我國(guó)氧化鋁工業(yè)節(jié)能降耗制約因素探析

摘 要:本文從氧化鋁工業(yè)的生產(chǎn)方法、技術(shù)設(shè)備水平及資源利用等方面探討了制約其節(jié)能降耗效果的主要以素，最后提出了解決問(wèn)題的路徑。

關(guān)鍵詞:氧化鋁工業(yè) 節(jié)能降耗 制約因素

0 引言

節(jié)能是指加強(qiáng)用能管理，采用技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，減少?gòu)哪茉瓷a(chǎn)到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)中的損失和浪費(fèi)，更加有效、合理地利用能源。節(jié)能降耗是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略，是我國(guó)的基本國(guó)策。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，人民生活水平的提高，能源消費(fèi)約束明顯顯現(xiàn)，供需矛盾日益突出，環(huán)境污染嚴(yán)重。國(guó)家“十一五”發(fā)展規(guī)劃第一次提出了單位GDP能耗降低20%的工作目標(biāo)，也就是說(shuō)，到2010年，萬(wàn)元國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)值能耗(以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì))由2005年的1.22t下降到2010年的0.98t，年平均節(jié)能率在4.4%，節(jié)能降耗工作任務(wù)十分艱巨。作為我國(guó)能源消耗大戶，氧化鋁行業(yè)在幾大高能耗行業(yè)中名列前茅，而節(jié)能方法和設(shè)備作為氧化鋁工業(yè)的中間環(huán)節(jié)，采取措施降低能耗，對(duì)整個(gè)冶金行業(yè)能耗指標(biāo)的降低具有一定的積極作用。

1 制約我國(guó)氧化鋁工業(yè)節(jié)能降耗的主要因素

進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)不僅在原鋁生產(chǎn)和鋁消費(fèi)上成為第一大國(guó)，而且在氧化鋁的生產(chǎn)方面已躍居世界第二大國(guó)。無(wú)論工藝水平還是管理手段都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但是規(guī)模和效益的提高使我們忽視了能源、環(huán)境及成本，目前來(lái)講，我國(guó)在鋁工業(yè)生產(chǎn)工藝技術(shù)、設(shè)備、能耗、成本等方面，與世界先進(jìn)國(guó)家相比，仍存在較大差距。具體到節(jié)能降耗方面來(lái)講，其制約因素主要包括以下幾個(gè)方面。

1.1 與國(guó)外相比，我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)綜合能耗高、成本高

以三水鋁石為主要原料的國(guó)外氧化鋁行業(yè)，主要使用低溫拜爾法工藝，由于這種工藝比較節(jié)約成本，并且有利于能耗的降低，因此在國(guó)外同行業(yè)比較普及，而在我國(guó)受到鋁土礦資源品質(zhì)的限制，我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)大都采用溶出條件苛刻、流程長(zhǎng)而復(fù)雜、能耗高、成本較高的混聯(lián)法或燒結(jié)法工藝。見表1

我國(guó)氧化鋁的生產(chǎn)，由于能耗高、流程長(zhǎng)、設(shè)備多而復(fù)雜、冗員較多，使生產(chǎn)成本高于國(guó)外，在節(jié)能降耗方面落后于國(guó)外，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也處于不利地位。2009年，我國(guó)各氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)成本均有大幅下降，目前我國(guó)六大氧化鋁廠，每噸氧化鋁的平均經(jīng)營(yíng)成本為1756美元，距西方國(guó)家平均142.3美元，還有一定差距，與澳大利亞的平均106.6美元相比差距約70美元。

1.2 技術(shù)裝備水平低，制約了節(jié)能降耗的效果

在技術(shù)裝備方面，我國(guó)氧化鋁工業(yè)技術(shù)裝備多為小型化、效率較低、生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)和控制設(shè)備少，許多工序和崗位仍憑經(jīng)驗(yàn)操作和人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)化水平低。國(guó)外早已實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化自動(dòng)化以及大型化，檢測(cè)和控制手段先進(jìn)而齊全。近年來(lái)，各企業(yè)靠自主創(chuàng)新，強(qiáng)化研發(fā)，并引進(jìn)消化吸收國(guó)外一大批先進(jìn)技術(shù)和裝備，裝備水平大大提升，但總體水平仍和國(guó)外有較大差距。

