3001 铝电解添加KAlF4高效节能技术

技术

所属战略性新兴产业领域：节能环保

所属高新技术领域：新材料

单位名称：深圳市新星轻合金材料股份有限公司

单位性质：企业

联系人：周志

联系电话：13713925184

电子邮件：zhouzhi462@163.com

单位网址：www.stalloys.com

推荐单位：中国有色金属工业协会

成果简介：

课题来源：企业自主立项

课题立项名称：铝电解添加KAlF₄高效节能技术的研究与应用

课题立项编号：STA-201105

研究起始日期：2011年3月-2014年3月

项目基本内容：

几十年来世界铝电解工业技术发展的主攻方向是节电。由于在槽型、电极结构和计算机控制等领域的技术突破，我国铝电解技术取得了巨大进步，现已成为世界第一产铝大国，吨铝电耗已达到世界先进水平。然而我国铝用电价偏高，电解铝生产成本仍缺乏竞争力。实现高效低温电解是进一步降低铝电解电耗，提高我国铝工业竞争力的一项十分重要的铝电解节能技术。

降低铝电解温度一直无法取得突破的主要难点在于开发出一种能够在降低铝电解温度的同时改善Al₂O₃溶解性能以及电导率等重要物理化学性能指标的添加剂。本项目单位与河南中孚实业、焦作万方铝业等大型铝电解厂进行了联合攻关，成功开发出铝电解添加KAlF₄高效节能新技术。并且该技术成果在中孚实业、焦作万方等大型铝电解厂成功实现了工业应用。技术指标先进，氧化铝溶解性能显著提高，铝电解吨铝直流电耗降低500kWh左右，节能减排效果显著。

成果创新性：

（1）首次在铝电解质中发现钾是以稳定的KAlF₄形式存在，通过对KAlF₄系统的熔盐性能的研究，实践证明KAlF₄在现有的电解质熔盐体系中是稳定的、应用是安全的。

（2）首次开发出铝电解添加KAlF₄高效节能技术。通过对添加KAlF4铝电解熔盐体系主要物化性质的系统研究，开发出铝电解添加KAlF₄，提高了氧化铝溶解性能，降低了电解温度，稳定了电解槽生产。

（3）创新研发了高纯无水KAlF₄的绿色环保合成技术。通过在熔盐合成过程中添加抗聚剂，实施高频磁震荡解聚反应，使铝钛硼生产产生的副产物mKF•nAlF3聚合大分子解聚成高纯无水KAlF₄。

该成果对我国铝电解进一步节能减排具有重要意义，实现了铝钛硼系列合金生产过程形成的废弃物的资源利用，该项目经济和社会效益显著。已获国内授权发明专利7件，国外9件，著作权2项。

成果独占性：

本项目技术产品“高纯无水KAlF₄”系本项目单位自主发明、设计、制造并且拥有自主知识产权的关键装备“多频多线圈电磁感应炉”所生产，唯有该设备能将铝钛硼合金副产品提纯成小分子比高纯无水KAlF₄，而且该装备目前只有本项目单位具备生产制造能力，所以该项目产品“高纯无水KAlF₄”只有本单位能够生产，其它单位不具备生产能力。同时本项目单位已经获得该项目产品生产制造技术12项国内外发明专利授权。

成果盈利性：

本项目通过上述技术创新，解决了在降低铝电解温度的同时提高氧化铝溶解性能的重大技术难题，不仅可及时消除铝电解槽沉淀结壳，而且明显降低了阳极效应系数，形成了铝电解添加KAlF₄高效节能技术。

铝电解添加KAlF₄高效节能新技术已在多家大型铝电解厂进行了较大规模的产业化应用。吨铝直流电耗可下降400～600kWh，取得了显著的节能减排效果。生产铝钛硼合金企业通过该技术的实施，将自身生产过程的副产品转化为铝电解用的节能添加剂，实现了充分的资源化利用，提高了产品的附加值。该成果全行业推广后可实现年节电120亿kWh，减排当量CO₂ 860万吨，年创经济效益64亿元，经济社会效益十分显著。

成果持续性：

本项目单位系一家国家级高新技术企业、国家火炬计划重点高新技术企业，建有广东省铝镁钛工程技术中心、广东省院士工作站、深圳市铝镁合金工程技术中心、深圳铝镁钛合金工程实验室等研究开发平台，目前已经申请158项国内外发明专利，获得98项国内外发明专利授权，获得省部级科学技术奖4项（一等奖），市级科学技术奖3项（一等奖），有一支高效的科技研发团队进行项目的开发。

在技术储备方面，项目单位进行了“新型生产方法生产金属钛”项目的研发，采用全新安全环保生产工艺生产金属钛产品，同时对产生的副产品进行提纯，分离得出高纯无水KAlF₄产品，并能达到铝电解节能添加剂“高纯无水KAlF₄”产品标准，通过这一技术的实施，进一步保障了铝电解工业添加剂KAlF₄来源。

同时，针对于本项目产品在应用技术方面，如果能够将铝电解的工作温度在现有的工作温度基础上下降20～30℃，我们预测吨铝生产的节电效果会发生较大的突破，预计吨铝生产可节电1000kWh左右。根据对KAlF₄添加到电解质中对电解质初晶温度影响的试验曲线分析，我们可以推论当电解质中钾元素含量小于3%时，其对铝电解过程的节电效果表现不太明显，当钾元素含量控制到3%～5%左右时，槽体运行90天后节电效果一般可达500kWh左右。当钾元素含量控制在5%～10%左右时，我们就有条件将电解槽的工作温度下降20～30℃，节电效果可达吨铝1000kWh。电解温度下降20℃以上，可以认为铝电解技术概念上初步进入了低温铝电解范畴。如果能够长期稳定的以900℃左右的温度实现铝电解的生产，我们认为这是铝电解工业低温化生产技术的重大进步，也是铝电解工业节能减排技术的重大进步。目前该项研究已经取得了巨大的进步，预期在1.5年内能够完成实施并在行业推广。

