譚雨東
（山西魯能晉北鋁業有限責任公司 山西 原平 034100）
摘要：本文對我國氧化鋁工業生產的基本特點，鋁土礦資源以及生產工藝能耗狀況進行了分析，指出了由于我國氧化鋁工業資源和生產工藝的特點，造成能耗高，生產成本高，控制困難，而且隨著鋁土礦資源的貧化和能源價格上升，將嚴重影響我國氧化鋁工業的競爭力。從資源、生產成本、產品質量、環境保護和科技研發五個方面討論了我國氧化鋁工業可持續發展面臨的重大問題，提出了努力實施我國氧化鋁工業可持續發展戰略。
關鍵詞：鋁土礦資源,能耗, 成本，產品質量，環境保護，科技研發，競爭力，可持續發展。
Realize the ways and means on sustainable development of china’s alumina industry
Tan Yu-dong
(ShanXi Luneng Jibei Almina industry CO. LTD. Yuanping ,ShanXi 034100)
Abstract: The thesis analyzes the basic character of alumina industry, bauxite and energy consumption of production process. It was pointed out that the features of bauxite and poduction process in our country lead to the high energy consumption, high cost of production and hard to control. What is worse, the bauxite decreases radually, which will have negative effects on the alumina industry. The thesis discusses the fatal problems of sustainable development in alumina industry from resource, production cost, the quality of product, the environment protection and research of science, and emphasizes it’s time to try our best to carry out the sustainable development strategy of alumina industry in our country.
Keywords: bauxite, energy consumption,cost, product quality, environment protection,research and development of science and technology,competetion capacity, sustainable development
一、前言
鋁是世界上用量第二大常用金屬，其產量和消費量僅次于鋼鐵，其制品廣泛用于交通運輸業、包裝行業、建筑業、電氣行業、制造業、航空航天和軍工等領域，是國民經濟中具有戰略地位的金屬原材料。由于金屬鋁具有優越的可持續性能，在新世紀未來２０年，鋁工業符合全球可持續發展的主流理念，在材料領域將居主導地位，為其他所有工業尋求優新產品而需要的基礎材料提供可持續性的解決方案，以滿足多元化社會對多樣化，多功能產品的期望．鋁在材料市場仍然保持競爭優勢，鋁的應用呈現出更廣闊的發展空間．氧化鋁仍是生產原鋁的唯一主要原料，每生產1t原鋁需要消耗近2t氧化鋁。各種來源于氧化鋁生產流程的經深加工而具有各種特殊性能的含氫氧化鋁或氧化鋁的化學制品(即多品種氧化鋁)，也廣泛應用于石油、化工、耐火材料、陶瓷、造紙、制造和電子等行業，并在高科技領域得到廣泛的應用。因此，氧化鋁工業在中國經濟發展中具有十分重要的地位,屬于重點發展的工業。
隨著我國鋁工業的發展和電解鋁產量的增加，我國氧化鋁產量多年來處于供不應求的局面，進口氧化鋁量逐年增加，因此，近年來我國氧化鋁工業發展迅猛。僅中國鋁業公司所屬的六大氧化鋁廠，幾乎每年增產80萬噸的產量，另外，還有多個100萬噸左右規模的氧化鋁廠相續投產或正在建設之中。
然而,我國鋁土礦資源并不豐富，資源保證程度不高，而且我國鋁土礦資源特點又是以中低品位的一水硬鋁石礦為主，鋁硅比在9以下的礦石量占80%以上，這種礦石難以直接用簡單的拜爾法生產氧化鋁，使得我國以混聯法生產氧化鋁為主，處理中低品位鋁土礦而造成氧化鋁生產流程長，建設投資大，生產勞動率低，能耗高，產品質量較差，生產成本高，我國氧化鋁產品銷售價格由進口氧化鋁價格決定，使得我國氧化鋁工業在激烈的國際市場競爭中增加了難度。因此，如何發展我國的氧化鋁工業是人們所關注的問題。
二、我國氧化鋁工業生產的基本特點及資源和能耗的分析
2.1我國氧化鋁生產的基本特點
由于我國大部分鋁土礦屬于中低品位礦，如果直接用單純的拜爾法處理，則將造成堿耗高，溶出率低，成本急劇升高。因此我國相應開發了燒結法和混聯法等技術以提高堿和氧化鋁的回收率，從而形成了目前我國80%以上的氧化鋁生產能力。但是這兩種方法均需要采用燒結法，帶來了生產系統復雜，建設投資相對較高，生產成本和能耗都較高等問題。
