电解铝行业清洁生产案例分析及推行建议

沈忱，周长波*，李旭华，裴倩倩，朱宁芳，李梓，党春阁，方刚

1．中国环境科学研究院清洁生产中心，北京 100012

2．宁夏回族自治区中宁县环境保护局，宁夏中卫 755100

电解铝行业清洁生产案例分析及推行建议

沈忱1，周长波1*，李旭华1，裴倩倩1，朱宁芳2，李梓1，党春阁1，方刚1

1．中国环境科学研究院清洁生产中心，北京 100012

2．宁夏回族自治区中宁县环境保护局，宁夏中卫 755100

基于我国电解铝行业发展现状，对其发展趋势进行了剖析，指出在全行业开展清洁生产审核是实现电解铝行业可持续发展的有效途径。某电解铝企业清洁生产审核案例表明，从开始开展清洁生产审核到方案实施完成，在生产全过程中提升了企业的污染减排能力，提高了资源能源的利用效率，为企业带来了巨大的经济效益和环境效益。通过对企业清洁生产审核成果进行总结和凝练，从政策引导、技术研发和树立典范等方面提出了在电解铝行业推行清洁生产的建议。

清洁生产;电解铝行业;节能;降耗

近十几年来，我国有色金属行业迅猛发展，其中铝工业的发展态势呈现“井喷状”，2001年我国原铝产量达到342．7万t，跃居世界第一位;2005年底，我国的氧化铝、电解铝和铝加工的产量分别为851万、781万和648万t;截至2010年，我国原铝产量1 696万t，仍居世界第一［1］。由于铝工业近10年来的高速发展，其深层次矛盾逐渐凸显，产能过剩、无序发展等问题突出［2|3］。在电解铝生产成本中，电力成本占45%左右，比例最高。2012年以来，随着国内电价提升以及铝行业产能的过度扩张［4］，铝冶炼企业利润大幅下降，电解铝行业普遍亏损。因此，节约能源、降低消耗，走可持续发展道路将成为电解铝行业发展的必然选择，而清洁生产是实施该战略的最佳途径［5］。

清洁生产是一种创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务过程中，以期提高生态效率并降低对人类和环境的风险［6］。实行清洁生产审核是推行清洁生产最有效的途径，以“节能、降耗、减污、增效”为目标［7|8］，通过开展清洁生产审核对行业内全部企业进行整改，既能够切实做到节能减排，又可提高企业物料和能源的使用效率，做到真正降低铝电解成本［9］，将对中国电解铝行业的战略布局产生深远影响。笔者对宁夏某电解铝企业清洁生产审核案例进行详细解析，并在此基础上提出电解铝行业的清洁生产推行建议。

1 案例分析

1.1 企业基本情况

企业于2010年底投产，设计年产量31．5万t，主产品为重熔合金铝锭，较为单一，附加值低。生产工艺采用熔盐电解法(Hall|Heroult法)［10］，可简述为:溶解在熔融氟化盐电解质中的氧化铝在直流电的作用下，在阳极上析出CO2，在阴极上析出金属铝液。液态原铝经抬包拖车运至固定式电加热混合炉中，再经过搅拌、静置、扒渣、铸造等过程后，加印标记、堆垛和打捆，每块铝锭质量为(25．5±1．5)kg，每捆质量为1 078～1 170 kg。

企业规模较大，核心设备包含282台NEUI400高能效预焙阳极铝电解槽(东北大学设计研究院研发设计)。该大型化、高能效的铝电解槽采用全石墨化阴极及优质内衬、母线设计，具有优化的电解槽“物理场”配置、新型管桁架上部结构技术、电解槽槽壳结构优化技术和优异的车间通风设计数值模拟技术等，可提升车间通风度、电解烟气集气效率及各项电解技术经济指标，与传统的铝电解槽相比可完全做到节能、减污、经济、适用。这种规模化生产和新型设备配置模式，是未来电解铝行业发展的主导方向。

1.2 企业主要污染物及治理措施

1.2.1 企业主要污染物

企业污染物除少量的电解槽大修废渣外，主要以大气污染物为主，包括电解烟气和原料贮运过程中产生的少量粉尘，其中电解烟气中的氟化物、CF4、C2F6、金属氧化物粉尘等都属于重污染物。

1.2.2 企业污染物治理措施

电解铝行业同时面临着资源高强度消耗和重污染物排放的双重压力，迫切需要选择清洁生产、循环经济的战略发展模式。目前，国内电解铝企业的烟气均采用氧化铝吸附干法净化方法处理，成熟、高效，可将污染物产生量和排放量控制在最低水平［11］。

