1.2　鋁產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

鋁的產(chǎn)業(yè)鏈主要由鋁土礦開采、氧化鋁提煉、原鋁生產(chǎn)和鋁材加工四個(gè)環(huán)節(jié)組成，見圖1-3。首先是鋁土礦開采，再通過對鋁土礦溶解、過濾、酸化和灼燒等工序提煉出氧化鋁，然后通過電解熔融的方式制備電解鋁。電解鋁經(jīng)過重熔提純后可進(jìn)一步加工成各種鋁材、鋁合金以及鋁粉等。目前，鋁產(chǎn)業(yè)鏈在技術(shù)升級中不斷延伸，由最初的簡單鑄造壓延擠壓向精密加工領(lǐng)域擴(kuò)展，不斷拓展鋁應(yīng)用領(lǐng)域，目前廣泛應(yīng)用在新興領(lǐng)域如高鐵、城市軌道、太陽能板、電動(dòng)汽車、核電等。最高技術(shù)的鋁深加工是應(yīng)用在電子設(shè)備、汽車和航空領(lǐng)域的高壓電子鋁箔、釬焊箔等。

1.2.1　鋁土礦資源及分布

鋁是地殼中分布最為廣泛的元素之一，其平均含量為8.8%（若以Al2O3計(jì)，則為16.62%），僅次于氧和硅而位居第三位；就金屬元素而言，鋁則位居第一位，比鐵（約占5.1%）、鎂（約占2.1%）和肽（約占0.6%）的總和還多。鋁屬于親氧元素，在自然界中多以氧化物、氫氧化物和鋁硅酸鹽形式存在，極少發(fā)現(xiàn)自然鋁。自然界已知的含鋁礦物有258種，其中常見的礦物約43種，最重要的含鋁礦石有鋁土礦、明礬石、霞石等。用于提煉金屬鋁的主要是由一水硬鋁石、一水軟鋁石或三水鋁石組成的鋁土礦。

一水硬鋁石又名水鋁石，結(jié)構(gòu)式和分子式分別為AlO（OH）和Al2O3·H2O，斜方晶系，結(jié)晶完好者呈柱狀、板狀、鱗片狀、針狀、棱狀等。礦石中的水鋁石一般均含有TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Ta2O5等不同量類質(zhì)同象混入物。水鋁石溶于酸和堿，但在常溫常壓下溶解甚弱，需在高溫高壓和強(qiáng)酸或強(qiáng)堿濃度下才能完全分解。一水硬鋁石形成于酸性介質(zhì)，與一水軟鋁石、赤鐵礦、針鐵礦、高嶺石、綠泥石、黃鐵礦等共生。其水化可變成三水鋁石，脫水可變成α-剛玉。

一水軟鋁石又名勃姆石、軟水鋁石，結(jié)構(gòu)式為Al（OH）3，分子式為Al2O3·H2O，斜方晶系，結(jié)晶完好者呈菱形體、棱面狀、棱狀、針狀、纖維狀和六角板狀。礦石中的一水軟鋁石常含F(xiàn)e2O3、TiO2、Cr2O3、Ga2O3等類質(zhì)同象。一水軟鋁石可溶于酸和堿。該礦物形成于酸性介質(zhì)，主要產(chǎn)在沉積鋁土礦中，其特征是與菱鐵礦共生。它可被一水硬鋁石、三水鋁石、高嶺石等替代，脫水可轉(zhuǎn)變成一水硬鋁石和α-剛玉，水化可變成三水鋁石。

三水鋁石又名水鋁氧石、氫氧鋁石，結(jié)構(gòu)式為Al（OH）3，分子式為Al2O3·3H2O，單斜晶系，結(jié)晶完好者呈六角板狀、棱鏡狀，常呈細(xì)晶狀集合體或雙晶。礦石中三水鋁石多呈不規(guī)則狀集合體，均含有不同量的TiO2、SiO2、Fe2O3、Nb2O3、Ta2O5等類質(zhì)同象或機(jī)械混入物。三水鋁石溶于酸和堿，其粉末加熱到100℃經(jīng)2h即可完全溶解。該礦物形成于酸性介質(zhì)，在風(fēng)化殼礦床中三水鋁石是原生礦物，也是主要礦石礦物，與高嶺石、針鐵礦、赤鐵礦、伊利石等共生。三水鋁石脫水可變成一水軟鋁石、一水硬鋁石和α-剛玉。

鋁土礦的化學(xué)成分主要為Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H3O+，五者總量占成分的95%以上，一般>98%；次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有機(jī)質(zhì)、碳質(zhì)等，微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等。Al2O3主要賦存于鋁礦物——一水硬鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石中，其次賦存于硅礦物中（主要是高嶺石類礦物）。在內(nèi)生條件下，由于二氧化硅的廣泛存在，Al2O3與SiO2常緊密結(jié)合成各類鋁硅酸礦物，這些礦物一般鋁硅比小于1，而工業(yè)上對鋁礦石一般要求SiO2≥40%，Al/Si>1.8～2.6，因此內(nèi)生條件下很少形成工業(yè)鋁礦床。