我國氧化鋁生產中，為了降低能耗并提高產出率，采用了高濃度種分工藝，分解過飽和度低；燒結法碳分速度極快，難于對結晶體的結構和形貌進行適當的控制。因而我國氧化鋁工業生產砂狀氧化鋁的難度非常高。
我國氧化鋁生產的廢渣，即赤泥來自于不同的生產流程，廣西分公司以及新建的氧化鋁廠是拜爾法赤泥，其他分公司則主要是燒結法赤泥，部分是聯合法中的拜爾法外排赤泥。不同的赤泥具有不同的成分和性能，也構成了赤泥治理和綜合利用的難度。
2.2我國鋁土礦資源狀況
我國目前可用于氧化鋁生產的鋁土礦資源全部為一水硬鋁石型鋁土礦床，并且分布較為集中，總儲量的92.5%和總資源量的90%分布于山西、貴州、河南及廣西等省(區)。
從表1和表2所示的各省鋁土礦的化學成分分析的組成來看，我國鋁土礦基本上為難處理的一水硬鋁石型鋁土礦。其主要特點為：氧化鋁含量高，主要為一水硬鋁石礦物，鋁硅比較低(多數在4-7之間)。
表1 中國鋁土礦鋁硅比值分配統計表
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A/S
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〈4
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4～6
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6～7
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7～9
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9～10
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〉10
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合計
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儲量比例，%
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7．42
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48．59
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10．94
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14．43
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11．65
|
6．97
|
100
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表4 我國主要省區鋁土礦平均品位情況
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省區
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品 位
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Al2O3
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SiO2
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Fe2O3
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A/S
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山西
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62.35
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11.58
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5.78
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5.38
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貴州
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65.75
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9.04
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5.48
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7.27
|
|
河南
