1、電解鋁清潔生產電解鋁清潔生產 一、電解鋁行業國內外清潔生產概況一、電解鋁行業國內外清潔生產概況 二、二、電解鋁化工原理電解鋁化工原理三、電解鋁工業流程三、電解鋁工業流程四、電解鋁排污環節四、電解鋁排污環節五、國內電解鋁行業清潔生產評價指標體系五、國內電解鋁行業清潔生產評價指標體系及其評價及其評價六、具體案例及分析六、具體案例及分析來自資料搜索網() 海量資料下載1、廢水處理方面廢水處理方面： 國外：處理后用于灌溉周圍的植被 作為冷卻水循環利用于鋁的冷凝，發動機冷卻 國內：主要通過混凝沉淀法來去除廢水中污染物，采用 生產污水閉路循環來減少廢水的排放 、固體廢物方面固體廢物方面: 在鋁電解生產過程

2、中，陰極碳素內襯及其他筑爐材料不可避免地會受到鈉、電解質和鋁的侵蝕，吸收大量含氟鹽，同時侵蝕過程中產生的應力作用會使槽變形和內襯破損。鋁電解槽大修時，要全部清除電解槽內碳素內襯及其他筑爐材料，即形成大修廢渣。 一、電解鋁行業國內外清潔生產概況一、電解鋁行業國內外清潔生產概況 我國各家鋁廠對大修槽廢渣除部分耐火材料我國各家鋁廠對大修槽廢渣除部分耐火材料回收利用外，其余排放途徑基本為填溝傾倒，或回收利用外，其余排放途徑基本為填溝傾倒，或露天堆放，沒有妥善的處置措施。這些大修廢渣露天堆放，沒有妥善的處置措施。這些大修廢渣受雨雪沖刷和浸泡，其中的可溶性氟浸出進入水受雨雪沖刷和浸泡，其中的可溶性氟浸出進

3、入水中，滲入地下，有可能污染土壤和地下水；另外中，滲入地下，有可能污染土壤和地下水；另外廢渣長期露天堆放，渣表面風化廢渣長期露天堆放，渣表面風化,形成粉塵，可產形成粉塵，可產生二次揚塵而污染大氣生二次揚塵而污染大氣。 從目前的情況看，國內外在電解鋁產生的危從目前的情況看，國內外在電解鋁產生的危險均未找到最適宜的處理方式。但以美鋁為代表險均未找到最適宜的處理方式。但以美鋁為代表的國際大鋁業公司在堆存方式上則投入了大量財的國際大鋁業公司在堆存方式上則投入了大量財力以減少環境風險。例如，廢渣的堆存場地有多力以減少環境風險。例如，廢渣的堆存場地有多個防滲層設計，并設有滲濾液收集處理系統和地個防滲層設計

4、，并設有滲濾液收集處理系統和地下水監測系統，以防止二次污染。下水監測系統，以防止二次污染。 尋求電解鋁廢渣的最佳處置方式，將是國內尋求電解鋁廢渣的最佳處置方式，將是國內外電解鋁業亟待解決的問題。外電解鋁業亟待解決的問題。 目前世界上所有的鋁都是用電解法生產出來的。目前世界上所有的鋁都是用電解法生產出來的。鋁電解工業生產采用霍爾鋁電解工業生產采用霍爾- -埃魯冰晶石埃魯冰晶石- -氧化鋁融氧化鋁融鹽電解法，即以冰晶石為主的氟化鹽作為熔劑，鹽電解法，即以冰晶石為主的氟化鹽作為熔劑，氧化鋁為熔質組成多相電解質體系。氧化鋁為熔質組成多相電解質體系。 二、電解鋁化工原理二、電解鋁化工原理主要過程主要過程

