能源与铝 未来美国铝电解工业的发展趋势 美国的电解铝生产从它发明电解铝生产方法以来，直到上世纪80年代，可以说是连年增长，节节攀升。1950年生产65万吨，1980年上升到465万吨。这除了有充足的氧化铝供应外，最主要的是有廉价的电力供应。在1959年之前，美国的电解铝厂所用的电相当便宜，还不到5密尔/千瓦时（1密尔=1/1000美元）。到1984年，美国电解铝厂的电价上升至24.2密尔/千瓦时。从此，美国的电解铝厂开始感到能源的压力，就开始对电解铝工业进行调整：停止在本国新建电解铝厂，转到国外能源丰富、价格低廉的地区建设铝厂；停产或关闭国内的因电价增加而亏损的电解铝厂；停止出口原铝，强化铝加工产业，改变经营方式等。 从上世纪末以来，美国电解铝厂因电费涨价而纷纷停产或关闭，原铝生产量大幅度下降，铝锭及铝半制品的进口量大幅度上升，这种趋势今后会如何发展？美国的电解铝生产还能恢复昔日的辉煌吗？最近，美国的金属杂志发表了一篇文章，对美国未来铝工业的发展谈了以下一些看法，也许对我们了解美国未来铝工业的发展有所帮助。 1，美国铝供应的过去与现在 原铝的生产方法，虽然在生产设备的外观上发生了很大的变化，但工艺过程基本上还是将近120年前霍尔（Hall）和埃洛特（Heroult）发明时那样，熔炼方法本身基本保持未变，变化的只是熔炼铝的地点、能源和原料的供应地。在1880年代，匹兹堡熔炼公司利用蒸汽透平机发电来供应铝电解的生产。便宜的水电问世以后，铝电解生产中心从匹兹堡转移到纽约的马塞纳（Massena）。这个早期的转变可以说是一个前兆。现在在各电价低廉的地方新建电解铝厂的趋势证明了这一点。目前，美国太平洋西北地区的电解铝生产能力处于闲置和关闭状态，而同时又宣布在冰岛和特立尼达及其它别的地方新建电解铝厂，这说明能源费用对电解铝生产有很强的决定作用。 查看一下近10年的统计数字，看看世界原铝生产的增长情况：据美国地质调查局引用美国铝协会报告的数据，1992年，世界原铝的生产量是1950万吨，而到2002年，上升到了2590万吨，平均年增长铝为 3.1%。很明显，这期间铝产量的增长在世界各国是不平衡的。美国在这期间内，原铝产量下降了33%，从1992年的400万吨多，降到2002年得到270万吨。而生产原铝最多的是加拿大、俄罗斯和中国。 美国的原铝生产下降，而未加工的铝和铝铸造产品的输入量在不断增加，1992年的输入量是800万吨，到2002年增加到1000万吨。如果美国的原铝产量正在缩小，那么各铸造厂、铝材轧制厂、铝材挤压厂所需要的铝锭由哪儿供应？其答案可以从铝协会提供的数据中得到。现在美国铝工业的金属铝的供应来源，是由进口铝锭、铝轧材以及回收再生铝和国内生产的电解铝组成。2002年，进口的铝占总需要量的40.8%，而回收再生铝提供了总需要量的30.7%，原铝生产量占总需要量的28.5%。从1992年到2002年，美国铝的进口量年平均增长6.1%，再生铝回收量年平均增长0.9%，原铝生产量年平均下降2.3%。实际上，美国是在以进口铝锭的形式在进口能源。铝已经被当作“能源银行”看待。 从节约能源的立场来看，回收废旧铝进行再生铝的生产，对于铝的供应来说已经变得越来越重要了。有一个数字很说明问题，即用废旧铝重熔生产铝的能源消耗量只占用铝矿石生产铝的能耗的5%。美国回收废旧铝生产再生铝的历史情况是，1960年，再生铝的供应量是 40.1万吨，而到2000年， 美国由68家再生铝生产厂，生产了345万吨再生铝，为1960年的8.6倍。有人指出，美国再生铝生产量的增长表示其铝工业结构的最大变化和其能源消耗结构的改变。 2，美国铝工业的未来展望 美国金属铝的供应来源已经发生了很大的变化。美国2001年出版的《铝工业前瞻》已经对这个趋势有所认识。在2003年又发表了《铝工业技术路线图》。特别是在《铝工业前瞻》中指出“再生铝的生产在北美铝工业增长中将起到越来越重要的作用”。有人预测，铝的回收率将会随着回收技术的提高而提高，特别是废品分类技术的改进，将有利于废旧铝的回收率的提高。 