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65.32
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11.78
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3.44
|
5.54
|
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廣西
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54.83
|
6.43
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18.92
|
8.53
|
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山東
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55.53
|
15.38
|
8.78
|
3.61
|
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重慶
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58.99
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12.51
|
4.91
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4.72
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云南
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58.28
|
9.55
|
12.67
|
6.10
|
|
合計
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61.97
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10.37
|
7.70
|
5.98
|
由于氧化鋁生產規模的快速擴張，對優質礦的需求和開采遠遠大于新礦的發現，某些礦山資源也未得到合理有序的開發，導致鋁土礦資源儲量快速減少，品位貧化加劇。我國氧化鋁工業賴以生存的資源基礎已不堪重負。從表1可見，從1996年以來，堪查到的新資源很少。
表1 鋁土礦新增儲量 單位：萬噸
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年限
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1981～1985
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1986～1990
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1991～1995
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1996～1999
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新增儲量才
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25862
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34895
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23577
|
0.26
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但是各氧化鋁廠追求氧化鋁產量，往往是采用富礦、棄掉貧礦，造成鋁土礦資源的浪費。所以，在堪查新的資源的同時，必須處理好提高氧化鋁產量與合理開采和利用我國鋁土礦資源的矛盾。
我國氧化鋁廠鋁土礦供礦質量已呈下降趨勢，特別是河南地區的鋁土礦品位下降迅速。我國氧化鋁工業已經感到資源短缺和價格上漲的沉重壓力。除廣西礦外，我國其他鋁土礦區的優質鋁土礦資源已頻臨枯竭。據估計，如不發現新的大規模鋁土礦，我國大部分高品位鋁土礦將在１０年之內基本消耗殆盡。我國鋁土礦資源的主要特點是鋁硅比為4-8的中低品位鋁土礦占探明儲量的80%以上，優質高品位鋁土礦相對短缺，致使在我國的氧化鋁生產工藝中以混聯法和燒結法為主。從我國未來氧化鋁生產成本變化的趨勢看，鋁土礦資源短缺和質量下降的問題將日益嚴重，我國氧化鋁工業將不得不面對必須大規模利用低品位鋁土礦的問題。隨著鋁土礦供礦鋁硅比的不斷下降，燒結法的比例上升，礦石消耗、堿耗、能耗增加，循環效率和產出率降低，技術經濟指標惡化，生產成本將明顯上升，這將對我國氧化鋁工業的生產成本和競爭力產生極為嚴重的影響。因此我國氧化鋁工業只有通過技術手段處理好占我國鋁土礦儲量９０％的中低品位鋁土礦，盡快降低生產能耗，才能確保具有一定的成本競爭力。