根据表1数据显示，企业电解车间经捕集后的电解烟气通过排烟管网进入干法净化系统进行处理，净化系统氟化物净化效率可达98．5%，布袋除尘器收尘效率在99%以上，经净化处理后的各项污染物排放浓度均达到GB 9078—1996《工业炉窑大气污染物排放标准》中的二级标准。

表1 企业铝电解烟气污染物治理情况Table 1 The treatment status of aluminum reduction gas

1.3 清洁生产对标分析及确定审核重点

企业以HJ/T 187—2006《清洁生产标准电解铝业》［12］为依据进行清洁生产对标分析，确定急需重点解决的审核关键，确定本轮审核重点后，设定符合企业实际情况的清洁生产目标。

1.3.1 清洁生产对标分析

对标分析(表2)显示，企业总体清洁生产水平处于中等偏上，在产能、工艺、污染物处理及废物回用方面均达到一级水平。未达到电解铝行业清洁生产一级标准的指标主要有3项:1)企业阳极净耗较高，电流效率较低，仅达到清洁生产三级指标;2)企业原铝直流电耗达到清洁生产二级指标，还有提升空间;3)全氟产生量仅超清洁生产一级指标0．2 kg/t，改善空间较小。

表2 HJ/T 187—2006《清洁生产标准电解铝业》对标情况Table 2 The benchmarking analysis of Cleaner Production Standard|Aluminum Electrolytic Industry(HJxA 1/T187|2)

未达到电解铝行业清洁生产标准的指标主要有3项:1)氟化盐上料方式为人工操作，未达标，但由于企业所在地区人力成本较低，而大型机械化设备价格较高，且改变之后相对经济效益不明显，因此更改可能性较低;2)企业部分电解槽集气罩板损坏，密闭性不好，车间内可见烟气泄漏，电解烟气净化系统未达标;3)企业电解生产过程中粉尘产生量过高，未达标。

可见，企业在运用成熟工艺和较大型设备的基础上，电解铝行业清洁生产标准的部分指标是较容易达到的。

1.3.2 确定审核重点

清洁生产审核工作人员参照清洁生产对标情况，通过行业调研、专家咨询及对企业生产全过程的现场考察和产排污状况评价，确定电解车间为审核重点。

1.3.3 设定清洁生产目标

从优化生产过程的角度出发，本轮清洁生产审核的目的在于降低资源、能源的消耗，同时提高企业的环境、经济效益，而清洁生产目标的设置便于对清洁生产审核目的的实现效果做出定量评价。因此，根据企业的集气罩板密封不严、粉尘产生量较大等问题设立了清洁生产目标(表3)。

表3 清洁生产目标Table 3 Cleaner production objective summary

1.4 清洁生产方案实施及目标完成情况

1.4.1 清洁生产方案的提出与汇总

经清洁生产对标分析，企业找到了在设备、工艺、技术等方面需要提升的方向。同时，通过收集国内外同行业先进技术、组织行业专家进行技术咨询、发动全体员工提出合理化建议等方式共征集研制出564项清洁生产方案。其中，中/高费方案4项(表 4);无低费方案560项，如利用电解槽换出的热残极来替代电加热器进行大修后出铝抬包的烘烤;规范电解车间操作，将清理抬包等粉尘量产生较大的工序移至专门车间并增设除尘器，减少粉尘产生量;增加碳素阳极保护环，延长阳极使用周期，降低阳极碳素单耗;定期做氟平衡，寻找原料流失处，提高原料利用率等。

表4 中/高费方案汇总Table 4 Medium/high cost project summary

1.4.2 清洁生产方案的筛选与实施

为确认清洁生产方案的技术可达性、环境友好性和经济可行性，企业相关领导、技术人员及行业工艺技术专家根据技术可行、环境效果、经费投资与效益等条件，对已汇总的无低费方案进行筛选、中/高费方案进行详细分析论证，共去除32项不可行的无低费方案。

企业领导对于审核最终提出的各项方案表示高度重视，为确保其顺利实施，在资金筹措、人员配置、场地考察、设备选型等方面都给予了全力支持。该轮审核共实施了532项清洁生产方案，包括528项无低费方案、3项中/高费方案以及1项正在实施过程中的中/高费方案。

1.4.3 清洁生产目标完成情况

通过清洁生产方案的实施，企业审核后的指标情况见表5。由表5可见，完全达到了清洁生产审核近期目标的要求。

表5 清洁生产目标完成情况Table 5 The completion of cleaner production objective

尽管企业做出了很大的方案整改和资金投入，但仍有部分指标未达到清洁生产标准一级水平，如电流效率等，比对同行业各大企业的实际生产情况，该项指标都很难达到，因此，急需针对全行业重点难点的新型清洁生产工艺技术研发。

