年产15万吨电解铝的铝电解车间设计(63页).doc

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1、-年产15万吨电解铝的铝电解车间设计-第 57 页年产15万吨电解铝的铝电解车间设计 专 业：冶金工程学 生：王鹏指导老师：党晓娥设计总说明我国是当今世界的产铝大国，铝的性能优越，并且可以与其他多种金属构成各式各样的合金，在国民经济的各个部门广泛应用，成为不可缺少的金属材料。现代铝工业有三个主要生产环节：（1）从铝土矿提取纯氧化铝（2）用冰晶石氧化铝熔盐电解法生产金属铝（3）铝加工。 此外还有两个辅助环节：炭素电极制造和氟盐生产。铝电解槽是炼铝的主要设备，本文在分析了大量文献资料和实地调研的基础上，对铝电解槽结构进行了设计计算，对生产电解铝工艺过程的能量平衡进行了计算，以熟悉铝电解过程，并在计

2、算的基础上，对主要设备进行选型和车间平面设计及总图运输方案确定。本文也介绍了电解过程物理化学反应，铝电解质体系的性质，电解槽的启动和常规作业流程以及电解车间设计的基本原理。关键词：铝，电解槽，能量平衡，设计 Aluminum Plant Design of Annual Output 150,000 Tons Aluminum Speciality: metallurgical engineeringStudent: Wang Peng Instructor: Dang Xiao EDesign DescriptionChina is the worlds largest aluminum p

3、roducing countries, Als superior performance, and the other with a wide range of metal alloys, in the national economy wider use of the various departments, become an indispensable metal materials.Modern Aluminum Industrial production has three main components: (1) Extract from the bauxite-alumina (

4、2) with cryolite - molten aluminum electrolysis aluminum production (3) aluminium fabrication. There are also two supplementary links: carbon electrode manufacturing and fluoride salt production.Lianlv aluminium cell is the main equipment, the paper in the analysis of a large number of literature an

5、d field research on the basis of aluminium cell structure of the design, electrolytic aluminum production process of the energy balance is calculated to familiar with the aluminum Electrolysis process, and in the calculation on the basis of major equipment selection and workshop graphic design and t

6、he total transport scheme for the plans. This paper also introduced the electrolytic process of physical and chemical reactions, electrolyte aluminum nature of the system, the start-up cell and conventional electrolysis processes and the basic principles of design workshops.Keywords: Aluminum, Energ

7、y Balance, Electric Cell，Design目 录1 绪论11.1 铝及相关介绍11.1.1 铝的简介11.1.1.1 铝的发现11.1.1.2 铝的特性11.1.1.3 废铝的回收再利用31.1.1.4 铝的用途51.1.2 我国铝土矿分布状况61.1.2.1 我国铝土矿资源概况及分布61.1.2.2 资源状况61.1.2.3 资源特点71.1.2.4 我国铝土矿储量分布81.1.3 铝的工业制取方法81.2 电解铝的发展现状91.3 电解铝的市场供应状况101.4 我国电解铝技术存在的问题111.4.1 电解槽寿命111.4.2 阳极质量121.4.3 电流密度121.4

8、.4 电流效率131.4.5 过热度141.4.6 铝电解槽初晶温度和过热度的控制技术151.4.7 工业铝电解槽电解质初晶温度和过热度的测量151.5 预焙槽炼铝的生产技术161.5.1 铝电解槽的预热161.5.2 预焙槽的启动181.5.3 预焙槽的启动后期191.5.4 病槽及病槽治理201.6 低温铝电解231.6.1 低温铝电解的研究241.6.2 低温铝电解的展望251.7 设计内容与目的252 电解槽设计及相关计算262.1 基础计算262.2 铝电解槽结构参数的确定272.3 铝电解槽的电压分配312.3.1 极化电动势312.3.2 电解质电压降322.3.3 阳极电压降3

9、32.3.4 阴极电压降V阴342.3.5 铝母线电压降、阳极效应均摊电压V效应均摊342.4 物料平衡352.4.1 物料平衡计算352.4.2 物料平衡列表362.5 能量平衡362.5.1 计算方法与基础条件372.5.2 能量平衡计算372.5.3 能量平衡列表432.6 铝电解槽炭阳极与阳极炭块442.6.1 阳极炭块及炭块组442.6.2 预焙阳极操作462.6.3 炭阳极生产工艺及设备流程462.6.3.1 原料库和沥青库482.6.3.2 煅烧492.6.3.3 破碎磨粉工段及配料混捏492.6.3.4 成型、焙烧502.6.3.5 主要设备50参考文献53致 谢54专题：电解

