氧化铝专题报告之二：从铝土矿开始“化茧成蝶”

期货研究报告|商品研究 氧化铝专题报告之二： ——从铝土矿开始“化茧成蝶” •研究员-颜正野 •yanzhengye@cmschina.com.cn •联系电话：0755-82763240 •执业资格号：Z0018271 2023年06月05日 期货研究报告|新能源研究 结论 1、氧化铝工艺流程分为拜耳法和烧结法两种，拜耳法是全球应用最广泛的氧化铝生产工艺，能耗低且流程简单，全球应用率达95%，目前我国已将大部分烧结法产能汰换为拜耳法。拜耳法生产氧化铝的生产成本由矿石、能耗、碱耗成本和其他费用四个部分构成，其中矿石成本占比最高；我国碱耗成本攀升拉动氧化铝生产总成本上涨。 2、铝土矿主要分为红土型、岩溶型和季赫温型三类，红土型三水铝石品质最佳。全球范围内铝土矿分布集中度较高；中国铝土矿产量位列全球第二，存在储量和产量上的矛盾性；受铝产业下游需求刺激，铝土矿价格呈上升趋势；铝土矿全球贸易流向主要是印尼、澳大利亚、几内亚、印度流向中国，巴西、牙买加流向北美，几内亚流向欧洲，部分生产大国的出口禁令、环保政策、政治动乱给铝土矿生产贸易带来不确定因素。3、我国铝土矿主要分布在山西、广西、贵州、河南四地，以一水铝石为主；产量逐渐减少但开采力度仍较大；进口依赖程度提升，几内亚成为重要的进口来源；目前国内铝土矿市场供需平衡；北方矿石品位较低、开采成本较高，且供需更为紧张，因此价格通常高于南方。 风险提示：我国铝土矿储量难以满足下游需求，后续进口依赖度将逐渐加强，海外铝土矿价格呈上升趋势， 部分供应国出口持续性不明朗。 目录 contents 01氧化铝生产工艺流程及成本 02全球铝土矿生产与贸易 03国内铝土矿生产与贸易 01 氧化铝生产工艺流程及成本 破 湿磨 种分与 碳分 焙烧 调整 脱硅 烧结 分离和 洗涤 水 破碎 浸出 氢氧 化铝 破碎 碎 纯碱 石灰石 铝土矿 氧化铝 氧化铝 赤泥 白泥 烧结法 拜耳法 铝土矿 蒸发母液 氢氧化铝 石灰 烧碱 石灰石渣 赤泥 原矿浆 破碎 湿磨 加压 溶出 分离 洗液 冷凝水 洗涤 苛化 蒸发 冷凝水 热母液 热交换 母液 煅烧 分离 洗涤 分解 晶种 当下流行的氧化铝生产工艺分为拜耳法和烧结法两种。 工 艺 区 别 拜耳法 烧结法 原料 NaOH Na2CO3、CaCO3 脱硅 否 是 铝酸钠溶液制取 高温高压原矿浆 烧结后溶出 铝酸钠溶液分解 分解 种分 •拜耳法：通过烧碱将铝土矿中的铝元素溶出，得到铝酸钠溶液；将赤泥分离出后，降低温度，以氢氧化铝为晶种，长时间搅拌后，铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝；洗净并煅烧可得氧化铝。 •烧结法：将铝土矿、石灰石和碳酸钠烧结为铝酸钠、铁酸钠等组成的熟料；通过稀碱溶液将铝酸钠溶出后再脱硅提纯，最后通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀物，经煅烧得到氧化铝。 数据来源：招商期货 铝土矿 铝酸钠溶液 铝元素转移形态 四羟基合铝酸钠 拜耳法 烧碱 纯碱、石灰石 铝土矿 铝酸钠 氢氧化铝 氢氧化铝 氧化铝 氧化铝 数据来源：招商期货 烧结法 拜耳法 烧结法 适用对象 易溶的三水铝石和一水软铝石 含硅量高、难溶的中等品位的一水硬铝石 优点 流程简单、能耗低 碱耗低，氧化铝回收率高 缺点 处理中等品位铝土矿碱耗高、矿耗大、原料烧碱价格高 流程长、工艺复杂、单位产品的投资和成本较高、产品质量一般不如拜耳法 从铝元素的转移形态来看，拜耳法和烧结法分别涉及两个和三个流程： •拜耳法：两个反应步骤，第一步将氧化铝从铝土矿中浸出，第二步将氢氧化铝从饱和的铝酸钠溶液中析出。 •烧结法：三个反应步骤，第一步烧结形成铝酸钠等物质组成的熟料，第二步溶出为四羟基合铝酸钠，第三步通入二氧化碳分解为氢氧化铝。拜耳法能耗低、流程简单，但其经济效益取决于矿石的质量。