《铝工业技术路线图》中的铝行业的可持续发展规划目标是，到2020年，铝要实现100%的回收。这样一个强势目标，将需要开发技术来保证产品的质量，使得回收的铝可以用于生产下游产品。这就要将重点放在路线图确定的重点项目上。 由于预计市场对铝的需求会增长，《铝工业前瞻》预计将来会因为可能得到的废旧铝的回收量的不足、或美国国内的原铝生产能力不够而需要增加铝的进口量。当然过去对趋势的估计与未来的实际情况会有差距，肯定要用新的方案调整，才能达到预期的结果。有一种可能性，就是能够降低能耗的新的铝生产技术的出现，这是一种新的选择。虽然一直在研究，但是到现在，也没有研究出一种有使用价值的、节约源的炼铝新方法，铝工业还将继续研究惰性阳极、可湿阴极技术和其他还原技术，如碳热法提炼铝。但是，这些都是一些高风险研究课题，在短期间内难以保证成功。 3，对能源考虑 除了经济的和铝的供应来源变化之外，还有一些能源方面的问题。在铝生产的第一个世纪里（1886~1986年），能源利用率有了很大的提高。现在还在研究，进一步寻找降低现在的铝生产工艺的能耗强度的新方法。现在的电解铝生产工艺的能源效率只有35%左右。 根据最新研究确认，生产一磅铝的能耗如下表所示： 表1 熔炼铝与重熔铝的能耗量比较（单位：BTU/磅） 熔 炼 重 熔 理论最低值 10200 510 现在生产平均值 26000 2200 实际可能达到值 20000 925 节能潜力 6000 1275 一种替代原生铝的办法，是重熔原铝锭和回收铝。上表1对重熔铝所需的能耗的理论值与实际生产的消耗值进行了比较。对于重熔来说，它的单位节约潜力比较小，但是，由于用重熔铝锭和回收的铝向下游铝制品制造提供的铝量，与原铝供应量相比，其比例不断增大，因而，改进提高重熔铝锭的能源效率也变得更为重要。 改变向下游铝制品制造行业提供金属原铝与其它铝的比例，对节约能源、提高能源效率，有令人瞩目的效果。因为重熔原铝锭和回收的铝，传统的方法是使用天然气，而原铝的生产必须依赖电能，需要对能源的形式进行转变。 4，美国铝工业未来可能的能源结构 美国肯塔基州Lexington地区的希凯特公司（Secat Inc.）为美国未来铝工业提出了一个引人入胜能源消耗战略。 美国的原铝生产，目前还有14家电解铝厂在生产（在1980年曾有32家电解铝厂），其中7家是满负荷生产，另7家大约只开动63%的设备能力。希凯特公司的方案提出，到2020年，1980年所拥有铝电解生产能力的80%都关闭，只需留下3~6家电解铝厂维持生产。希凯特公司的方案，是设想大型跨国公司将加强在美国本土以外的、能源价格低廉地区的电解铝厂的生产的。 另一方面，希凯特公司预测，在今后20~30年内，美国使用重熔铝量将会有显著的增长。它估计，其增长趋势将沿袭美国铝市场历来的年增长率2.5%，制造汽车的用铝量增长会更快一些，而包装业与建筑业用铝量的增长会慢一些。该公司还预计，铝废料的回收量的增长率有3.6%，这是因为汽车制造使用的铝量增加，因而从报废车辆中回收的铝量也会相应增加。此外，铝制品生产过程中产生的新废料量会达到其运输量的22%。最后一项，该公司预计在2010年之前，美国进口铝锭的75%需要重熔，2010年至2020年间，进口铝锭的重熔比例降到50%，2020年之后，其重熔比例降到25%。这个铝锭重熔比例的下降，是假设铝材的轧制和挤压生产所需的坯锭的备料率提高，减少从重熔铝锭开始备料的方法为坯锭作准备，继续改进铝的加工处理方法，改进铝的合金制造法和铸锭技术。 原铝生产量的减少，重熔铝量的增加，各自引起了耗能量的变化，而同样数量的铝锭，从熔炼矿石到产出铝锭的原铝生产过程的能耗量是重熔铝锭过程所需要量的20倍。提高重熔铝锭的用量而减少原铝的生产量可以改变铝工业能源费用的构成。但是，最重要的可能还是要在各个方面，通过对生产工艺和技术的改进，强化节能措施。 文章最后说，美国铝的消耗量会继续增加，原铝的生产量会继续减少，因此，向下游的铝制品生产企业提供的重熔铝锭和回收的再生铝资源量，会日益提高，因而，如何提高重熔铝锭工艺的能源效率和铝制品生产的能源效率，将是降低能源消耗、减少环境污染的关键问题。