以礦石破碎設(shè)備為例，根據(jù)“多破少磨”的原則，礦石破碎應(yīng)該是整個(gè)氧化鋁生產(chǎn)流程中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。但總體上來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)很多氧化鋁企業(yè)所采用的破碎設(shè)備，仍舊是沿用了幾十年的效率式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)等，腭低、能耗高、噪音大、污染重。1998年前后，國(guó)內(nèi)的一家設(shè)備制造公司曾研制成功一種內(nèi)通道式破碎機(jī)，能耗低、震動(dòng)小、粉塵少、破碎比高，還獲得過(guò)國(guó)際獎(jiǎng)項(xiàng)。但不知什么原因，這種設(shè)備至今也沒見到大面積的推廣應(yīng)用。礦漿磨制工藝采用的大型格子磨和熟料燒成工藝采用的回轉(zhuǎn)窯，也是沿用了好多年的老式設(shè)備，雖然在安全性能、自控系統(tǒng)等方面比以前有了很大的進(jìn)步，但設(shè)備工作原理、運(yùn)行狀態(tài)等基本上沒有什么大的改變，能耗、噪音、操作、維護(hù)等方面的難題一直令人頭疼，單純的小改小革已經(jīng)不能解決根本性的問(wèn)題，急需像溶出和焙燒裝備那樣，有一個(gè)劃時(shí)代意義的重大跨越，以充分適應(yīng)高產(chǎn)低耗、安全環(huán)保的時(shí)代潮流。至于赤泥過(guò)濾裝備，目前采用較多的仍然是外濾面式轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)。這種過(guò)濾機(jī)也是沿用了幾十年的老式設(shè)備，只不過(guò)很多廠家都對(duì)其卸料方式進(jìn)行了一些改進(jìn)，由原來(lái)的壓縮空氣吹脫改為了折帶式或輥?zhàn)有读鲜健Ｓ械钠髽I(yè)近年來(lái)正在試驗(yàn)將橡膠帶式真空過(guò)濾機(jī)用于赤泥過(guò)濾工藝，由于物料原因，效果不是十分理想，目前仍處于試驗(yàn)改進(jìn)階段。還有企業(yè)幾年前曾將“赤泥高效過(guò)濾設(shè)備”的研制開發(fā)作為對(duì)外公開招標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)招標(biāo)，隨后與中標(biāo)單位就離心式高效過(guò)濾機(jī)的研制開發(fā)進(jìn)行過(guò)密切合作。但此次試驗(yàn)最終沒有取得成功，不過(guò)也積累了不少經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。現(xiàn)在看來(lái)，如果能將立盤過(guò)濾機(jī)等現(xiàn)有成熟、高效的過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行合理改進(jìn)，用于赤泥過(guò)濾工藝，則不失為一種很好的解決辦法。

由此看來(lái)，我國(guó)氧化鋁工業(yè)裝備發(fā)展不均衡的問(wèn)題成為影響和制約國(guó)內(nèi)氧化鋁企業(yè)自身節(jié)能降耗實(shí)力進(jìn)一步增強(qiáng)的一道障礙，并且會(huì)隨著國(guó)內(nèi)外氧化鋁工業(yè)的飛速發(fā)展而日漸凸顯。

1.3 鋁土礦資源浪費(fèi)嚴(yán)重

就我國(guó)目前鋁土礦開采狀況而言，正規(guī)化的企業(yè)自采比例不到50%，大量收購(gòu)民采礦，導(dǎo)致亂挖亂采，資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重，有限的鋁土礦資源沒有得到合理的保護(hù)和利用，生態(tài)環(huán)境也受到破壞。以河南為例，目前，河南的民間采礦居然能占到河南省鋁土礦生產(chǎn)總量的90%以上，由于民間采礦的技術(shù)不規(guī)范和管理混亂，造成了鋁土礦的嚴(yán)重破環(huán)和資源浪費(fèi)，很多地方的礦土資源已經(jīng)枯竭。

2 對(duì)策建議

筆者認(rèn)為，正確選擇降耗方法，合理利用鋁土礦資源及有效解決國(guó)內(nèi)氧化鋁工業(yè)裝備自主創(chuàng)新、均衡發(fā)展的難題，才是解決氧化鋁行業(yè)節(jié)能降耗問(wèn)題的根本。