成果先进性：

铝电解添加KAlF₄高效节能新技术已在多家大型铝电解厂进行了较大规模的产业化应用。与应用前的生产运行状况和技术指标相比，添加KAlF₄后含有炉底结壳的病槽得到了有效治理，电解温度相比下降5～10℃。由此形成了一系列铝电解技术经济指标的优化：炉底压降降低50～70mV、电流效率提高1%~2%、阳极效应系数降低30%～50%，并消除了病槽对铝电解槽运行和能耗的影响，吨铝直流电耗可下降400～600kWh，

2014年10月15日，由中国有色金属工业协会组织行业11名院士专家对本项目进行科技成果鉴定，专家一致鉴定为该项目达到了世界领先技术水平。本项目技术通过优化铝电解质体系，实现较低温度的高效铝电解，为铝电解工业提供了一条行之有效的节能减排途径，为铝电解企业核心竞争力提升提供了技术支撑。

成熟度：12、利润级：开始盈利且利润超过总投入的10%

市场分析：

本项目产品系一种中间产品，系电解铝生产过程中一种添加剂，通过在铝电解过程中添加KAlF₄这一中间产品，可以有效提高电流效率，降低电解温度，吨铝节电500度。按照中国有色金属工业协会统计，2014年中国电解铝全年生产总量为2400万吨，而每吨电解铝添加本项目产品5～10kg，那么全年总需求量约为19.2万吨。所以该项目产品的市场规模极大。

商业模式分析：

本项目商业模式，即是为客户提供优质的低温铝电解添加剂（KAlF₄产品），同时为客户提供使用该项产品的技术咨询，从而实现本项目单位赢利。

本项目产品系本单位直接销售给电解铝企业，采用直销模式进行销售，回款期45天。

营销状况：

由于本项目产品系电解铝生产过程中添加的一种节能新材料，国内电解铝厂即是直接客户。本项目产品添加到电解槽中后，可以有效节省原电解槽添加氟化铝的量，节约成本。

产品的定价与氟化铝价格相同，产品销售采用直销模式。

本项目产品已经在遵义玉隆铝业有限公司应用2年以上时间，在河南中孚铝业有限公司、焦作万方铝业股份有限公司应用1年以上时间，在豫港龙泉铝业有限公司应用0.5年时间。本项目产品累计销售1115吨（本项目产品销售价与AlF₃价格相同）累计用于约25万吨电解铝生产。

由于本项目产品应用于电解铝生产后，可以实现节能减排的效果（吨铝节电400～600kWh），且吨铝制造同比节约氟化铝5kg，上述企业通过应用本项目产品，创造了较大的经济效益。

拟采取的转化方式：其他

应用推广的已投入情况：3500万元

资金需求额：4500万元

融资用途：产品研发

核心管理团队人员情况：

团队核心领导：陈学敏，男，52岁，浙江宁波人，工学硕士，高级工程师，享受深圳市特殊津贴专家。

其主要工作经历如下：

1979.9--1983.7 于中南工业大学冶金系学习；

1983.9--1985.8 于浙江省富春江冶炼厂工作；

1985.9--1988.6 于北京工业大学精细化工专业学习；

1988.8--1992.6 于北京化学试剂研究所工作；

1992.7--至今深圳市新星轻合金材料股份有限公司任董事长兼总经理。

其有深厚的学术和研究功底，有多年从事有色金属复合材料、新型合金材料的开发制造管理经验。其在工作期间共申请了国内发明专利43项，国际发明专利90项，主导制订行业标准3项，参与制订国家标准1项，获得中国有色金属工业科学技术一等奖3项，广东省科学技术二等奖1项，深圳市科学技术进步奖1项、深圳市技术发明一等奖1项，发表论文4篇。

治理结构：

本项目单位系一家股份制企业，拟上市公司，股权结构为管理团队持股81%（其中创始人持股57%），投资机构（投资者）持股19%，股权结构清晰，系现代化的股权结构。

股东大会由全体股东组成，是公司的最高权力机构和最高决策机构。

公司内设机构由董事会、监事会和总经理组成，分别履行公司战略决策职能、纪律监督职能和经营管理职能，在遵照职权相互制衡前提下，客观、公正、专业的开展公司治理，对股东大会负责，以维护和争取公司实现最佳的经营业绩。董事会是股东大会闭会期间的办事机构。股东大会、董事会和监事会皆以形成决议的方式履行职能，总经理则以行政决定和执行力予以履行职能。

管理结构：

领导体制：整个公司的运营是以《公司法》、公司章程作为依据，建立了有效的“三会“管理制度。

团队协作：本项目单位与高校、科研机构建立了紧密的产学研合作关系，与高校及机构科研工作者建立了良好的团队协作关系。同时企业有一支稳固的管理团队，管理人员基本在企业工作有8年以上。

管理制度：本项目单位按照现代化管理制度治理企业，企业通过了ISO9001、ISO14001、QC080000、OHSAS18001、TS16949等一系国际管理体系、规范。

内部控制：本项目单位系一家拟上市公司，企业内部建立了严格的《内部控制》管理条例，建立了专职的内控部门。

主营业务名称：高性能铝晶粒细化合金系列产品

近三年主营收入：198965.26万元

净利润：10045.71万元（2014年度）

毛利率：24.36%

评价机构：中国有色金属工业协会科技部；张龙（电话：010-63963837；13601365478；传真：010-63979390）

评价方式：鉴定

评价日期：2014年10月15日