10、铝厂污染物及治理551 绪论1.1 铝及相关介绍1.1.1 铝的简介1.1.1.1 铝的发现铝是地球上含量极丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利於这种新金属1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通人氯气后加热得到NaCl，AlCl3复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。这时的铝十分珍贵，据说在一次宴会上，法国皇帝拿破仑第三独自用铝制的刀叉，而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链；1955年巴

11、黎国用博览会上，展出了一小块铝，标签上写到：“来自粘土的白银”，并将它放在最珍贵的珠宝旁边，直到1889年，伦敦化学会还把铝和金制的花瓶和杯子作为贵重的礼物送给门捷列夫。1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位，这时的铝已不单属于皇家贵族所有，它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作

12、用。1.1.1.2 铝的特性铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。 铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.83g/ cm3，8.93g/cm3)，的1/3。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性1。 铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光後的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的

13、用途。 铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功，这些合金可用於如高转榘的电动机中。铝由於它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近於铜的两倍。铝合金的热导量率大约是铜的50-60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。 铝是非铁磁性的，这对电气工业和电子工业而言是一重要特性。铝是不能自燃的，这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。铝无毒性，通常用於制造盛食品和饮料的容器。它的自然表面状态具有宜人的外观。它柔软、有光泽，而且为了美观，还可着色或染上纹理图案。 一些铝合金在强度上超过结构钢材，

14、但是纯铝及某些铝合金的强度和硬度极低。在现代生活中，铝已经广泛地应用在建筑行业中。 可机加工性: 铝的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金和铸造铝合金中，以及在这些合金产出後具有的各种状态中，机加工特性的变化相当大，这就需要特殊的机床或技术。 可成形性: 这是铝及许多铝合金较重要的特性之一。特定的拉伸强度、屈服强度、可延展性和相应的加工硬化率支配着允许变形量的变化。商业上可提供的铝合金在不同形态下成形性的额定值取决於成形的工艺方法。这些额定值在作金属加工特性的定性对照中仅能起大致的指导作用，即不能定量地作为成形性的极值。 可锻性: 铝合金可以锻造成形状与品种繁多的锻件，它们的最终部件锻造设计标

15、准的选择范围(基於预定的用途)是很宽的。 连接铝可用各式各样的方法连接，包括熔焊、电阻焊、硬 焊、软 焊、粘结以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。 可回收性: 铝具有极高的回收性,再生铝的特性舆原生铝几乎没有别。这点使铝成为环保人仕的宠儿。铝最重要的特性是质轻，比重2.7,密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%，铝也有很高的导热度，为银的一半，纯铝熔点摄氏660度。虽然纯铝极软且富延展性，但仍可靠冷加工及作成合金来使它硬化，常用的合金元素是铜、镁、锰、铬、矽、铁。因为对许多化学药品有抗药性及在室外使用的耐久性，铝是一种很有用的金属。黏土状的铝土矿是铝的重要来源，铝土矿含有5

16、0-60%的氧化铝，制造一磅铝约需要10千瓦的小时的电力，因此廉价的电对炼铝工业非常重要。铝最大的用途是在运输和建筑业。铝广泛地用在各种交通工具的制造上，在建筑业上，由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到很大的应用高强度钢线补强的铝缆，厨房用具则是铝最早的用途，在今日仍为一个极为广大的市场。基于其化学抗药性，铝特别适合用在化学药品制造和储运的构件上，铝对氧的亲合力很高，故也大量用于钢和铁的除氧剂。世界上的产铝量集中于美国、前苏联、加拿大、澳洲、巴西、挪威，上列国家的产铝量占全球产量的60%以上。铝的供应来源除了新铝外，回收铝也占有很高的比例，回收铝又分为旧料回收（主要来源是饮料罐和

