试析电解铝生产节能减排技术

试析电解铝生产节能减排技术

陶光良

广西百矿铝业有限公司 广西百色 533600

摘 要：从目前中国工业发展的基本状况来看，节能减排所占的地位不言而喻。特别是从电解铝企业产生的能源大量消耗角度来看，电力成本占据生产成本中的40%。因此，从电解铝企业的角度来看，节能减排生产技术将成为企业未来发展过程中的主流，且该技术的推广完全符合国家绿色发展战略。接下来，本文将着重介绍电解铝生产相关的节能减排技术，希望对同行业的进步发展有一定的参考价值。

关键词：电解铝生产；节能减排；技术；能耗

前 言

在全球范围内，有关各国二氧化碳排放数量的辩论非常激烈。但是，我国人均二氧化碳的排放数量远高于世界平均水平，环境压力非常大。自全球金融贸易展开后，贸易保护主义就不断滋生蔓延，一些发达国家也开始征收碳税。这对中国等发展中国家的产品出口提出了更高的标准和要求。对此，中国政府部门在提高节能减排力度上不遗余力，创建了一系列有针对性的节能减排指标，以及节能减排体系。其中，电解铝企业生产遗留的污染物对环境造成了严重的污染。因此，发展电解铝企业的节能减排工作已成为各界普遍关注的焦点。通过这些年的迅速发展，国家倾注了大量的人力、物力和财力来解决产能过剩的问题，特别是针对电解铝行业的相关国家政策和事件措施。例如，在2018年12月，国家正式颁布《关于电解铝企业用电实行阶梯电价政策的通知》，文中强调对于电解铝企业，电解铝的价格与投入的电解交流电能耗直接挂钩，以促进淘汰技术落后的电解铝产能，促进优质电解铝生产企业的发展。

1 电解铝生产节能技术原理

在电解铝的工业生产中，电能的消耗量可通过平均电压和电流效率计算得到，公式如下：

W=2.980U/η

公式中：W 表示电能消耗量，单位 kwh/t-AL；U 表示平均电压，单位 V；η 表示电流效率，单位 %。

表 1 电能耗对照表（kwh/t-AL）

按照上述的电能消耗量公式以及点耗能对照表，如果要实现电解铝生产过程的节能目标，则需从影响消耗量的两个重要因素入手，即通过降低生产时的平均电压，或者提高生产时的电流效率，实现电解铝生产过程中的节能减耗，而将两种因素结合发展无疑是电解铝技术发展的最佳方向。

2 电解铝在生产过程中遇到的问题

2.1 具有一定的危害性

在电解铝的生产阶段，会排放出大量的固体废物和气体，这些物质不仅污染电解铝企业的周围环境，而且危害工人以及周围居民的身体健康。首先，电解铝生产阶段还会产生大量的粉尘等微小颗粒物，如果这些颗粒物大量被人体吸入，则会引起矽肺等疾病的产生，危害呼吸系统。其次，排放到空气环境中的氟化物气体大量积存，会对周围环境的动植物造成严重危害。

2.2 环境污染严重

通常我国电解铝企业中在生产过程中，采用的生产工艺主要为溶解电解，该方法的关键生产材料为冰晶石-氧化铝。首先在该工艺的生产阶段，冰晶石-氧化铝材料的温度先逐渐升高，但其熔点也会随之较高。因此诸如飞散之类的生产外情况也会随之产生，而这些情况会污染周围环境状况。此外，采用点解法的铝生产制造阶段，会产生大量的游离氧离子。这些游离物质堆积在阳极周围，并与二氧化碳发生化学反应，生成受到污染的气体，直接导致周围环境污染以及人民生命安全。

2.3 高耗电，能源耗费量大

在我国不断提高电解铝产能的背景下，对电能的消耗需求也逐渐增加，而目前生产企业的电力供给主要依靠火力发电，这也使得需要消耗更多的资源以及牺牲环境代价来提高产能，与当前国家所倡导的绿色环保发展理念背道而驰。

3 电解铝节能降耗的主要技术

3.1 阻流块技术

阻流块技术作为一种用于电解铝节能降耗的传统技术，其应用实质为在以前常用的槽底表面上放置一个由特殊材料制得的凸台，来达到进一步优化铝液流动状态的目的。当在电解铝生产过程中应用阻流块以后，必须了解该技术的应用范围和使用寿命，可依据以下两点出发：其一为槽底的技术状况。通过内置计算机的控制，大型铝电解槽对氧化铝的浓度和技术标准有着严格的要求。电解池中的某些工作区域内仍然存在许多问题，例如电解炉底部和炉床规格不标准等，导致阻流块缺乏基本条件，最终无法统一电解槽中的所有功能。在这种情况下，仅当电动机插槽本身的状态相对良好时，操作初始阶段显示的效果才会相对良好。其次，阻流块的质地。当详细使用阻流块技术后，由于电解液具有严格的清洁标准，并且材料也不符合清洁标准，因此阻流块很容易引起漂移、转变、断裂及溶解等危害，从而使得电解炉生产过程达不到使用阻流块的技术状态。

