關于電解鋁產業清潔生產的思考

李連得 孔 丹 .營口忠旺鋁業有限公司 .兗礦中科清潔能源科技有限公司

引言

近年來，隨著國內工業的轉移，中國西南和逐漸負責大量的鋁電解生產。電解鋁工業是一個污染嚴重、能耗高的傳統行業，隨著國家法律法規和其他監督管理政策越來越嚴格，必須鼓勵電解鋁工業的清潔生產。本文主要解釋了電解鋁工業的現狀，介紹了促進電解鋁清潔生產產業發展的行動，并為電解鋁公司的清潔生產提供了參考信息。

一、電解鋁工業的現狀分析

(一)生產能力迅速增長，已成為生產能力的紅線

中國鋁工業是建國后創立和發展的，自改革開放以來，中國鋁工業在鋁工業優先發展政策的指導下急劇發展，經過近40年的艱苦努力，原鋁產量到1992年已超過100萬噸，年產量在2001年達到342.7萬噸，使其成為世界第一。自2001年以來，中國電化鋁以布洛芬型高速發展，2020年未加工鋁產量達到3 725萬噸，占當時全球鋁產量的57%。2021年由于受到“碳達峰、碳中和”政策的影響，國家近4 200萬噸紅線已經劃定，各地受完成“碳排放以及節能降耗雙控指標”壓力，開始限制高耗能電解鋁企業，逐步向水電豐富的云南、東南亞轉移產能。

(二)消費量隨產量同步增加

中國電解鋁工業的增長就像鋁產量逐年增加一樣，中國經濟繼續快速發展，特別是在過去十年，推動了鋁消費行業的高速增長。原鋁消費量從2010年的1 683.9萬噸上升到2020年的3 716.7萬噸。

(三)消費結構發生變化

新基建、職能電網、太陽能發電、風電、新能源汽車等相關產業的發展，已成為拉動鋁消費的新動能。中國鋁消費量逐年增加，已經是世界頭號鋁消費國，2016年中國人均消費量為12.5千克，高于世界平均水平(10千克/人/年)，但低于發達國家，中國的鋁結構與發達國家的鋁消費水平存在一定差異，中國鋁工業仍有進一步改善和發展的空間。

(四)淘汰落后生產能力，應用節能新技術

在2020年中國電解元件的生產能力中，400KA、500KA和600Ka溝槽類型已經占了總生產能力的大部分。新上電解槽系列均為500KA及以上大容量電解槽。外補償、石墨化陰極、磷生鐵澆鑄將成為今后發展的趨勢，此種配置的電解槽電流效率可長期控制住在94%以上、直流電耗12 600以下。在增加單罐產量的同時，單罐鋁原料的直流能耗和鋁錠的總交流能耗水平將大大降低。

二、現階段電解鋁企業經濟發展面臨的問題

(一)操作人員缺乏新設備創新緩慢矛盾的凸顯

隨著時代的發展，目前從事電解工崗位的人員年齡逐步出現老齡化現象，90后、00后新生一代愿意從事該崗位的人員越來越少，每年的夏季各大鋁廠均出現電解工大量缺員的現象。目前國內電解車間換極、材料輸入、罐面維護和電解罐巡邏自動化水平仍然很低，大多數手工操作仍然需要。電解車間的工作仍然屬于勞動密集型工作。近幾年隨著自動母線框架、天車加料系統的不斷普及，以及凈化系統的不斷提升，現場員工的作業環境有所提升，勞動強度有所降低，但電解車間環境溫度高、自動化程度低的現狀依舊存在，設備自動化問題仍然需要進一步解決。

(二)固廢處置技術支撐能力有待加強

電解生產產生的氣體廢物為氟化氫、粉塵、二氧化硫氣體，國內現有凈化水平已經能較好的實現氟化氫氣體、粉塵的回收利用，二氧化硫氣體的固化工作也能較好的實現，但產生的次生廢物-脫硫渣，目前仍以固體廢物填埋為主，下游原材料為輔。電解槽廢舊陰極、大修渣、碳渣浮選出的碳泥的處置技術也僅僅是將危廢變成一般固廢，且該一般固廢依舊是以填滿為主，且大修渣處理處置費用極高。另外鋁灰(二次灰)的處置工作，目前資源化利用利用率極低。國內研究廢物處置的機構、高校、科研單位較多，較為成熟的技術尚且極為缺乏。

(三)循環經濟發展體制尚未形成

目前，循環經濟主要是以公司層面的模式公司的清潔生產為基礎，通過污染控制措施和典型的資源內部循環利用方法發展起來的，但區域循環經濟尚未形成。適合發展循環經濟的制度和運行機制首先要包括政府負責的制度，包括促進資源循環利用和保護資源的機制，制度和機制要充分利用循環經濟,這是走新型工業化道路的根本保證,也是循環經濟發展和環境保護進入宏觀經濟政策核心體系的根本保證。如果將生態環境和自然資源排除在宏觀經濟因素之外，經濟管理不解決體制機制問題，循環經濟的發展模式就無法實現，可持續發展只是一種理念。

