【科普 | 一文帶你了解鋁的產業鏈】我們國家是世界首個具有鋁完整產業鏈的工業大國，從上游鋁土礦挖掘、氧化鋁冶煉、電解鋁冶煉，到中游原鋁加工，再到下游各行各業對鋁材的深度加工，以及之后的應用和消費，除了上游鋁土礦儲量不占優勢，其他環節的產能和產量都是世界首位。
完整產業鏈：中國工廠
我們國家是世界首個具有鋁完整產業鏈的工業大國，從上游鋁土礦挖掘、氧化鋁冶煉、電解鋁冶煉，到中游原鋁加工，再到下游各行各業對鋁材的深度加工，以及之后的應用和消費，除了上游鋁土礦儲量不占優勢，其他環節的產能和產量都是世界首位。
鋁土礦：巔峰已過，進口依賴
1、鋁土礦的構成及質量標準
由于鋁的化學性質活潑，它在自然界只以化合狀態存在。鋁礦物絕少以純的狀態形成工業礦床，而都是和其他各種脈石、礦物共生的。鋁土礦是指工業上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石統稱，按照主要組成成分分為三水型、一水型軟鋁和一水型硬鋁三類。
鋁土礦中含有42種元素之多，其主要成分氧化鋁及其水合物，含量在30%~70%之間，還含有雜質如：氧化硅、氧化鐵、二氧化鈦、少量的鈣和鎂的碳酸鹽、鈉、鎵、釩、鉻、硫、磷、氟和鋅及有機物。鋁土礦按照其化學成分的氧化鋁含量和礦物類型分為六個級別，質量標準參照YB123-62，如下表所示：
2、全球鋁土礦儲量分布
根據USGS美國地質調查局數據顯示，2022年全球鋁土礦基礎資源儲量313億噸，產量接近37億噸，基礎資源保有年限接近100年。
從全球鋁土礦儲量分布結構來看，幾內亞儲量占比第一，幾內亞鋁土礦基礎資源儲量74 億噸，占全球鋁土礦基礎儲量的23.62%；越南儲量第二，鋁土礦基礎資源58億噸。占比 18.51%；澳大利亞儲量占比第三，達 16.28%；中國儲量第七，占比為 2.27%。
從全球鋁土礦儲量角度來看，我國不屬于鋁土礦資源豐富的國家，鋁土礦儲量不僅遠低于幾內亞、澳大利亞、巴西，即便在亞洲也低于越南和印度尼西亞。
3、全球礦床分類：多為高品位
全球鋁土礦礦床類型通常可以分為兩大類：紅土型和沉積型。其主要成分、物理與化學特性、儲量和分布如下表所示：
鋁土礦按照冶煉的難度由低到高：三水鋁石型、一水軟鋁石型和一水硬鋁石型。從全球數據可以發現，大多數的礦床為紅土型鋁土礦，屬于三水鋁石型和一水軟鋁石型，占比88%，即高品位礦。
中國的鋁土礦以第三種為主，需要在高溫高壓條件下才能溶出，最難冶煉，占全國總資源量的 99%以上，三水鋁石型的鋁土礦還不到 1%，且品位低、規模小。
4、中國鋁土礦儲量及品位分布：悲喜交加
我國鋁土礦查明儲量為7.1億噸，居世界第7位占比2.27%，資源豐度屬中等水平。
我國鋁土礦資源分布較為集中，主要分布在廣西、河南、貴州、山西四個省區，儲量合計占全國總儲量的91.9%。廣西鋁土礦資源最多，保有儲量占全國儲量30%；河南、貴州、山西次之，河南24.43%、貴州24.10%、山西13.37%。其余擁有鋁土礦的6個省、自治區、直轄市的儲量合計僅占全國總儲量的8.1%。
國內鋁土礦鋁硅比偏低，大多數為高鋁（Al2O3大于60%）、高硅（SiO2在5%~15%之間）、低鐵（Fe2O3小于10%），且礦體薄，品位波動大。適合經濟開采和利用的鋁土礦資源少。
5、全球鋁土礦產量分布：較為集中
據iFind數據，全球鋁土礦產量從2014年的2.45億噸增至2022年的3.8億噸。
