我国电解铝生产企业炭素制品的发展_李铁山.pdf

4Industry development 行业发展我国电解铝生产企业炭素制品的发展李铁山摘要：铝是地壳中含量最高的金属，在生活中十分常见，从航空航天中所用的高科技铝制品到铝合金的窗框、医疗器材、电子产品中框与外壳等，都离不开它的身影。事实上，铝这种金属出现在人类的视野中历史极短，千百年来使用量最大的金属都是铜、铁和铝，铝的出现已经是近代化学的产物了。铝最早被提取制成时，是作为贵金属而存在的，法国皇帝拿破仑三世在宴请宾客时，只有皇帝的餐具使用铝来制成，在当时十分稀有。这种情况对照当今国际市场中铝制品的价格是难以理喻的，之所以铝制品在当时如此珍贵，本质上是因为其制备工艺与存储量还没有达到一定的标准，其中制备工艺是铝制品出现时间与其在地壳中含量出现巨大差异的实际原因。铝元素本身比较活泼，其氧化物或者其它化合物又比较稳定，导致其在自然界中没有单质铝的存在，在电解铝工艺出现后，铝才真正走进千家万户。本文通过对电解铝及其生产的必要原材料炭素制品进行研究，最终落点为我国电解铝生产企业炭素制品发展的战略。关键词：电解铝；碳阳极；发展现状；发展战略如今的铝制品已然成为生活中的必需品，无论是生产还是生活，铝都悄无声息渗透进了每一个角落。铝是一种典型的金属，其化学性质十分活泼，容易与其它物质形成合金，从而呈现出多样化的理化性质。由于铝在地壳中的含量高，所以世界各地都能够轻松探测到大量的铝矿资源。探测到资源后，由于其不以单质存在，所以必须通过冶金手段将其提炼出来。铝的性质研究比铝单质的出现时间更早，在其单质被提炼出之前，化学界已经能够根据实验结果推测出铝金属的存在，并对其理化性质进行了一定程度的预测。通过传统加热提取金属单质的方式来提取铝是难以实现的，其化合物所呈现出的理化性质与单质铝大相径庭。对铝单质的研究首先就应该建立在对其化合物的研究上，从铝矿到铝制品，中间有着许多复杂的技术流程。经过多次的技术迭代，电解铝成为世界上提取铝单质的主要手段。1 电解铝及其炭素制品基本概念与原理电解铝指的是通过电解方式获得铝单质的过程。由于在自然界中铝的存在形式不是单质，所以在进行铝的利用时需要将其提炼出来，电解铝就是进行铝元素提取时最主要的手段，所以一般情况下也把通过电解的技术手段提取的铝单质称为电解铝。这两种概念一者指的是过程，一者指的是结果，本文中提到的电解铝主要指的是电解铝的制备过程，如需表述电解铝的产品，将以电解铝制品的方式进行表述。在电解铝的过程中，通过电能的作用，加速了铝的化合物还原成为铝单质的过程，这种制备方式与其他的电解制备工艺如出一辙，通过人为干预使得本身难以发生或者反应较为微弱的过程更加剧烈、更加迅速，当然也会形成其它物质的消耗。电解铝过程中主要的原料是铝的矿石和电解的阳极材料，在初期的制备过程中，铝的矿石到最终形成铝单质周期很长，产量也比较低，这主要是两个方面的原因。一方面由于早期电能的昂贵，科学家在研究时才能制造出少量的电能，后期就进行了消耗，电压比较低，供电系统也不够稳定，所以生产铝制品缓慢。另一方面，早期在进行铝的制备时，使用的阳极材料对于铝的电解过程反应不够剧烈或不可控，这也使得在较长的一段时间内科学家在进行铝的研究时都在寻找一种合适的阳极产品。在过渡阶段，这种阳极材料的呈现的状态较为独特，被称为阳极糊，但随着研究的推进，如今在进行电解铝时主要的阳极材料成为了炭素棒，也就是本文所主要研究的电解铝生产企业炭素制品。电解铝企业为了节约成本一般会选择自建工厂进行炭素制品的生产，这也就产生了专有的研究方向，即对电解铝生产企业炭素制品发展的研究。2 我国电解铝用炭素制品发展现状2.1电解铝生产企业现状目前我国电解铝生产企业的整体发展态势良好，但是长久以来形成的固化的管理模式及生产习惯限制了企业的进一步发展，由于市场本身较大，技术和管理不够先进的企业大部分也能保持正常的生存。2.2国家战略方针改革开放以来，我国的金属发展战略中就提出了优先发展铝的方针。