淺談面向循環經濟的電解鋁技術

摘要：由于市場需求的迅速擴大，在工業迅猛發展的今天，資源與環境問題成為制約鋼鐵、銅、鋁等冶金類流程制造業瓶頸，資源流動特征、轉化方向及效率是導致資源與環境問題的根源。近年來環保意識普遍提高，循環經濟也逐步被提上經濟發展日程。然而，由于我國現代工業起點相對較低，國民經濟發展仍存在高耗能、高污染、低產出的問題，尤其是冶金業，大量的資源得不到合理利用。本文就電解鋁為切入點，探討下冶金工業在循環經濟下科學發展的問題。

關鍵詞：循環經濟 電解鋁 鋁冶煉

許多發達國家已經認識到，未來的發展必然要走向人和自然和諧發展的道路，社會向3R型（Recycle，即資源再循環；Reuse，即資源再利用；Reduce，減少消耗和廢棄量）的循環型社會轉化。而我國隨著國家組織實施資源節約與環保保護工程實施以來，包括在節水節能、資源綜合利用、可再生資源能源的開發利用、環保產業、清潔生產等可持續發展的循環經濟的理念已迅速在全國上下普及。大力發展電解鋁工業的循環經濟具有十分重要的意義。

一、循環經濟概念闡述

循環經濟的本質就是要借助各種方法及手段，把傳統線性經濟系統資源流動方向組織成一個“資源——產品——再生資源”的反饋式流程和復雜的生態經濟系統，其根本目的是為了實現生產系統的“低投入、低排放、高產出”目標。

“廢棄物”的循環利用是企業發展循環經濟標志性的“特殊”生產經營活動，但從經濟的角度來看循環經濟的“廢棄物循環”活動，它和其他生產經營活動一樣，同樣也因該存在經營效益的內在要求，其節省的資源收益要能足夠支付或超過所有成本，而不是為循環而循環。也就是說“廢棄物”可循環利用的程度是其循環利用經濟利潤的函數，而循環利用經濟利潤又是由廢棄物循環利用的收益和成本決定的，追求利潤與保護環境是循環經濟的內在要求，因此，循環經濟的資源流轉方式不再是傳統線性工業經濟的機械式資源流轉，而是經過人類理性分析后作出的最優選擇，企業資源流的兩種形態(物質與價值形態)、兩種轉化(正制品與副制品)、兩種流向(正向流與逆向流)之間的量化關系問題是循環經濟資源流分析領域的重要問題。

從宏觀角度而言，循環經濟是一個涉及自然系統、生產系統、消費系統及回收系統等復雜系統的新型經濟發展模式，在各個系統中資源流有各自不同的流轉狀態。

二、發展循環經濟的意義

落實以人為本、全面協調經濟可持續的科學發展觀的具體體現；

落實國家關于轉變經濟增長方式，走新型工業化道路，建設資源節約型、環境友好型社會的重要途徑；

堅持在工業發展中的環境保護由末端治理向污染預防，解決傳統工藝結構性污染的有效措施，也是緩解資源約束、減輕環境壓力、促進入與自然和諧相處的必然選擇。

三、鋁電解工業的發展歷程

金屬鋁于1808年被發現。1825年丹麥人奧斯特用鉀汞齊還原無水氯化鋁，第一次得到幾毫克金屬鋁，指出它具有與錫相同的顏色和光澤。1827年德國人沃勒用鉀還原無水氯化鋁得到少量金屬粉末。1854年法國人戴維爾用鈉代替鉀還原NaAICL，絡合鹽，制得金屬鋁；同年建廠，生產出一些鋁制頭盔、餐具和玩具。1886年美國人霍爾和法國人埃魯特幾乎同時分別獲得用冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法制取金屬鋁的專利，這就是霍爾一埃魯特法，這一方法的要點仍是近代鋁電解工業的基礎。1888年奧地利科學家拜爾申請了從鋁土礦提取氧化鋁的專利。至此，霍爾一埃魯特法、拜耳法以及當時廉價獲取的電力推進了美、歐鋁工業的發展，并最終取代了化學法。

早期鋁電解槽電流強度僅有幾十kA，電耗高達35000kWh／t-Al，經過一百多年的技術革新，現代電解鋁工業中所使用的電流強度可以達到500kA，電耗已降至13000kWh／t-Al以下，節能降耗成效巨大。

現代電解鋁的有關調查數據研究結果表明，電解鋁技術始終圍繞著節能降耗(提高電流效率、降低槽電壓)、清潔生產(降低溫室氣體與有毒氣體排放)展開的。

盡管如此，在當前經濟形式、環境保護標準日益嚴格的雙重壓力下，電解鋁企業面臨著嚴峻的考驗。為此，電解鋁生產企業與科研機構竟相開展試驗研究和工程化研究，爭取早日實現現有電解鋁技術的突破，達到更高的循環經濟水平。

四、面向循環經濟的電解鋁技術節能途徑

1.提高電流效率，平均電壓

電解槽工程化技術是現代鋁工業發展的核心驅動力，在新型電極材料和電解工藝應用之前，極大推動了鋁工業的發展。自引進日輕160kA電解槽技術后，我國就著手開展了大型化電解槽技術的研制與開發，利用計算機仿真模擬電解槽“電、磁、熱、流、力”物理場，基于此先后開發了190lA、240kA、300kA、350kA、375kA、400kA等大型電解槽，單個系列電解槽臺數從100多臺發展到300多臺，產能從5萬多噸發展到35萬多噸，電流效率從不足90％提高到大于94％，槽電壓從4．3V降低至4．0V左右。

2.采用自動控制技術，有效避免突發反應

作為電解槽技術最重要的輔助技術，自動控制技術逐步把操作者從高溫、強磁場和高煙塵環境下的繁重的體力勞動中解放出來，準確、及時、穩定和精細地控制，采用大容量(180--500kA)預焙槽，并在低溫、低分子比、低A1203濃度這些有利于大幅度提高電流效率和降低能耗的技術條件下進行電解成為可能。

在氧化鋁濃度控制中，為有效避免突發效應，各種加工操作協調控制參數設定采用以下原則：更換陽極時，從輸入該操作信號到操作結束，停料不能超過0rain；出鋁時采取不停料控制；邊加工操作從輸入操作信號到操作結束，停料不能超過20min。實踐表明，若以上各種特殊作業停料時間過長，突發效應將增多。

3.保持適宜的電解槽槽溫

影響電流效率的因素較多，而最主要的岡素是槽溫。有關數據表明，當槽溫偏高時。每升溫10℃，電流效率降低1％～2％。而槽溫過高或過低都不利于電流效率的提高。要保持適宜的電解槽槽溫必須控制好合適的分子比。分子比的控制可以通過AIF3投放量來實現。響。槽溫低時，堿性氧化物沉降造成分子比降低；槽溫高時，爐底堿性氧化物返溶，造成分子比升高。另外，降負荷生產期間．應提前兩三天停投AIF3，防止槽溫迅速下降而導致堿性氧化物沉降和分子比急速降低，且有利于爐底狀況的維護。

結語：

加強鋁電解生產工藝技術條件管理，是面對循環經濟鋁電解技術的有力保障，在生產實踐中建立及時發現問題、解決問題的迅速反饋機制也很有必要。循環經濟和鋁冶煉都是任重道遠的課題，本文只是管中窺豹，可能有失偏頗，望斧正。

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作者簡介

姓名：寇影，性別：男學歷：本科，出生年月：1977年1月生，

籍貫：吉林省磐石市，職稱：工程師，研究方向：電解鋁