17、汽车废件）、新料回收（加式过程中的铝屑）两种。由于环保意识升高，回收铝量年年创新高。1980年代未期以来，世界铝价就不断重挫，其中最大的原因就是苏联瓦解后为换取外汇而对西方大量输出铝，最明显的影响就是LME的库存量由1990年底的315，600吨暴升到144万吨以上。由于铝的化学性质好，所以取代了很多原料既有用途，如饮料罐和建材，美国铝的最大消耗是发生在制罐和馐业，约占全美用量的28%，接着是运输业约19%，再来是房屋和建筑业约18%。铝最重要的特性是质轻，比重2.7,密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%，铝也有很高的导热度，为银的一半，纯铝熔点摄氏660度。虽然纯铝极

18、软且富延展性，但仍可靠冷加工及作成合金来使它硬化，常用的合金元素是铜、镁、锰、铬、矽、铁。因为对许多化学药品有抗药性及在室外使用的耐久性，铝是一种很有用的金属。黏土状的铝土矿是铝的重要来源，铝土矿含有50-60%的氧化铝，制造一磅铝约需要10千瓦的小时的电力，因此廉价的电对炼铝工业非常重要。铝最大的用途是在运输和建筑业。铝广泛地用在各种交通工具的制造上，在建筑业上，由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到很大的应用高强度钢线补强的铝缆，厨房用具则是铝最早的用途，在今日仍为一个极为广大的市场。基于其化学抗药性，铝特别适合用在化学药品制造和储运的构件上，铝对氧的亲合力很高，故也大量用于钢

19、和铁的除氧剂。世界上的产铝量集中于美国、前苏联、加拿大、澳洲、巴西、挪威，上列国家的产铝量占全球产量的60%以上。铝的供应来源除了新铝外，回收铝也占有很高的比例，回收铝又分为旧料回收（主要来源是饮料罐和汽车废件）、新料回收（加式过程中的铝屑）两种。由于环保意识升高，回收铝量年年创新高。1980年代未期以来，世界铝价就不断重挫，其中最大的原因就是苏联瓦解后为换取外汇而对西方大量输出铝，最明显的影响就是LME的库存量由1990年底的315，600吨暴升到144万吨以上。由于铝的化学性质好，所以取代了很多原料既有用途，如饮料罐和建材，美国铝的最大消耗是发生在制罐和馐业，约占全美用量的28%，接着是运

20、输业约19%，再来是房屋和建筑业约18%。1.1.1.3 废铝的回收再利用铝是目前世界上除钢铁外用量最大的金属。在有色金属中，铝无论在储量、产量、用量方面均属前位。1997年世界铝的生产量和使用量分别达到2200万吨及2300万吨。我国改革开放以来，铝工业得到了飞速发展，产量由改革开放初期的1983年44。5万吨猛增到1998年的243万吨。 铝的使用范围十分广泛。民用、军用、建筑、运输、交通、电子电讯、家用电器、电力、机械,各行各业中铝合金属几乎无所不在。随着产量、使用量的增加，废弃铝制品量也越来越大。而且，许多铝制品都是一次性使用，从制成产品至产品丧失使用价值时间较短。因此，这些废弃杂料成

21、了污染之源。如何利用再生问题十分迫切。铝从矿石到成金属，再到制成品成本极高、耗能巨大。仅电解一道工序生产一吨金属铝就需13000-15000瓩一小时电。而由废弃金属铝再生、再用能使能耗、辅料消耗大大降低，节约资源、成本。因此，废弃铝的回收、再利用，无论从节约地球上资源、节约能耗、成本，缩短生产流程周期，还是从环境保护、改善人类生态环境等各方面都具有十分巨大的意义2。再生铝在主要发达国铝的生产中地位日益突出。发达国家原铝与再生铝的占有比已接近或超出1:1。正因如此，废弃Al的回收再生已成为世界各国的十分重视的工作，并已成为一项重要的产业。 然而，铝合金的回收及再生又是一项十分复杂的技术工作，各种

22、铝制品使用范围宽广，使用分散，如何回收集中、分类，再来实现再生加工等均是十分繁杂庞大的工程。其次，全世界不同合金成份，不同性能的合金数以百计，其中许多合金中的成份元素相互排斥，互不兼容。如何以最简易的方法、最低成本、最有效的工艺使废弃Al再生成成份合乎理想合金要求、性能满足使用，质量能达到或按近原生材料水平的再生利用技术是世界各国本行业的追求目标。 目前发达国家已形成完善的废杂铝收集、管理、分检系统，适应不断扩大的市场需求，发达国家在生产中不断推出新的技术创新举措，如低成本的连续熔炼和处理工艺，使低品位废杂铝升级的工艺等，用废杂铝已能大量制造供铸造、压铸、轧制及作母合金用的再生铝锭，最大的铸锭

