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科技創新是電解鋁行業發展的唯一選擇
時間:2012-12-21 15:45    來源:中國有色金屬報    點擊:

我國現代鋁電解技術發展自上世紀80年代初以來,在消化引進技術的基礎上,研究開發了“鋁電解槽數學模型和仿真技術”,掌握了大型鋁電解槽開發的基礎理論和設計工具,相繼自主開發成功165kA、186kA、280kA、320kA以及400kA、500kA大型預焙陽極鋁電解槽技術,并在持續的開發和推廣應用中得到不斷完善,形成了我國自己的現代鋁電解技術體系,目前各項技術指標達到了國際領先水平?;仡櫴澜珉娊怃X技術的發展,系列生產的直流電耗國際先進指標在近三十年中僅僅下降了不到800kwh/tAl(從上世紀80年代的12800降低至12000kwh/tAl),進一步降低將越來越困難,應該說作為傳統的熔鹽電解法煉鋁技術,已經達到了相當先進的水平。

但從我國整個電解鋁行業來講,目前工業生產的綜合交流電耗處于13600~13900kwh/tAl左右(直流電耗12600~13000kwh/tAl),考慮到不同電解槽的先天條件,仍然有600~800kwh/tAl的節能空間。最近幾年,我國在大型鋁電解槽技術發展的同時,開發出了許多節能降耗的新技術成果,主要有以下幾種路線:第一是從電解槽先天設計方面的技術,由于電解槽電磁特性優化、母線系統設計以及電熱平衡技術的研究進展,使得電解槽的穩定性得到大幅度提高(稱為“靜流技術”),為電解槽低電壓運行(小于3.8v或更低)創造了條件,從而實現了大幅度節能的效果,這是鋁電解生產的核心理論基礎;第二,通過采用異型陰極或導流性陰極結構,阻擋槽內熔體由于電磁場作用形成的流動和波動(稱為“阻流技術”),提高電解槽的穩定性,達到降低槽電壓的目的,在早期開發的大型鋁電解槽上有明顯的效果,但對不同的電解槽具有不確定性;第三,通過采用異型陰極鋼棒結構減小槽內水平電流分量(如“雙鋼棒技術”),以達到削弱電磁作用的目的來降低槽電壓,采取這一路線的做法思路是對的,但就水平電流的改善而言,以底部出電最佳,但實驗結果收效甚微;第四,通過優化鋁電解生產工藝和過程控制實現低溫低電壓生產。同時,工業電解槽的精細化設計和優化操作也還有一定的潛力。

從長遠來說,鋁電解技術發展到今天,傳統的工業電解鋁技術面臨重大創新的戰略需求。開展新型結構的節能環保型鋁電解槽研究成為未來電解槽技術發展的主流,如以開發惰性電極材料為基礎的多極性電解槽的開發等。

“低溫低電壓鋁電解新技術”幾乎涵蓋了目前鋁電解槽節能降耗的工藝和技術各個方面,不僅包括電解槽物理場的基礎理論、電解槽結構設計和施工管理,還包括對生產系列運行的連續性、穩定性要求、原材料精細化管理和生產工藝優化操作和控制。正像您了解到的一樣,這項技術是在“戰略聯盟”的平臺上,在國家科技部和有色金屬工業協會強力推動下完成的。由于這項技術本身的復雜性,在目前在產的電解鋁企業的推廣也劃分為3種類型。一是在新建的電解鋁系列全面推廣;二是在在產企業的生產線上實施改造;三是在現有生產線上不停產應用。

為進一步推動該技術的推廣應用,“低溫低電壓鋁電解技術應用示范”已被科技部列入新的“十二五”國家科技支撐計劃。計劃用兩到三年的時間,在全國推廣的企業達到15家,生產規模增加500萬噸/年以上。作為項目主要負責人,同時也是科技部確定該項目的主體推廣單位之一、湖南中大冶金設計院的首席顧問,我將把這項技術的推廣和進一步的創新開發作為自己今后幾年的主要工作。

