氧化铝系列报告-氧化铝生产工艺及成本

期货研究报告|氧化铝专题2023-04-14 氧化铝系列报告-氧化铝生产工艺及成本 研究院新能源&有色组 研究员 陈思捷 021-60827968 chensijie@htfc.com从业资格号：F3080232投资咨询号：Z0016047 师橙 021-60828513 shicheng@htfc.com从业资格号：F3046665投资咨询号：Z0014806 付志文 020-83901026 fuzhiwen@htfc.com从业资格号：F3013713投资咨询号：Z0014433 联系人 穆浅若 021-60827969 muqianruo@htfc.com 从业资格号：F03087416 投资咨询业务资格： 证监许可【2011】1289号 摘要 本篇为该系列报告第三篇，将主要从氧化铝的生产工艺、成本等方面，对氧化铝产业链做分析解读。 氧化铝的生产已有100余年的发展历史，由于氧化铝的两性属性，即既可以用碱性溶液也可以用酸性溶液使铝土矿的氧化铝溶�。因此氧化铝的生产方法大致可分为碱法、酸法、酸碱联合法和热法，但目前在工业上得到应用只有碱法。 碱法是用工业烧碱或纯碱来处理铝土矿，使矿石中的氧化铝转变为铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物进入残渣(赤泥)，将残渣与溶液分离，从净化后的铝酸钠溶液中分解析�氢氧化铝，氢氧化铝与母液分离、洗涤后进行焙烧，从而得到氧化铝产品。按生产过程的特点碱法生产氧化铝可以分为拜耳 法、烧结法和拜耳-烧结联合法，联合法又包括并联、串联、混联联合法等。但不管采用何种生产方法，生产氧化铝的实质始终是为了将矿石中的氧化铝与杂质分离。 请仔细阅读本报告最后一页的免责声明 目录 摘要1 氧化铝生产工艺3 拜耳法3 烧结法4 拜耳－烧结联合法5 环保问题6 氧化铝成本结构7 图表 图1:拜耳法生产流程4 图2:碱石灰烧结法生产流程5 图3:拜耳－烧结串联法6 图4:赤泥排放7 图5:赤泥堆存7 图6:氧化铝成本结构7 图7:分省氧化铝生产成本丨单位：元/吨8 图8:国内外氧化铝价格丨单位：元/吨9 图9:电解铝及氧化铝价格丨单位：元/吨9 图10:氧化铝南北价差丨单位：元/吨9 图11:氧化铝进口盈亏丨单位：元/吨、美元/吨9 图12:进口铝矿CIF丨单位：美元/吨9 图13:国产铝土矿价格丨单位：元/吨9 图14:国内氧化铝完全成本丨单位：元/吨10 图15:山东氧化铝成本占比丨单位：%10 图16:山西氧化铝完全成本丨单位：%10 图17:河南氧化铝成本占比丨单位：%10 图18:广西氧化铝完全成本丨单位：%11 图19:贵州氧化铝成本占比丨单位：%11 请仔细阅读本报告最后一页的免责声明2/12 氧化铝生产工艺 氧化铝的生产已有100余年的发展历史，由于氧化铝的两性属性，即既可以用碱性溶液也可以用酸性溶液使铝土矿的氧化铝溶�。因此氧化铝的生产方法大致可分为碱法、酸法、酸碱联合法和热法，但目前在工业上得到应用只有碱法。 碱法是用工业烧碱或纯碱来处理铝土矿，使矿石中的氧化铝转变为铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物进入残渣(赤泥)，将残渣与溶液分离，从净化后的铝酸钠溶液中分解析�氢氧化铝，氢氧化铝与母液分离、洗涤后进行焙烧，从而得到氧化铝产品。按生产过程的特点碱法生产氧化铝可以分为拜耳 法、烧结法和拜耳-烧结联合法，联合法又包括并联、串联、混联联合法等。但不管采用何种生产方法，生产氧化铝的实质始终是为了将矿石中的氧化铝与杂质分离。 世界上第一种氧化铝工业生产的方法是烧结法，首先应用的是碳酸钠烧结法，但该方法只适合处理低硅优质铝土矿，处理高硅铝土矿时容易损失大量氧化铝。之后在碳酸钠烧结法的基础上，添加石灰石从而演变�碱石灰烧结法，该法有效地解决了碳酸钠烧结法难以处理的高硅铝土矿的问题。 后来随着拜耳法面世后，氧化铝进入了工业规模化生产的阶段，目前世界上95%以上的氧化铝都是通过拜耳法生产�来的。