23、重13.5吨，其中重熔二次合金锭（RSI）用于制造易拉罐专用薄板，薄板的质量已使每支易拉罐的重量下降到只有14克左右，某些再生铝还用于制造计算机软盘驱动器的框架。但是我国对废杂铝的回收再生在观念及认识的程度上，却未深化到美、日等发达国家的地步, 我国最大也是亚洲最大的再生铝企业是位于上海市郊的上海新格有色金属有限公司,该公司虽然有两组50吨的熔炼静置炉，一组40吨燃油熔炼静置炉；一台12吨的燃油回转炉，这些50吨的炉子不但是中国目前最大的再生铝熔炼炉，而且跻身于亚洲最大的再生铝熔炼炉行列。但是，在一些环措施与工艺技术水平上，即使是新格公司的水平处于国内领先地位，但也仍然属于国外八十年代的水平，

24、至于一些规模小、产量低、环保措施不力的企业还是占大多数，技术改造和环保设施在落实上可以说是困难重重。全球原铝的消费已近2200万吨，美、欧和日本是消费增长最快、市场开发最为活跃的地区。铝产品的消费结构结构看,80年代以前，制造业和建筑业是铝的最大消费市场。但进入90年代后，特别是90年代后期，交通运输业开始占据主导地位。 我国1990年后原铝工业获得高速发展，到1998年电解铝铝锭的产量已达243.5万t，消费量为242.54万t，产量持平，消费市场看好，自行车、我国电工部门用铝量约占全国铝耗量的确/3, 我国近十余年来，铝质饮料罐的生产和消费量增长极快。目前年销售量大约50亿只/年。95年我

25、国饮料罐用带材约10万吨，其中国产1.2万吨，其余全部进口。我国近十余年来，铝质饮料罐的生产和消费量增长极快。目前年销售量大约50亿只/年。95年我国饮料罐用带材约10万吨，其中国产1.2万吨，其余全部进口。 中国铝工业正处于快速发展阶段, 中国废铝回收率目前为32%,但不久将快速提升至70%。中国2001年回收废铝总计918,000。1998年为536,000。2001年中国原铝产量为343万,1998年为242万,同期的消费分别为365万和242万。国际铝业协全球铝回收委员会会主席Jurg Gerber称,中国铝回收潜力巨大。我国的珠江三角洲和长江三角洲地区为主要消费和加工区，北方的津京塘

26、地区也有意定量的分布。有些废铝经过熔炼加工后做成各种型材、摩托车配件如轮箍、发动机配件等返销国外。 珠江三角洲以广东南海地区最为集中，南海是中国最大的铝型材生产基地，在全国型材产区中，广东占70%，在广东型材产区中，南海占65%，在中国型材加工工业中仍占据绝对优势地位。在95年高峰期出现数百家铝型材加工厂，之后逐渐减少。2001年约有220家营业中铝材厂，其中大沥镇占151家。一般来说，铝锭所占比重大，部分废铝（来自俄、美）也占据部分市场。 长江三角洲的江苏、浙江、上海就逐步成为废杂有色金属再生利用的集中区域，其中又以浙江最为集中，再生铝加工企业和再生铝生产企业中，有年产万吨铝加工产品的中型企

27、业家，年产万万吨再生铝的中型企业家，其余均为小型企业。中型再生铝加工企业和再生铝生产企业数分别占企业总数的和，废杂铝的利用量分别占铝加工、再生铝生产废杂铝总量的和。但废杂铝的利用，仍以小型企业为主，无一大型企业，缺乏行业龙头3。1.1.1.4 铝的用途铝广泛的应用于各种建筑中，如桥梁、塔楼和储罐等。虽然结构钢型材与板材的基建投资费用较低，但当人们考虑到工程的结构特点、独特的建筑设计、质轻和(或)抗腐蚀性时，通常采用了铝。 铝可用于桥梁与公路的辅助结构上，如桥梁栏杆、公路护栏、照明标准件、交通指挥塔、交通标志和连接围栏等。铝也普遍用于桥梁结构上，特别是长墩距桥梁或活动桥梁的平衡装置和升桥的施工中