2.1 選擇合適的氧化鋁工藝

首先，普及拜爾一燒結(jié)串聯(lián)工藝。其顯著特點(diǎn)是:先用拜爾法處理礦石，提取其中的大部分氧化鋁，然后再用燒結(jié)法回收拜爾法赤泥的氧化鋁和堿，原則只燒赤泥熟料，而不添加礦石，而混聯(lián)法除了處理赤泥還同時(shí)處理一部分低品位礦石。由于燒結(jié)法部分產(chǎn)量比例縮小，能耗減小，總成本降低;由于礦石經(jīng)過(guò)拜爾法和燒結(jié)法兩次處理，氧化鋁總回收率高，堿耗降低。

拜爾法和燒結(jié)法兩個(gè)系統(tǒng)的平衡，互相影響比并聯(lián)法困難些，拜爾法赤泥不直接排出，進(jìn)入燒結(jié)法系統(tǒng)，進(jìn)入流程的Na2S04少一個(gè)排出機(jī)會(huì)。拜爾一燒結(jié)串聯(lián)法擴(kuò)大了低成本的拜爾法產(chǎn)量比例，縮小了燒結(jié)法產(chǎn)量比例，充分發(fā)揮拜爾法節(jié)能、降耗的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)此法還能充分利用高硅鋁土礦石資源。但是低鋁硅比赤泥熟料燒結(jié)往往很困難，我國(guó)中鋁中州分公司二期原選用串聯(lián)法(礦石A/S5.72)后被擱置(1992)。在國(guó)外哈薩克斯坦帕夫洛達(dá)爾廠，成功地實(shí)現(xiàn)串聯(lián)法生產(chǎn)工藝，其經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒。1996年，我國(guó)完成“八五”攻關(guān)項(xiàng)目《串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁新工藝》全流程試驗(yàn)，解決了低A/S熟料燒結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，獲得了滿意的工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果: (1)燒結(jié)A/S=1.3～1.5的拜爾法赤泥，熟料質(zhì)量好，A1203標(biāo)溶85%(合同要求80%)Na20標(biāo)溶95%(合同要求90%):

②串聯(lián)法與混聯(lián)法相比能耗降低11GJ/噸:

⑧在建新廠方面，串聯(lián)法與混聯(lián)法相比每噸A(203投資可降低12%。串聯(lián)法最突出的優(yōu)勢(shì)是:A1203回收率高達(dá)92%，高于其他任何生產(chǎn)方法;可利用中低品位礦石，A/S5～6;堿耗低;串聯(lián)法非常適于改造現(xiàn)有的混聯(lián)法廠，也可用于新廠建設(shè)。

其次，加強(qiáng)砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用。早在上世紀(jì)六十年代中期，國(guó)外就開始生產(chǎn)砂狀氧化鋁，七十年代初，世界氧化鋁生產(chǎn)中砂狀氧化鋁和粉狀氧化鋁是并行的。由于電解鋁廠環(huán)保節(jié)能的需要，特別是干法煙氣凈化和大型中間自動(dòng)點(diǎn)式下料預(yù)焙槽的推廣以及氧化鋁流態(tài)化輸送技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)氧化鋁的物理化學(xué)性質(zhì)提出了嚴(yán)格的要求。

選擇電解材料時(shí)中間狀和粉狀氧化鋁是不能與砂狀氧化鋁同日而語(yǔ)的，砂狀氧化鋁溶解性能及流動(dòng)性能好，而且粉塵小、比表面積大、強(qiáng)度好、粒度均勻。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，British用粉狀和砂狀氧化鋁在130KA中間下料預(yù)焙槽上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):粉狀氧化鋁在，加料時(shí)粉塵量比砂狀氯化鋁大2—3倍，進(jìn)入排煙管的粉塵量為砂狀的1.75倍，排入大氣損耗量為砂狀的5倍。砂狀氧化鋁不但比表面積大而且吸附能力強(qiáng)，砂狀氧化鋁能使電解槽操作地帶HF的濃度由3～5ppm降為0.3—0.5ppm，減少氟化鹽損失，就是因?yàn)槠淠苡行紿F、siF4等有害氣體，使用砂狀氧化鋁比粉狀氧化鋁的陽(yáng)極炭耗一般降低2%左右。因而最適用于氣體干法凈化系統(tǒng)。溶解速度快，在加工過(guò)程中不產(chǎn)生沉淀，降低爐低壓降，達(dá)到節(jié)能的目的。

