對(duì)我國發(fā)展高純鋁工業(yè)的思考

1、中國有色金屬報(bào)/2003年/11月/29日/第003版對(duì)我國發(fā)展高純鋁工業(yè)的思考王祝堂高純鋁的主要用途高純鋁是高技術(shù)高附加值材料，所以它的主要用途是在一些高技術(shù)領(lǐng)域和科學(xué) 研究用。例如精鋁（3N84N8的78%左右用于軋制電解電容器鋁箔，即常說的電子箔 照明燈具的用量占12%,其他用途的為6%,計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)硬盤的用量約4%（圖1。超純 鋁（5N6N,每種雜質(zhì)的最大含量0.4ppb的95%用于制造半導(dǎo)體器件,5%用作超導(dǎo)電 纜的穩(wěn)定化材料（圖2。3N4N精鋁主要用于制造電解電容器鋁箔，分為陽（正極箔與陰極箔兩種，前者 采用純度為3N54N8的鋁;后者則用2N73N的鋁或采用含有微量合金元素如銅、

2、錳等的低合金化鋁箔。電容器在軌道車輛、演播室沖擊測量儀（studiosurge-measuringinstruments熒光燈與汽車燈具、摩托車電子設(shè)備、影視設(shè)備中有著廣泛 的應(yīng)用。精鋁在照明燈具中有著重要用途，鋁越純對(duì)光的反射率就越高，哪里有現(xiàn)代化的 照明燈具，哪里就有精鋁在起著至關(guān)重要的作用。航空航天器要用很多高強(qiáng)度、高韌性、高抗蠕、高抗疲勞的鋁合金，這些鋁合金須用雜質(zhì)含量低的鋁制造。在制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)與導(dǎo)彈發(fā)射發(fā)動(dòng)機(jī)方面的葉片 須用超級(jí)合金，而精鋁是超級(jí)合金的一個(gè)不可或缺的元素。用含鋁的超級(jí)合金單晶 體制造透平發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的主要優(yōu)點(diǎn)是，既有極高的室溫強(qiáng)度又有高的高溫強(qiáng)度與抗 高溫氧化能力

3、，因而大大提高了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)與水力渦輪發(fā)電機(jī)的工作性能與效率。5N及6N的高純鋁在當(dāng)今的高新技術(shù)中起著不可估量的作用。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)硬 盤是用高純鋁或高純鋁合金制造的。在制造集成電路芯片時(shí)陰極濺鍍是一種必不可 少的工藝，這是一種特殊的高技術(shù)工藝，蒸發(fā)的呈等離子狀態(tài)的鋁沉積于陰極靶面，即在硅片（siliconw afer上形成一層薄薄的均勻的極少缺陷的鋁膜，隨后在膜上涂一層感 光性樹脂，經(jīng)曝光后除去無用的部位即未感光的樹脂，也就是把這些處的樹脂腐蝕掉 而保留的極窄的鋁條便是所需的導(dǎo)電體。陰極濺鍍用的鋁越純，其電導(dǎo)率也就越超純鋁的另一重要用途是作為集成電路的配線。5N超純鋁用于制造光電子存 儲(chǔ)媒體，如C

4、D、CD-ROM、CD-RW、數(shù)據(jù)盤或微型盤、DVD銀盤等。在銀盤中用 5N超純鋁濺射膜作為光反射層。高純鋁在高能物理研究與探測物質(zhì)基本粒子方面起了功不可沒的作用。例如歐 洲核研究中心（Euro-peanCentreForNuclearReserc探測器的超導(dǎo)結(jié)構(gòu)與電纜用高純 鋁作為鈮-鈦（Nb-T i超導(dǎo)線的穩(wěn)定化材料，使它們始終處于超導(dǎo)狀態(tài)。超純鋁在航天飛機(jī)科學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用。1998年秋美國發(fā)射的航天飛機(jī)中裝有德國亞琛工業(yè)大學(xué)（AchenUniversityOfT echnol-ogy提供的AlMnSi3合金樣 品，是用5N超純鋁制造的。此項(xiàng)研究的目的是探索金屬在微重力作用下的凝固

5、行為 希望能建立理論模型以預(yù)測凝固系統(tǒng)中金屬微觀結(jié)構(gòu)的形成，以及探討金屬固/液相界面模型。我國精鋁與高純鋁工業(yè)現(xiàn)狀中國精鋁生產(chǎn)始于1958年,距原鋁工業(yè)化生產(chǎn)約4年。那年撫順鋁廠的工程技 術(shù)人員設(shè)計(jì)與制造了 12臺(tái)三層電解法精鋁槽，電流強(qiáng)度5.8kA,生產(chǎn)能力0.18kt/a。 1964年對(duì)精鋁生產(chǎn)線進(jìn)行了改擴(kuò)建,槽數(shù)增至44臺(tái)，電流強(qiáng)度提高到8kA,生產(chǎn)能力 增加到950t/a。20世紀(jì)70年代中期將電流強(qiáng)度提高到12kA,電耗卻高達(dá) 19000kWh/t精鋁。2000年該廠精鋁生產(chǎn)線關(guān)閉，因電耗仍高達(dá)15000kWh/t精鋁以 上，電價(jià)約占成本50%,無利可圖。20世紀(jì)80年代初期，撫順鋁

