浅谈面向循环经济的电解铝技术
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摘要：由于市场需求的迅速扩大，在工业迅猛发展的今天，资源与环境问题成为制约钢铁、铜、铝等冶金类流程制造业瓶颈，资源流动特征、转化方向及效率是导致资源与环境问题的根源。近年来环保意识普遍提高，循环经济也逐步被提上经济发展日程。然而，由于我国现代工业起点相对较低，国民经济发展仍存在高耗能、高污染、低产出的问题，尤其是冶金业，大量的资源得不到合理利用。本文就电解铝为切入点，探讨下冶金工业在循环经济下科学发展的问题。
关键词：循环经济 电解铝 铝冶炼
许多发达国家已经认识到，未来的发展必然要走向人和自然和谐发展的道路，社会向3R型（Recycle，即资源再循环；Reuse，即资源再利用；Reduce，减少消耗和废弃量）的循环型社会转化。而我国随着国家组织实施资源节约与环保保护工程实施以来，包括在节水节能、资源综合利用、可再生资源能源的开发利用、环保产业、清洁生产等可持续发展的循环经济的理念已迅速在全国上下普及。大力发展电解铝工业的循环经济具有十分重要的意义。
一、循环经济概念阐述
循环经济的本质就是要借助各种方法及手段，把传统线性经济系统资源流动方向组织成一个“资源――产品――再生资源”的反馈式流程和复杂的生态经济系统，其根本目的是为了实现生产系统的“低投入、低排放、高产出”目标。
“废弃物”的循环利用是企业发展循环经济标志性的“特殊”生产经营活动，但从经济的角度来看循环经济的“废弃物循环”活动，它和其他生产经营活动一样，同样也因该存在经营效益的内在要求，其节省的资源收益要能足够支付或超过所有成本，而不是为循环而循环。也就是说“废弃物”可循环利用的程度是其循环利用经济利润的函数，而循环利用经济利润又是由废弃物循环利用的收益和成本决定的，追求利润与保护环境是循环经济的内在要求，因此，循环经济的资源流转方式不再是传统线性工业经济的机械式资源流转，而是经过人类理性分析后作出的最优选择，企业资源流的两种形态(物质与价值形态)、两种转化(正制品与副制品)、两种流向(正向流与逆向流)之间的量化关系问题是循环经济资源流分析领域的重要问题。
从宏观角度而言，循环经济是一个涉及自然系统、生产系统、消费系统及回收系统等复杂系统的新型经济发展模式，在各个系统中资源流有各自不同的流转状态。
二、发展循环经济的意义
落实以人为本、全面协调经济可持续的科学发展观的具体体现；
落实国家关于转变经济增长方式，走新型工业化道路，建设资源节约型、环境友好型社会的重要途径；
坚持在工业发展中的环境保护由末端治理向污染预防，解决传统工艺结构性污染的有效措施，也是缓解资源约束、减轻环境压力、促进入与自然和谐相处的必然选择。
三、铝电解工业的发展历程
金属铝于1808年被发现。1825年丹麦人奥斯特用钾汞齐还原无水氯化铝，第一次得到几毫克金属铝，指出它具有与锡相同的颜色和光泽。1827年德国人沃勒用钾还原无水氯化铝得到少量金属粉末。1854年法国人戴维尔用钠代替钾还原NaAICL,络合盐，制得金属铝；同年建厂，生产出一些铝制头盔、餐具和玩具。1886年美国人霍尔和法国人埃鲁特几乎同时分别获得用冰晶石一氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利，这就是霍尔一埃鲁特法，这一方法的要点仍是近代铝电解工业的基础。1888年奥地利科学家拜尔申请了从铝土矿提取氧化铝的专利。至此，霍尔一埃鲁特法、拜耳法以及当时廉价获取的电力推进了美、欧铝工业的发展，并最终取代了化学法。
早期铝电解槽电流强度仅有几十kA，电耗高达35000kWh／t-Al，经过一百多年的技术革新，现代电解铝工业中所使用的电流强度可以达到500kA，电耗已降至13000kWh／t-Al以下，节能降耗成效巨大。
现代电解铝的有关调查数据研究结果表明，电解铝技术始终围绕着节能降耗(提高电流效率、降低槽电压)、清洁生产(降低温室气体与有毒气体排放)展开的。
尽管如此，在当前经济形式、环境保护标准日益严格的双重压力下，电解铝企业面临着严峻的考验。为此，电解铝生产企业与科研机构竟相开展试验研究和工程化研究，争取早日实现现有电解铝技术的突破，达到更高的循环经济水平。
1.提高电流效率，平均电压
电解槽工程化技术是现代铝工业发展的核心驱动力，在新型电极材料和电解工艺应用之前，极大推动了铝工业的发展。自引进日轻160kA电解槽技术后，我国就着手开展了大型化电解槽技术的研制与开发，利用计算机仿真模拟电解槽“电、磁、热、流、力”物理场，基于此先后开发了190lA、240kA、300kA、350kA、375kA、400kA等大型电解槽，单个系列电解槽台数从100多台发展到300多台，产能从5万多吨发展到35万多吨，电流效率从不足90％提高到大于94％，槽电压从4．3V降低至4．0V左右。
2.采用自动控制技术，有效避免突发反应
作为电解槽技术最重要的辅助技术，自动控制技术逐步把操作者从高温、强磁场和高烟尘环境下的繁重的体力劳动中解放出来，准确、及时、稳定和精细地控制，采用大容量(180--500kA)预焙槽，并在低温、低分子比、低A1203浓度这些有利于大幅度提高电流效率和降低能耗的技术条件下进行电解成为可能。
在氧化铝浓度控制中，为有效避免突发效应，各种加工操作协调控制参数设定采用以下原则：更换阳极时，从输入该操作信号到操作结束，停料不能超过0rain；出铝时采取不停料控制；边加工操作从输入操作信号到操作结束，停料不能超过20min。实践表明，若以上各种特殊作业停料时间过长，突发效应将增多。
3.保持适宜的电解槽槽温
影响电流效率的因素较多，而最主要的冈素是槽温。有关数据表明，当槽温偏高时。每升温10℃，电流效率降低1％～2％。而槽温过高或过低都不利于电流效率的提高。要保持适宜的电解槽槽温必须控制好合适的分子比。分子比的控制可以通过AIF3投放量来实现。响。槽温低时，碱性氧化物沉降造成分子比降低；槽温高时，炉底碱性氧化物返溶，造成分子比升高。另外，降负荷生产期间．应提前两三天停投AIF3，防止槽温迅速下降而导致碱性氧化物沉降和分子比急速降低，且有利于炉底状况的维护。
结语：
加强铝电解生产工艺技术条件管理，是面对循环经济铝电解技术的有力保障，在生产实践中建立及时发现问题、解决问题的迅速反馈机制也很有必要。循环经济和铝冶炼都是任重道远的课题，本文只是管中窥豹，可能有失偏颇，望斧正。
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作者简介
姓名：寇影，性别：男学历：本科，出生年月：1977年1月生，
籍贯：吉林省磐石市，职称：工程师，研究方向：电解铝