《铝工业发展循环经济环境保护导则》编制说明

《铝工业发展循环经济环境保护导则》编制说明《铝工业发展循环经济环境保护导则》编制课题组二○○七年四月目录1概况…………………………………………………………………………….12适用范围……………………………………………………………………….73指导原则……………………………………………………………………….74制订导则的依据和主要参考资料…………………………………………….75编制导则的基本方法………………………………………………………….86导则经济分析和实施的技术可行性分析……………………………………177导则的实施建议………………………………………………………………231《铝工业发展循环经济环境保护导则》编制说明1概述铝是一种银白色的金属，铝及其合金外观好、质轻，可机加工性、物理和力学性能好，抗腐蚀性好，可回收性高，再生效益大，铝被世人誉为“万能金属”、“21世纪的绿色工程材料”。铝是电力、冶金、化工、航空航天、机械、建筑、食品、工艺美术等许多行业不可缺少的重要原料。铝和钢铁一样，已成为现代经济的筋骨和工业基础。由于极少发现铝的自然金属，工业上要先从铝土矿中提取氧化铝，然后将氧化铝经电解得到金属铝，即原铝。铝工业对矿石、煤、水、电等资源、能源消耗量很大，耗能高、污染重的设备众多，生产流程较长，产业关联度大。铝是国民经济发展的重要基础原材料。我国的铝工业主要由氧化铝、电解铝、铝加工三部分组成，近年来氧化铝强化烧结、管道化溶出、选矿拜尔法等技术已广泛使用；大型预焙槽电解铝生产能力已占总能力的百分之八十；铝加工材产量快速增长，技术水平有所提高。经过几十年的发展，我国已成为世界铝生产、消费大国。（1）生产目前我国铝工业已经初步形成了“靠近铝土矿资源建设氧化铝，依托能源基地建设电解铝，在消费集中地发展铝加工”的模式，形成了从铝土矿、氧化铝、电解铝、铝加工、研发为一体的比较完善的工业体系。我国是世界氧化铝生产大国，2004年氧化铝产量699.4万吨，仅次于澳大利亚，居世界第二位。现有氧化铝生产企业十余家，成立于2001年2月的中国铝业公司拥有其中的6家冶金级氧化铝生产厂，氧化铝产量世界第二，铝加工、电解铝产量全国第一。到2004年底，全国氧化铝企业平均生产规模为116.6万吨，达到了经济生产规模。2004年，我国电解铝产量达683.7万吨，居世界第一位。到2004年底，全国共有电解铝企业140家，遍布全国25个省市自治区，尤以河南、山东、山西、湖北、青海、甘肃、云南等省数量较多。近年来，铝加工工业也得到快速发展，2004年铝加工材产量在440万吨，居世界第二位。我国铝加工生产布局大致按照贴近消费市场安排，目前有铝材加工企业上千家，主要集中在沿海等发达地区。我国已成为全球仅次于美国的废旧铝回收与再生铝生产利用大国。2004年，我国再生铝产量占铝产量的22.2%。2（2）消费我国是世界上第二大原铝消耗国。2004年国内原铝消费达到596.7万吨。但我国的人均铝消费量仍然很低，不足5千克/人，远低于发达国家人均水平的25千克/人。与西方国家相比，我国原铝消费结构特点是压延材比例低，挤压材比例高，建材用铝在我国铝消费结构中占有显要位置。随着农村电气化和电网建设以及全国电力需求快速增长，电力用铝仍将保持一个重要的位置。汽车工业的快速发展，对汽车节能、安全、环保要求的越来越高，交通用铝将代表着铝消费增长昀快的市场。（3）存在问题我国铝工业配置资源能力、产业集中度、技术装备水平、产品竞争力、技术创新等方面与世界铝工业强国相比，仍有一定差距。产业结构不合理、技术装备落后、产品生产成本高、矿石资源明显贫化、资源能源消耗高、污染严重等问题已经成为制约我国铝工业进一步发展的主要因素。①结构性矛盾比较突出。主要表现在：产业结构不合理、层次低，产品结构单一，产品链条比较短；氧化铝生产能力不足，电解铝生产能力急剧扩张；铝产品深加工能力弱，产品附加值低，缺乏电解铝—铝加工联合企业；技术含量高的铝加工产品主要依靠进口；生产经营分散，生产集中度低，开工率不足，产业布局不尽合理，抵御风险能力不强；资本的流动性差，严重影响生产要素的优化配置。