2.3我國氧化鋁生產工藝能耗狀況
我國氧化鋁企業因其所采用的生產方法不同，其能耗有很大差別。2001年我國拜爾法氧化鋁工藝能耗約為14GJ/t·Al2O3，燒結法氧化鋁工藝能耗約為37 GJ/t·Al2O3，混聯法氧化鋁工藝能耗約為32，我國氧化鋁生產的平均工藝能耗為32.2 GJ/t·Al2O3。在我國氧化鋁生產成本中，能源費用約占43%，其中動力費用占27%，燃料費占16%，而國外氧化鋁成本構成中能源費用僅占16%。因此努力降低氧化鋁工藝能耗，減少能源費用在氧化鋁生產成本構成中的比例是提高我國氧化鋁工業在世界市場上競爭力的關鍵措施之一。
我國氧化鋁生產能耗高、流程復雜、相對投資大、控制難度高是劣勢。由于我國礦石資源的特點，以及必須采用相應的生產流程，特別是采用燒結法和拜爾法高濃度溶出技術，我國氧化鋁生產平均能耗約為國外的2倍。盡管我國煤炭等能源價格相對比較低，且直接應用較多的一次能源，能源費用還是大大高于國外。而且由于近期國內電價、煤價和油價上漲迅猛，這一差距將進一步擴大。
我國氧化鋁工業能耗高的主要原因在于:(1)工藝流程方面的原因:礦石品位低造成氧化鋁生產工藝以燒結法或混聯法為主，流程復雜，整體能耗高;品位的日趨下降將使能耗問題更為突出,溶出和分解的濃差大是能耗高的另一個重要原因。(2)循環效率和某些工序產出率較低:如溶出后礦漿分子比較高，影響了分解和溶出等主要工序的產出率。(3)某些關鍵工序的能耗高:特別是拜爾法溶出,燒結,蒸發等工序。(4)某些重要設備運轉率低,動力消耗高,自動化程度低。(5)熱能利用率較低(包括燃料利用率,傳熱效率,廢熱利用率低等)。
三、我國氧化鋁工業可持續發展存在的問題
我國氧化鋁工業目前主要存在以下幾個的問題:由于我國鋁土礦資源的特殊性，以混聯法生產工藝為主,處理中低品位鋁土礦而造成氧化鋁生產流程長、能耗高、生產成本高、產品質量較差、勞動生產率低、建設投資大。
在當前生產環境和市場形勢下，為降低生產成本，提高我國氧化鋁工業的競爭力，實現可持續發展。迫切需要解決以下幾個重要問題：(1)資源問題：資源的保證程度惡化，品位降低開采困難。(2)產品質量和品種問題：強度和粒度需進一步提高，產品品種需待進一步開發。(3)成本問題：必須解決由于鋁土礦品位下降帶來的能耗、物耗增加，成本升高的問題。 (4)環境問題：需要更好地解決赤泥堆存防滲和綜合利用等問題。
因此我國氧化鋁工業應加大科研開發力度，確保鋁土礦資源的供應量和質量，盡可能簡化和縮短生產流程，大幅度降低能耗和物耗，提高循環效率和產出率，改進氧化鋁產品質量，調整產品結構，解決赤泥廢渣的處理和綜合利用等七個方面是我國氧化鋁工業在今后相當長的時期里需要持續開發技術和改進的幾個重大領域。
四、實現我國氧化鋁工業可持續發展的思路
當前，為實現我國氧化鋁工業可持續發展，我國氧化鋁科技界面臨的重要任務是：努力實施我國新的氧化鋁工業資源戰略，即在近年內加強保護我國有限的優質鋁土礦，加緊勘探，開發國內鋁土礦資源，盡快利用國外鋁土礦資源；必須盡快開發推廣先進適用的高效低耗工藝技術，以有競爭力的成本，從中低品位一水硬鋁石礦產出滿足我國電解鋁工業要求的高質量砂狀氧化鋁；進一步開發赤泥等廢料、廢液、廢氣的治理技術，強化氧化鋁生產環境治理，進行與環境友好的清潔生產，同時加大科技開發力度,提高企業的技術創新和應用能力,確保實現我國氧化鋁工業的可持續發展。
4.1 加大鋁土礦資源勘察力度，開發提高鋁土礦品位的技術，適當進口外礦，形成適合我國鋁工業發展的資源條件。
我國氧化鋁工業發展的關鍵問題之一是鋁土礦資源，要保持穩定、持續發展氧化鋁工業，必須保證資源的穩定供給。當前面臨的問題是我國一水硬鋁石礦鋁硅比低，大部分礦石屬中低品位礦石，高品位礦石不多。如何提高鋁土礦品位，以采用能耗和生產成本低的拜爾法生產氧化鋁，是必須盡快解決的課題。為此，應組織科技攻關，加強鋁土礦的選礦工藝研究，通過物理選礦，化學選礦或物理化學混合選礦的開發、研究和應用，努力提高鋁硅比，把生產氧化鋁的物耗，能耗降下來，降低生產成本，提高經濟效益。同時加快開發，采用先進的探礦技術，加大對現有鋁土礦的深層礦和邊緣礦的勘探力度，擴大現有資源可開采儲量，勘探新的成礦區域，盡快穩定并增加可利用鋁土礦的儲量，基礎儲量和資源量；開發新的鋁土礦開采工藝，提高采礦的技術裝備水平，特別是要加快開發鋁土礦地下開采技術，提高鋁土礦的回采率和資源利用效率，確保探明礦石資源的利用率。
若近幾年我國的地質勘探沒有大的突破，氧化鋁工業進一步發展的空間將會受到限制。況且，我國鋁土礦多為中低品位的一水硬鋁石礦，生產氧化鋁的成本和質量都無競爭優勢，而國外和周邊國家（如越南、印度、印度尼西亞、菲律賓等）的鋁土礦十分豐富、品位優良，多為三水鋁石或三水鋁石-- 一水軟鋁石的混合礦，低成本生產氧化鋁的優勢十分明顯；而且，與周邊國家合作，我國鋁工業具有較強的技術優勢。中國鋁業公司山東分公司已經開創了利用國外（印度尼西亞）優質鋁土礦生產氧化鋁的先例，而且積累了經驗。因此開發利用海外資源是解決我國鋁土礦先天不足，滿足我國鋁工業發展需要的必然途徑。經濟全球化趨勢也給我國利用海外資源帶來了契機，為我國利用國外的優質鋁土礦資源創造了便利條件。當然，利用國外的優質鋁土礦資源可以有不同的方式，如直接購買優質鋁土礦；直接購買氧化鋁產品；直接投資國外的氧化鋁產業購買一定份額的股權，進而擁有自己的氧化鋁生產能力等等。我國氧化鋁工業應制定海外發展的戰略和發展步驟，加快研究開發利用海外鋁土礦資源的技術。研究合理利用各種鋁土礦的最佳途徑，使這些資源充分發揮效益，為我國氧化鋁工業的持續發展提供原料保證。
