格尔地区也是我国的高岭土产地之一，高岭土含铝较低可配高铝“三石”作为“新铝工艺”原料。

四、项目介绍

1）该新铝工艺，硅铝分离由中科院浙江分院提供全套分离技术；硅铝冶炼和高耗能产业升级由山东华冶节能技术有限公司提供升级解决方案和专利技术。

2）“新铝工艺”是淘汰电解铝的升级技术，该技术对用电源没有电解铝一样的稳定的苛刻要求，同时原料采用粉煤灰、铝固废和粗铝矿冶炼，没有后续的水污染、赤泥固废和空气污染，新铝工艺的冶炼渣是无害的建材，吨金属铝成本比电解铝低5000元左右；副产的85硅铁的成本仅是冶炼电价分摊，因此没有单独冶炼硅铁的物料消耗、吨硅铁利润在3200元左右。

3）硅铝是最难冶炼的合金品种，新冶炼技术能够实现粉煤灰、固废铝和粗铝矿冶炼硅铝，在其它高耗能领域，在电石、铁合金和工业硅等高耗能实现低耗高产、和高回收率、低污染冶炼的，并且可以逐步实现生物碳和桔杆碳材的无碳排放冶炼。

4）我国每年电解铝产量约4000万吨；高耗能的电石产量约2700万吨，硅锰约1260万吨，铬铁约800万吨，锰铁约200万吨，硅铁约550万吨，工业硅约300万吨，各种冶炼镍、钒、钛、刚玉和和耐材等约600万吨，总计约6110万吨各种高耗能冶炼产品；新电冶技术会降低吨高耗能产品电耗200-600度和提高各种高耗能的合金和非金属矿的回收率2-6%，同时减少碳消耗2-3%，新电冶技术在中国的矿热炉高耗能产品年增效250-300亿人民币；新铝工艺的替代技术年增效约2000亿人民币。

五、项目与传统电解铝行业的数据分析与对比

1）原料使用方面

（1）中国电解铝能用的精铝矿很少世界占比3%，每年一亿吨以上依赖进口，我国本土电解铝矿储量仅可支持5-6年。

（2）反观电热法硅铝分离金属铝的“新铝工艺”，是采用粗铝矿、粉煤灰、固废铝和天然粗铝矿冶炼，符合中国粗铝矿和“三石”储量丰富的国情，保证铝资源的战略安全，同时节省大量每年超过1亿吨进口氧化铝的外汇和运输成本。

2）能耗方面

（1）电解铝吨成本约13000元（人民币下同），一吨电解铝需消耗约两吨氧化铝。

（2）新铝工艺吨金属铝吨的成本在7000-8000元人民币，而且每吨金属铝可得到约0.8吨85硅铁，副产的85硅铁的吨成本仅3600元电费，不要单独消耗硅石和还原剂碳材，副产85硅铁的市场利润在3200元左右。

（3）高耗能采用新高耗能技术升级后，实现低耗高产、回收率高、吨产品成本降低200-400元以上，升级后高耗能产业的年节电约2400亿度，全行业节电8-20%，平均节电10%。

3）尾料方面

（1）电解铝的尾渣“赤泥”污染大气和水体严重，生产一吨电解铝会有2-4倍（吨）固废渣产生，且冰晶石污染大气毁坏大气层，赤泥长期难以处置，氧化铝粉尘污染，废阴极污染水体。

（2）新铝工艺的铝回收率高可以90%以上，其冶炼尾渣只有产铝量的10-15%，而且其冶炼渣没有任何污染，可以直接做建材和回填土。

（3）新高耗能技术升级后，冶炼尾渣量会降低30%-40%，原料和碳材回收率提高2-5%。高耗能的冶炼粉尘排放可降低85-90%。

4）收益方面

（1）新铝工艺替代电解铝后，全国目前同产量的电解铝吨耗电总量可以降低10%，每年节电约400-500亿度；没有赤泥和冰晶石氟化物的污染排放。

（2）高耗能产业采用新电冶技术，行业的电耗降低8-20%，每年节电1200亿度，精炼炉如果采用新技术，同产能还能降低1200亿度冶炼用电，行业节能增效利润在300-400亿，不同冶炼矿热炉单炉30000KVA年增效1000-2500万，我国有约2200台矿热炉。

1、税收增加

（1）将中国4000万吨电解铝的一半用新铝工艺替代，实现的吨铝增效5000元，就是目前电解铝产能税收的1.5倍以上。如全部电解铝4000万吨采用新铝工艺置换后，目前氧化铝原料、电价和产量下，中国铝业年产铝4000万吨，则新铝工艺的年增效在2000亿人民币。