從2022年產量分布格局來看，全球鋁土礦產量主要集中在澳大利亞、中國以及幾內亞，三大國產量占全球72.63%。
中國雖然鋁土礦儲量為世界第七，但2022 年鋁土產量約0.9億噸，占比23.68%，位居世界第二；澳大利亞產量全球第一約1億噸，占比26.32%；幾內亞鋁土產量約為0.86億噸，占比22.63%，位居世界第三；巴西、印度尼西亞和印度產量分別為0.33億噸、0.21億噸和0.17億噸，位居世界第四、第五和第六。
6、中國鋁土礦進口情況：逐年提升
因資源儲備相對有限、品位品質不利于燒結以及開采成本提升等多重約束，國內對于進口礦石依賴度逐年提高。
從進口來源看，來自幾內亞礦的進口量逐年增加，自2021年起占比達到50%以上；來自澳大利亞礦的進口量從2020年開始逐年回落；來自印度尼西亞礦的進口量近些年維持在2000萬噸附近水平。此三大鋁礦資源國在中國總進口量中的占比穩定增長，于2022年達到99.48%。
7、鋁土礦-總結
全球及中國儲量可觀，基礎資源保有年限100年，遠超銅、原油等上游商品；全球礦床88%都是高品位，中國儲量中高品位礦不到1%；中國進口量世界第一，產量也居于世界前列，隨著環保和雙碳主題，產量上方空間有限；從中國進口數據來看，澳大利亞、幾內亞、印度尼西亞三大進口資源國占比達到99%以上，隨著從澳大利亞的進口量逐年降低，以及印度尼西亞禁止鋁土礦出口的政策風險，中國對幾內亞礦的進口依賴愈發明顯。
氧化鋁：產能過剩，出口可期
1、冶金級氧化鋁：占比90%
氧化鋁按照不同的生產用途可分為冶金級氧化鋁和非冶金級氧化鋁兩類，而全球超過 90%的氧化鋁都是冶金級氧化鋁。95%的氧化鋁都是用鋁土礦冶煉得到。冶金級氧化鋁為熔鹽電解法生產金屬鋁所用的氧化鋁，是生產電解鋁的主要原料。
氧化鋁中含有多種金屬氧化物，這些金屬在電解過程中將首先在陰極上析出，降低鋁的質量，因此電解煉鋁用的氧化鋁必須具有較高的純度，其雜質含量應盡可能低。全國有色金屬標準化技術委員會規定了冶金級氧化鋁的行業標準，其中將冶金級氧化鋁按照化學成分和物理性能分為三個牌號，劃分標準如下表：
后文中說的氧化鋁均指冶金級氧化鋁。
2、冶煉工藝：多為拜耳法
氧化鋁的冶煉工藝大致可以分為燒結法、拜耳法和燒結-拜耳聯合法等，而目前燒結法已經較少運用，主流冶煉方法為拜耳法。
拜耳法：用苛性鈉溶液溶出鋁土礦中的氧化鋁而制得鋁酸鈉溶液；采用對溶液降溫、加晶種、增加攪拌的辦法，從溶液中分解出Al(OH)3；將分解后的母液經過蒸發后用來重新溶出新的一批鋁土礦，剩余殘渣就形成赤泥，溶出過程是在加溫加壓下進行的，相當于燒堿母液可以循環使用；將得到的Al(OH)3 洗滌后煅燒，得到氧化鋁。
燒結法：將純堿、石灰石配成爐料在高溫下燒結，得到原硅酸鈣、鋁酸鈉和鐵酸鈉；用稀堿溶液溶解燒結產物，鋁酸鈉溶解，鐵酸鈉水解放出堿，氧化鐵以水合物與原硅酸鈣一道進入赤泥，最后得到鋁酸鈉溶液；后續過程和拜耳法相同。
拜耳法成本較低，母液可以循環使用，對鋁土礦的品位有較高要求，需要高品位，具體數據就是看鋁硅比；鋁硅比值太低的礦石不僅對燒堿的損耗較大，而且直接采取拜耳法會很難得到純凈的氧化鋁，因此需要通過燒結法；鑒于全球高品位富礦占比較大，冶煉工藝多為拜耳法。
3、氧化鋁成本結構