3.2 异型阴极节能技术

在专门用于电解铝节能减耗的使用过程中，异型阴极节能技术可以用来改善铝电解池底部的平底特性上，以进一步增强凸台和凸台阴极的电流阻挡功能，从而改善铝工业表面的状态，优化极距，促进电解槽中铝水的流动状态等。在对现有指标进行分析的基础上，异型阴极节能技术已被许多铝业公司逐步采用。最终使用后表现出较好的效果。然而随着使用寿命的逐渐增加，由碳材料制备的凸台会受到更为严重的磨损，其节能效果会随之逐渐劣化，标志着这种情况会阻碍电解铝节能减耗技术的不断发展。此外，采用异型阴极节能技术后，所产生的经济效益与槽龄的标准不一致。在电解铝技术不断进步的基础上，这些科技成果已逐渐广泛应用于电解铝工业生产中，例如350kA系列，这无疑将极大地促进电解铝节能减耗技术的拓展与进步。

3.3 异型阴极钢棒技术

在电解铝的实际节能减耗过程中，异型阴极钢棒技术的优势主要表现在解析电解铝槽中的钢棒，必要时采用“双钢棒”进行处理，将最大程度的优化储槽周围的磁场平衡和储槽中铝水的流动状态，以进一步降低储槽的电压并减少电解铝过程中的直流电损耗。此外，异型阴极钢棒技术的应用带来了极大的便利性，但由于槽底的表面相对平滑，对保持规则的槽纹起着积极的作用。当将该技术逐渐应用于电解铝的节能减耗后，可以直接促进电解铝工业的行业发展壮大。

4 电解铝生产节能减排技术优化对策

4.1 管理创新，强化节能减排控制

一是将中央企业节能减排工作汇集的精神落到电解铝行业的实处，在对会议精神深刻领会的情况下，业内工作者必须认真践行电解铝节能降耗的使命感和紧迫感，加强业内组织交流与合作，切实将电解铝节能降耗工作纳入企业的发展中。其二是加强企业之间的协作互助，实行严格的考评机制。电解铝企业内的各职能部门和生产单位履行职责，通过全面协调开发、计划、财务、设备、节能、降耗等工作，推进各项工作在电解铝节能降耗技术中的落地应用。通过组建专业的电解铝节能降耗人才团队，完善和创新现有的工作生产体制，加强考核评价，最大程度地促进节能降耗工作在电解铝生产行业的稳步实施。

4.2 提高电流效率

在这种条件下，作为电解铝节能降耗的重要目的，如何使得低槽电压可以使电流效率维持在一个较高水平亟待研究。根据目前针对性的研究成果发现，如果槽电压的数值基本相同，电流效率的平均值可以提高1％，而相对应的电能损耗可降低约140kWh/t-Al，并促使碳耗降低约5kg/t-Al。从电解铝企业的水平分析，电解槽的极距、电解过程中的温度、电解分子比、炉帮厚度及生产稳定性等因素也将对最终电流效率水平产生直接影响。因此在电解铝实际生产过程中，电力公司应积极研究探明电力效率对低极距的影响，构建两者的关系情况，这反过来又可以促进电解槽在实际生产过程阶段始终保持最佳的极距情况。

4.3 调整结构，拓展节能减排空间

大规模的实施调整和结构优化可以为发展电解铝行业的循环经济，为企业的节能减排和可持续发展打下稳固的基础。根据实际情况调整生产工艺结构，加强生产节能，逐步加强技术创新，规范生产过程。通过积极研究和尝试新方法和新技术，应用新材料和新工艺。通过一系列科技创新技术，推广预焙槽的大型化，逐步改造替换落后的生产净化设备，优化节能减耗，最终可以大大降低电解铝企业生产过程的能耗水平。

4.4 科技创新，增添节能减排动力

首先，企业从事电解铝生产过程中时，可以将低电压、地效应等生产技术作为重点科研攻关方向，广泛推广和应用优化电解槽铝液节能状态的技术，对电解槽阳极底部进行开槽处理等科技创新技术，研究不同石墨材质阴极的组分、性能，促进石墨材质阴极生产技术目标的实现，并在技术推广进步的基础上，形成一系列促进电解铝企业实现先进高端铝电解槽运行与管理的方法。

4.5烟气回收利用

电解铝的生产工艺较为复杂，生产过程中也会产生高能耗以及高污染。其在生产过程中，会产生多种有毒害的气体，例如氟化氢、二氧化硫、一氧化碳等。通常，这些气体会通过呼吸道或者皮肤粘膜进入体内，当积累量达到一定程度后，会使人体患上氟骨病。更为严重的情况下，还可能造成人员死亡的现象。为了尽可能地避免这种问题，目前在业内的电解铝企业中，主要在生产过程中使用净化系统来抑制有毒害气体的产生，对于电解铝过程中产生烟气的净化具有优异的效果。通过循环利用电解铝过程的烟气，能够一定量的降低生产消耗成本，高效利用能源资源，促使企业经济效益显著提高。

结 语

综上所述，在电解铝行业中推广节能减排技术以后，不仅与目前国家的中长期绿色发展战略与规划相一致，而且有助于提高企业在电解铝市场中的竞争力。也只有不断提高节能减排意识，电解铝企业才能在残酷的市场竞逐中占据一席之地。通过加大节能减排措施的实施力度，让电解铝企业尽快的实现高效节约资源、友好环境发展的目标，以实现电解铝经济的可持续发展。希望通过本文的简短讨论，可以为电解铝行业的相关人士提供参照和借鉴，但在此特别要注意的是，由于各电解铝公司应用的生产工艺存在各种差异，因此在节能减排技术的运用实施过程中，必须以各公司的实际情况为基础和导向，按照具体的生产情况具体分析对策，不得将本文的观点内容直接复制运用。

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