（2）中国高耗能行业目前的产能下，通过新电冶技术改造后每年增效约400亿人民币。

（3）新铝工艺副产85硅铁配套金属镁后可以提高约18-20%镁回收率，中国年产110万吨金属镁产业的利润会增加至少20亿利润，可以提高金属镁企业的纳税能力。

2、工业土地的复耕

（1）新铝工艺把电解铝的氧化铝和电解两个产业合并成一个，全国性的大幅度减少电解铝、氧化铝和电冶高耗能土地占用，也降低区域性工业污染。

（2）新铝工艺实现800万吨金属铝产能后，其副产的85硅铁超过640万吨，中国单独冶炼硅铁的高耗能可以全部关停，（不关停其高成本也难以生存），这样会大福度降低硅铁单独冶炼每年550万吨的环境污染和硅石、兰炭和电力资源的浪费。

（3）整个传统高耗能产业的采用新电冶技术升级后，不但吨电耗降低10-20%，污染排放物会降低到目前的8-15%。而且因为新技术实现低耗高产、高收率，升级后仅保留目前80%冶炼工厂就可以到达目前产能的1.1倍；高耗能产业的工业用的也会腾出约20-30%的土地占用，增加其它工业或农业土地的供给量。

3、产业整合和环境减排

（1）中国金属镁年产约110万吨左右，新铝工艺的副产85硅铁可以把镁回收率从原来70%提高到90%，把金属镁的渣镁从8%降底到3%，会带来整个镁产业的成本降底，污染降底和资源回收率提高效益20亿，税收也大幅度增加，工厂数量降底到目前80%就可以保持目前的全国金属镁产能，这样从工艺技术升级和工厂数量减少，双向实现的降底环境总排放量。

（2）氧化铝和电解铝两个厂整合成新铝工艺一个厂，同时把硅铁冶炼整合到新铝工艺工厂，把三类工厂合并一类，冶炼领域的环境污染和土地资源占用都会大幅度降低。

（3）新铝工艺会让出硅铁停止单独冶炼的大量97-98%硅石资源，同时新电冶技术可以用这些低品位硅石和粗还原剂冶炼高纯硅和工业硅，加速我国光伏发电这些清洁能源的占比，加速火电向清洁能源光伏电的转换；而且新冶炼技术实现整个高耗能的碳排放指标降低，逐步实现生物碳和植物碎屑在各种高耗能产业的普及和应用，铁合金、工业硅、电石、各种冶炼镍、钒、钛、刚玉、耐材、磨料等冶炼总碳排放量为3619.96万吨，实际损耗包括各种电极糊和精炼炉基本在4000万吨碳排放量；采用新冶炼技术，可以通过植物还原剂和机制生物碳，逐步减少这些冶炼行业碳排放，系统性减少冶炼对地球化石碳的消耗。

六、项目的投资规模、产出比以及回报周期

1）新铝技术投资规模和回报

按标准炉33000KVA和两台33000KVA共用一套硅铝分离装置，基本一套新铝工艺总投资约1.5亿，实现年产金属铝2万吨，投资回收期为投产后11个月左右，建设周期10-12个月。

2）新铝工艺吨铝成本优势

生产中“新铝工艺”两吨硅铝得到一吨金属铝和约0.8吨85%硅铁，一吨硅铝的电耗由金属铝承担，一吨硅铝的电耗由85%硅铁去承担，总计吨金属铝消耗5吨粉煤灰或粗铝矿（天然高铝矿约4吨），还原剂消耗约3.0吨兰炭或精煤，吨铝冶炼消耗70公斤电极糊，每吨电极糊价格按3600元计算；

（1）粉煤灰、粗铝矿（按50元计算）比电解铝降低成本（2*2450-2.5*50）=4775元原料成本；实际用粉煤灰和煤矸石和固废铝是有固废的补偿，是负成本原料；

（2）新铝工艺吨铝节省去氧化铝生产电耗约3000度，按0.30元电价计算低900元；

（3）节省了0.48吨阳极，吨阳极按4000元（阴极槽8000元），会比电解铝低1920元；

（4）用精煤或兰炭（单价600元/吨）“新铝工艺”比电解铝多用600*3= 1800元还原剂碳；

（5）新铝工艺吨铝比电解多用电极糊的消耗：70/1000*3600=252元。总的新铝工艺吨铝成本比电解铝降低：4775+900+1920-1800-252=5543元人民币；（不含吨电解铝冰晶石20公斤，和新铝工艺中附带提纯金属镁的利润）；

（6）每吨新铝工艺吨铝会得到0.8吨左右的85%硅铁，吨85%硅铁价格在8500元人民币，去掉0.8吨硅铁分摊的12000度电，85%硅铁的利润为：0.8*8500-12000*0.3=3200元；

