電解鋁行業清潔生產案例分析及推行建議

沈忱，周長波*，李旭華，裴倩倩，朱寧芳，李梓，黨春閣，方剛

1．中國環境科學研究院清潔生產中心，北京 100012

2．寧夏回族自治區中寧縣環境保護局，寧夏中衛 755100

電解鋁行業清潔生產案例分析及推行建議

沈忱1，周長波1*，李旭華1，裴倩倩1，朱寧芳2，李梓1，黨春閣1，方剛1

1．中國環境科學研究院清潔生產中心，北京 100012

2．寧夏回族自治區中寧縣環境保護局，寧夏中衛 755100

基于我國電解鋁行業發展現狀，對其發展趨勢進行了剖析，指出在全行業開展清潔生產審核是實現電解鋁行業可持續發展的有效途徑。某電解鋁企業清潔生產審核案例表明，從開始開展清潔生產審核到方案實施完成，在生產全過程中提升了企業的污染減排能力，提高了資源能源的利用效率，為企業帶來了巨大的經濟效益和環境效益。通過對企業清潔生產審核成果進行總結和凝練，從政策引導、技術研發和樹立典范等方面提出了在電解鋁行業推行清潔生產的建議。

清潔生產;電解鋁行業;節能;降耗

近十幾年來，我國有色金屬行業迅猛發展，其中鋁工業的發展態勢呈現“井噴狀”，2001年我國原鋁產量達到342．7萬t，躍居世界第一位;2005年底，我國的氧化鋁、電解鋁和鋁加工的產量分別為851萬、781萬和648萬t;截至2010年，我國原鋁產量1 696萬t，仍居世界第一［1］。由于鋁工業近10年來的高速發展，其深層次矛盾逐漸凸顯，產能過剩、無序發展等問題突出［2|3］。在電解鋁生產成本中，電力成本占45%左右，比例最高。2012年以來，隨著國內電價提升以及鋁行業產能的過度擴張［4］，鋁冶煉企業利潤大幅下降，電解鋁行業普遍虧損。因此，節約能源、降低消耗，走可持續發展道路將成為電解鋁行業發展的必然選擇，而清潔生產是實施該戰略的最佳途徑［5］。

清潔生產是一種創造性的思想，該思想將整體預防的環境戰略持續應用于生產過程、產品和服務過程中，以期提高生態效率并降低對人類和環境的風險［6］。實行清潔生產審核是推行清潔生產最有效的途徑，以“節能、降耗、減污、增效”為目標［7|8］，通過開展清潔生產審核對行業內全部企業進行整改，既能夠切實做到節能減排，又可提高企業物料和能源的使用效率，做到真正降低鋁電解成本［9］，將對中國電解鋁行業的戰略布局產生深遠影響。筆者對寧夏某電解鋁企業清潔生產審核案例進行詳細解析，并在此基礎上提出電解鋁行業的清潔生產推行建議。

1 案例分析

1.1 企業基本情況

企業于2010年底投產，設計年產量31．5萬t，主產品為重熔合金鋁錠，較為單一，附加值低。生產工藝采用熔鹽電解法(Hall|Heroult法)［10］，可簡述為:溶解在熔融氟化鹽電解質中的氧化鋁在直流電的作用下，在陽極上析出CO2，在陰極上析出金屬鋁液。液態原鋁經抬包拖車運至固定式電加熱混合爐中，再經過攪拌、靜置、扒渣、鑄造等過程后，加印標記、堆垛和打捆，每塊鋁錠質量為(25．5±1．5)kg，每捆質量為1 078～1 170 kg。

企業規模較大，核心設備包含282臺NEUI400高能效預焙陽極鋁電解槽(東北大學設計研究院研發設計)。該大型化、高能效的鋁電解槽采用全石墨化陰極及優質內襯、母線設計，具有優化的電解槽“物理場”配置、新型管桁架上部結構技術、電解槽槽殼結構優化技術和優異的車間通風設計數值模擬技術等，可提升車間通風度、電解煙氣集氣效率及各項電解技術經濟指標，與傳統的鋁電解槽相比可完全做到節能、減污、經濟、適用。這種規模化生產和新型設備配置模式，是未來電解鋁行業發展的主導方向。