三、電解鋁行業礦石需求分析

中國的鋁土探明儲量占世界總儲量的2.96%，同時，消耗了50%以上的世界礦物，生產了50%以上的電解鋁。目前，中國對鋁資源的依賴越來越依賴外部世界，資源瓶頸問題越來越明顯。隨著電解鋁行業競爭的不斷加劇，中國最好的行業公司越來越多地采用戰略走出去，開拓非洲、澳洲、東南亞氧化鋁礦市場，利用先進的海運系統將氧化鋁礦石運輸到中國后，在中國建設氧化鋁分廠，氧化鋁分廠產生的赤泥的處置，仍需要技術的不斷提升。

四、清潔生產對電解鋁產業的影響

(一)生產技術和設備對電解鋁產業經濟效益的提高

近幾年隨著凈化設備的提高，電解槽集齊回收效果明顯提高，電解粉塵、氟化氫氣體排放指標遠遠低于國家標準，氟化鹽單耗明顯降低，先進企業可長期將氟化鹽單耗控制在14.5Kg/t.al以內，較之前18-20Kg/t.al，噸鋁成本降低50元。氧化鋁稀相輸送逐步改為氣墊式皮帶輸送，降低了氧化鋁的飛揚損失減少了氧化鋁的粉碎程度，有利于氧化鋁單耗的降低，以及電流效率的提升，均不同程度降低噸鋁成本。自建碳素廠的電解鋁企業還可以使用氧化鋁粉作為吸附瀝青煙、焙燒煙氣，減少煙氣的無組織排放，另外還可以大量節省煙氣吸附劑，同時還減少了固化劑的使用與固體廢物的產出，實現循環利用。碳渣浮選及時的運用，可將電解產生的碳渣中的冰晶石回收，回收率達到70%，大量節省了物料成本，同時大幅度減少固體廢物的產生。

(二)減少資源和能源消耗

(1)電力。生產一噸鋁大約需要14 000千瓦小時的電力，電價約占電解鋁成本的40 %。鋁電解生產的能源消耗直接關系到企業的經濟效益，甚至成為一些企業維持生產的決定性因素。每噸鋁的直流電流消耗是判斷電解槽運行狀況的最直接經濟指標，主要取決于電解槽電壓和電流效率。電解槽的電流消耗可通過以下公式計算：

其中：w—DC耗電量，千瓦時/千克-鋁；

V—平均電壓，v；

n—電流效率，%。

上述公式表明，通過降低電解室平均電壓或提高電流效率，可以降低鋁電解生產能耗。除了降低電解室平均電壓之外，還主要有電解室效應電壓、有效極距電壓、陰極電壓、陽極電壓等。降低槽電壓一般是從以上幾個步驟進行。陽極效應分布電壓主要通過降低陽極效應系數、作用時間和效應幅度來降低，隨著氧化鋁供料系統的逐步提升，以及電解槽槽控技術的不斷優化，陽極效應系數基本更定，可進步的空間不大。隨著石墨化陰極、大尺寸鋼棒以及磷生鐵澆鑄技術的逐步應用，陰極壓降大幅度下降，拿某電解廠500Ka電解槽為例，電解一系列采用50%石墨質、普通扎固方式、傳統鋼棒，電解槽運行3年后爐底壓降平均在330mv，而采用新技術的電解槽爐底壓降均在185mv以下，噸鋁電耗可下降近450Kwh/t.al.另外新的外補償技術，可明顯降低電解槽鋁液波動程度，電解槽形成較為規程的爐膛內型，在電壓不變的情況下，有效電流密度明顯提升，電流效率明顯提升，噸鋁電耗指標進一步降低。各項指標已達到一等潔凈生產水平。

(三)采用新材料新技術延長電解元件的使用壽命

電解電池壽命是一項綜合的技術經濟指標，從行業認可的角度來看，大修材料質量、爐結構質量、啟動質量和后期管理占電解電池罐總壽命的25%。電解室的使用壽命與大修成本、啟動成本、鋁生產、固體廢物的質量、處理和排放有關，對電解鋁裝置的生產成本、經濟和環境影響顯著。為了解決這個問題，可以采用許多低成本的替代品來延長電解室的使用壽命。

五、結語

總之，作為一個傳統的高能效、高污染和高排放行業，國家對電解鋁行業的監管越來越嚴格。電解鋁公司必須采取措施，通過技術條件、原材料質量管理、節能環保設備進入、設備維修等清潔生產措施，提高產業經濟效益和環境效益，促進電解鋁產業可持續發展。