（7）新铝工艺分离金属铝吨铝成本800元，新铝工艺的工艺成本比电解铝降低为：5543+3600-800=9143(元)人民币。

（8）新铝工艺得到的85%硅铁可以直接销售， 85%硅铁也可以直接调换成72-75硅铁直接做国标产品销售，我国目前每年72-75硅铁需求量在550万吨。

3）新高耗能产业升级增效

传统高耗能产业采用新电冶技术升级，低成本的方式30000KVA的矿热炉投资约400-800万改造，改造后实现年节能增效1000-2000万元，投资回收期3-8个月，减少固废排放60-70%。采用无支路电流矿热炉专利改造，30000KVA当量容量改造单炉投资约3000万左右（其它容量按容量万元等比），投资需要2000-3000万人民币，投资的回收期1.1-1.5年，可以实现单炉年增效1500-4000万，同时可实用生物碳还原冶炼，让新冶炼领域不占碳排放指标。新建同容量矿热炉投资和传统矿热炉一样，但是新技术投资回收期缩短一半以上，产量增加25-30%

七、项目的具体意义

1）现实意义

（1）新铝工艺替代电解铝后，没有赤泥和冰晶石污染，新铝工艺替代4000万吨电解铝后，中国铝业每年不用外矿且技术增效2000亿元人民币。

（2）新铝工艺在金属镁领域配套可以每年提高20%回收率，产业年增效20亿人民币。

（3）技术升级后高耗能电冶产业大气污染排放物降低85-90%，按目前的各自产能不变，整个电炉冶炼产业的大气污染物排放量降低到目前10-15%。

（5）整个产业新技术带来的产业整合和新技术合并，会置换出传统电解铝和高耗能目前工业占地面积约40-50%的工业用地，用于其它新技术工业用地和土地复耕。

（6）停止大量高纯铝矿国外采购行为，年节省外汇500亿人民币，减少锰、铬系进口矿2000万吨，年减少外汇300亿人民币。

（7）清理各种粉煤灰、煤矸石和固废铝占用土地复耕，回收目前中国粉煤灰和煤矸石堆放占用土地面积的60-70%,用于城市建设，土地复耕或转变为工业用地。

（8）逐步减少目前电解铝每年2400万吨和传统矿热炉电冶3000万吨化石碳材的消耗和碳排放，折算二氧化碳排放是8800万吨和11000万吨。

（9）目前传统矿热炉的年用电量占比约15%，全国精炼炉年用电量占比总电量13%，电解铝用电量占比约12%。新铝工艺的铝产业目前耗电量可降低约10%，新电冶技术在高耗能产业电耗综合降低10%，带来中国每年电价铝每年节电400亿度；6000吨电冶炼产品电耗降低10%节电2500亿度，总计减少目前中国年发电量75000亿度电和约3-4%和对应的碳排放指标。

（10）新电冶技术替代传统的矿热炉和精炼炉，在目前中国2200多台高耗能和20000多台精炼炉领域普及，可在我国的电石、铁合金和耐材、磨料产业年增效400-500亿元人民币，同产能下年节省电2400亿度，基本就是节省两个三峡的年发电量，同时让整个冶炼行业的大气粉尘排放降低85-90%，仅有目前10-15%。

2）宏观意义

环境承载力的根本是由“技术承载力”决定的，——落后的传统冶炼技术，想通过低技术重复扩容实现产业扩容后环境肯定是不能承受，只有低污染的新工艺才能提高环境对经济的承载力，真正的改善环境，能实现产能增加而环境污染不增加。简单的环保布袋和脱硫、脱销，几年来并没有让中国实现蓝天白云，也只是降低一部分，只有创新的技术方式和节能、增效新工艺才能实现工业污染的“釜底抽薪”，这正是新铝工艺的技术优势和社会价值。采用新铝工艺后，整个氧化铝、电解铝和高耗能的固废粉尘排放总量只有中国现有水平的10-15%，彻底的根治中国目前的大气污染和“赤泥”污染。“新铝工艺”的开发和推广，可以大大加速我国高铝粉煤灰、固废铝和粗矿的资源化利用的进程，显著改变电解铝所带来的大气和地下水和固废污染。

“新冶炼技术”在矿热炉领域会降低传统高耗能的大气污染和资源和能源浪费和碳排放指标；通过生物碳和人造碳材在冶炼领域的推广，可以大幅度降低碳排放指标；新电冶技术置换出大量工业土地。在两个领域将全国高能耗产业，从高污染、低利润、低附加值、提高到高利润、低污染、高纳税能力的新工艺阶段。这种增技术效节能是企业有“自主动力”实现的，不是依靠环保体系的强制，会有巨大和长久的企业动力。

该技术的全面推广，将有助于整体提升我国高耗能领域的技术层面的长期、有效的节能、增效、减排工作，拓宽资源和矿产使用领域和战略安全，根本摆脱我国对国外进口铝土矿和锰、铬系矿的部分依赖，从技术承载力上实现环境承载力的可持续发展。

中科院浙江分院

山东华冶节能技术有限公司

2021-3-21