1.2 企業主要污染物及治理措施

1.2.1 企業主要污染物

企業污染物除少量的電解槽大修廢渣外，主要以大氣污染物為主，包括電解煙氣和原料貯運過程中產生的少量粉塵，其中電解煙氣中的氟化物、CF4、C2F6、金屬氧化物粉塵等都屬于重污染物。

1.2.2 企業污染物治理措施

電解鋁行業同時面臨著資源高強度消耗和重污染物排放的雙重壓力，迫切需要選擇清潔生產、循環經濟的戰略發展模式。目前，國內電解鋁企業的煙氣均采用氧化鋁吸附干法凈化方法處理，成熟、高效，可將污染物產生量和排放量控制在最低水平［11］。

根據表1數據顯示，企業電解車間經捕集后的電解煙氣通過排煙管網進入干法凈化系統進行處理，凈化系統氟化物凈化效率可達98．5%，布袋除塵器收塵效率在99%以上，經凈化處理后的各項污染物排放濃度均達到GB 9078—1996《工業爐窯大氣污染物排放標準》中的二級標準。

表1 企業鋁電解煙氣污染物治理情況Table 1 The treatment status of aluminum reduction gas

1.3 清潔生產對標分析及確定審核重點

企業以HJ/T 187—2006《清潔生產標準電解鋁業》［12］為依據進行清潔生產對標分析，確定急需重點解決的審核關鍵，確定本輪審核重點后，設定符合企業實際情況的清潔生產目標。

1.3.1 清潔生產對標分析

對標分析(表2)顯示，企業總體清潔生產水平處于中等偏上，在產能、工藝、污染物處理及廢物回用方面均達到一級水平。未達到電解鋁行業清潔生產一級標準的指標主要有3項:1)企業陽極凈耗較高，電流效率較低，僅達到清潔生產三級指標;2)企業原鋁直流電耗達到清潔生產二級指標，還有提升空間;3)全氟產生量僅超清潔生產一級指標0．2 kg/t，改善空間較小。

表2 HJ/T 187—2006《清潔生產標準電解鋁業》對標情況Table 2 The benchmarking analysis of Cleaner Production Standard|Aluminum Electrolytic Industry(HJxA 1/T187|2)

未達到電解鋁行業清潔生產標準的指標主要有3項:1)氟化鹽上料方式為人工操作，未達標，但由于企業所在地區人力成本較低，而大型機械化設備價格較高，且改變之后相對經濟效益不明顯，因此更改可能性較低;2)企業部分電解槽集氣罩板損壞，密閉性不好，車間內可見煙氣泄漏，電解煙氣凈化系統未達標;3)企業電解生產過程中粉塵產生量過高，未達標。

可見，企業在運用成熟工藝和較大型設備的基礎上，電解鋁行業清潔生產標準的部分指標是較容易達到的。

1.3.2 確定審核重點

清潔生產審核工作人員參照清潔生產對標情況，通過行業調研、專家咨詢及對企業生產全過程的現場考察和產排污狀況評價，確定電解車間為審核重點。

1.3.3 設定清潔生產目標

從優化生產過程的角度出發，本輪清潔生產審核的目的在于降低資源、能源的消耗，同時提高企業的環境、經濟效益，而清潔生產目標的設置便于對清潔生產審核目的的實現效果做出定量評價。因此，根據企業的集氣罩板密封不嚴、粉塵產生量較大等問題設立了清潔生產目標(表3)。