5、 ：將冰晶石將冰晶石-氧化鋁熔液做電解質氧化鋁熔液做電解質 碳素材料為陰極和陽極，碳素材料為陰極和陽極，直流電直流電從陽極導入從陽極導入 經電解液和鋁液層從陰極棒導出經電解液和鋁液層從陰極棒導出 直流電直流電的作用是以熱能形式保持冰晶石、氧化鋁等原料呈熔融狀態和實的作用是以熱能形式保持冰晶石、氧化鋁等原料呈熔融狀態和實現電化學反應?，F電化學反應。 1、陽極反應、陽極反應 通常的陽極反應寫成 C+2O2-4e=CO2 但是電解質中無O2-,主要含氧離子形式為（Al2OF6 ） 2-和（Al2O2F4 ） 2- ，從（Al2O2F4 ） 2-中移出第一個氧比移出第二個氧或比從（Al2OF6）2-中

6、移出氧所需能量小得多，故正常情況下，陽極反應為：（Al2O2F4）2-+C-4e=CO2+2Al2OF4消耗掉的Al2O2F42-通過下列反應補充：Al2OF4+Al2OF62-=Al2O2F42-+2AlF3 2、陰極主要反應陰極主要反應： 2Al3+（絡合的）+ 6e 2Al 3、總反應：總反應： 2Al2O3 + 3C = 4Al + 3CO2三、電解鋁工業流程三、電解鋁工業流程四、電解鋁排污環節四、電解鋁排污環節 鋁電解以冰晶石-氧化鋁氟化鋁的熔體為電解質，以炭素材料為電極進行電解。電解時在陰極上析出液態的金屬鋁，在陽極上產生氣體。同時還散發出氟化物、粉塵等污染物為主的電解煙氣。 在4

7、00600溫度下，氧化鋁中仍可含有0.2%0.5%的水分。原料中的水分與固態氟化鹽在高溫條件下可發生化學反應，同時，進入熔融態電解質中的水分也可與液態的氟化鹽發生化學反應，生成有害的HF氣體為主的氣-固氟化物等。 1、電解過程中產生、電解過程中產生氟化物氟化物2、瀝青煙主要來源于該工序生陽極工段的、瀝青煙主要來源于該工序生陽極工段的混捏機、磨粉系統及成型工段混捏機、磨粉系統及成型工段3、一氧化碳產生于電解槽的陽極。、一氧化碳產生于電解槽的陽極。 一氧化碳為無色、無嗅氣體。它在血中與血紅蛋白結合而造成組織缺氧。我國車間空氣中的一氧化碳最高容許濃度為30mg/m3，按照現行國家標準職業性接觸毒物危

8、害程度分級中對毒物毒性分級的原則，一氧化碳為級，屬于高度危害。 4、在電解過程中還有硫化物產生。、在電解過程中還有硫化物產生。 5、電解槽煙囪排放的固體顆粒、電解槽煙囪排放的固體顆粒 C、Al2O3、Na3AlF6、Na5Al3F14、NaAlF4、AlF3、CaF等。 6、電解槽陽極產生碳渣、電解槽陽極產生碳渣電解槽電極用碳做電極，產生大量碳固體廢渣 五、國內電解鋁行業清潔生產評價指標體系及其評價 電解鋁清潔生產評價是檢驗電解鋁生產企業清潔生產實施成果， 并指導企業開展清潔生產的有效工具。通過運用生命周期分析方法對電解鋁生產的全過程進行研究分析，確定覆蓋原材料、 生產過程和產品的各個主要環節

9、的電解鋁清潔生產評價指標體系。該指標體系采用層次化結構設計， 分為三級指標，每項指標按照層次分析法確定權重。 國內評價指標如下：一級指標名稱 二級指標名稱三級指標名稱 管理與工藝設備要求國家質量管理體系達標情況 ISO9000達標 ISO14000達標 環境友好企業評審 原材料的質量標準體系情況氟化鋁質量標準 氧化鋁質量標準 冰晶石質量標準 碳陽極質量標準 電解槽 平均單槽日產原鋁 系列標準槽型數 系列標準槽使用壽命（大） 資源消耗指標能源消耗指標 綜合交流電耗 直流電耗整流電耗電流效率原材料消耗指標 氟化鋁單耗氧化鋁單耗冰晶石單耗陽極單耗產品指標 鋁錠一級品合格率 不同企業因銷售發展情況及主

