一、我国电解铝生产的指标及原铝生产的经济分析
近年来，我国电解铝高速增长，随着技术及装备水平的不断提高，技术经济指标也有所改善。但与世界先进水平相比仍有较大差距，我国铝电解电流效率低、电耗高，国内自焙槽电流效率平均88%左右，吨铝直流电耗14530kW·h左右；预焙槽平均电流效率91%～94%之间，吨铝直流电耗在13320～13750kW·h之间。国外已全部淘汰自焙槽，而先进预焙槽的电流效率一般不低于94%，吨铝直流电耗为13000～13300kW·h。2000年至2002年我国电解铝生产的主要指标见表1。
表1 我国电解铝厂的主要技术经济指标
|
指 标
|
产量/万t
|
氧化铝单耗/kg·t－1
|
阳极单耗/kg·t－1
|
氟盐单耗/kg·t－1
|
综合电耗/kg·t－1
|
直流电耗/kg·t－1
|
|
|
年 份
|
自焙阳极
|
预焙阳极
|
|||||
|
2000年
|
299
|
1944.83
|
528.96
|
42.74
|
15479.64
|
14214.07
|
|
|
2001年
|
357
|
1941.01
|
435.08
|
37.10
|
15470.33
|
14613.85
|
13734.93
|
|
2002年
|
451
|
1944.54
|
432.17
|
35.65
|
15361.96
|
14532.57
|
13781.63
|
从表1可以看出，2002相当一批小型预焙槽电解铝厂建成投产，由于装备水平及技术掌握程度的影响，使技术经济指标有所降低。
铝电解生产的成本大致分为原料费、电费、人力成本及间接成本，西方世界电解铝的经营成为1134美元/t，其中原料费占48.4%、能源费占32.8%、人力成本10.9%、间接成本占7.9%。表2列出了国内外原铝经营成本的比较。表3列出了2003年不同国家铝产品的成本。
表2 国内外原铝经营成本比较 （美元/t）
|
成本项目
|
世 界
|
中 国
|
成本项目
|
世 界
|
中 国
|
|
原材料
能源动力
人力成本
|
385.6
260.8
204.1
|
650.5
487.1
26.7
|
间接成本
平均经营成本
|
283.5
1134.0
|
140.8
1305.1
|
表3 2003年部分国家铝产品成本 （元/t）
|
国 家
|
铝 成 本
|
国家
|
铝 成 本
|
|
澳大利亚
巴 西
加拿大
法 国
德 国
中 国
|
8408
10168
8408
9191
11928
12000
|
挪 威
西班牙
英 国
美 国
委内瑞拉
|
10364
12124
10560
11147
9979
|
由表2可见，我国的电解铝生产的经营成本比国外高，其中原材料（主要是氧化铝）、能源动力的成本比国外高出许多，氧化铝和电力成本为制约我国铝工业发展的主要因素。
二、我国的电解铝生产的发展方向
1997年我国的电解铝产量207kt，占世界铝锭总产量的9.5%。2003年596万t，成为世界最大的电解铝生产国。
1995～1998年间研究开发了280kA和320kA大型中间下料预焙电解槽，使我国铝电解技术处于世界先进水平。大型电解槽的电流效率超过94%，原铝直流电耗低于13300kW·h/t（铝）。然而我国的电解铝生产水平总体还不及世界先进水平，在生产规模、自动化程度、烟气治理等方面较弱。
第一，降低原材料的损耗，提高原材料的质量。
我国的电解铝生产的氧化铝单耗为1944kg，而理论消耗为1910kg。多余的消耗是运输、加工过程的飞扬损失造成。提高机械化、自动化和槽体密封可使氧化铝的损失降低。对阳极炭素，理论需要393kg，实际消耗530kg，利用率为74%。主要是纯度低，操作管理不善造成氧化、漏糊及槽子早期破损。我国研究的阳极添加钾盐可以降低阳极糊的消耗量。采用低温电解也是降低阳极消耗的途径。采用惰性阴阳极是降低成本的可能途径。
大型预焙电解槽的氟化盐、冰晶石、添加剂等原材料的利用率已经很高，但自焙槽的烟气很难收集，损失较大，还需进一步完善。
第二，降低电耗。
如前所述，对于铝电解来说，电的利用率很低，仅为50%，而且电耗占铝电解成本的很大部分，要降低成本，就是降低铝电解的电耗。电流效率、槽电压直接影响着铝电解的电能消耗。要降低铝电解的电能消耗，就要提高电流效率、降低槽电压。
提高电流效率的主要途径之一是降低电解温度，降低温度的最有效的方法是选择适合的电解质添加剂，即找一个初晶温度低、又适合电解的电解质组成。添加锂盐（LiF）可以显著降低电解的初晶温度，如含LiF1.5%、AlF3为6%的电解质，可使每吨铝的电耗降低1260kW·h。我国在许多铝厂进行了添加锂盐的工业试验，电流效率可提高一个百分点以上，获得较好的节能效果。邱竹贤等人根据试验提出了低摩尔比添加MgF2系电解质，即摩尔比2.2，MgF2在10%以内，工业试验结果电流效率为91.2%，每吨铝直流电耗降低至13400kW·h。因为采用这种电解质可实现在850 kW·h下电解。