1.5 清洁生产审核绩效总结

历时8个月，企业第一轮清洁生产审核结束，完成了宁夏回族自治区环境保护厅及地方环境保护局为落实《中华人民共和国清洁生产促进法》下达的重点企业清洁生产审核任务。

在清洁生产审核过程中，企业通过技术改造，节约了原材料，降低了能耗和物耗，优化了生产过程，持续降低成本，取得了环保和经济的双重效益。企业总计投资6 759万元，每年可节约成本约4 500万元。削减氟化物318 t/a、粉尘334．6 t/a;降低氧化铝单耗10 kg/t、碳素阳极净耗37 kg/t;节约水耗2万t/a，电耗5 766万kW·h/a。

通过本轮审核，企业完成清洁生产的近期目标任务，其中阳极净耗降至414 kg/t，接近清洁生产一级水平;直流电耗13 290 kW·h/t，达到清洁生产一级水平;粉尘产生量由48．8 kg/t降至37．9 kg/t;总体达到了较高的清洁生产水平，提高了产品质量，改善了生产现状和管理水平，提升了自身核心竞争力。

2 电解铝行业清洁生产推行建议

2.1 加强政策引导，制(修)订和完善相关标准、法律法规

随着末端治理潜力挖掘难度的不断增大，面对严峻的环境挑战，电解铝行业在我国踏入环保新时期后是否能走得更远，取决于企业是否坚持清洁生产的推行。国家应制定电解铝业清洁生产的推行规划，统筹安排，明确各政府部门、地方环境保护厅(局)、企业及审核咨询服务机构的相关战略部署、责任分工及重点任务;及时组织修订电解铝行业的清洁生产标准及其他相关环保标准，凝练行业中各企业的审核成果，更新各项技术指标数据，在现有工作基础上进一步加大对氟化物、粉尘等特征污染物的监管力度。

同时，推行电解铝行业清洁生产，必须建立良好的激励机制和约束机制，通过引导、倒逼和鼓励等方式对企业实施清洁生产进行规划，结合我国电解铝行业的实际情况及国内外的成功经验，加快制定和完善相应的地方性清洁生产法律法规［13］。

2.2 注重清洁生产新工艺的研发，增强技术储备

技术进步和创新是电解铝行业推行清洁生产的重要手段。一方面，要将电解铝行业大气污染防治问题和节约降低电力消耗作为研发重点，集国内外先进技术为一体进行自主创新，针对重点区域、重点企业环境污染和能耗物耗较高的关键环节，动员行业全体力量开展研究和技术开发，有效整合企业及科研机构的力量，推进研发进程［14］。另一方面，加大资金投入，应设置清洁生产技术专项资金资助全行业的清洁生产技术、设备、产品的开发，对于实施清洁生产技术的企业给予部分税收优惠，对于有推广价值的清洁生产项目，优先列为电解铝行业重点经济发展项目。

2.3 树立企业典范，探索推行清洁生产新模式

实践证明，以清洁生产审核为切入点可有效推进电解铝行业清洁生产。近年来，电解铝行业节能减排、清洁生产等方面进步较大，龙头企业的研发和带动尤其重要［15］，树立典型示范企业，建立示范工程，对带动和提升整个电解铝行业清洁生产水平能够起到非常正面的作用。

国家应及时凝练电解铝行业清洁生产实践的成果，以行业或区域性清洁生产审核为切入平台，研发行业内共性关键技术为手段，针对国家重点区域、重点流域及园区进行清洁生产技术升级，从源头、全生产过程减少污染物排放，探索未来电解铝行业清洁生产推进的新模式［16］。

3 结语

清洁生产实践行动表明，电解铝企业通过开展清洁生产审核大大提高了其清洁生产水平，从整体生产过程对企业进行了全面优化。一方面，提高了氧化铝和碳素阳极的使用效率，大幅降低了电单耗，从而降低了成本;另一方面，通过从源头对粉尘、氟化物的产生量进行控制，减少了污染物的处理处置费用，并且促进了企业的设备更新和技术创新，增强了企业在市场中的竞争优势。

清洁生产是一个持续的行为和理念，国家应完善相关政策法规体系，在企业开展清洁生产审核后给予支持资金，确保中/高费方案的有效实施;并及时凝练电解铝行业清洁生产成果，树立企业典范，不断探索清洁生产审核新模式，在行业内有效推行清洁生产。

参考文献

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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

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07504－001－05);中国环境科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务专项(GYK1161302)

沈忱(1988—)，女，工程师，硕士，主要从事清洁生产审核及政策研究，shenchen1988@craes．org．cn

*通讯作者:周长波(1973—)，男，副研究员，博士，主要研究清洁生产与固废综合利用，zhoucb@craes．org．cn