根據氧化鋁的生產工藝流程，氧化鋁的生產成本主要包括鋁土礦、石灰石、燒堿等原材料，電耗、蒸汽消耗、焦碳等燃料及動力費用，以及人工、制造、管理等其他費用。生產1噸氧化鋁大概需要2.1-2.7噸鋁土礦（品位不同使生產1噸氧化鋁需要鋁土礦的量差別較大）、0.3-0.5噸煤炭、0.12-0.14噸燒堿和0.2-0.9噸石灰。按照最新數據得到成本比例分布如下圖：
從數據來看，鋁土礦、燒堿和電耗合計費用占總成本比例達到62.11%
4、全球氧化鋁產量分布：全球產量靠亞洲，亞洲產量靠中國
從全球2014年到2022年產量數據來看，中國、非洲和亞洲（除中國外）產量保持穩定增長，方向和全球總體產量保持一致，趨勢性明顯；同時，大洋洲和南美洲產量占比也還可觀，產量較穩定；
具體到國家而言，中國遙遙領先，澳大利亞和巴西產量較穩定
從2022年各國氧化鋁產量及占比分布來看，中國產量占比54.29%，高居榜首；排名第二的澳大利亞，占比14.29%；然后是巴西7.86%，印度5.29%，俄羅斯2.21%
5、中國氧化鋁產能分布：山東山西占榜首
中國氧化鋁產能在2011-2022年期間，除了2020年有過短暫的回落，一直穩步上升，2022年達到9500萬噸。其中，山東、山西長期處于產能前二大省，且產能較為穩定，合計占比接近60%。
從2022年各省產能數據來看，山東、山西位居2500萬噸以上梯隊，合計占比57.92%；廣西、河南位居1300萬噸梯隊，合計占比28.74%；貴州、重慶、內蒙古和云南處于1千萬噸以下梯隊，合計占比13.33%。
6、中國氧化鋁產量分布：和產能分布一致
中國氧化鋁產量走勢和產能走勢保持一致。其中，山東、山西長期處于產量前二大省，且產量自2017年后較為穩定，合計占比接近60%。
從2022年產量數據來看，山東產量在2600萬噸以上，長期保持第一；山西產量在2000萬噸附近，保持第二，前二合計占比57.25%；廣西產量也在1000萬噸以上，占比15.70%，且逐年提升；河南產量較為穩定，一直在1000萬噸上下波動，占比12.28%；其他主產省份都在1000萬噸以下。
7、中國氧化鋁產能利用率：供給彈性可觀
從2011-2022年產能利用率來看，除了2017年達到過90%，其他年份都在88%以下；2017年以來，剔除疫情影響的話，利用率從趨勢上來看是下降的，但總產能是上升的，同時結合氧化鋁冶煉工藝簡單，可隨開隨停的特點，因此國內目前對于氧化鋁的供給彈性是很可觀的；從幾大主產區利用率來看，云南滿負荷運行，山東常年在90%以上，廣西、貴州在80%以上較為穩定，河南山西內蒙逐年降低，重慶逐年抬升。
8、中國氧化鋁產能已過剩：出口格局或已注定
據上圖SMM數據，從2014-2022年中國氧化鋁凈進口以及供需平衡數據來看，產量不斷抬升，凈進口有所放緩，供需平衡由缺口逐漸轉為過剩狀態，且過剩量還在加大。
據上圖國家統計局和海關總署數據，從2014-2022年中國氧化鋁凈進口以及供需平衡數據來看，氧化鋁過剩狀態表現更為明顯。
從氧化鋁總產能、電解鋁總產能以及各自開工率數據來看，電解鋁產能增長速度遠小于氧化鋁，但開工率卻明顯高于電解鋁，結合電解鋁冶煉中同氧化鋁的比例關系，從產能的角度也可以看出氧化鋁的過剩狀態正在發酵。
從2014-2022年，除2018年外，出口量均小于進口量，呈凈進口狀態；進出口數量在不斷貼近，進口減少，出口增加；進出口數量相對于目前國內產能和產量來說微不足道；結合國內氧化鋁產能和電解鋁產能天花板，氧化鋁未來的出口格局或已注定。