28、。 脚手架、爬梯、变电所构筑物及其它公用工程构筑物，常使用的铝材形式主要是结构型材和特殊挤压型材。吊车、输送机和重载装卸系统包含了大量的铝材。储水大罐常用铝合金建造，以增强抗腐蚀性并形成引人注意的外观。包装业一直是用铝的市场之一，且发展最快。包装业产品包括家用包装材料、软包装和食品容器、瓶盖、软管、饮料罐与食品罐。铝箔颇适用于包装，箔制盒，包用于盛食品与药剂，并可作家用。变形铝制品和铸造铝制品在汽车结构中应用颇广。每台汽车的典型铝用量约70kg(150lb)，此数可望急剧增加，因为普遍的节省燃料的要求迫使如此，而且人们还不断强调回收铝的重要性。卡车由于重量的限制及人们想增加有效载重量的愿望，制

29、造商已增加铝在驾驶室、拖车和卡车设计中的应用。由于使用挤压的车身纵梁、车架下梁和横梁，卡车自重已减小。挤压的或模板及锻造的驾驶盘已常见。铁路车辆 铝用于制造铁路底卸年、冷冻车和槽车铝亦广泛用于铁路客车，特别是那些公共交通系统的车辆。海上应用 铝普及于各种各样的海上应用中，包括船舶的主要受力构件如船体与舱面室，以及其它应用如烟囱外壳、舱盖、窗框、空气出口、舷梯、信道、船尾、甲板、通风设备、船用家具、以铝代用的五金器材、燃料罐及面表光亮的平整件。航空航天 铝实际上用于飞机、导弹和宇宙飞船工业的所有部分制造机身、引擎、附件、液体燃料和氧化剂的容器设备。铝因其高强度/密度之比率、抗腐蚀性和重量功效而得

30、到广泛应用，特别是用在压缩的设计中。耐用消费品: 家用电器 由于铝制品质量轻、外观美观、具有对各种形式加工的适应性以及便宜的制造加工费用，因此铝广泛应用于家用器具中，质轻是它重要的特性，可适应于真空吸尘器、电熨斗、便?式洗碟机及食品加工机与搅拌器的要求。家具 质轻、低维护费用、抗蚀、经久耐用和美丽的外观是铝制家具的主要优点。机械与设备: 铝材也被广泛地应用在: 加工设备 纺织设备 煤矿机械 移动式灌溉管与工具铝及其合金可以用已知的所有方法浇铸成铸件或加工成材。铝及其合金的加工产品可以划分为两类：一类是通用产品，包括薄板、厚板、箔、棒材、线材、管材以及结构型材，其中板材可细分为圆棒和非圆形棒，其

31、中管材可细分为标准圆管和非标准圆形管。另一类是非通用的产品，这是为了某个特定用途而设定的产品，包括挤压型材、锻件、冲挤件、铸件、冲压件、粉末冶金(P/M)零件、机加工件和铝基复合材料。挤压件其是挤压固体金属通过开孔模而生产出来的。具有轴对称的设计件特别适合于用挤压形式生产。使用现行的工艺，也能挤压复杂的、有心轴的和不对称的外形，精密挤压可显出非同寻常的严格呎吋和表面光洁度，工件的主要呎吋通常不需要机加工；挤压后产品的精度可容许用简单的切割、礸孔、扩孔和其它小量的机加工来达到。挤压、挤压与拉拔结合生产的无缝管可与机械制造的有缝管和焊接管相匹敌。1.1.2 我国铝土矿分布状况1.1.2.1 我国铝

32、土矿资源概况及分布我国有310处铝土矿产地，主要为：山西省的克俄、石公、相王、西河底、太湖石、郭偏梁一雷家苏、宽草坪；河南省的曹窑、马行沟、贾沟、石寺、竹林沟、夹沟、支建；山东省的淄博；广西壮族自治区的平果那豆；贵州省的遵义(团溪)、林歹、小山坝等铝土矿区。1.1.2.2 资源状况截至1996年末，我国已探明铝土矿矿区310处，分布于全国19个省、自治区、直辖市。铝土矿保有储量达到22.73亿t，其中A+B+C级7.05亿t，占总保有储量的31%。图3.9.1示出了我国19601995年铝土矿保有储量和A+B+C级储量增长状况。据美国矿业局Mineral Commodity Summaries