10、要產品不盡相同，據LCA邊界分析，只考慮鋁錠一級品合格率 環境指標 噸鋁廢氣排放總量 粉塵排放量SO2排放量CO2排放量CO排放量氣態排放量噸鋁固廢排放量 廢陽極炭塊廢陰極炭塊其他內襯材料噸鋁廢水排放量 廢物回收利用指標 廢陽極回收利用情況 廢陰極回收利用情況 廢氣回收處理情況 電解槽集氣效率廢氣凈化效率水循環利用情況 生產工藝設備與管理水平是實施清潔生 產的重要標志和保障。采用電解鋁槽型可反 映電解鋁生產的先進指標，采用國家質量管 理體系達標情況、原材料質量標準體系情況 可反映生產管理的高效指標。 原材料消耗指標主要考慮電解鋁生產的 原輔材料在生產過程中是否對生態環境產生 不利的影響，及原料

11、在企業生產過程中是否 得到充分利用，原材料指標包括：氧化鋁單 耗、氟化鋁單耗、冰晶石單耗、炭塊單耗。 （1）氧化鋁單耗）氧化鋁單耗 隨著科學技術進步和生產管理的提高氧化鋁單耗不斷降低，國內鋁電解企業氧化鋁單耗處于19301950kg/t，最好企業已經達到1920kg/t。多余的消耗主要是運輸損耗、加料過程中的飛揚以及其它機械損失造成的。隨著機械化、自動化技術的發展，槽體密閉程度的提高，氧化鋁的損失量是可以降低的?？紤]大型預焙槽鋁電解企業的生產管理水平和技術裝備能力確定此項指標。 （2）氟化鋁和冰晶石單耗）氟化鋁和冰晶石單耗 氟化鋁、冰晶石理論上它們都是不消耗的，然而在電解高溫下氟化物（主要是氟

12、化鋁）的揮發與堿及堿土金屬的相互作用和水解造成它們的損失。損失大部分被煙氣帶走。隨著煙氣凈化系統的建立和完善，這部分損失基本可以避免，減少其揮發量的主要途徑是降低電解溫度。 國內鋁電解企業氟化鋁單耗處于2730kg/t，冰晶石單耗處于57kg/t，最好企業氟化鋁單耗23kg/t，冰晶石單耗5kg/t.。已經處于國際領先水平，此項指標的選用是切合實際的。 （3）炭塊單耗）炭塊單耗 陽極炭塊理論上消耗量為393kg/t, 國內鋁電解企業炭塊單耗處于480-540kg/t, 最好企業達到450kg/t.平均利用率在70%左右。主要原因是純度不高、質量不好、 操作(電解)管理不善造成極氧化漏糊、槽子早

13、期破損等。國外炭塊陽極凈耗在410425kg/t之間,隨著科學技術進步和生產管理的提高,陽極炭塊單耗不斷降低.考慮大型預焙槽鋁電解企業的生產管理水平和技術裝備能力確定此項指標。在正常的操作情況下生產，單位產品對能源的消耗程度可以部分的反映一個企業的技術工藝和管理水平。在同等條件下，能源消耗量越高，對環境的影響越大。能源消耗指標選擇最常用的經濟技術指標整流效率、電流效率、原鋁直流電耗和綜合交流電耗、陽極效應系數和效應持續時間，此外，還有新鮮水用量。 （1）整流效率）整流效率 整流效率即整流器輸出的直流電量與輸入的交流的比值，整流效率越高，得到的直流電量越多，其轉換損失越小。 （2）電流效率）電流

14、效率 電流效率是鋁電解生產過程中的一項非常重要的技術經濟指標，它在一定程度 上反映了電解生產的技術和管理水平。在電解生產過程中一方面金屬鋁在陰極析出，另一方面又以各種原因損失掉。目前，國際最先進電流效率指標已達95.8%， 國內普遍采用的160KA預焙槽電流效率在88.2791.0%，而200KA預焙槽電流效率提高到92.5%，已在國內處于領先水平，個別達到9395%。結合國內鋁電解企業生產實際情況，選用此項指標。 （3）直流電耗和綜合交流電耗）直流電耗和綜合交流電耗 直流電耗和綜合交流電耗是電解生產中一項綜合技術指標，電解槽的效應越多 槽平均電壓就越高，電耗就必然高。在發生陽極效應時，不產出