4.2 冶金級氧化鋁產品必須砂狀化,化學品氧化鋁產品必須多元化
世界氧化鋁產大于需，國外砂狀氧化鋁已經大量進入我國。我國氧化鋁是否轉產為砂狀氧化鋁，不僅僅是適宜現代電解鋁廠環保和節能的需要，而且還直接關系到自身的生死存亡。因此,生產砂狀氧化鋁是市場的一致選擇。
盡管我國近年來氧化鋁質量初步解決了以一水硬鋁石礦為原料生產砂狀氧化鋁的技術問題。但由于我國氧化鋁生產條件十分苛刻，如控制不當或不及時，質量問題隨時可能反彈，深入的技術研究工作還在繼續。同時還應該清醒地認識到我國氧化鋁從中間狀向砂狀轉化過程中可能會造成的產量及成本的波動。因此氧化鋁質量技術還必須不斷提高優化。根據我國氧化鋁生產方法及條件，在不影響氧化鋁產量，不提高氧化鋁生產成本的前提下，實現冶金級氧化鋁產品的砂狀化，確保我國氧化鋁工業全面穩定地生產高質量砂狀氧化鋁，以滿足我國電解鋁工業的要求。
在提高氧化鋁產品質量的同時，如何開發多品種氧化鋁是我國氧化鋁可持續發展的又一課題?；瘜W品氧化鋁具有優異的物理化學特性，已應用于石油化工、電子、精密陶瓷、軍工、環保等諸多領域。當今世界，使用和生產這類氧化鋁的數量和種類的多少，已成為衡量一個國家科學技術及氧化鋁工業發展水平的標志之一。特種氧化鋁的品種多，用途廣，產值高，利潤大，開發生產多品種氧化鋁、氫氧化鋁是氧化鋁企業提高自身競爭力的有效手段之一。從全世界范圍內看，化學品氧化鋁的品種逐年增加，產量不斷擴大，目前全球化學品氧化鋁產量約占全部氧化鋁產量的10%，品種已達300種左右。而我國化學品氧化鋁的開發工作相對滯后，目前開發出的化學品氧化鋁，氫氧化鋁約有100多個品種規格，占我國全部氧化鋁產品的6%左右，與世界水平相比，還有較大的差距。完全可以預料，在相當長的一段時間里，我國拜爾法和燒結法兩種生產工藝共存，具有生產多品種氧化鋁和氫氧化鋁的有利條件，我國氧化鋁工業要統一調度統籌安排加快化學品氧化鋁的研究開發力度，盡快轉化為生產力，以保證我國氧化鋁行業在國際市場上有較強的整體競爭力。
4.3 采用先進的生產工藝技術進行建設新企業和改造老企業。
在計劃經濟條件下，我國氧化鋁生產成本曾居于國際鋁工業的前列。80年代初、中期，山東鋁廠和鄭州鋁廠的成本在世界氧化鋁行業中是較低的。但在市場經濟條件下，靠那種無償占用投資，用較高的能源消耗換取較低的氧化鋁成本的做法已經行不通了。在氧化鋁廠的建設與生產中，必須考慮用最低的投資，最少的能源消耗才能取得較低的生產成本，進而取得較強的競爭力。
為了便于分析和比較，在此結合中州鋁廠近年來的設計情況，分別以燒結法，混聯法和選礦-拜爾法提出年產氧化鋁60萬噸的建設規模方案，以串聯法提出年產氧化鋁77萬噸的建設規模方案，進行投資，成本和經濟效益的分析和比較，結果列入表4
表4 不同生產方法的經濟效益比較
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項目 燒結法 混聯法 選礦-拜爾法 串聯法
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建設規模/萬t﹒aˉ1 60 60 60 77
投資總額/萬元 515 968．5 502 797．3 387 359．8 609 243．6
單位投資/元·tˉ1 8 600.0 8 380.0 6 456.0 7 912.0
制造成本/萬元 95 291.6 87 121.6 71 564.7 99 310.9
單位制造成本/元·tˉ1 1 588.0 1 452.0 1 192.7 1 290.0
年銷售收入/萬元 150 000.0 150 000.0 150 000.0 192 500.0
年利潤總額/萬元 12 739.1 27 728.7 67 759.5 58 653.0
財務內部收益率/% 9.83 12.23 20.27 14.09
財務凈現值率 0.06 0.24 1.10 0.39
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四種生產方法的比較表明，混聯法與燒結法相比，投資比燒結法低2.6%，成本比燒結法低8.6%，利潤比燒結法高118%，混聯法方案的財務凈現值率為0.24，高于燒結法方案的凈現值率0.06，混聯法方案優于燒結法方案；串聯法與燒結法相比，單位投資低8%，與混聯法相比，單位投資低5.4%；每噸氧化鋁的制造成本，串聯法比燒結法低298元，比混聯法低162元；串聯法方案的財務凈現值率0.39，高于燒結法方案的凈現值率(0.06)和混聯法方案的凈現值率(0.24)，串聯法方案優于混聯法；選礦-拜爾法與混聯法相比，由于工藝流程簡單，工程建設的投資費用比混聯法節省1/4左右，雖然增加了鋁土礦的浮選過程而增加了選礦費用，但該工藝沒有高熱耗的熟料燒結過程及相應的濕法系統，而大幅度節省了能源，年經營費用低于混聯法。因此，在鋁土礦資源滿足供應的條件下，以選礦-拜爾法工藝建成的氧化鋁廠，其財務凈現值率高達1.10，高于混聯法方案的0.24和串聯法方案的0.39，選礦-拜爾法方案優于混聯法方案和串聯法。以上4種氧化鋁生產方法在技術上都有大工業生產的實踐基礎，是成熟可靠的。選礦-拜爾法表現出良好的前景。