经过多年的发展，拜耳法由间断连续生产逐渐改进为连续操作，生产设备上也逐步实现了大型化、自动化、高效化和节能化。 选择何种氧化铝生产方法主要由铝土矿矿石的性质决定。目前铝土矿主要有三大类，分别是三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石。其中三水铝石中的氧化铝最易溶🎧，基本采用低温拜耳法生产，国外大部分氧化铝生产都采用低温拜耳法。而我国目前所发 现的铝土矿几乎全部为一水硬铝石型铝土矿，是拜耳法溶�性能最差的一种水铝石矿物，因此采用国内矿生产氧化铝基本只能选择高温拜耳法或者烧结法。 拜耳法 拜耳法是由拜耳在1889-1892年所发明的，该方法直接利用含有大量苛性碱的循环母液来处理铝土矿，溶�其中的氧化铝得到铝酸钠溶液，然后向铝酸钠溶液中添加氢氧化铝晶种经长时间搅拌分解析�氢氧化铝结晶，再焙烧氢氧化铝得到氧化铝。分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可以用来溶�新一批的铝土矿。交替使用这两个过程就能够处理每一批矿石，从中得�纯的氢氧化铝产品，构成拜耳法循环。 拜耳法适合高铝硅比矿石，其生产流程简单、能耗低、成本低且产品质量好、纯度高，也是目前世界上处理铝土矿生产氧化铝的最主要方法。 图1:拜耳法生产流程 数据来源：公开资料整理华泰期货研究院 烧结法 碱石灰烧结法是在铝土矿中加入石灰石和纯碱，从而形成炉料，炉料在高温下烧结得到含有固态铝酸钠的熟料(铝酸钠、铁酸钠、原硅酸钙和钛酸钙)，然后用水或稀碱溶液溶�熟料得到铝酸钠溶液，铝酸钠溶液净化后通入二氧化碳便可分解结晶�氢氧化 铝，再经过焙烧即为氧化铝，该方法适合于处理低铝硅比矿。 尽管烧结法相比拜耳法而言，流程复杂、投资大、能耗高、产品质量略差，但其生产特点有利于利用中国低品位铝土矿，因此碱石灰烧结法在我国也得到一定的应用和发展。 图2:碱石灰烧结法生产流程 数据来源：公开资料整理华泰期货研究院 拜耳－烧结联合法 拜耳-烧结联合法兼有拜耳法和烧结法两种方法的优点，可以充分利用铝土矿资源，但其流程复杂、成本高、能耗高且产品质量较拜耳法低。在氧化铝生产中得到实际应用的拜耳－烧结联合法有三种，即串联法、并联法和混联法，其分类主要是依据烧结法处理的原料来源。 拜耳－烧结串联法，就是烧结法部分全部用来处理拜耳法赤泥，这种方法的优点主要是氧化铝的总回收率高、碱耗低、且烧结法部分产量小。但在烧结法部分，赤泥炉料中氧化铝含量低，熟料折合比高，且烧结比较困难。 而在拜耳－烧结并联法中，拜耳法和烧结法是两个并行的生产系统。拜耳法处理高品位矿石，而烧结法并不处理拜耳法赤泥，而只处理矿石。这种方法的优点在于：既可处理优质铝土矿，又可处理铝硅比较低的矿石，资源利用较为合理；但由于烧结法部分仅限于补碱，本身无氢氧化铝产🎧，产量受到限制。 我国采用的拜耳－烧结混联法实质上是烧结法与拜耳-烧结串联法的简单组合，兼有串联法和烧结法的优点，但流程更复杂，尤其是烧结法部分，由于要处理拜耳法赤泥和自身产�的硅渣，熟料品位受到很大的限制，从而烧结法部分的产能较纯烧结法低30% 左右。 图3:拜耳－烧结串联法 数据来源：公开资料整理华泰期货研究院 环保问题 需要注意的是，生产1吨氧化铝会产生1-2吨固废赤泥，是一种不溶性残渣，可分为烧结法赤泥、拜尔法赤泥和联合法赤泥，具有强碱性。 随着铝工业的发展和铝土矿石品位的降低，赤泥量将越来越大，且赤泥为碱性物质，随着雨水的冲淋，赤泥中的碱会被溶🎧，可能污染地表水和地下水。而且由于赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地。国内外曾多次发生赤泥库泄漏或垮塌事故，造成企业停产。 图4:赤泥排放图5:赤泥堆存 数据来源：SMM华泰期货研究院数据来源：SMM华泰期货研究院 氧化铝成本结构 在氧化铝的生产中，纯碱或烧碱用于处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠溶液，纯净的铝酸钠溶液即可分解析�氢氧化铝，经分离、洗涤后煅烧，便获得氧化铝产品。