鋁土礦礦石根據(jù)其所含的主要含鋁礦物分為：三水鋁石型、一水軟鋁石型和一水硬鋁石型。國外鋁土礦礦石主要是三水鋁石型，次為一水軟鋁石型，而一水硬鋁石型鋁土礦極少。但我國則主要是一水硬鋁石型鋁土礦，三水鋁石型鋁土礦極少。

1.2.1.1　世界鋁土礦資源分布情況

世界鋁土礦資源比較豐富，美國地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey，USGS）2015年數(shù)據(jù)顯示，世界鋁土礦資源量為550億～750億噸。世界鋁土礦已探明儲(chǔ)量約為280億噸，主要分布在非洲（32%）、大洋洲（23%）、南美及加勒比海地區(qū)（21%）、亞洲（18%）及其他地區(qū)（6%）。從國家分布來看，鋁土礦主要分布在幾內(nèi)亞、澳大利亞、巴西、中國、希臘、圭亞那、印度、印度尼西亞、牙買加、哈薩克斯坦、俄羅斯、蘇里南、委內(nèi)瑞拉、越南及其他國家。其中，幾內(nèi)亞（已探明鋁土礦儲(chǔ)量74億噸）、澳大利亞（已探明鋁土礦儲(chǔ)量65億噸）和巴西（已探明鋁土礦出儲(chǔ)量26億噸）三國已探明儲(chǔ)量約占全球鋁土礦已探明總儲(chǔ)量的60%，具體見表1-3。

1.2.1.2　我國鋁土礦資源分布情況

我國國土資源部發(fā)布的《2015年中國國土資源公告》顯示，截至2015年，我國鋁土礦查明資源儲(chǔ)量為43.4億噸。我國鋁礦、鋁礬土資源儲(chǔ)量分布較為集中，主要分布在山西、貴州、廣西和河南四省，共計(jì)90.9%；其余擁有鋁土礦的15個(gè)省、自治區(qū)、直轄市的儲(chǔ)量合計(jì)僅占全國總儲(chǔ)量的9.1%，見圖1-4。我國鋁土礦除分布集中外，以大、中型礦床居多。儲(chǔ)量大于2000萬噸的大型礦床共有31個(gè)，其擁有的儲(chǔ)量占全國總儲(chǔ)量的49%；儲(chǔ)量在500萬～2000萬噸之間的中型礦床共有83個(gè)，其擁有的儲(chǔ)量占全國總儲(chǔ)量的37%，大、中型礦床合計(jì)占到了86%。

山西的鋁土礦床（點(diǎn)）主要分布在孝義、交口、汾陽、陽泉、盂縣、寧武、原平、興縣、保德、平陸等5大片42個(gè)縣境內(nèi)，面積約6.7萬平方公里，探明鋁土礦儲(chǔ)量居全國第一，該區(qū)的資源總量估計(jì)可達(dá)20億噸。

河南的鋁土礦集中分布在黃河以南、京廣線以西的鞏縣、登封、偃師、新安、三門峽、陜縣、寶豐、魯山、臨汝、禹縣等3大片10多個(gè)縣境內(nèi)，面積3萬多平方公里，探明鋁土礦儲(chǔ)量居全國第2位，預(yù)測資源總量可達(dá)10億噸。

貴州的鋁土礦床主要分布在“黔中隆起”南北兩側(cè)的遵義、息峰、開陽、甕安、正安、道真、修文、清鎮(zhèn)、貴陽、平壩、織金、茍江、黃平等十幾個(gè)縣內(nèi)，面積2400km2，探明鋁土礦儲(chǔ)量居全國第3位，預(yù)測資源總量逾10億噸。

廣西的鋁土礦集中分布在平果、田東、田陽、德保、靖西、桂縣、那坡、果化、隆安、邕寧、崇左等縣境內(nèi)，探明鋁土礦儲(chǔ)量居全國第4位，預(yù)測鋁土礦儲(chǔ)量在8億噸以上。

山東的鋁土礦主要分布在淄博、新泰、洪山等縣境內(nèi)，其探明鋁土礦儲(chǔ)量占全國總儲(chǔ)量的3%。

此外，在海南、廣東、福建、云南、江西、湖北、湖南、陜西、四川、新疆、寧夏、河北等省（區(qū)），也有鋁土礦礦床產(chǎn)出。

1.2.1.3　我國鋁土礦資源特點(diǎn)

我國鋁土礦的質(zhì)量相對比較差，加工困難、耗能大的一水硬鋁石型礦石占全國總儲(chǔ)量的98%以上。在保有儲(chǔ)量中，一級礦石（Al2O3 60%～70%，Al/Si≥12）只占1.5%，二級礦石（Al2O3 51%～71%，Al/Si≥9）占17%，三級礦石（Al2O3 62%～69%，Al/Si≥7）占11.3%，四級礦石（Al2O3>62%，Al/Si≥5）占27.9%，五級礦石（Al2O3>58%，Al/Si≥4）占18%，六級礦石（Al2O3>54%，Al/Si≥3）占8.3%，七級礦石（Al2O3>48%，Al/Si≥6）占1.5%，其余為品級不明的礦石。