另外，石灰拜爾法與國內外典型的拜爾法相比，在相同建設條件下的建設投資基本相當；石灰石耗量和能耗略高，堿耗較低，氧化鋁生產的消耗指標基本處于同一水平。近年來我國成功研發出了石灰拜爾法。它具有工藝流程簡單，投資少，生產成本低等優點。表3 是幾種氧化鋁生產方法的比較。
表3 幾種氧化鋁生產方法氧化鋁回收率與成本的比較
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混 聯 法
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選礦-拜爾法
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石灰拜爾法
|
串 聯 法
|
|
氧化鋁回收率/%
礦耗/（t/tAO）
制造成本比較/（元/tAO）
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91.0
1.6
1326
|
72.6
2.1
1216
|
71.7
2.1
1133
|
91.7
1.6
1272
|
由表3可見，石灰拜爾法在技術經濟上優于選礦-拜爾法。在降低我國氧化鋁生產成本，最近幾年針對我國鋁土礦高鋁高硅低鐵難溶的特點研究成功的選礦--拜爾法和石灰拜爾法都比串聯法優越。對于利用我國中低品位鋁土礦生產氧化鋁來說，石灰拜爾法和選礦拜爾法比串聯法有很大的優勢?，F在中國鋁業公司山西分公司擴建的80萬噸氧化鋁廠和河南分公司擴建的70萬噸氧化鋁廠均采用石灰拜爾法；中國鋁業公司中州分公司采用選礦-拜爾法。但其氧化鋁的回收率卻都比串聯法低約20%。這對于鋁土礦保證程度不高的我國，串聯法方案在技術經濟上也有巨大的潛力，在現有的混聯法氧化鋁廠采用串聯法進行技術改造應當引起我們的高度重視。因此，進一步開發推廣先進適用的生產方法是發展我國氧化鋁工業的根本出路。
根據我國鋁土礦資源的特點以及現有的生產技術條件，對新建氧化鋁工程，應采用石灰拜爾法或選礦-拜爾法工藝；對于已有的純燒結法廠，應通過必要的技術改造，盡快采用富礦燒結法生產新工藝；對現有的混聯法廠，應通過必要的技術改造，盡快向采用強化拜爾法（或選礦-拜爾法）和富礦燒結法相結合的新型并聯法新工藝或者串聯法生產工藝轉變。
4.４ 降低生產成本，注重環境保護
目前世界氧化鋁工業的發展趨勢首先表現為在盡可能地降低生產成本的同時，最大限度地解決由氧化鋁生產所帶來的環境保護問題。在氧化鋁生產中，節能降耗，降低生產成本，減少對環境的污染有以下兩條主要途徑。
首先，增加拜爾法的比例，減小燒結法的比例，甚至不要燒結法，重點強化拜爾法溶出工藝是降低生產能耗和成本的主要途徑。拜爾法的發展方向是高溫度，低堿濃度，快溶出。提高溫度是強化溶出過程的有效途徑。而連續溶出的高壓釜，由于機械攪拌裝置密封及釜體制造上的困難，當前最高使用溫度只有260℃，這就限制了它在高溫強化溶出技術中的應用。RA6管道化溶出裝置比高壓釜溶出溫度高，更容易實現高溫強化溶出。在技術經濟上管道化溶出技術遠優于傳統的壓煮器溶出技術，因此后者正被前者所取代。下面通過管道化溶出技術與壓煮器溶出技術在幾個方面的比較來說明前者的優越性。見表5和表6
表 5 管道溶出和壓煮器溶出的熱耗比較
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項目
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希臘派拉斯鋁礦
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山 西 鋁 礦
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比較項目
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管道溶出
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壓煮器溶出
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管道溶出
|
壓煮器溶出
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溶出溫度/℃
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280
|
250
|
270～280
|
260
|
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堿液MR/溶出液MR
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2﹒85/1﹒50
|
2﹒85/1﹒50
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2﹒85/1﹒55
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2﹒80/1﹒48