15、鋁，而增加了電的消耗?？紤]大型預焙槽鋁電解企業的生產管理水和技術裝備能力，選用此項指標。 （4）陽極效應系數和效應持續時間）陽極效應系數和效應持續時間 陽極效應系數是指每臺電解槽每天發生的陽極效應系數，用“次/臺/天” 表示 效應持續時問的單位是min。 鋁產品因不同企業的銷售、發展情況不同 其主要產品也不盡相同，根據邊界分析，在此 只考慮鋁錠一級品合格率。 環境指標較高，說明工藝比較落后，管理 水平較低。環境指標是表示污染嚴重程度的指 標，電解鋁生產過程產生的廢氣污染物主要有 瀝青煙、氟化物、粉塵、二氧化硫、一氧化碳、 二氧化碳等；固體污染物主要考慮廢陽極炭塊、 廢陰極炭塊和其他內襯材料等。

16、 與固體廢物回收利用有關的指標為廢陽極回收利用情況、廢陰極回收利用情況；與廢氣有關的指標為廢氣回收、處理情況；同時考慮廢水循環利用情況。電解鋁生產過程中所產生這幾項廢物基本具有可回收利用的特點和價值，只有回收和利用才可以減少對環境的影響。六、具體案例及分析六、具體案例及分析 1、新建工程基本情況 樂山某鋁業有限公司l0萬噸電解鋁工程為新建項目，廠址位于四川省樂山市，工程建設規模為年產10萬噸電解鋁。產品方案為普通鋁錠、產品合格率為100。工程新建電解廠房及電解車問、鑄造車問、陽極組裝車問及其他輔助車問；新建氧化鋁輸送系統，煙氣干法凈化系統及其計算站。電解鋁生產所需原輔料有氧化鋁、冰晶石、氟化鋁

17、、氟化鈣和陽極塊，所需直流電由整流所供給。新建電解鋁工程工藝采用200KA大中型預焙陽極電解槽192臺。（一）新建工程概況（一）新建工程概況 2、采用工藝簡述、采用工藝簡述 樂山某鋁業有限公司新建l0萬噸電解鋁工程工藝采用200KA大中型預焙陽極電解槽192臺，電解系統包括電解鋁、氧化鋁貯存及其配料、電解煙氣凈化、計算機控制、鑄造等。 電解鋁生產采用熔融電解法，在電解槽中以氧化鋁、冰晶石和氟化鹽的熔融體作為電解質，以陰、陽極炭塊作為兩極，導入直流電，通過復雜的電化學反應，在陰極上析出液態金屬鋁，沉積于電解槽槽膛底部的鋁液，定期用真空抬包抽出，送鑄造車間精煉后，澆鑄成商品鋁錠。陽極上發生氧化反應

18、放出CO2、CO：CO2、 CO，其他氣體隨同煙氣排出，消耗的陽極定期更換，殘極送陽極生產廠家。氧化鋁由超濃相輸送系統送至電解槽上部的料箱，由計算機控制，自動下料到電解槽中，以保證電解質中氧化鋁濃度穩定，電解過程連續進行。電解槽排出的含氟化物、TSP及SO2等污染物的電解煙氣采用氧化鋁吸附干法凈化技術進行治理，凈化后的電解煙氣由煙囪排放。 樂山某鋁業有限公司新建10萬噸電解鋁工程生產工藝及污染流程見下圖 ： 樂山某鋁業有限公司10萬噸電解鋁工程采用的是大中型預焙陽極電解槽技術，預焙槽和自焙槽相比，首先是工藝和設計的改進，因此，預焙陽極電解槽技術是鋁電解行業的清潔生產工藝，具體表現在下述各個環節