此外,還有相當一部分企業,自發地推廣采用此項技術,如東方希望、永登鋁業等。據統計,目前全國有30多家鋁廠共11000臺電解槽上推廣應用了中南大學“低溫低電壓電解槽及控制技術”,約占總槽數的48%;以實現低電壓為目標的新型陰極結構(異型陰極,導流陰極,曲面陰極等)應用于老電解槽改造,總數為2000余臺,約占我國電解槽總數的10%。

電解鋁行業的不景氣一定程度上是受到宏觀經濟大氣候的影響,從整個國家經濟發展的大勢和我國電解鋁行業在生產、技術、資源、市場的總體條件而言,我對電解鋁行業發展整體上是樂觀的。原因有以下幾方面:一是電解鋁作為一種基礎原材料,在國民經濟建設中有著十分重要的地位,盡管電解鋁在其冶煉過程中能耗較高,但這只是整個鋁產業鏈條上的一個耗能環節,單純以電解鋁的耗能衡量整個鋁產業的單位能耗未免有失偏頗,應當看到鋁在應用過程中的綠色、節能、可回收及其不可替代性。中國有色金屬工業協會發起的“綠色鋁”活動,得到了陳全訓會長的高度重視,同時也得到了行業內廣大企業的積極響應,正說明了社會對鋁這一重要而又神奇的金屬有了新的認識;二是生產技術方面,我國電解鋁技術經過30年的發展,達到了世界領先的總體水平,加上鋁電解工藝的特殊性,電解鋁的產品質量與發達國家亦無任何差異,已經成為我國少有的優勢產業,先進成熟的生產技術為電解鋁發展提供了基礎;三是就資源的保障情況來看,我國擁有一定儲量的鋁土礦資源,具備發展電解鋁的基本條件。而且,氧化鋁本來就是一種國際化的資源,盡管目前我國氧化鋁和鋁土礦進口已經占總需求的1/3以上,進口總量也不過千萬噸計。同時我認為依靠自身的優勢產業,從國際市場獲取資源,正是我國經濟發展應該走的路。四是就市場而言,短期內確實電解鋁發展的勢頭過猛,但就其總量來說,與我國經濟的快速發展是相適應的,與一些行業相比,電解鋁過剩尚不十分明顯。隨著經濟結構調整,電解鋁投資也將趨于理性。

未來的發展一是要加快產業調整,支持電解鋁企業積極向能源豐富地區布局,以降低生產成本;二是要堅持不懈地依靠科技創新,在現有條件下最大限度地應用新技術、新裝備,節能降耗、降低成本,提高企業競爭力。同時,我們也期待著不久的將來,電解鋁革命性技術的誕生。

 電解鋁產能西移是市場化的結果。世界上生產電解鋁方法120年來都是一樣的,由于耗能的特點,電解鋁從來都是建設在電力資源豐富的地區。由于中東部地區電力資源的趨緊,生產鋁的成本增加,向西部地區轉移成為電解鋁企業的必然選擇。我認為目前電解鋁在向西部轉移的過程中,需要考慮以下幾個問題:一是產能規模布局的問題。由于我國電解鋁技術的進步和西部地區豐富的能源優勢,許多西進企業在新建電解鋁工程的時候,規劃建設的規模比較大,項目決策和建設周期短,沒有充分考慮該地區運輸、能源和經濟發展的平衡;二是電解鋁轉移是產業升級的極好機會,在規劃建設中應充分采用先進技術、優化建設方案,長遠著眼提高企業的核心競爭力,以推動我國電解鋁行業的節能減排;三是強化風險意識,控制投資風險。僅從技術角度而言,電解鋁生產的特點是大系列和投資密集,同時在生產運行中存在較大的風險。除了對項目建設條件的充分論證外,對新技術的采用和建設方案的創新需要堅持科學的態度。由于某些技術開發的時間和應用的周期短,存在的問題沒有充分暴露,造成一些隱患,比如前些年采用的陰極鋼棒壓接結構,最近幾年電解車間過道母線短路等問題,都造成了很大的影響。

總之,電解鋁發展到今天是科技創新的結果,未來的發展仍然需要依靠科技創新。(梁學民)

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