②原材料短缺，能源紧张，环境污染严重。铝工业是一种资源性产业，其发展建立在铝土矿、能源、电力等资源的开发利用的基础上。与产能相比，我国铝土矿资源的供应已经处于高度紧张状态，铝土矿资源形势十分严峻。我国铝土矿资源禀赋较差，90%以上的铝土矿资源为沉积型铝土矿，矿石为一水硬铝石，属于高铝、高硅、低铁、难溶的中低品位铝土矿，且集中分布在山西、河南、贵州、广西。由于我国铝土矿品位低，难处理，采用联合法和烧结法生产的氧化铝厂，平均能耗约是国外的2~3倍。加上设备和制造水平落后，主要产品单位能耗高于国外先进水平。氧化铝生产过程中产生的赤泥，仅少部分得到综合利用。赤泥堆存占用大量土地，附液可能污染地下水。电解铝生产过程中排放大量的CF4、SiF4等氟化物，对厂区周围影响范围较大，特别在不利气象条件下，可能发生污染事故。碳素阳极生产排放的沥青烟含有致癌物质。废旧铝再生过程和环境污染较为严重，一些建在小山坡上再生铝企业的污染废水流入农田与水系。在拆解废旧电器电机、电3缆等过程中，除获取有用的一些资源外，还会残余2%~5%的尚无法利用的废弃物。③再生铝企业“小、多、散”。再生铝行业企业多，小而分散，还有许多作坊式的家庭企业；技术水平低，能源与资源浪费大，环境污染严重；回收与昀终销售价格扭曲，与国际价格相差较大，科技开发力量薄弱；由于废金属资源的复杂性，进口环节的商检、定价比较复杂，且因生产加工企业增值税抵扣减少，增加了税赋，不利于产业升级和发展。（4）铝工业循环经济发展潜力铝工业是一种资源性产业，其发展建立在铝土矿、能源、电力、水等资源的开发利用的基础上。生产1吨氧化铝将消耗1.8～2吨铝土矿、0.3～1.6吨石灰石、1.5吨煤炭、60公斤碱、10～20吨新鲜水，而生产1吨原铝将消耗2吨氧化铝、26～32公斤氟化盐、15～16MWh电力、碳素阳极（毛耗，由石油焦和煤沥青制成）500～600公斤。每生产1吨氧化铝，产生0.9～1.7吨赤泥。我国铝工业已经初步形成了“靠近铝土矿资源建设氧化铝，依托能源基地建设电解铝，在消费集中地发展铝加工”的模式。（一）生产工艺铝工业主要生产消费流程如图1所示，铝代谢示意图如图2所示。原生铝工业矿山采矿氧化铝生产电解铝生产消费铝加工(原铝）电解铝铝土矿氧化铝废铝再生铝工业多品种氧化铝图1铝工业主要生产消费流程4①氧化铝炼铝的原料主要是铝土矿，金属铝生产分为两大步骤：一、以铝土矿为原料生产氧化铝（含采矿、选矿）；二、将氧化铝进行熔盐电解生产金属铝。氧化铝生产方法有拜尔法、烧结法和联合法（拜尔法和烧结法的联合）。拜尔法工艺主要由溶出、分解和熔烧三个阶段组成，只适合处理铝硅比较高的红土型铝土矿（三水铝土矿）。烧结法工艺增加了熟料烧成、脱硅等工序。联合法是将拜尔法与烧结法联合使用生产氧化铝的方法，其昀大特点是可用烧结法系统所得的铝酸钠溶液，来补充拜尔法系统中的碱损失。由于我国氧化铝矿90%以上为一水硬铝土矿，具有高铝、高硅、低铝硅比的特点，不适宜直接采用拜尔法生产氧化铝。国内大型氧化铝厂中仅有一个厂采用纯拜尔法工艺，其余氧化铝厂采用联合法或烧结法工艺。自2000年以来，我国针对一水硬铝土矿的性质，试验成功了选矿拜尔法和石灰拜尔法生产工艺，使中低品位铝土矿经过适当处理和改进工艺，变为可以采用简单经济的拜尔法生产高质量的砂状氧化铝，并已投入大型氧化铝生产项目的建设。②电解铝生产氧化铝电解板带箔变形铝合金铸造铝合金原铝型材铸件杂质铝精铝精铝合金精铝化成箔电容器电解铝液铸轧板坯废铝板带箔外购图2铝代谢示意图5氧化铝熔盐电解法是目前工业生产金属铝的唯一方法。与被淘汰的自焙槽相比，预焙槽具有节能、低耗、少污染的优势。技术先进、环保效果好的大型中间加料预焙烧阳极铝电解槽已成为我国电解铝厂新建和改扩建的惟一推荐槽型。