前文提及氧化铝有三种生产工艺：拜耳法、烧结法、联合法。其中拜耳法使用烧碱，适用于处理高品位的铝土矿，约占全国氧化铝产能的90%以上；烧结法使用的是纯碱，主要用于处理低品位矿石，全国产能占比不足10%。 根据氧化铝的生产工艺流程，氧化铝的生产成本大致由下面几部分构成： （一）原材料：铝土矿、石灰石、碱（纯碱和烧碱）等； （二）燃料及动力费用：电耗、蒸汽消耗、水、重油、焦碳等； （三）其他费用：人工、制造、管理费用。 图6:氧化铝成本结构 数据来源：SMM华泰期货研究院 其中铝土矿是生产氧化铝的主要原材料和成本来源，一般生产1吨氧化铝约需2.1-2.7 吨左右的铝土矿（因品位不同，生产1吨氧化铝需要铝土矿的量差别较大）。以拜耳法生产氧化铝为例，铝土矿成本约占总成本的30%-40%，烧碱约占15%-20%，动力煤约占10%-13%，三者占总成本的70%以上，是氧化铝生产的主要成本项。 三项成本中铝土矿对氧化铝成本的占比最大，也受国内铝土矿地区分布不一和进口矿石采购问题影响，价格区域内有所差异。从国内铝土矿的分布来看，国内铝土矿主要产地为广西、贵州、河南和山西四省，当地的高品位及低品位铝土矿报价是重要的参考价格。近年来，受矿石供应偏紧和安全环保政策等因素影响，国内铝土矿价格重心整体抬升。除国内自有铝土矿之外，我国氧化铝企业也大量采购海外铝土矿进行生产，主要来源国为几内亚、澳大利亚、印尼、马来西亚等国。因此，海外进口来源国的气候、政局变动、政策变化、海运费用等因素也值得关注。 从国内总成本上看，山东、贵州、广西在氧化铝生产中成本优势较为突�。贵州，广西得益于廉价的铝土矿开采，具有成本优势，而山东港口众多，相比于其他省市更方便使用进口矿，在运费上具有优势。 图7:分省氧化铝生产成本丨单位：元/吨 3800 氧化铝：生产完全成本：广西（月）氧化铝：生产完全成本：贵州（月）氧化铝：生产完全成本：河南（月）氧化铝：生产完全成本：山东（月）氧化铝：生产完全成本：山西（月） 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 2021/01/012021/07/012022/01/012022/07/012023/01/01 数据来源：钢联华泰期货研究院 图8:国内外氧化铝价格丨单位：元/吨图9:电解铝及氧化铝价格丨单位：元/吨 SMM氧化铝指数-平均价澳洲氧化铝FOB-平均价SMMA00铝-平均价SMM氧化铝指数-平均价 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2015/01/042018/01/042021/01/04 800 700 600 500 400 300 200 100 0 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 2020/1/82021/1/82022/1/82023/1/8 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 数据来源：SMM华泰期货研究院数据来源：SMM华泰期货研究院 图10:氧化铝南北价差丨单位：元/吨图11:氧化铝进口盈亏丨单位：元/吨、美元/吨 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 山西河南均价-广西贵州均价 SMM氧化铝指数-平均价 600 500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 氧化铝进口盈亏SMM西澳FOB价格 2015/01/042018/01/042021/01/042015/01/042018/01/042021/01/04 数据来源：SMM华泰期货研究院数据来源：SMM华泰期货研究院 图12:进口铝矿CIF丨单位：美元/吨图13:国产铝土矿价格丨单位：元/吨 几