直至今日，国家对于金属铝行业的支持程度也丝毫未减，炭素制品阳极电解铝是国家主推的金属铝提炼方案，在能源的供应和原材料的获取上都占有极大的优势。2.3技术发展情况当前电解铝企业内所使用的电解槽等设备大部分来自进口，但对于整个铝制品工业来讲，无论是基础技术还是附属产业技术国内都有着一整套的解决方案，在改革的进程中国产技术正逐步取代进口技术，成为行业的主要解决方案。2.4自建炭素工厂情况根据国家整体的战略安排，结合国内铝矿及煤矿、石油井等的分布情况，当前我国电解铝用炭素制品的分布与电解铝生产5Industry development 行业发展企业的分布上呈现了一样的规律。生产经验丰富的企业主要分布在华中地区，包括山东、河南、山西、陕西等省份。近年来又配合西部大开发战略进行了西迁，至2022年，西部地区的电解铝用炭素工厂数量已跃居全国第一。2.5产业消费情况新技术的引进让铝制品的应用范围更广阔，同时也对铝制品的生产提出了更高的要求。当前我国铝产业处于高速消费的历史阶段，每年的铝制品交易数量都在正向拉升，作为基础材料的炭素制品交易也逐年上升，产业消费欣欣向荣。2.6铝产品产量现状市场的要求就是企业生产的原动力，在市场不断扩大的情况下，无论是哪种类型的电解铝生产企业，都在使用着最大的生产能力进行生产，同时不断进行技术和管理的改进，原铝产量不断创造纪录。2002年起，我国的铝产品产量已经跃居全球第一，电解铝用炭素制品的自主产量也保持着同步的进展。2.7资金利用情况在庞大的市场下，电解铝用炭素制品已经成为一种期货进入了期货市场，在炭素制品还未生产之时，其合同就开始了市场流动，裹挟着大量的资金。看好电解铝企业的公司或个人给其中倾注了大量的流动资金，使得行业发展资金投入规模大、流动性强，电解铝用炭素制品已经脱离了本身的生产意义，有极大的风险。2.8国际市场态势铝用炭素制品的贸易在国际上十分火热，但本质上这属于国家的低姿态高水平战略。由于在国际上广泛放弃低值产品，我国抓住了这个发展机会，在多个行业都发力于基础低值产品线，占据世界市场的主体地位，反而从侧面控制了整个行业的发展，主体企业不得不提高价格来进行炭素制品的采购，在当前国际市场上具有独特的发展优势。3 电解铝及其炭素制品发展制约因素电解铝企业在进行自主的铝用炭素制品生产时因为历史遗留及新兴技术冲击会形成许多的问题，这些问题在得到解决的情况下，能够推动着行业向前发展，在处理不善时，就会对企业的继续生产与生存产生威胁，这些问题就是电解铝用炭素制品发展的制约因素,也是电解铝工艺本身的制约因素。在当前的生产环境下，电解铝及其炭素制品的发展主要有以下九大制约因素。3.1能源价格在进行电解铝的生产时，有一个重要的生产原料，但一般进行研究时不将其置入低值易耗品的管理范畴之中，那就是电能。电解铝之所以被称之为电解铝，本质的原因就是在其进行生产时必须要使用电能。早期电解铝制备时产量很低，供不应求，使得在地壳中含量最高的铝仍然依照物以稀为贵的原则成为贵金属，其中最大的原因就是当时电力供应不足。今天的电解铝依然是依靠电能来完成的，电能的价格随时会影响电解铝及电解铝用炭素制品的生产过程。3.2煤炭成本煤炭对于电解铝企业有着两个方面的巨大作用，在进行电解铝制品的生产时，一方面需要电来提供能量，同时还需要使用碳棒来作为阳极。我国电解铝企业所使用的电能来自国家电网，数据显示，当前我国国家电网中电源的主要组成部分依然是火力发电机组，这些火力发电机组主要依靠燃烧煤炭产生热能，从而驱动涡轮的运动。煤炭在进行深度工艺生产后，成为电解铝用炭素制品，在此环节中是作为耗材来使用的。由于煤炭在电解铝制备中的巨大作用，煤炭的成本也对电解铝及其炭素制品的发展形成制约。3.3交通条件电解铝及其炭素制品的生产、销售过程都需要大量的运输设备。铝制品作为国家战略中重要金属战略，产量十分巨大，也就需要更多的原材料来提供生产。虽然在生产过程中所使用的电能不涉及交通运输，但是火力发电所用的煤炭也是需要进行运输的。