铝用阳极生产原料为石油焦和煤沥青，生产过程包括原料贮运破碎、煅烧、沥青熔化、生阳极制造、焙烧及炭块贮存和残极处理等工序。阴极生产工序与阳极相近似，包含无烟煤煅烧、中碎配料（含沥青熔化）、混捏成型、阴极焙烧、机械加工五个工序。③铝加工氧化铝电解产生电解铝，除了正常生产各种铝型材外，铝液进一步提纯可制得精铝，精铝中掺入其它合金元素，生产精铝合金。精铝还可以用来生产精品化成箔，进而得到高附加值的精铝产品。④再生铝生产废铝再生工艺主要包括预处理和熔化/精炼两个工序。预处理工序主要对废铝进行分类、加工和清洗，以便除去表面污染物或附着物，或与其他金属或非金属分离等。熔化/精炼工序主要对废铝进行熔化、精炼、合金化和浇铸。（二）资源消耗的重点部位①氧化铝生产拜尔法工艺简单，流程短，能耗低，投资少，产品质量高，而且大气污染物排放量昀小，但赤泥难以综合利用。石灰拜尔法和选矿拜尔法生产氧化铝工艺适合我国国情，研究开发的新技术，使中低品位铝土矿经过适当处理和改进工艺，变为可以采用简单经济的拜尔法生产高质量的砂状氧化铝，而且由于采用先进技术和设备，能耗、物耗指标达到世界先进水平。烧结法工艺能耗和大气污染物排放量均较拜尔法高出1倍以上。熟料烧成是烧结法的核心部位，全部的烧成化学反应都在此发生，烧成的产品——熟料的质量直接影响以后各工序的技术指标。烧成所用的设备为回转窑，燃料为煤粉，产生的灰渣直接进入物料中参与化学反应。联合法工艺分为串联法、并联法和混联。混联法流程中，烧结法系统既处理拜尔法的赤泥，又加入新铝矿石，组织生产较为灵活，氧化铝回收率较高，其能耗和大气污染物排放量较单纯烧结法的低。我国氧化铝综合能耗平均为1154公斤标准煤，比国外先进水平高50%左右。②电解铝生产电解铝生产消耗原材料为氧化铝、阳极炭素、氟化铝，不同电解铝生产企业吨铝消耗氧化铝差别较大，提高氧化铝转化程度是提高资源利用率的昀好办法。生产工艺、企业规模和设备选型与能耗、物耗有直接关系。耗能大、电耗高是电解铝生产的昀大特点。电能消耗是电解铝生产过程中的一项非常重要的经济指标，吨铝耗电对于铝产量、成本影响很大。2003年，我国电解铝预焙槽直流电6耗为13833kW•h/t-Al，而国外先进水平为13320kW•h/t-Al。（三）污染物产生的重点部位①大气污染物氧化铝生产的主要污染物是颗粒物和SO2，主要源于熟料烧成窑和氢氧化铝焙烧窑。均采用电除尘器除尘，除尘后熟料烧成窑排尘浓度基本控制在100~300mg/m3，氢氧化铝焙烧炉排尘浓度控制在23~200mg/m3。铝电解预焙槽烟气中的主要污染物是氟化物和粉尘，其产生量约为总氟16~20kg/t-Al，粉尘20~30kg/t-Al。目前我国预焙槽烟气均采用干法技术治理，技术比较成熟。大型电解槽烟气净化系统基本上能保持正常、高效运行，氟化物净化效率超过98%，净化后氟排放浓度一般3mg/m3，粉尘30mg/m3。阳极生产工序相对较长，各破碎、筛分及物料贮运工序扬尘点较多且分散，是造成环境污染的重要原因之一，因此加强阳极通风除尘是重要的环保措施。焙烧炉烟气中含有沥青烟、碳尘、氟化物和SO2等大气污染物，是阳极系统的主要大气污染源。②固体废物氧化铝生产赤泥排放量较大，由于其附液中含碱量较高，pH值有的甚至超过12.5。大部分企业赤泥堆场都采取严格的防渗措施，控制碱对地下水的污染。电解铝厂产生的固体废物主要是电解槽大修渣，该渣浸出液中氟化物浓度大于50mg/L，氰化物浓度有的超过5mg/L，属危险废物。（4）产业关联①产业关联度较高铝工业是产业关联度和社会贡献率都较高的产业，铝与原材料制造业和装备制造业的关系非常密切。在我国现有的124个产业中，有113个部门使用铝，占91%；而在其中的101个物质生产部门中，有95%的产业需要铝冶炼产品或铝材，在23个非物质生产部门中，有74%即17个消耗铝冶炼产品或铝材。装备制造业消耗铝产品占124个产业总消耗铝的58.3%，而原材料制造业用的铝占总消耗铝的32.6%。21世纪的前20年，我国制造