我國鋁土礦的另一個(gè)不利因素是適合露采的鋁土礦礦床不多，據(jù)統(tǒng)計(jì)只占全國總儲(chǔ)量的34%。與國外紅土型鋁土礦不同的是，我國古風(fēng)化殼型鋁土礦常共生或伴生有多種礦產(chǎn)。

總體上說，鋁土礦資源的保障程度差是制約我國氧化鋁工業(yè)快速發(fā)展的重要原因。據(jù)最近資料顯示，按人均占有鋁土礦資源儲(chǔ)量計(jì)算，我國僅有400kg（而世界平均水平為4000kg），只相當(dāng)于世界人均的10%。根據(jù)需求預(yù)測，未來的20年我國累計(jì)鋁消費(fèi)將達(dá)到1.7億噸，未來30年將達(dá)到3.3億噸，如果這些消費(fèi)全由國內(nèi)供礦，現(xiàn)有儲(chǔ)量和基礎(chǔ)儲(chǔ)量將無法滿足未來20年的需要。

1.2.2　鋁產(chǎn)量與產(chǎn)能

1.2.2.1　全球鋁產(chǎn)量

美國地質(zhì)調(diào)查局2015年數(shù)據(jù)顯示，2013年全球鋁總產(chǎn)量為4760萬噸，2014年為4930萬噸；2013年全球鋁總產(chǎn)能為6290萬噸，2014年為6370萬噸。見表1-4。中國鋁產(chǎn)量及產(chǎn)能居全球第一（產(chǎn)量占全球總量的47%左右，產(chǎn)能占全球總量的51%左右），其次為俄羅斯和加拿大。

1.2.2.2　我國原鋁產(chǎn)量

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國已成為世界上最大的原鋁（電解鋁）生產(chǎn)國和消費(fèi)國，圖1-5給出了2008～2014年中國的原鋁產(chǎn)量變化情況。整體上說，原鋁消耗量受經(jīng)濟(jì)環(huán)境及國家政策的影響，增速呈現(xiàn)出與產(chǎn)量同樣的變化趨勢。2008年受金融危機(jī)影響，中國原鋁的產(chǎn)能利用率下降，產(chǎn)量增長下降。受到2009年國家投資需求的拉動(dòng)，2010年閑置產(chǎn)能紛紛復(fù)產(chǎn)，產(chǎn)量也大幅增長24.4%。近兩年，在節(jié)能減排的大背景下，國家對電解鋁行業(yè)實(shí)施限電限產(chǎn)政策，原鋁產(chǎn)量增速有所放緩，2012年產(chǎn)量達(dá)到1975萬噸，同比增長11%，占全球總產(chǎn)量的44.3%。

2014年1～12月中國共生產(chǎn)原鋁2438萬噸，同比增長7.7%。鋁材產(chǎn)量為4846萬噸，增長18.6%。其中新疆原鋁產(chǎn)量最高，為427萬噸，其次為河南和山東，分別為338萬噸和284萬噸。2014年我國各地區(qū)原鋁產(chǎn)量詳情見圖1-6。

1.2.3　鋁的使用量

原鋁經(jīng)過加工，制成鋁加工材，應(yīng)用于下游各行各業(yè)。目前，在金屬材料的應(yīng)用中，鋁材僅次于鋼材而位居第二位，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、交通、建材、航空航天、軍事國防及食品包裝等各個(gè)領(lǐng)域。據(jù)中國有色網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2014年，全世界的鋁消費(fèi)量（原鋁和再生鋁）約5485萬噸，而鋁材的消費(fèi)量達(dá)3000萬噸以上，其中，用于交通運(yùn)輸（包括鐵道車輛、汽車、摩托車、汽艇等）的鋁材約占36%以上，用于建筑工業(yè)的鋁材約占21%，用于包裝工業(yè)的鋁材約占20%，而用于軍需工業(yè)的鋁材已下降到了3%以下。

中國是全球最大的鋁消費(fèi)國，近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國的原鋁消費(fèi)量逐年增加，見圖1-7。2003年中國的原鋁消費(fèi)量為550萬噸，其中鋁材約為350萬噸；到2013年年底，中國原鋁消費(fèi)量已達(dá)2200萬噸，約占全球總消費(fèi)量的45.0%。在各領(lǐng)域用鋁量上，國內(nèi)房屋建筑占比約38.5%，交通運(yùn)輸約占16.6%，電力電子約占16.2%，耐用消費(fèi)品約占14.5%，房地產(chǎn)、交通運(yùn)輸和電力電子成為鋁消費(fèi)的最主要領(lǐng)域，合計(jì)約占全部消費(fèi)量的71.0%，見圖1-8。