33、1996年资料，全世界铝土矿储量为230亿t，储量基础为280亿t，其中铝土矿资源比较丰富的国家有：澳大利亚(储量基础79亿t)、几内亚(储量基础59亿t)、巴西(储量基础29亿t)、牙买加(储量基础20亿t)、印度(储量基础12亿t)、匈牙利(储量基础9亿t)。我国铝土矿的数量和质量都不及上述国家，如以我国A+B+C级储量(工业储量)和这些国家的储量基础相比，远在它们之后。我国铝土矿资源还是比较丰富的，华北地台、扬子地台、华南褶皱系及东南沿海四个成矿区都具有较好的铝土矿成矿条件，尤以晋中-晋北、豫西-晋南、黔北-黔中三个成矿带成矿条件较好，资源远景也大；桂西-滇东及川南-黔北等成矿带也有一定

34、的远景。有关部门根据已有地质条件和成矿条件分析，我国铝土矿资源总量预计可达50亿t。1.1.2.3 资源特点我国铝土矿除了分布集中外，以大、中型矿床居多。储量大于2000万t的大型矿床共有31个，其拥有的储量占全国总储量的49%；储量在2000500万t之间的中型矿床共有83个，其拥有的储量占全国总储量的37%，大、中型矿床合计占到了86%。我国铝土矿的质量比较差，加工困难、耗能大的一水硬铝石型矿石占全国总储量的98%以上。在保有储量中，一级矿石(Al2O3 60%70%，Al/Si 12)只占1.5%，二级矿石(Al2O3 51%71%，Al/Si9)占17%，三级矿石(Al2O3 62%6

35、9%，Al/Si7)占11.3%，四级矿石(Al2O362%，Al/Si5)占27.9%，五级矿石(Al2O358%，Al/Si4)占18%，六级矿石(Al2O354%，Al/Si3)占8.3%，七级矿石(Al2O348%，Al/Si6)占1.5%，其余为品级不明的矿石。我国铝土矿的另一个不利因素是适合露采的铝土矿矿床不多，据统计只占全国总储量的34%。与国外红土型铝土矿不同的是，我国古风化壳型铝土矿常共生和伴生有多种矿产。在铝土矿分布区，上覆岩层常产有工业煤层和优质石灰岩。在含矿岩系中共生有半软质粘土、硬质粘土、铁矿和硫铁矿。铝土矿矿石中还伴生有镓、钒、锂、稀土金属、铌、钽、钛、钪等多种有用

36、元素。在有些地区，上述共生矿产往往和铝土矿在一起构成具有工业价值的矿床。铝土矿中的镓、钒、钪等也都具有回收价值。我国铝土矿的最后一个特点是，地质工作程度比较高，截至1994年底，我国铝土矿保有储量中属于勘探阶段的占32.5%，属于详查阶段的占55.8%，两者合计，详查以上工作程度的储量占全国总保有储量的88.3%。1.1.2.4 我国铝土矿储量分布我国铝土矿分布高度集中，山西、贵州、河南和广西四个省(区)的储量合计占全国总储量的90.9%(山西41.6%、贵州17.1%、河南16.7%、广西15.5%)，其余拥有铝土矿的15个省、自治区、直辖市的储量合计仅占全国总储量的9.1%。山西的铝土矿床

37、(点)主要分布在孝义、交口、汾阳、阳泉、盂县、宁武、原平、兴县、保德、平陆等5大片42个县境内，面积约6.7万km2，探明铝土矿储量，居全国第一，该区的资源总量估计可达20亿t。 河南的铝土矿集中分布在黄河以南、京广线以西的巩县、登封、偃师、新安、三门峡、陕县、宝丰、鲁山、临汝、禹县等三大片10多个县境内，面积3万多km2，探明铝土矿储量居全国第2位，预测资源总量可达10亿t。贵州的铝土矿床主要分布在“黔中隆起”南北两侧的遵义、息峰、开阳、瓮安、正安、道真、修文、清镇、贵阳、平坝、织金、苟江、黄平等十几个县境内，面积2400km2，探明铝土矿储量居全国第3位。预测资源总量逾10亿t。广西的铝土