電解鋁：未來金屬，需求可期
1、冶煉工藝：熔鹽電解法
鋁電解的生產過程分3個階段，即焙燒、啟動和正常生產，其中焙燒和啟動大約經歷幾天或十幾天，其質量好壞對于以后的正常生產以及電解槽的壽命有很大影響。焙燒：電解槽的焙燒主要目的是烘干爐體，使電解槽達到930℃~970℃的操作溫度，防止啟動時加入到槽內的熔融電解質凝固，一般需要4~8天。啟動：在焙燒終了后，融化冰晶石等溶劑形成鋁電解所需的熔融電解質，同時進一步加熱爐內襯及清理炭渣，使電解槽的主要技術參數進入到電解所需的范圍之內。正常生產：在930℃~970℃高溫環境的電解槽內，1.92~1.94噸氧化鋁作為原料與冰晶石、氟化鋁等氟鹽溶劑形成熔融狀態的電解質，通入13500kw·h直流電進入電解槽，在陰極和陽極上發生電化學反應，得到電解產物，陰極上是液體鋁，陽極上是CO2（約75%~80%）和CO（20%~25%）。氧化鋁熔融于冰晶石形成的電解質的密度約為 2.1g/cm3 ，鋁液密度為 2.3 g/cm3 ，兩者因密度差而上下分層，鋁液沉淀于電解槽底部，用真空抬包抽出后，經過凈化和過濾，獲得1噸99.5%~99.85%純度的原鋁。
電解鋁冶煉工藝屬于重型固定資產投資，日常生產過程中，除了檢修以及其他不可抗拒因素外，連續性生產過程不會停止，每次重啟電解槽的成本很高且會影響電解槽壽命。
2、電解鋁成本結構
冶煉1噸電解鋁大約需要消耗1.93噸氧化鋁、0.50噸預焙陽極、20kg氟化鋁、10kg冰晶石和13500kw·h直流電；用最新數據計算得到成本分布如下圖，其中氧化鋁、電力和預焙陽極為主要成本，分別占總成本的31.68%、31.34%和13.94%，合計為76.97%。
3、全球電解鋁產量分布：中國位居榜首
中國為全球電解鋁第一大生產國，據iFind數據，2022年全球電解鋁產量為6848.6萬噸，中國電解鋁產量為4043萬噸，占全球產量的59.03%。自2013年以來，中國電解鋁產量在全球電解鋁產量上的占比一直在50%以上，除了2019年該比例有所下滑，其他年份保持增長，2022年達到了59%。
從產量分布數據來看，除了中國，海灣地區、亞洲（除中國外）、俄羅斯和東歐以及北美洲產量都較穩定。
4、中國電解鋁產能分布：“北鋁南移”
中國電解鋁產能相對集中，據2022年阿拉丁數據顯示，山東（809萬噸）、新疆（654萬噸）、內蒙古（619萬噸）、云南（495萬噸）和廣西（283萬噸）電解鋁產能合計約占全國產能的67.6%。其中，新疆和內蒙古煤礦資源豐富，冶煉廠可享有低廉的火電，廣西和云南水利資源豐富，冶煉企業可享受價格較低的水電，山東冶煉廠享有一定的電價政策補貼，本質上電價決定產能分布。
隨著“碳達峰”和“碳中和”的持續推進，中國電解鋁產能上限已得到確認，從數據來看，自2019年產能大跌之后，中國電解鋁產能處于緩慢修復狀態，但增長速度較之前明顯減緩。
同時，全國電解鋁產能出現“北鋁南移”的趨勢。受限于環保和碳排放，北方的電解鋁產能逐漸轉移至南方有豐富水力資源的省份，事實上，這一進程已經加速推進。從數據上，可以看到山東、新疆、河南省份產能明顯降低，而云南、廣西產能明顯上升。火電-電解鋁產能逐年降低，而水電-電解鋁產能逐年抬升且占比也是逐年提高。
5、中國電解鋁產能利用率：供給彈性不大
從中國電解鋁產能利用率數據來看，利用率在2015年至2022年間呈現逐步上升趨勢，自2019年起，利用率一直在88%以上，于2021年提升至90%以上。