提高电流效率的另外途径是合理配置母线。对大型槽来说，铝液中水平电流（包括横向和纵向）的电度分量和磁场的垂直分量应予以消除升减弱。大型槽的磁场问题近来受到广泛的重视，随着研究的不断深入，电解槽的母线配置日益完善，在一定程度上削弱了磁场的影响。我国贵阳铝镁设计院研究设计的中间点式一料、四端进电大型预焙槽在广西平果铝业公司应用，获得全年全厂电流效率为91.11%的好水平。现在许多大铝厂都在研制320kA中间点式下料、六端进电大型预焙槽以提高电流效率。
提高电流效率更为有效的方法是彻底改变铝电解槽的结构。这方面的研究很多，最有吸引力的是惰性阳极、惰性阴极和侧壁形式的电解槽。1986年美国铝业公司提出了一种新型电解槽，采用惰性双极性电极来改造现行槽，即将阴极和阳极通过一个定位夹组合成一个整体，构成双极性阴阳极组合件，悬挂在电解质和熔融铝内。这样现行电解槽仅成了一个容器，金属铝液的波动对其无关紧要，铝电解的电流效率提高到93%，电能效率提高到70%。
降低槽电压首先要提高电解质的导电率。铝电解质的导电率低，又要保持一定的极距，电解质的电压降就占槽电压的30%～40%。在一定范围内添加锂盐、NaCl都能显著提高熔体的导电率，添加MgF2虽不能直接提高电解质的导电率，但可净化电解质中炭渣，使电解的反电势降低。另外合理的加工制度对减少电解质中悬浮氧化铝、减少槽底沉淀、提高电解质导电率是有利的。对于我国的侧插自焙电解槽，“勤加工、少下料、加工快、实压壳”对提高电解质导电率至关重要。其次要降低阳极过电压。阳极过电压占反电动势1.65V的1/3。阳极过电压随着阳极电流密度的降低而降低，随着溶解Al2O3的增加而降低。阳极掺杂可以产生阳极催化，使阳极过电压降低。加Li2CO3的效果可使阳极过电压降低200mV。另外降低母线电流密度，降低母线接触压降，也都是降低槽电压的措施。
第三，加强生产管理，延长电解槽的有效生产时间
电解槽因内衬破损而停槽大修所耗费用高在新建槽的1/3。延长槽的有效生产时间，可以降低成本。目前世界上大型预焙电解槽的平均寿命为1800天，我国大型预焙电解槽的平均寿命为1300天，有待于提高。主要应重视两方面：提高炭素质量，采用纯度高、石墨化程度高的阴极，电解槽的寿命可延长至2000天以上；加强管理，完善各项操作技术条件，保证正常生产，消除病槽的寿命是延长电解槽寿命的重要措施。
第四，按大型、高效、联合的原则建设新厂和改造旧厂
20世纪80年代以来，铝工业出现了电解槽大型化、高效、联合的趋势。在工艺条件上采用低摩尔比（2.2）、低浓度（Al2O3浓度1.5%～3%）、低温（940℃）；用数学模型优化设计电解槽，采用电子计算机控制生产过程，大大提高了电流效率、降低了成本。通过计算表明大型槽的投资费用和生产成本是随着铝厂规模的增大而降低的。从年产10万t的规模起，年产12.5万t的单位投资要低10%、成本降低5%。建立联合企业，原铝生产、加工一条龙，比原铝输出的经济效益大得多。
我国中小铝厂有60多家。这些铝厂均采用侧插自焙槽，容量60kA者居多，约有3000台，产量占我国铝总产量的40%以上，可谓我国电解铝工业的重要组成部分。这种槽有技术成熟、经济丰富、基建投资省、上马快等特点，适宜于电力分散、资金分散的地区进行小规模生产。这种槽存在的缺点是烟气净化难、装备水平低、劳动强度大、生产率低、电耗高。多年来一直想解决机械化问题，未能获满意效果。随着环保意识的加强、电费的涨价和原材料的涨价，
这些铝研制的出路就在于技术改造，提高装备水平，提高劳动生产率。改造的途径有以下几种。
首先要进行自焙槽的完善。采用集气效率较高的吊门式密封装置（集气率90%～92%），淘汰卷帘式密封（集气率75%～78%），提高电解槽的密封性，提高集气效率。采用半自动打壳下料，取代适合的型号的风机。60kA自焙电解槽在采用半自动打壳下料和密封良好时的单槽排烟量可降低至4500m3/h以下。采用计算机控制电解槽系列，提高产能、降低消耗和稳定槽系列。
其次在侧插槽上全面推行高温沥青干糊技术。我国每年阳极糊产量为38万t，多数为中温沥青稀糊，在生产中产生大量的焦油和大量的烟气。高温沥青干糊的粗骨料综合含量为70%，生糊沥青含量低于26%，熔化温度约为120℃，性能良好。为了生产这种糊，现有设备必须作如下调整：改蒸汽加热为电加热，增加筛分，改配料系统为连续自动。采用了高温沥青干糊就可以全面推行干法净化技术。
然而最根本地必变自焙槽的出路还是按大型、高效、联合的原则改造旧厂。云南铝业股份公司将60kA自焙电解系统彻底改扩为186kA预焙电解系统，一期工程60台新槽于1998年10月顺利投产。二期工程开发300kA预焙槽，于2004年9月全面投入生产运行，形成30万t/a的生产能力，与其配套的产能的炭素工程也将如期投产。直流电耗降低至13200kW·h/t（铝），成为全国效率最佳的铝企业之一。