38、矿集中分布在平果、田东、田阳、德保、靖西、桂县、那坡、果化、隆安、邕宁、崇左等县境内，探明铝土矿储量居全国第4位，预测铝土矿储量在8亿t以上。山东的铝土矿主要分布在淄博、新泰、洪山等县境内，其探明铝土矿储量占全国总储量的3%。此外，在海南、广东、福建、云南、江西、湖北、湖南、陕西、四川、新疆、宁夏、河北等省(区)，也有铝土矿矿床产出4。1.1.3 铝的工业制取方法 铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾时，等等。有铝的氧化物与冰晶石（3NaFAlF）共熔电解制得。从铝土矿中提取铝反应过程溶解：将铝土矿溶于NaOH（aq)AlO+ 2NaOH 2NaAlO（偏

39、铝酸钠）+ HO过滤：除去残渣氧化铁(FeO)、硅铝酸钠等酸化：向滤液中通入过量CO.NaAlO+ CO+ 2HO Al(OH)+ NaHCO过滤、灼烧 Al(OH)2Al(OH)高温AlO+ 3HO注：电解时为使氧化铝熔融温度降低，在AlO 中添加冰晶石(3NaFAlF) 电解： 2AlO(I)通电 4Al + 3O1.2 电解铝的发展现状中国铝电解技术自70年代末引进160KA中间下料预焙槽技术之后，从消化国外技术开始，揭开了中国现代铝电解技术发展的序幕，以铝电解槽热电磁力特性及磁流体数学模型研究为核心，在工艺、材料、过程控制及配套技术等方面展开了广泛深入的研究工作。九十年代以来，在基础理

40、论、大型铝电解槽开发以发展现状及工程应用取得了一系列成果，开发成功了280、320KA以上的特大型电解槽技术，使铝工业的技术进步令人注目。大容量电解槽的开发，使中国铝电解技术总体上达到了国际先进水平，电解铝工业的面貌发生了根本的改变。实际运行指标差。由于开发时间短，对中国大型铝电解槽在生产领域的深层次开发明显不足，致使实际运行指标的生产指标与国际先进水平还有较大差距。多数在大负荷、小电网环境下运行，安全隐患多。铝电联营是中国电解铝企业发展的趋势之一，但同时在技术上也存在相应的问题。由于大容量电解槽一般系列规模较大（一个系列产能可达20万吨以上），巨大的用电负荷集中在一个生产系列上（一般达40万

41、KW以上），电解系列生产的任何波动都会造成电网或自备电厂较大的影响，甚至威胁供电安全。缺乏建立在对阴极破损机理与规律透彻掌握基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施，电解槽难以达到设计寿命，早期破损率高。影响中国大型槽槽寿命的问题除了中国普遍认为的阴极炭素材料质量方面的原因外，电解槽的设计、筑炉材料、筑炉质量、焙烧启动、正常生产操作及生产管理等方面均存在一些问题。导致这些问题的深层次原因是，中国尚缺乏对铝电解槽破损（常称为阴极破损）机理与规律的深入掌握及在此基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施。随着电解槽容量的不断扩大，槽寿命问题就更加突出。中国铝业股价缺乏先进的生产操

42、作技术，作业成本高。中国300KA级的特大型预焙铝电解槽投入工业应用的时间短。又不能完全照搬以前在大型预焙槽上的相关经验（这些经验也有很大局限性）。焙烧启动过程中电流分布不均的问题更突出且焙烧启动过程中的能耗大；投入运行后电解槽的物理场（电场、磁场、流场）容易波动，热平衡的维持较困难；槽电阻极易受外界的干扰而波动，阳极效应发生后熄灭困难，且由于电解槽的惯性大，一旦出现槽况波动或槽况异常现象，很难快速恢复正常。新型电解铝用钢壳铝芯阳极爪就中国电解铝整体生产状态而言，能源综合利用效率要比国际先进水平低15%左右，主要表现在：电流效率相差2-3个百分点；吨铝电耗相差300-800Kwh；电解铝用阳极