從各主產區利用率來看，除了廣西利用率稍低外，其他產區利用率保持在較高水平，可提升空間有限，考慮到廣西電解鋁產能在全國屬于中等水平，再加上電解鋁冶煉工藝屬于重型固定資產投資，因此國內短期內電解鋁供給彈性有限。
6、中國電解鋁4500萬噸產能天花板：增量空間有限
自2017年后，國內政策面對于電解鋁管控力度不斷收緊，主要限制措施包含以下幾項：第一，嚴控產能新增，新建項目必須采用等量或者減量置換的方式進行；第二，收緊自備電廠的管理，嚴格執行階梯電價政策；第三，加大力度淘汰落后產能，推動建立綠電生產模式。伴隨有色金屬行業供給側改革和雙碳政策的深入推進，目前國內電解鋁行業總產能已經形成了4500萬噸的總量天花板。
近幾年受政策端管控力度收緊的影響，產能擴張速度有所放緩，但是在2019年后仍然呈現上漲趨勢。目前，國內總產能已經臨近4500萬噸的紅線值。2023 年5月，國內電解鋁總產能為4471.1萬噸，達到了紅線值的99.36%，在產產能4108.3萬噸，產能利用率達到91.46%，未來增量空間有限，行業整體供應量相對剛性。
7、火電審批難度加大：積極限制電解鋁產能
我國目前的電力結構仍然以火力發電為主體， 2022年火力發電量占全國總發電量的70%以上。同時，火電也是碳排放重點行業，根據電網統計數據顯示，國內電力行業排碳量占能源行業總量的41%，其中火電是最主要的源頭。因此，在2020年雙碳政策出臺后，國內火電審批難度顯著增加，2022年國內火電新增裝機容量為4471萬千瓦，同比下降3.39%，相較2020年下降21.01%。
由于電解鋁行業高耗能、高耗電屬性，目前主流的生產模式依舊為自備火電站供應電力需要，這樣的模式在節能減碳的大背景下已經進入瓶頸期，新增產能難度高。以天山鋁業為例，原本規劃建設的10臺350MW火電發電機組，最終落成的只有6臺，即便公司位于環評壓力較小的新疆地區，相較原本建設計劃仍舊有較大減量。
8、電解鋁進出口：進口窗口逐步打開
中國電解鋁進口窗口常年處于關閉狀態，進口數量較少，但長期來看，隨著產能天花板的臨近，進口鋁錠或將穩步提升。從2020下半年凈進口數據來看，這一趨勢已經有所體現。
9、下游應用廣泛
當前電解鋁終端需求依舊以傳統行業需求為主，其中建筑、交通、電力電子以及包裝用鋁占比分別為28.75%、22%、17.23%和11.63%，合計約占79.61%，隨著新能源汽車、光伏等行業的快速增長，未來電解鋁需求也將同步增長。
10、未來需求增量一：新能源車
汽車輕量化是新能源汽車產業發展的重要方向，目標是在保證汽車性能、實現成本控制的前提下，通過各種方式實現整車質量的降低。
目前，輕量化研究方向主要包含以下三條：采用輕質材料、使用輕量化工藝以及優化汽車結構，其中最為直接有效的就是采用更輕質的材料。鋁合金材料密度低、強度適中、抗腐蝕性能好，是當前主流的車用輕量化材料。
交通用鋁是原鋁終端應用的重要組成部分，其中主要為汽車制造。國內汽車市場逐步修復，新能源汽車占比不斷提升。2022年下半年受新冠疫情的影響，國內汽車銷量出現一定程度的下行，2023年1月國內月度汽車銷量為197.62萬輛，是2017年以來當月汽車銷量新低。進入2月后，伴隨國內疫情防控政策的優化，汽車市場快速修復，目前已經回升至近年來的中高水平。同時，新能源車銷量及銷量占比也是逐年提升，從2014年到2022年數據來看，該比例從0.32%提升到25.64%，增長速度迅猛，未來還有較大提升空間。