6、廠的科研人員在實(shí)驗(yàn) 室研究過偏析提純法，雖然獲得了少量精鋁，但不具備工業(yè)化生產(chǎn)條件，不久放棄研究 開發(fā)。三層電解法槽現(xiàn)已全部拆除。1976年，貴州鋁廠(現(xiàn)在的中鋁公司貴州分公司建成一條三層電解法精鋁生產(chǎn)線,14臺(tái)電解槽，電流強(qiáng)度12kA,生產(chǎn)能力0.35kt/a;1980年又增建6臺(tái)槽產(chǎn)能達(dá)到0.6kt/a;后來又經(jīng)過擴(kuò)建使生產(chǎn)能力達(dá)到3kt/a。2003年,該廠從日本引進(jìn)的三層電解法精鋁生產(chǎn)線于4月份投產(chǎn)，生產(chǎn)能力5kt/a。雖然現(xiàn)代化的三層電解法的電耗有較 大下降，但直流電耗仍高達(dá)12500kWh/t左右，原鋁消耗約1030kg/t精鋁。所以精鋁的 制造成本主要決定于原鋁價(jià)格與電耗。眾和精

7、鋁股份有限公司是中國最大的精鋁與高純鋁生產(chǎn)企業(yè)，也是世界上最大 的這類生產(chǎn)廠之一。至2003年底,精鋁的總生產(chǎn)能力為23kt/a全部采用三層電解法； 還有一條生產(chǎn)能力為0. 2kt/a的偏析法高純鋁生產(chǎn)線，可生產(chǎn)99.9993%(5N3的高純 鋁。該公司共有3條精鋁生產(chǎn)線，第一條即一期工程，1988年投產(chǎn),32kA槽,生產(chǎn)能力 5kt/a;第二期工程同一年開始生產(chǎn)，65kA,生產(chǎn)能力10kt/a;三期工程80kA槽，生產(chǎn)能力 8kt/a,可于今年晚些時(shí)候投產(chǎn)。此生產(chǎn)線投產(chǎn)后，將關(guān)閉一期工程電解槽。包頭鋁業(yè)有限責(zé)任公司與法國普基鋁業(yè)公司合資建設(shè)的精鋁項(xiàng)目的一期工程于 2003年9月開工建設(shè),計(jì)劃

8、于2004年10月建成投產(chǎn)，采用普基公司的偏析提純法，可 生產(chǎn)純度99.99%的精鋁。該公司一期工程的生產(chǎn)能力為5kt/a，公用設(shè)施及廠房等具備將生產(chǎn)能力擴(kuò)大到10kt/a的條件。我國擬建精鋁項(xiàng)目的企業(yè)有：關(guān)鋁股份有限公司、紅鷺鋁業(yè)有限公司、神火集 團(tuán)鋁業(yè)公司等。它們很有可能在 2005年形成10kt15kt/a的生產(chǎn)能力。對(duì)發(fā)展高純鋁工業(yè)的設(shè)想中國已成為全世界咼純鋁生產(chǎn)大國，到2004年底可生產(chǎn)咼純鋁企業(yè)有3個(gè),總生 產(chǎn)能力33kt/ a僅次于日本居全球第二。2005年的生產(chǎn)能力有可能達(dá)45kt/a,從而躍 居世界第一。因而談?wù)勈澜缗c我國高純鋁工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景看來很有必要。2002年中國

9、的精鋁產(chǎn)量約11kt，全球的總產(chǎn)量約65kt，而據(jù)海德魯鋁業(yè)公司的數(shù) 據(jù)約為70kt。全世界高純鋁的產(chǎn)量約為原鋁總產(chǎn)量的 0.27%,在2010年以前不可能 突破0.3%。2010年以前全世界原鋁產(chǎn)量的年平均增長率為 3%3.5%而高純鋁的年平均增 長率可達(dá)5%;而中國高純鋁的年平均增長率可達(dá) 15%以上。建議中國取消精鋁！這一概念，而采用原鋁、高純鋁、超純鋁的叫法，以便與國際 接軌。中國提取高純鋁的工藝雖已有三層電解法與偏析法，但前者占的比例過大，到2004年底將占總生產(chǎn)能力的84.35%。由于偏析法具有能耗低、不排放污染物、裝 備較簡單、產(chǎn)品的純度高等優(yōu)點(diǎn)，所以今后不宜發(fā)展三層電解法，對(duì)現(xiàn)

10、有的三層電解 法也可逐步改為偏析法。偏析法有六七種，主要的有日本法、普基法與海德魯法。中國已成為頭號(hào)原鋁生產(chǎn)大國，理所當(dāng)然也可以成為高純鋁生產(chǎn)大國，然而世界 高純鋁的消費(fèi)量是有限的。據(jù)筆者預(yù)測，全世界2005年的消費(fèi)量為81kt,2010年的 消費(fèi)量也只不過104kt,而可產(chǎn)高純鋁的國家卻有日本、德國、法國、挪威、美國等 日本的企業(yè)已幾乎全部淘汰了高能耗的三層電解法，而其他國家也大多采用低能耗的偏析法，并具有質(zhì)量高、成分穩(wěn)定的 優(yōu)點(diǎn)，所以將它們逐步擠出市場并不是一件輕而易舉的事。現(xiàn)在我們假設(shè)日本全部 退出高純鋁生產(chǎn)市場，則可讓出40kt/a的生產(chǎn)能力，這就是說2010年中國高純鋁的生 產(chǎn)能力以70kt/a為極限產(chǎn)量以65kt為限度;2005年的生產(chǎn)能力不宜超過40kt/a,產(chǎn)量 以35kt為目標(biāo)。擬建高純鋁項(xiàng)目的企業(yè)務(wù)必對(duì)高純鋁的性能、生產(chǎn)技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng) 域與市場情況、發(fā)展前景有一個(gè)清晰的了解。2003年上半年，眾和精鋁有限公司向日本出口 20t高純鋁，受到市場的歡迎與好 評(píng)，這說明中國的高純鋁是有國際市場競爭力的，前景廣闊。生產(chǎn)高純鋁的裝備既不龐大也不復(fù)雜，但相當(dāng)精巧，需嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝參數(shù)，以 便能