對(duì)我國(guó)發(fā)展高純鋁工業(yè)的思考

1、中國(guó)有色金屬報(bào)/2003年/11月/29日/第003版對(duì)我國(guó)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(shuō)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(pán)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(yáng)(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、錳等的低合

2、金化鋁箔。電容器在軌道車輛、演播室沖擊測(cè)量?jī)x(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,因而大大提高了燃

3、氣發(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(pán)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(shù)脂,經(jīng)曝光后除去無(wú)用的部位即未感光的樹(shù)脂,也就是把這些處的樹(shù)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)率也就越高。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CD、CD-ROM、CD

4、-RW、數(shù)據(jù)盤(pán)或微型盤(pán)、DVD銀盤(pán)等。在銀盤(pán)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(cè)物質(zhì)基本粒子方面起了功不可沒(méi)的作用。例如歐洲核研究中心(Euro-peanCentreForNuclearReserch探測(cè)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(guó)發(fā)射的航天飛機(jī)中裝有德國(guó)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行為,希望能建立理論模型以預(yù)

5、測(cè)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(guó)精鋁與高純鋁工業(yè)現(xiàn)狀中國(guó)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?shù)X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(wú)利可圖。20世紀(jì)80年代初期,撫順?shù)X廠的科研人員在實(shí)驗(yàn)室研究過(guò)偏析提純法,雖

6、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(kāi)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(lái)又經(jīng)過(guò)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。眾和精鋁股份有限公司是中國(guó)最大的精鋁與高純鋁生產(chǎn)企業(yè)

7、,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(kāi)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(guó)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(kāi)工建設(shè),計(jì)劃于2004年10月建成投產(chǎn),采用普基公司的偏析提純法,可

8、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(guó)擬建精鋁項(xiàng)目的企業(yè)有:關(guān)鋁股份有限公司、紅鷺?shù)X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(guó)已成為全世界高純鋁生產(chǎn)大國(guó),到2004年底可生產(chǎn)高純鋁企業(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(guó)高純鋁工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景看來(lái)很有必要。2002年中國(guó)的精鋁產(chǎn)量約11kt,全球的總產(chǎn)量約65kt,而據(jù)海德魯

9、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(zhǎng)率為3%3.5%,而高純鋁的年平均增長(zhǎng)率可達(dá)5%;而中國(guó)高純鋁的年平均增長(zhǎng)率可達(dá)15%以上。建議中國(guó)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(guó)際接軌。中國(guó)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(guò)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(jiǎn)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)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

10、法與海德魯法。中國(guó)已成為頭號(hào)原鋁生產(chǎn)大國(guó),理所當(dāng)然也可以成為高純鋁生產(chǎn)大國(guó),然而世界高純鋁的消費(fèi)量是有限的。據(jù)筆者預(yù)測(cè),全世界2005年的消費(fèi)量為81kt,2010年的消費(fèi)量也只不過(guò)104kt,而可產(chǎn)高純鋁的國(guó)家卻有日本、德國(guó)、法國(guó)、挪威、美國(guó)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(guó)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(chǎng)并不是一件輕而易舉的事?，F(xiàn)在我們假設(shè)日本全部退出高純鋁生產(chǎn)市場(chǎng),則可讓出40kt/a的生產(chǎn)能力,這就是說(shuō)2010年中國(guó)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(guò)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(chǎng)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(chǎng)的歡迎與好評(píng),這說(shuō)明中國(guó)的高純鋁是有國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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