表3 清潔生產目標Table 3 Cleaner production objective summary

1.4 清潔生產方案實施及目標完成情況

1.4.1 清潔生產方案的提出與匯總

經清潔生產對標分析，企業找到了在設備、工藝、技術等方面需要提升的方向。同時，通過收集國內外同行業先進技術、組織行業專家進行技術咨詢、發動全體員工提出合理化建議等方式共征集研制出564項清潔生產方案。其中，中/高費方案4項(表 4);無低費方案560項，如利用電解槽換出的熱殘極來替代電加熱器進行大修后出鋁抬包的烘烤;規范電解車間操作，將清理抬包等粉塵量產生較大的工序移至專門車間并增設除塵器，減少粉塵產生量;增加碳素陽極保護環，延長陽極使用周期，降低陽極碳素單耗;定期做氟平衡，尋找原料流失處，提高原料利用率等。

表4 中/高費方案匯總Table 4 Medium/high cost project summary

1.4.2 清潔生產方案的篩選與實施

為確認清潔生產方案的技術可達性、環境友好性和經濟可行性，企業相關領導、技術人員及行業工藝技術專家根據技術可行、環境效果、經費投資與效益等條件，對已匯總的無低費方案進行篩選、中/高費方案進行詳細分析論證，共去除32項不可行的無低費方案。

企業領導對于審核最終提出的各項方案表示高度重視，為確保其順利實施，在資金籌措、人員配置、場地考察、設備選型等方面都給予了全力支持。該輪審核共實施了532項清潔生產方案，包括528項無低費方案、3項中/高費方案以及1項正在實施過程中的中/高費方案。

1.4.3 清潔生產目標完成情況

通過清潔生產方案的實施，企業審核后的指標情況見表5。由表5可見，完全達到了清潔生產審核近期目標的要求。

表5 清潔生產目標完成情況Table 5 The completion of cleaner production objective

盡管企業做出了很大的方案整改和資金投入，但仍有部分指標未達到清潔生產標準一級水平，如電流效率等，比對同行業各大企業的實際生產情況，該項指標都很難達到，因此，急需針對全行業重點難點的新型清潔生產工藝技術研發。

1.5 清潔生產審核績效總結

歷時8個月，企業第一輪清潔生產審核結束，完成了寧夏回族自治區環境保護廳及地方環境保護局為落實《中華人民共和國清潔生產促進法》下達的重點企業清潔生產審核任務。

在清潔生產審核過程中，企業通過技術改造，節約了原材料，降低了能耗和物耗，優化了生產過程，持續降低成本，取得了環保和經濟的雙重效益。企業總計投資6 759萬元，每年可節約成本約4 500萬元。削減氟化物318 t/a、粉塵334．6 t/a;降低氧化鋁單耗10 kg/t、碳素陽極凈耗37 kg/t;節約水耗2萬t/a，電耗5 766萬kW·h/a。

通過本輪審核，企業完成清潔生產的近期目標任務，其中陽極凈耗降至414 kg/t，接近清潔生產一級水平;直流電耗13 290 kW·h/t，達到清潔生產一級水平;粉塵產生量由48．8 kg/t降至37．9 kg/t;總體達到了較高的清潔生產水平，提高了產品質量，改善了生產現狀和管理水平，提升了自身核心競爭力。

2 電解鋁行業清潔生產推行建議

2.1 加強政策引導，制(修)訂和完善相關標準、法律法規

隨著末端治理潛力挖掘難度的不斷增大，面對嚴峻的環境挑戰，電解鋁行業在我國踏入環保新時期后是否能走得更遠，取決于企業是否堅持清潔生產的推行。國家應制定電解鋁業清潔生產的推行規劃，統籌安排，明確各政府部門、地方環境保護廳(局)、企業及審核咨詢服務機構的相關戰略部署、責任分工及重點任務;及時組織修訂電解鋁行業的清潔生產標準及其他相關環保標準，凝練行業中各企業的審核成果，更新各項技術指標數據，在現有工作基礎上進一步加大對氟化物、粉塵等特征污染物的監管力度。

同時，推行電解鋁行業清潔生產，必須建立良好的激勵機制和約束機制，通過引導、倒逼和鼓勵等方式對企業實施清潔生產進行規劃，結合我國電解鋁行業的實際情況及國內外的成功經驗，加快制定和完善相應的地方性清潔生產法律法規［13］。