如果交通条件不能够满足原材料的运输，那必然会影响电解铝制品的最终产量。良好的交通条件是电解铝及其炭素制品进行生产的必要条件，对其发展形成基础设施方面的制约。3.4石油焦、煤沥青产量石油焦与煤焦油是石油化工与煤化工的产物，在现代化工产业中已经成为了十分基础的工业原料。通过对石油焦和煤沥青进行高度工艺处理，能够将其制作成为涵盖衣食住行的各个方面的产品。对于电解铝生产企业来讲，石油焦和煤沥青的主要作用是进行炭素制品的生产。石油焦与煤沥青是进行电解铝用炭素制品的优良原材料，且其可以作为石油或煤化工的附属产品，在综合利用的角度作用明显。作为电解铝用炭素制品的主要原材料，石油焦与煤沥青产量的波动也会迅速引起炭素制品产量的波动。3.5人力成本电解铝及其炭素制品的制备属于典型的冶金化工类型，冶金化工需要大量的工人来进行操作，才能够完成正常的生产任务。大量的工人在进行生产时给企业带来了便利，同时企业也需要向工人支付工作薪酬。随着经济的发展，我国正在脱离一直以来的劳动密集型社会，社会上的自由劳动力在选择职业时不会将工厂作为首选，工厂为了保证正常生产只能不断提高工人的薪资，导致企业的人力成本大大增加，成为企业在进行规划时首先就需要考虑的部分。3.6生产工艺电解铝工艺发展的历史不长，在其成长周期内基本上处于边建设、边生产、边研究、边改进的状态之内，这也就使得同一个行业中使用着大量不属于同一时代的技术工艺。不同的工艺之间各有特点，导致部分企业在进行工艺跟进时也不够积极。科6Industry development 行业发展学技术是第一生产力，这一认知在电解铝及其炭素制品的生产环节也同样使用，无论是以往的老工艺还是逐渐出现的新工艺，其永远都会面临着种种不足，最终都需要通过更新生产工艺来解决。3.7上下游产业配合情况在经济全球化的大背景下，没有任何产业能够独善其身，不同的产业之间总在不断相互影响。电解铝及其炭素制品在生产前涉及工艺的选择、厂房的修建、交通的建设、原材料的选择、人才的聘请，在生产过程中需要进行随时的把控进行研究，生产完成后，产品还涉及包装、定制、出售等繁杂的环节，每一个环节都对应着一批产业，甚至会产生新的附属产业，其中原材料等属于上游产业，产品出售等属于下游产业，上下游产业的配合情况随时会影响到电解铝及其炭素制品本身的发展。3.8生产习惯生产习惯又叫做生产模式，其指的是产品在生产过程中所遵循的一整套逻辑。在电解铝生产企业运行的过程中,通过制度来对生产进行了要求，同时也遵循着行业内、企业内约定俗成的一些生产流程与生产方法，这就是这个企业的生产习惯。电解铝及其炭素制品生产习惯与制度之间存在着一定的差异性，且由于一大部分的生产习惯本身需要熟练的工作者才能掌握，生产习惯在保证产线正常运行的同时也制约了企业的变革。3.9管理模式管理模式与生产习惯是两个不同的概念，生产习惯中逐渐被固化的部分就会被管理者进行总结，从而成为管理中的一部分。管理模式在长时间的运作中也会有一部分变化成为生产习惯。管理的水准决定了企业生产的上限，先进的管理模式总能够孵化先进的生产习惯，为企业的正常运作提供支撑。但管理没有绝对的先进，且本身是一个动态前进的过程，不同的管理模式带给电解铝生产企业不同的未来。4 我国电解铝生产企业炭素制品发展战略4.1“一带一路”的倡议任何行业的发展本身都需要与国家的战略相适应。我国作为电解铝及其炭素制品的生产制造及应用大国，对于电解铝制品及电解铝用炭素制品的需求也很大，形成了巨大的市场缺口。通过“一带一路”的倡议，可以从周边富铝国家与富油国家进口铝原矿与原油，减少对国内矿物资源的利用。也可以将深度加工的产品进行出售，赚取外汇。4.2保护生态的战略体系可持续发展战略是国家的根本战略，保护生态战略是可持续发展战略的重要组成部分。习近平总书记强调：既要绿水青山，也要金山银山。在进行电解铝及其炭素制品的生产销售时，要将保护生态的理念贯彻始终。4.3大型超大型预焙阳极铝电解槽的战略技术早期在进行电解铝制品生产时，由于整体的原理是公开的