19、。 1、先進生產工藝及污染物排放量少、先進生產工藝及污染物排放量少 樂山某鋁業有限公司10萬噸電解鋁工程電解采用具有國內先進水平的200KA大中型預焙陽極電解槽192臺，該裝置在工藝控制、加料裝置及槽內襯結構等方面做了可靠的改進，即工藝控制由原自熔槽的人工控制改為計算機控制；加料由原一點式加料改為兩點式加料，兩點式加料具投料均勻、反應完全的效果；在槽內襯改造采用槽底加保溫、側部散熱、帶人造爐幫的內襯結構形式。提高了電流效率。并經生產實踐驗證，都證明該工藝比采用自焙槽工藝先進。在控制污染方面也有工藝先進的特點。其主要特點是，電解槽的大型化和預焙化。 （二）電解鋁清潔生產分析（二）電解鋁清潔生產分

20、析 電解槽大型化便于廢氣污染的凈化和治理，使末端治理費用減少30；由于使用預焙陽極，并減少了瀝青煙排放，預焙陽極在專門生產廠生產，便于瀝青煙治理。但樂山某鋁業有限公司電解鋁工藝雖然采用預焙槽，但不同預焙槽槽型相比，屬大中型預焙槽。因此，和大型預焙槽相比，污染物排放量相對較大，但和自焙槽相比，污染物排放量大量減少。自焙槽和不同預焙槽污染物排放對照見表 2、 清潔原料清潔原料 電解鋁廠主要原輔料為氧化鋁、冰晶石、氟化鋁、氟化鈣和預焙陽極塊，預焙槽和自焙槽相比，主要體現在預焙兩字，預焙槽使用的是預焙陽極，用高溫瀝青制備生陽極，其配比約20。由于陽極在其他電極制備廠進行，在陽極焙燒過程中，大部分瀝青揮

21、發部分被燒掉，剩余部分很容易在煙氣凈化系統中被電捕焦油器清除，本公司外購預焙陽極，就減少了大量瀝青煙排放。而自焙槽用的是陽極糊，采用中溫瀝青，其配比高達30 ，加到電解槽上后大部分受熱揮發，有大量的瀝青煙排出，預焙陽極炭塊對應陽極糊而言屬于清潔原料。樂山某鋁業有限公司電解鋁工程使用氧化鋁普通雜質含量符合YST27498規定的二級品以上產品質量要求，即A1203 含量大于98.5 ，雜質SiO0.04 ，Fe2O30.0254 ，Na200.55 ，灼損1.O ，TiO20.005 ，V2050.003 ，P2050.003 ，ZnO0.005 。 人造冰晶石質量應符合(GBT42911999)

22、一級品以上。即F和Al含量分別不小于53 和13。Na不大于32 ，SiO2+Fe2O3不大于0.4 ，SO2 一不大于12 ，P2O5不大于0.03。 氟化鋁符合(GBT42921999)二級品以上標準要求。 樂山某鋁業有限公司電解鋁工程在設計中采用原輔料均符合有關標準要求，預焙槽使用的是預焙陽極，原輔料符合清潔生產的原則。3 、原輔材料消耗低、原輔材料消耗低 大型預焙槽采用超濃相輸送系統加料，在密閉狀態下進行加工操作物料飛揚損失少。預焙槽和自焙槽相比，自配槽氧化鋁耗量為1950 kgtA1，冰品石達15 kgtA1。預焙槽原料消耗大幅度減少 J。 樂山某鋁業有限公司電解鋁工程工藝采用的是2

23、00KV預焙槽，該槽型屬大中型預焙槽，和大型預焙槽相比，物耗偏高，但和小型預焙槽相比，原輔料消耗較低，下表列出了國內不同預焙槽的原輔料消耗量。 從表2可見，槽型越大，原材料消耗量相對較小，對表2不同預焙槽的物耗進行初步分析，發現氧化鋁和陽極塊耗量隨槽型的增大，呈明顯減少；氟化鋁和冰晶石也隨槽型增大為減少趨勢，但變化規律不明顯。將不同電解槽型氧化鋁、陽極塊耗量單獨列于表3中，并進行圖示分析，根據圖2和圖3分析結果以及表3數據，以物耗為Y，電解槽KA數為X，進行回歸分析。其噸金屬鋁的氧化鋁和陽極塊耗量回歸模式為：氧化鋁耗量回歸模式：Y(A12O3)=1944.4-0.068x(KA) r=-0.9

