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1、中游:“碳中和”勾勒产能瓶颈电解铝产业链中游为高耗能、高“碳”排放量的冶炼环节。每冶炼 1 吨电解铝需耗13500kwh 直流电,约占整个铝产业耗能的 70%以上,高耗能同时伴随着高“碳”排放量,电解铝冶炼的碳排放量约占全国碳排放总量的5%,仅次于钢铁和水泥行业。随着“碳达峰”、“碳中和”政策的逐渐推进,中国电解铝产能将逐步达到4500 万吨的政策产能天花板,能源结构也逐步向更清洁的水电转换,全球电解铝产能也将因中国产能天花板而进入增长停滞阶段。(一)冶炼:高耗能、高“碳”排放1886 年,美国工程师 Hall 发明了冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝,至今已有 130 多年的历史,在此期间,冰晶石
2、-氧化铝熔盐电解炼铝的工艺和原理没有大的变化,主要的发展体现在电解槽的不断改进,以应对能源费用的逐年增高、环境保护的日趋严格和劳务费用的上涨等成本问题。日本曾经是电解铝生产大国,原铝产能曾达到 160 万吨,但由于7080 年代两次能源危机,日本几乎全部关闭了国内的铝电解厂,因此能源问题是电解铝冶炼的核心问题。电解铝的冶炼过程消耗能源占整个铝产业的 70%以上,二氧化碳排放量也最多。其中,使用火电生产 1 吨电解铝约排放11.2 吨CO2,根据安泰科数据,2020 年我国电解铝的碳排放量约为 5.2 亿吨,约占全国CO2 排放总量的 5%,仅次于钢铁和水泥行业。1、生产流程铝电解的全部生产过程
3、分 3 个阶段,即焙烧、启动和正常生产,其中焙烧和启动大约经历几天或十几天,其质量好坏对于以后的正常生产以及电解槽的寿命有很大影响。a) 焙烧:电解槽的焙烧主要目的是烘干炉体,使电解槽达到 930970的操作温度,防止启动时加入到槽内的熔融电解质凝固,一般需要 48 天。b) 启动:在焙烧终了后,融化冰晶石等溶剂形成铝电解所需的熔融电解质,同时进一步加热炉内衬及清理炭渣,使电解槽的主要技术参数进入到电解所需的范围之内。c) 正常生产:在 930970高温环境的电解槽内,1.921.94 吨氧化铝作为原料与冰晶石、氟化铝等氟盐溶剂形成熔融状态的电解质。通入 13500kwh 直流电进入电解槽,在阴极和阳极上发生电化学反应,得到电解产物,阴极上是液体铝,阳极上是CO2(约 75%80%)和 CO(20%25%)。氧化铝熔融于冰晶石形成的电解质的密度约为 2.1g/cm ,铝液密度为2.3 g/cm ,两者因密度差而上下分层,铝液沉淀于电解槽底部,用真空抬包抽出后,经过净化和过滤,获得 1 吨 99.5%99.85%纯度的原铝。