SiO2含量越高的铝土矿在烧碱中越难溶解，相比高品质铝土矿，中低品质需要三倍的能耗成本；同时SiO2会造成氧化铝和烧碱的损失。 世界范围内氧化铝的生产有95%使用拜耳法，我国铝土矿资源匮乏且矿石中存在较多杂质，采用烧结法回收率较高，碱耗较少，因此早期有部分氧化铝厂选择烧结法；目前我国受制于铝土矿资源有限，进口铝土矿已达总需求的73%，采用烧结法加工高品位铝土矿的单位产品成本高、质量较低，因此大部分氧化铝厂转而使用拜耳法。 2023Q1我国氧化铝厂生产成本构成我国各氧化铝生产地区总成本变动（元/吨） 16% 43% 19% 21% 矿石成本 4000 广西贵州河南内蒙古山东山西云南重庆 3500 能耗 3000 碱耗 2500 其他 2000 1500 2021Q12021Q22021Q32021Q42022Q12022Q22022Q32022Q42023Q1 数据来源：SMM，招商期货 每生产1吨氧化铝一般需消耗铝土矿2.1吨-2.7吨、烧碱0.12吨-0.14吨、煤炭0.3吨-0.5吨、石灰0.2吨-0.9吨。氧化铝厂的生产成本主要包括矿石成本、能耗、碱耗和其他费用四个部分，其中铝土矿所占成本最高，一般占30%-40%，能耗成本（包括动力煤、水电费等）约占20%，碱耗（烧碱、石灰等）成本约占18%。 从各地区的总成本来看，22年三季度前重庆氧化铝生产成本显著高于其他地区，但目前已实现成本压降，在全国范围内处于中等水平；山东、贵州长期以来具备成本优势；进入2022年三季度后，各地区的生产成本差距不断缩小，最大成本差仅为160元/吨。 我国氧化铝厂主要生产成本变动（元/吨，%）2023Q1我国各氧化铝生产地区成本(元/吨） 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 矿石成本能耗成本碱耗成本 矿石成本占比能耗成本占比碱耗成本占比 2018Q12018Q42019Q32020Q22021Q12021Q42022Q3 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 矿石成本能耗碱耗其他 广西贵州河南内蒙古山东山西云南重庆 数据来源：SMM，招商期货 从主要成本项的变动来看，铝土矿成本呈上升趋势，在总成本中的占也持续上升；能耗成本维稳且有小幅下滑；碱耗成本在2021年三季度快速上升，随后小幅下降后维持价格高位。 从2023年一季度各地区生产成本来看，在氧化铝生产成本中矿石成本占大部分，尤其内蒙古的矿石成本最高，直接导致该地氧化铝的主要生产成本跃居首位；广西矿石成本最低，但能耗成本和碱耗成本相对较高；河南的其他费用偏高，压制其在矿石成本方面的优势发挥。 02 全球铝土矿生产与贸易 类型 矿石 占比 地区 形成条件 特征 红土型 三水铝石 90% 南、北纬0°-30°之间的热带与亚热带地区，中国广西、海南 形成于地势平整的高地，与热带、亚热带气候条件下大陆尺度的夷平面关系密切 矿石质量好、高铝硅比、埋藏浅、易于开采 岩溶型 一水软铝石和硬铝石 11.5% 南欧、加勒比海、亚洲、中国西南部和中部 卡斯特地貌为矿物质迁移提供水力条件，又避免铝土矿沉淀后遭受地表剥蚀 高铝、高硅、中低铝硅比，品质较红土型铝土矿差 季赫温型 0.5% 俄罗斯、中国 红土型铝土矿经风化、搬运、异地沉积的产物，覆于铝硅酸盐剥蚀面之上 工业意义较小 铝土矿实物图铝土矿种类介绍 数据来源：网络公开资料，中国地质，招商期货 铝元素在地壳中的含量为8.3%，仅次于氧和硅，是地壳中含量最丰富的金属元素，同时也是自然界的第二大金属元素；铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭石、铝土矿等，其中铝土矿是冶炼金属铝最重要的原料。铝土矿呈白色、灰白色、褐黄色或者浅红色，质地较脆，难以融化，其成分主要是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质。 