11、未來需求增量二：光伏組件
鋁材在光伏產業中主要應用領域為邊框、支架和鋁漿。鋁漿主要作為陽極的漿料涂覆在電池片表面，使用量相對較少；邊框作為固定以及密封電池片的組件，需要起到保護玻璃邊緣、加強組件密封性的作用，目前國內企業普遍使用鋁合金作為邊框制作材料；支架是整個光伏系統的支撐結構，主流材質為熱浸鍍鋅碳鋼或鋁合金，國內應用以鋼結構為主，出口組件則主要使用鋁合金材料。從光伏組件成本構成來看，邊框和支架占比10%。
鋁材在光伏領域中最主要的競爭材料為鋼材料，但兩者相比鋁材有著諸多性能優勢，未來光伏單位用鋁量有望繼續提升；同鋼材相比，鋁與光伏玻璃具有更好的兼容性，在經歷外部溫度變化時能夠保證同步形變，鋼材料的加工精度低，在惡劣天氣中容易產生局部應力集中，造成組件爆板；質量上，單位面積鋁支架重量約為1.5kg，鋼支架為3.5kg，對于承載力較低的屋頂分布式光伏電站建設中，使用鋼材料無疑將增加承重風險；此外，在風沙、水中等腐蝕性較強的場景中，鋁合金的抗腐蝕表現也明顯優于鋼材料。
雙碳目標下，光伏產業是我國在電力基礎設施建設領域重點扶持對象，近幾年來成長迅速。當前，中國的光伏產業已形成從硅料、硅片、電池組件、設備制造、整機安裝和應用的完備產業鏈，是全球最大的光伏組件生產國和出口國，每年光伏組件出口量占國內生產總量的60%以上。在政策扶持、財政補貼以及技術創新等多重利好因素驅動下，國內光伏產業快速發展，2022年國內新增光伏裝機量為8800萬千瓦，同比增長60.35%。
2021年中共中央、國務院在《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中指出，到2030年風能、太陽能發電總裝機量要達到12億KW以上，截至2023年5月，風能和太陽能發電總裝機量為8.3億千瓦，未來光伏產業依舊有著充足的發展空間。
12、未來供給增量：再生鋁
鋁及合金因其耐磨和抗腐蝕性，在使用過程中損耗程度極低，多次重復循環利用后不會喪失其基本特性，具有較高的再生利用價值。根據國際鋁業協會的數據，全球歷史上總共生產的15億噸鋁中，有超過70%仍在被使用，其中鋁制易拉罐回收率更是能達到95%以上。
再生鋁不僅具有顯著的經濟優勢，還能有效節約自然資源、保護生態環境。相較原鋁生產，再生鋁是由廢舊鋁和廢舊鋁合金材料，經過分揀、簡單處理后，經過重融提煉，直接進入鋁材加工環節，省去了鋁土礦開采、氧化鋁冶煉和電解鋁冶煉三個流程，能耗降低超過 95%，具有極高的經濟優勢。氧化鋁生產過程中會產生大量含金屬廢料的赤泥，目前暫無合適處理方法，大量赤泥的堆放嚴重影響生態環境，而再生鋁的生產不涉及赤泥的產生，對環境保護有積極影響。
歐美等發達國家經歷了長期的工業化進程，社會積蓄較多廢鋁，已擁有比較完備的廢鋁回收和再生鋁生產系統，據國際鋁業協會和USGS數據顯示，歐洲再生鋁約占原鋁和再生鋁總量的60%，美國約為83%。中國再生鋁占比僅為17%，不僅遠低于歐美等發達國家，而且低于全球34.3%的平均水平，說明我國再生鋁產量相對原鋁產量仍然偏低，再生鋁產量在未來具有廣闊的提升空間。
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