我國作為全球最大的氧化鋁生產國,產量連續多年穩居世界第一,氧化鋁廠日夜運行不息,輸出著工業文明建設所需的基礎材料。然而在光耀外表之下,產業內部卻背負著三座沉重大山,正悄然扼緊我國氧化鋁產業發展的咽喉。
產能過剩與高端不足的結構性困局
從現有的用途,大體可以把氧化鋁分為兩大類:一類是冶金級氧化鋁,用作電解鋁,占氧化鋁產量的大多數;另一類為非冶金氧化鋁,也叫精細氧化鋁。我國95%的氧化鋁用于電解鋁的生產,因此,電解鋁的產量對氧化鋁的需求量起到決定性作用。
截至5月底,國內氧化鋁建成產能已高達10890萬噸/年。
然而,國內電解鋁4500萬噸產能“天花板”是不變的,按照一噸電解鋁消耗1.925噸的氧化鋁來計算,電解鋁用氧化鋁最大需求量約8663萬噸。
況且,截至5月底,中國電解鋁運行產能為4413萬噸/年,實際氧化鋁需求量為8495萬噸,相比于10890萬噸的年產能,當前我國已建成氧化鋁產能明顯過剩,加上在建產能和擬建產能,行業已處于嚴重過剩局面!
與冶金級氧化鋁產能嚴重過剩相反,我國在精細氧化鋁中一些高端氧化鋁如高純氧化鋁粉體、燒結細晶Al2O3粉體等方面并未完全實現國產化。以高純氧化鋁為例,高純氧化鋁(純度>99.99%)是氧化鋁中的高端品類,具備常規材料所不具備的光、電、熱、磁以及機械特性,應用極為廣泛。
當前我國在高純氧化鋁的微量雜質控制方面都取得了突破性的進展,出現了一批能夠生產高純氧化鋁的企業,實現了中低端產品的國產替代,但在某些高端領域仍依賴進口,價格高昂。據業內人士介紹,從國外進口的用于拋光行業并對產品指標有細致要求的高純納米氧化鋁,價格可高達100萬元/噸以上。
鋁土礦資源短缺的“缺糧”之虞
1888年前后,奧地利化學家拜耳(Carl Josef Bayer)開發了一種從鋁土礦生產氧化鋁的方法。
原理很簡單,先將鋁土礦和NaOH溶液混合加熱,鋁土礦所含氧化鋁可以在NaOH溶液中溶解成鋁酸鈉,過濾去除沉淀后,向鋁酸鈉溶液中添加Al(OH)3晶種使Al(OH)3重新析出,而剩下主要含NaOH的母液則重新用于處理下一批鋁土礦;得到的AI(OH)3通過煅燒即可制備Al2O3。這就是目前最主流的拜耳法生產工藝。
在拜耳法工藝中,鋁土礦是生產氧化鋁最主要的礦物。從鋁產業鏈來看,鋁土礦處于整個產業鏈的最上游。鋁土礦自然而然成為氧化鋁乃至整個鋁行業最重要的“糧”。
全球鋁土礦資源豐富,鋁土礦資源量合計約550-750億噸,主要分布在非洲、大洋洲、南美及加勒比海地區和亞洲,資源量占全球的比重分別為32%、23%、21%、6%。從儲量上來看,全球的鋁土礦儲量約313億噸,排名前幾的國家分別是幾內亞(74億噸)、越南(58億噸)、澳大利亞(35億噸)、巴西(27億噸)、牙買加(20億噸)。
根據我國自然資源部發布的《2023年中國自然資源公報》數據,截至2022年底,我國鋁土礦儲量約為6.8億噸,全球占比僅為2.4%。近年來,由于國內氧化鋁產量持續增加,我國國內近10年維持了較高的鋁土礦產量。據美國地質調查局(USGS)數據,2023年我國鋁土礦產量約9300萬噸鋁土礦,占全球鋁土礦產量約23%.意味著我國以全球2.4%的鋁土礦儲量,支撐著全球23%的鋁土礦產量,顯然是不可持續的。按照2023年全球鋁土礦儲量及產量測算,全球鋁土礦儲采比超過75年,而我國低于8年,國內鋁土礦資源保障程度嚴重不足。
此外,由于成礦機理不同,我國鋁土礦以沉積型為主,而國外大多數為堆積型鋁土礦,我國國內鋁土礦無論是資源品質還是冶煉成本較國外鋁土礦均有較大劣勢。我國鋁土礦經過持續大規模開采后,資源品質下降問題日益突出,山西及河南等地區出產的鋁土礦鋁硅比已小于5(國外鋁土礦鋁硅比普遍大于10)。
全球最大需求量與資源匱乏及稟賦不佳的矛盾造成了我國成為全球最大的鋁土礦進口國家,每年進口量超過全球進口總量的四分之三,特別是2019年以后,我國進口鋁土礦已連續五年超過1億噸,2023年我國累計進口鋁土礦14138萬噸,同比增長超過12.7%,再度創下我國鋁土礦進口歷史新高。在我國進口鋁土礦量創新高的同時,我國鋁土礦的對外依存度也持續提升,2023年全年我國鋁土礦的對外依存度達已超過60%。
因此,鋁土礦資源的匱乏及供應不穩定成為壓在我國氧化鋁產業上的第二座大山。
赤泥處置難題的生態重壓
在鋁土礦提煉氧化鋁過程中,會產生大量的固體廢物,因其含有大量氧化鐵,外觀與紅色泥土相似,故稱赤泥。
由于赤泥中含有大量的金屬離子,顆粒細小、堿度高(pH=10~12.5),容易引發地下水和海洋環境的污染,赤泥中的堿液還會造成土壤的堿化、沼澤化,引起嚴重的土壤污染。此外,濕法堆存的赤泥漿中赤泥的含量僅為15%~40%,堆積空間較大;干法堆存的赤泥,由于赤泥粉末顆粒細小,可能導致嚴重的粉塵污染,嚴重危害人類的身心健康。
每生產1噸氧化鋁,一般會產生0.8~1.5噸赤泥。據有關數據統計,目前我國每年產生大量赤泥,累計堆存量超過3億噸,占用土地近萬公頃。大量赤泥的堆存,不僅占用寶貴的土地資源,還給生態環境帶來嚴重威脅。同時,赤泥的堆存成本和管理費用也很高,企業面臨較大的壓力。
盡管目前我國赤泥利用率已超過10%大關,堆積量仍在快速增加,提高赤泥綜合利用率成為了一項極具挑戰性而又必須向前推進的重要工作。
但是,赤泥綜合利用之路困難重重。技術瓶頸是核心阻礙:赤泥成分復雜,回收提取有價金屬如鎵、鈧等工藝成本高;大規模用于建材又受限于其放射性及穩定性問題。安全堆存壓力日益劇增,環保投入隨之激增。赤泥問題,既是環境負擔,亦是經濟負擔,更是懸于企業頭頂的“達摩克利斯之劍”。
小結
當前,產能失衡、資源短缺與赤泥是壓在我國氧化鋁產業頭上的三座大山,要搬走這三座大山,唯有以循環經濟理念為引領,將資源高效利用與清潔生產內化為核心競爭力,推動全產業鏈向高端化、綠色化、低碳化躍升,方能徹底移山填壑,鑄就中國氧化鋁產業健康、可持續發展的新格局。