正是由于砂狀氧化鋁具有以上的特點(diǎn)，國(guó)外許多原來(lái)生產(chǎn)粉狀氧化鋁的廠家紛紛轉(zhuǎn)為砂狀氧化鋁，并使之成為一種趨勢(shì)，以至于目前所生產(chǎn)的大部分氧化鋁都符合砂狀氧化鋁的要求。

世界上生產(chǎn)砂狀氧化鋁的技術(shù)有三種:一是用三水鋁石為原料低濃度溶出、種分生產(chǎn)砂狀氧化鋁的美鋁技術(shù)，二是主要用三水鋁石為原料以較高濃度溶出、種分生產(chǎn)氧化鋁的瑞鋁技術(shù)，三是用一水軟鋁石和一水硬鋁石礦為原料以高濃度溶出、種分生產(chǎn)砂狀氧化鋁的法鋁技術(shù)。

我國(guó)砂狀氧化鋁技術(shù)開發(fā)已迫在眉睫。國(guó)內(nèi)較早就進(jìn)行了砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)。針對(duì)高濃度鋁酸鈉溶液生產(chǎn)砂狀氧化鋁，山西鋁廠、鄭州輕金屬研究院等單位于1985年前后進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，但是結(jié)果并不理想，雖在山西鋁廠設(shè)計(jì)建設(shè)，并未投入工業(yè)生產(chǎn)。山東鋁廠為代表的有關(guān)單位開展了燒結(jié)法連續(xù)碳分生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)研究，產(chǎn)品質(zhì)量有很大提高，但距離砂狀氧化鋁的要求上存在一定差距。中州鋁廠燒結(jié)法連續(xù)碳分生產(chǎn)砂狀氧化鋁于2002年已經(jīng)獲得成功。但與國(guó)外砂狀技術(shù)指標(biāo)相比仍有差距。平果鋁業(yè)公司引進(jìn)法國(guó)技術(shù)，一段分解生產(chǎn)砂狀氧化鋁，基本達(dá)標(biāo)，但在氧化鋁磨損指數(shù)仍較大。“砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)”已列為國(guó)家攻關(guān)課題，由中國(guó)鋁業(yè)公司組織山西鋁廠、東北大學(xué)、鄭州輕金屬研究院和中南大學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，取得了一定的成果，已經(jīng)通過(guò)專家鑒定，但尚不完善。這還需要各個(gè)氧化鋁生產(chǎn)廠加大攻關(guān)力度，早日突破這一難題。

2.2 提高技術(shù)裝備水平，實(shí)現(xiàn)高效能降耗

要想降低各個(gè)工序的單位能耗及原材料消耗，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。就得采用高新技術(shù)和先進(jìn)的裝備，提高設(shè)備大型化、高效化和自動(dòng)化水平，此類先進(jìn)技術(shù)和裝備主要包括:強(qiáng)化溶出成套技術(shù)及裝備;高效沉降技術(shù)及裝備;大型液固過(guò)濾分離設(shè)備(葉濾機(jī)，立盤、平盤過(guò)濾機(jī))及技術(shù):降膜蒸發(fā)技術(shù);大型平底MIG攪拌槽的設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù);懸浮焙燒技術(shù);氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)。此外，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，開發(fā)和應(yīng)用拜爾法原礦漿及燒結(jié)法生料漿自動(dòng)配料技術(shù)、熟料窯自動(dòng)控制技術(shù)、粗液常壓脫硅技術(shù)、高濃度碳分母液蒸發(fā)析鹽技術(shù)、余熱利用技術(shù)，以達(dá)到節(jié)能、降耗、增產(chǎn)的目的。

2.3 提高礦土資源的綜合利用

鋁土礦雜質(zhì)中含有少量的稀有元素，基本上以Tl(鈦)、Nb(鈮)、V(礬)、Ga(鎵)、Rh(銣)、Se(鈧)、Li(鋰)、等居多。現(xiàn)在回收利用最廣泛的是Ga，據(jù)資料顯示:鋁土礦中一般含有0.005～0.01%的Ga。目前世界上約90%的Ga是在生產(chǎn)氧化鋁的過(guò)程中提取的。應(yīng)設(shè)有提取金屬鎵的車間，可以分兩個(gè)生產(chǎn)系列:一條為自主研發(fā)的全堿法樹脂吸附提取鎵;一條是酸法脫附樹脂吸附提取鎵工藝。除Ga外，我們要研究開發(fā)其他稀有金屬元素提取技術(shù)及工藝，并進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用，以提高綜合利用水平。

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