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阳极炭在电解铝中的作用

作为电解铝生产中极为重要的阳极炭,由于环保政策的影响,减产限产成为碳素行业的关键词,也导致了阳极炭价格的持续上涨。而在当前供给侧愈演愈烈的时点,从电解铝短缺到阳极炭短缺,市场关注点也更多的落在了阳极炭上。我们也将在近期对阳极炭行业以及市场情况进行详细分析,本文我们将对阳极炭的生产进行详细全面的了解。

电解铝的电解生产原理是采用冰晶石-氧化铝熔盐电解,即是以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂,氧化铝为熔质组成的多相电解质体系。整个电解过程主要是以冰晶石一氧化铝熔液做电解质,碳素材料为阴极和阳极,直流电从阳极导入,经过电解液和铝液层后从阴极棒导出,直流电的作用是以热能形式保持冰晶石、氧化铝等原料呈熔融状态和实现电化学反应,反应结果在阳极上生成二氧化碳和一氧化碳气体,在阴极上析出液态金属铝。随着电解过程的进行,析出的铝被蓄积起来,周期地从电解槽中取出来,取出的铝从电解厂房送往铸造部门,经过相应的处理后浇铸成各种规格的坯锭。

我们常说的碳素阳极就是图中所示的预焙阳极,阳极上发生的化学反应即: 2 Al2O3 + 3 C + 电 = 4 Al + 3 CO 2 。阳极炭在伴随着金属铝的生产而不断的消耗。理论上,1 吨电解铝需要消耗 334kg 阳极炭,不过实际上由于阳极炭的氧化、掉渣等问题,1 吨电解铝消耗碳阳极净耗阳极炭 415kg 左右。根据研究和实践表明,碳素阳极质量的优劣,会直接或间接影响铝电解的各项经济技术指标,比如电流效率,阳极炭耗等。因此,阳极炭在电解铝工业中具有举足轻重作用。

阳极炭的生产工艺

铝电解预焙阳极生产的工艺原理是石油焦类骨料和沥青类的粘结剂经过混合和成型,使其形成具有一定形状的生坯,再经热处理让粘结剂进行碳化得到具有较高机械强度和抗氧化性,具有较低电阻率的阳极产品。生产原料包括阳极主体组分(又称骨料)和粘接剂两大部分。其中骨料为石油焦,国内炭素厂普遍采用延迟石油焦(简称延迟焦),是炼油厂的炼油渣经过高温加热,采用延迟焦化工艺所得到的产品。粘结剂则是指沥青,是由钢铁工业烟煤制取焦炭时产出的煤焦油经高温分馏后的残渣,是多种碳氢化合物的混合体,其中主要分为中温沥青和高温沥青两种。目前国内外大部分铝用阳极的生产都已经采用改质沥青或者高温沥青作为粘结剂来生产汗优质阳极。

生产阳极一般包括破碎、筛分与配方、混捏、成型和焙烧等过程。其中混捏使各种原料均匀混合,不同颗粒堆积合理、形成密实程度较高的糊料。由于有粘结性能的沥青的作用,原来松散的颗粒堆积就变为有结合力的相互连接、并具有可塑性的糊料。经过一定时间的混捏,粘结剂还渗透到原料颗粒孔隙中,提高粘结性和密实程度。焙烧是指将压型后的炭块在隔离空气的条件下进行热处理,使粘接剂转变为焦炭。经过焙烧的炭素阳极其机械强度稳定,并能显著提高其导热性、导电性和耐高温性。

原料成本继续回升

根据了解,在阳极炭生产过程中,石油焦以及煤沥青作为原料成本在整个阳极生产中占比达到 70%以上,是阳极炭生产最直接的成本组成部分。今年以来,国内石油焦以及沥青价格持续上涨,均接近翻倍的涨幅,直接导致国内阳极炭生产成本的提高。另一方面,石油焦和煤沥青也是石墨电极的生产原料,而今年上半年石墨电极价格也已经涨幅达到 200%以上,也是直接拉动石油焦和煤沥青价格的上涨。

作为今年石墨电极和预焙阳极两大产品的主要原料,产品价格的大幅上涨 直接带动了对原材料石油焦的需求,促进原料价格的大幅上涨。1-7 月份,国内 石油焦产量 1573.9 万吨,同比增长 6.93%,由于环保因素影响,增速持续放缓, 单月开始负增长。总的来看,预焙阳极原料端仍然可能继续保持相对高位,成本易涨难跌。

作者:中信期货研究部

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