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加熱原礦漿流速/（m/s）
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加熱段2～3
保溫段0．8～1
|
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加熱段2～3
保溫段0．8～1
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傳熱系數/(kJ/㎡·h·C)
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3000 ～5000
|
25000～3000
|
3000～5000
|
2500 ～3000
|
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堿液濃度/（g/L）
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140
|
220
|
155
|
230
|
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溶出及蒸發熱耗/（GJ/t·AO）
|
3．9
|
8．2
|
4．2
|
8．5
|
表 6 管道溶出和壓煮器溶出的投資比較
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名稱
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設備質量/t
|
設備費/萬元
|
設備運雜費/萬元
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設備安裝費/萬元
|
設備投資總價值/萬元
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2套RA6裝置
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1700
|
1360
|
110
|
|
1470
|
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1系列壓煮器溶出器
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1900
|
2090
|
167
|
45
|
2302
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注：上表中RA6管道化裝置的設備費用中除材料費和制造費外，已包括了安置費。
中國鋁業公司河南分公司所用的直接加熱溶出工藝技術，其溶出和蒸發1t氧化鋁熱耗合計為18JG，后來采用管道化溶出技術降到現在的9.8GJ。河南分公司通過技術引進和攻關研究，自行開發的管道－－停留罐溶出技術，節能降耗，降低生產成本，已經充分顯示出強大的競爭優勢。管道化溶出技術的根本優點不僅是節能（所需能耗至少比壓煮器組溶出降低25%）、比傳統壓煮器溶出所需投資減少20%～40%和操作簡單靈活，檢修工作量少，而且減少了廢氣的排放，大大減輕了對環境的污染，更為重要的是提高溶出溫度，給強化溶出技術提供了有利條件，可以大大降低蒸發過程負荷，降低蒸發熱耗，甚至有可能實現無蒸發工序的工藝技術。因此，在新的氧化鋁廠的建設和老廠的改造中，管道化溶出正在取代傳統的壓煮器溶出。
其次，采用先進技術，擴大生產規模也是降低生產能耗和成本的主要途徑之一。采用先進技術是氧化鋁生產過程中節能降耗，降低生產成本的主要手段。近年來我國氧化鋁工業所采用的設備向大型化，自動化，高效化及節能化方向發展，在節能降耗，降低成本方面已經取得了重大成就。但是能耗的差距仍然巨大，節能潛力仍然很大。進一步降低能耗是降低成本的重中之重，必須盡快把我國氧化鋁生產能耗再降低３０～４０％。除了進一步加大氧化鋁生產過程關鍵工序的節能技術的開發應用力度外，更重要的是應用系統節能理論，在提高系統循環效率和工序產出率上下工夫，達到系統節能的目標。
同時解決好和氧化鋁工業相關的環境保護問題是氧化鋁保持健康穩定發展的必要前提。我國氧化鋁工業的快速發展帶來日益明顯的環境問題：赤泥排放量大幅度增多，粉塵、廢氣和廢水距離零排放還相差甚遠，有關的處理技術尚待進一步開發。要解決赤泥對環境的污染問題，首先要做好赤泥的安全堆存，在此基礎上，展開赤泥的處理及綜合開發利用工作。大批量綜合利用赤泥的工作剛剛起步，氧化鋁生產帶來的環境問題必須引起高度重視。
4.5 我國氧化鋁領域的研發戰略
技術創新和應用是保持氧化鋁工業可持續發展的強大推動力。在氧化鋁生產領域，技術進步繼續對提高礦產資源和能源利用率，對改善環境性能做出貢獻，并存在重大的工藝變革潛力。在氧化鋁的應用領域里，各種新型的材料的開發和加工技術的發展，將為氧化鋁的應用更加廣闊的空間。在氧化鋁領域所開展的研發工作必須解決我國氧化鋁工業在工藝技術上及環境保護方面的難題，同時還必須明確近期的研發內容以及中長期的研發目標，科學組織產、學、研相結合，堅持技術創新，以確保我國氧化鋁工業的可持續發展。