从种类来看，铝土矿主要分为红土型、岩溶型和季赫温型三类，红土型三水铝石在铝土矿中的占比高达90%，三水铝石质量高且易于开采，适用于拜耳法，在工业上广泛应用；岩溶型的一水软铝石和一水硬铝石占比稍低，品质不如三水铝石。目前我国发现的铝土矿大多为一水硬铝石，国内氧化铝厂针对矿石特点创新和改进了生产方法。 1% 2%2% 1% 1% 0% 3% 3% 4% 27% 7% 7% 9% 22% 11% 全球各国铝土矿基础储量占比铝土矿资源国基础储量变动（万吨，%） 牙买加巴西澳大利亚印尼几内亚越南全球同比 几内亚澳大利亚其他国家巴西 越南牙买加印尼中国圭亚那印度苏里南 沙特阿拉伯俄罗斯 哈萨克斯坦美国 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 8% 6% 4% 2% 0% -2% -4% -6% -8% 数据来源：SMM，招商期货 从储量来看，全球铝土矿资源较为丰富，2021年底铝土矿基础储量278.3亿吨。全球铝土矿大多分布在几内亚、澳大利亚、巴西、越南、牙买加等国，分布广泛但集中度较高，中国铝土矿的基础储量仅占3%。2016-2018年世界铝土矿储量有所增长，尤其是2017年上升7%，与2017年氧化铝市场供不应求、价格升至顶峰，全球各国加大铝土矿勘测力度、提升勘测效率有关。 全球各国铝土矿产量占比铝土矿主要生产国产量变动（千吨，%） 1% 1%1% 1% 1% 5% 4% 26% 6% 9% 23% 22% 澳大利亚中国 几内亚巴西印尼印度 其他国家俄罗斯 沙特阿拉伯哈萨克斯坦牙买加 越南 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 澳大利亚中国几内亚巴西印尼印度总量同比 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% -5.00% -10.00% -15.00% 19901992199419961998200020022004200620082010201220142016201820202022 数据来源：SMM，招商期货 从产量来看，澳大利亚、中国、几内亚的铝土矿产量占比最高，共计占比71%；澳大利亚和几内亚是铝土矿储量最高的两个国家，而中国虽然不具备非常丰富的铝土矿资源，产量却位居第二，储量和产量存在一定矛盾，需要寻求新的矿石来源。 各国铝土矿产量整体快速提升，尤其中国、几内亚的增速极高。2011年全球产量增速23.92%，成为1990年至今产量的最大提升，主要系中国、中东和印度等国日益上涨的需求刺激；2019年全球各地采矿项目扩建，带来新一轮产量提升。2014、2016年铝土矿产量断崖下跌，主要由于印尼开始实施禁矿政策和马来西亚颁布禁止开采令；2021-2022年氧化铝市场过剩，部分氧化铝厂受意外事件影响停产，铝土矿需求有所下降，产量随之下降。 各产地铝土矿均价（美元/吨，元/吨） 几内亚铝矿CIF-平均价马来西亚铝矿CIF-平均价印尼铝矿CIF-平均价澳洲铝矿CIF-平均价国内高品铝矿均价 80 600 70 500 60 400 50 40300 30 200 20 100 10 00 2013-05-232014-05-232015-05-232016-05-232017-05-232018-05-232019-05-232020-05-232021-05-232022-05-232023-05-23 数据来源：SMM，招商期货 从各国价格来看，2020年上半年铝土矿价格出现下滑，主要是受疫情影响，全球主要金属价格出现恐慌性下跌。2021年中国市场需求强劲增长，价格小幅上升；马来西亚为铝土矿价格洼地，但2022年以来交易量提升刺激价格提升幅度较大，目前已接近澳洲铝土矿价格；几内亚和印尼铝土矿价格较高，几内亚政治事件、印尼政府出口禁令颁布以及海运费上涨使两地铝土矿价格攀升，后因运费下降和中国氧化铝厂利润微薄，两地铝土矿价格去年年底开始小幅回落。 全球铝土矿贸易流向