24、84陽極塊耗量回歸模式：Y(Y陽極)=603.450.097x(KA) r=-0.830式中：Y(A1203，)不同預焙電解槽氧化鋁耗量(kgtA1)； X(KA) 電解槽KA數； Y(Y陽極)不同預焙電解槽陽極塊耗量(kgtA1)。 根據上述分析，氧化鋁耗量隨電解槽型增大，按線性減少，相關系數為一0.984，陽極塊隨槽型的增大按線性減少，相關系數為一0.83。 由此可見，樂山某鋁業有限公司電解鋁工程由于采用大中型預焙槽，在物耗方面，達不到國內最好水平。 4 、電解鋁工藝節能措施、電解鋁工藝節能措施 樂山某鋁業有限公司電解鋁工程使用的是200KA預焙陽極電解槽，其噸鋁直流電耗13460kwht

25、A1，與60KA自焙槽(14700kwhtA1)相比降低了1240kwh，有效節約了能源。為了進一步降低能耗，節約能源，本工程在電解工藝設計中還采取了以下措施。 （1）改進工藝制度 為了提高電流效益，采用低溫(940 970)，比自焙槽低50左右)，低冰晶石分子比及低氧化鋁濃度(2 3)工藝制度和點式下料及自適應控制技術等四種措施進一步穩定槽況，在穩定電槽況的條件下提高電流效益。 （2）電解槽“三場” 改進 利用“三場”模擬技術，合理設計電解槽的陰極結構，采用優化了的母線配置，并且盡量使大母線的走向合理，減少電能損失；改善了槽內熱、電、磁場分布，獲得了最低的母線投資和電能消耗，電能損失減少50

26、左右 。（3）電解槽結構改進，電流效率高 采用窄爐膛操作面，槽底寬為4084 mm，比老爐型減少200 mm，從而提高了電解槽單位面積產能。 采用異型側部炭塊砌槽邊部，該種炭塊在工業試驗及推廣的生產系列中證明每臺槽爐在底壓降低10 mv。同時爐底伸腿長度減少，有利于提高電流效率，電流效率達95 ，原自焙槽工藝電流效率僅為80左右。 根據微機對膛熱解析計算，設計出合理的槽內襯結構。采用槽底加強保溫，側部散熱，帶人造爐幫的內襯結構形式，以減少水平電流，提高電流效率，達到節能效果。 （4）計算機控制技術 采用計算機對電解槽進行控制，提高電解槽的控制精度，提高電流效率，使電流效率保持在95以上，降低槽

27、電壓損失。（5）氧化鋁輸送方式改進 氧化鋁輸送方式采用先進的濃度相與超濃度相輸送系統，可降低輸送過程中的能量消耗，減少物料損失與破損。5、廢物回收利用、廢物回收利用（1） 廢氧化鋁回收利用 廢氣污染物是鋁電解行業的主要污染物，而氟化物又是廢氣中的主要污染物。 樂山某鋁業有限公司電解鋁工程采用氧化鋁吸附干法凈化回收技術進行治理，設計上對電解槽設有密閉罩，集氣率98 ，經捕集的電解煙氣進人干法凈化系統，氟化物去除率為98。吸氟后的載氟氧化鋁連同粉塵經布袋收集后，一部分在凈化系統中循環使用，另一部分加人電解槽回收利用。 （2） 廢陽極塊回收利用 在電解鋁生產過程中，將產生廢陽極塊，廢陽極塊送陽極廠家作原料使用，樂山某鋁業有限公司電解鋁工程產生的廢陽極塊回收率為100。 （3） 冷卻水循環使用 樂山某鋁業有限公司電解鋁工程使用冷卻水的工藝和部位有鑄造系統、電極組裝系統、空壓站和整流所，冷卻水采用循環水系統，冷卻水循環率為100 ，從而節約了水資源。 6 、電解鋁清潔生產指標分析、電解鋁清潔生產指標分析 衡量一個企業或一個工程是否滿足清潔生產要求及達到的水平，清潔生產指標是一個主要的衡量標準。本文采用電解鋁行業清潔生產標準對比分析樂山某鋁業有限公司電解鋁工程的清