在開展研發工作的過程中，必須把優化和集成相關行業的工藝技術以及本行業所取得的大量技術成果作為研發工作的重點，以形成成套的關鍵技術，縮短生產流程，進而迅速提高我國氧化鋁工業的整體技術水平和競爭力。在進行新技術、新工藝及新裝備開發研究的同時，必須加強基礎理論研究。由于種種原因，在過去相當長的一段時間里，我國氧化鋁行業對有關的基礎理論研究不夠重視，存在重應用技術研究輕基礎理論研究的傾向。我們應當清醒地認識到沒有革命性的理論，就沒有革命性的突破。鋁工業發展到今天再向前繼續推進，就需要重大的基礎性理論做支撐，而重大、前瞻、綜合性的科學技術是智慧毅力和才智的集成與沉淀，是需要前期投入的。在氧化鋁領域里，能耗偏高問題，礦石浮選技術問題，提高分解率問題，赤泥、廢氣、廢水的綜合高效利用問題，這些問題都需要通過核心技術的研發來支撐和解決?！毒┒紖f議》的簽定，資源能源的日益緊張，環境保護的倍受重視，研發一批持續支撐氧化鋁工業長效、和諧發展的綠色環保新技術，顯得更為重要，迫在眉睫，刻不容緩。只有強化基礎理論研究，才有可能為我國乃至國際氧化鋁工業做出創造性的貢獻。
4.5.1近期的研發及工程化目標
在目前的形勢下，中國的氧化鋁工業迫切需要依靠科技進步，迅速提高中國氧化鋁工業的整體競爭能力。為此，必須從中國鋁土礦資源的特點入手，在研發和生產相結合的基礎上，進一步優化資源可持續利用的氧化鋁新工藝。對拜爾法強化溶出技術的進一步優化主要應從進一步提高溶出溫度，降低液堿濃度，降低綜合熱耗，開發采用高效絮凝劑及高效沉降設備入手，以進一步優化溶出效果，并實現赤泥的快速高效分離和洗滌；對富礦強化燒結法的進一步優化應主要從高濃度燒結法的赤泥快速分離入手，只有實現了高濃度條件下的赤泥快速高效分離，才能實現洗滌過程的短流程操作，提高凈溶出率，降低能耗。
應深入開展以一水硬鋁石型鋁土礦為原料生產砂狀氧化鋁的基礎理論的研究，為砂狀氧化鋁生產技術的進一步攻關提供理論支撐，解決氧化鋁的品質問題。
通過產、學、研相結合，以加強重大基礎研究，應用技術研究和產業化過程技術攻關，對現有技術進行整合集成和優化完善，并加大已有技術和裝備的推廣應用，提高成果的共享程度。
與此同時，還必須瞄準國內外市場的需求，充分利用燒結法氫氧化鋁高白度，低成本的優勢，技術開發與市場開發并舉，大力開發化學品氫氧化鋁、低溫活性氧化鋁及高溫活性氧化鋁的新產品，形成新的經濟增長點。
4.5.2中長期的研發內容
關于我國氧化鋁生產技術的發展方向以及需要長期堅持不懈地開展的研發工作，一些學者已從不同的側面作過大量的分析。實際上，需要開展的研究工作必須解決未來的氧化鋁工業在工藝技術上及環境保護方面的難題，對此已在全球范圍內達成共識。由美國能源部，澳大利亞工業，科學及資源部等政府部門支持，國際上多家鋁業公司參與制訂，2001年出臺的氧化鋁技術發展戰略規劃（Alumina Technology Roadmap），提出了未來20年內關鍵性的技術目標，以及要實現該技術目標必須進行的研究工作。該規劃還歸納出未來氧化鋁工業所需要的12項技術。
該戰略規劃所提出的研發思路及研究領域也適合中國氧化鋁工業的具體情況，同樣是我們必須要開展的研究工作，同時，我國氧化鋁工業的研發工作還必須考慮到我國鋁土礦的資源狀況及生產條件特點，未來我國氧化鋁工業中節能降耗、降本增效的技術開發應用重點是：（1）縮小循環母液濃度差所涉及的技術：降低濃度差最大的潛力在于燒結法濕法系統的高濃度技術，包括燒結法高濃度的溶出技術、赤泥分離及洗滌、脫硅和連續碳分等。（2）間接加熱技術和提高熱效率、熱回收率的技術：改進工藝技術，使間接加熱面不結疤或少結疤，從而提高傳熱效率，減少溶液濃差，達到既強化過程又節能的目的。通過熱回收技術實現高溫溶液潛能的有效釋放達到節能的目的。（3）新的大型高效節能設備的開發應用：開發和應用節能泵、節能攪拌器、節能風機以及其它一些節電產品；開發提高煤粉、重油及煤氣等燃料燃燒效率的裝置和技術；在各工序中盡可能采用大型高效節能的設備等都將有利于實現高效低耗生產氧化鋁。（4）熱電與氧化鋁聯合節能技術：應用系統節能理論，實現能量級管理、最優化利用，大大提高熱和水的綜合利用率。
五、結語
我國氧化鋁工業經過五十多年的發展，已經成為產量世界第二的氧化鋁生產大國，在世界上具有舉足輕重的地位，我國氧化鋁工業目前也面臨著新的發展機遇和巨大的挑戰.。
與國外氧化鋁工業所利用的鋁土礦資源的規模、種類、品種和性能完全不同。我國鋁土礦資源主要是中低品位的難于處理的一水硬鋁石鋁土礦，因而造成我國氧化鋁工業生產流程復雜，能耗高，操作控制困難，生產成本較高，因而競爭力不強。近十年來，我國氧化鋁工業在節能降耗，降低成本，提高競爭力方面已經取得了一系列舉世屬目的重大技術成就。但鋁土礦資源日益貧化，能源和原材料價格上漲等問題逐漸突出，我國氧化鋁工業的節能降本任務任重道遠。
為降低生產成本，提高我國氧化鋁工業的競爭力，實現可持續發展，迫切需要繼續花大力氣解決資源、成本、產品質量和環境等重大問題。通過擴展我國鋁土礦儲量，進一步開發應用新的低品位鋁土礦處理工藝，加快利用海外鋁土礦，確保我國氧化鋁工業具有充足的可利用資源；合理選擇氧化鋁生產工藝技術，通過技術進步，使我國氧化鋁工業的產品質量，主要的技術經濟指標，生產成本和技術裝備達到國際同類廠家的先進水平；盡快使我國氧化鋁工業對環境的影響達到國際先進標準，整體上提高我國氧化鋁工業的核心競爭力和抗風險能力，實現我國氧化鋁生產與資源、能源、環境、社會和諧協調的可持續發展。