43、生产过程能耗相差3Gj/t左右；电解铝阳极消耗相差30-60Kg（折合标准煤约75-150Kg）；电槽槽寿命相差1000天左右；阳极效应系数国际先进为0.1次/天.槽以下，中国最好水平在0.3次/天.槽左右。中国电解铝行业从2002年开始，电解铝产量开始过剩，受下游行业需求下降影响，中国2008年电解铝过剩预计达到50万吨。电解铝需求增速放缓，受经济危机影响，来自房地产和汽车行业的需求增速大幅下滑，而来自于电力设备行业的需求仍保持快速增长，包装行业对电解铝的需求量保持稳定，2008年电解铝需求增速在10%左右。中国铝土矿资源稀缺，产能扩张不可持续。中国矿资源稀缺，铝矿资源只能维持10年，中国的

44、资源不可能再支撑电解铝行业年均20%左右的扩张速度。电解铝的生产成本价在15000元/吨-17500元/吨，而电解铝的价格仅为13400元/吨，行业亏损严重。原料进一步下跌，中国电解铝企业的平均生产本也在15000元左右，因此铝价大幅下跌的可能性很小。2009年6月份左右铝价有可能回到15000元/吨。1.3 电解铝的市场供应状况全球电解铝产量平稳增长，增产动力依然来自于中国。2005年世界电解铝产量3191万吨，同比增长了供应现状6.45%，其中中国产量767万吨，同比增长了15.07%。2006年全球电解铝产量达到3380万吨。2006年6月份全球日平均产量（不包括中国）8.22万吨，较5

45、月份日均产量增长了700吨，环比增长0.09%。6月份国内电解铝产量78.03万吨，日均产量电解铝产量2.6万吨，较五月份日平均产量增长了1975吨，环比增长7.59%。中国依然是全球电解铝增产的主动力，由于中国产量占全球产量的比重高到24.9%，中国产量的变化趋势对全球电解铝供应起到了决定性的作用5。中国电解铝行业发展的状况决定中国国内电解铝供应一直较为充裕，2005年电解铝平均产能1070万吨，产能利用率75%，从6月份国内数据看，中国的产能已经得到了一定程度的释放。中国建电解铝项目11个，建设总能力112万吨，尚有10个拟建电解铝项目，总能力140万吨。2006年电解铝生产能力达1160

46、万吨，2007年达1250万吨。电解铝建设工艺简单技术含量低建设周期短，有充足资金投入，从开工到建成投产仅需要了9个月。生产机器电解铝上游行业氧化铝产能迅速扩张，产业链向电解铝行业延伸，成为电解铝产能增长的主要动力。电解铝行业所处的成长发展阶段决定了产量增长是主基调，电解铝企业竞争，重组购并，不断扩张，行业集中度提高，也将推动产能的增长。电解铝行业的购买方即铝消费商，在中国经济的快速发展，中国城市化进程中基础设施、公共事业、住房和汽车等消费品，极大地带动中国电解铝消费需求。电解铝行业处于高速发展成长期阶段，行业优胜劣汰，行业集中度不断提升。2003年至2005年电解铝总产量从554万吨上升至7

47、67万吨，增产213万吨，其中仅中国十大电解铝厂实现增产91万吨。生产厂家从141家减少至95家，单个厂家平均生产规模从2003年的3.9万吨上升至2005年8万吨。1.4 我国电解铝技术存在的问题1.4.1 电解槽寿命我国铝电解槽寿命比国外电解槽寿命短。至今没能解决。对铝电解生产来说，影响铝电解槽寿命的原因是多方面的：有电解槽结构设计的问题，有电解槽内衬材料选择与内村材料的合理结构设计的问题，有筑炉方法的问题，有筑炉质量的问题，也有电解槽焙烧启动的方式、方法问题，更有电解槽早期技术管理和正常情况下电解工艺的选择与操作问题。应该说，上述各个过程和环节的好坏，都会影响电解槽的寿命。多年前，我国电解铝厂引进了国外的铝电解槽焦粒焙烧干法启动的技术，取代了落后铝液焙烧技术。尽管焦粒焙烧并不是属于我国自主知识产权技术，但对我国电解铝厂应该是一个技术上的进步。值得关注的是，尽管我国引进和使用了这一较为先进的铝电解槽焙烧技术，但槽寿命没有明显的提高。以最早使用这一焙烧技术的白银铝厂为例，电解槽的寿命仍然在1500天左右。由此可见，就我国电解铝厂来说，仅仅以焦粒焙烧干法启动取代铝液焙烧，想大幅度提高我国铝电解槽的寿命的目的不能实现。另一方面也说明了提高电解槽寿命是一个