2.2 注重清潔生產新工藝的研發，增強技術儲備

技術進步和創新是電解鋁行業推行清潔生產的重要手段。一方面，要將電解鋁行業大氣污染防治問題和節約降低電力消耗作為研發重點，集國內外先進技術為一體進行自主創新，針對重點區域、重點企業環境污染和能耗物耗較高的關鍵環節，動員行業全體力量開展研究和技術開發，有效整合企業及科研機構的力量，推進研發進程［14］。另一方面，加大資金投入，應設置清潔生產技術專項資金資助全行業的清潔生產技術、設備、產品的開發，對于實施清潔生產技術的企業給予部分稅收優惠，對于有推廣價值的清潔生產項目，優先列為電解鋁行業重點經濟發展項目。

2.3 樹立企業典范，探索推行清潔生產新模式

實踐證明，以清潔生產審核為切入點可有效推進電解鋁行業清潔生產。近年來，電解鋁行業節能減排、清潔生產等方面進步較大，龍頭企業的研發和帶動尤其重要［15］，樹立典型示范企業，建立示范工程，對帶動和提升整個電解鋁行業清潔生產水平能夠起到非常正面的作用。

國家應及時凝練電解鋁行業清潔生產實踐的成果，以行業或區域性清潔生產審核為切入平臺，研發行業內共性關鍵技術為手段，針對國家重點區域、重點流域及園區進行清潔生產技術升級，從源頭、全生產過程減少污染物排放，探索未來電解鋁行業清潔生產推進的新模式［16］。

3 結語

清潔生產實踐行動表明，電解鋁企業通過開展清潔生產審核大大提高了其清潔生產水平，從整體生產過程對企業進行了全面優化。一方面，提高了氧化鋁和碳素陽極的使用效率，大幅降低了電單耗，從而降低了成本;另一方面，通過從源頭對粉塵、氟化物的產生量進行控制，減少了污染物的處理處置費用，并且促進了企業的設備更新和技術創新，增強了企業在市場中的競爭優勢。

清潔生產是一個持續的行為和理念，國家應完善相關政策法規體系，在企業開展清潔生產審核后給予支持資金，確保中/高費方案的有效實施;并及時凝練電解鋁行業清潔生產成果，樹立企業典范，不斷探索清潔生產審核新模式，在行業內有效推行清潔生產。

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Case Analysis and Suggestions of Im plementing Cleaner Production in Alum inum Electrolytic Industry

SHEN Chen1，ZHOU Chang|bo1，LIXu|hua1，PEIQian|qian1，ZHU Ning|fang2，LIZi1，DANG Chun|ge1，FANG Gang1
1．China National Cleaner Production Center，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China
2．Zhongning County Environmental Protection Agency of Ningxia Hui Autonomous Region，Zhongwei755100，China

Based on the current situation and development trend of the aluminum electrolytic industry in China，it was pointed out that the effective way of sustainable development of aluminum electrolytic industry is carrying out cleaner production audit in the whole industry．One case of cleaner production audit in an aluminum electrolytic enterprise showed that，during the process of cleaner production audit，the pollution reduction ability and the energy resource utilization efficiency were improved and great benefits in both economy and environment for the enterprise obtained．Through summarizing the results of enterprise cleaner production audit，several suggestions were put forward in pursuing cleaner production，such as policy guiding，technology R＆D and demonstrations setting．

cleaner production;aluminum electrolytic industry;energy－saving;consumption reduction

X38

A

10．3969/j．issn．1674－991X．2014．03．039

1674－991X(2014)03－0237－06

2013－11－19

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2013ZX07504－001－05);中國環境科學研究院中央級公益性科研院所基本科研業務專項(GYK1161302)

沈忱(1988—)，女，工程師，碩士，主要從事清潔生產審核及政策研究，shenchen1988@craes．org．cn

*通訊作者:周長波(1973—)，男，副研究員，博士，主要研究清潔生產與固廢綜合利用，zhoucb@craes．org．cn