宣布时间：2021-01-07点击：2080
什么是电解铝？说到“电解铝”，可能今天知道的人不少；但什么是电解铝？恐怕普通的消费者了解的未几，能说清楚的人更少。
铝是一种金属。由于铝的质量轻、导电性好、加工性能优越，并具有特殊的抗氧化性，广泛应用于电力、交通、建筑、包装、国防以及航空航天和人民生活等各个领域，从建筑家居到高铁、飞机，从食品、汽车到消费电子产品，有人统计铝的应用约莫涉及112个工业。这里我们所说的铝也叫原铝，也就是纯铝。由于铝的原始生产一直是以熔盐电解法生产为主，因此，通常称之为“电解铝”。
电解铝——年轻的金属。人类***早发明和掌握冶炼铜的工艺，约莫在3000～4000年以前；而人类炼铁的历史也有3000多年，早在汉朝时期我国炼铁技术就获得了很大的生长。然而，人类炼铝技术的降生才仅仅130多年。***冶金科学家、钢铁冶金专家殷瑞钰院士说：“因为铜的熔点比铁低，因此人们首先学会了炼铜，此后才学会炼铁；炼铁需要翻开分子键，而接纳还原法炼铝的温度更高，则需要接纳电解法翻开离子键，因此人类直到有了直流电之后才掌握了炼铝技术。”
1886年，美国一个叫霍尔(CharlesM.Hall)的年轻人发明了一种冶炼铝的工艺，称之为“氟化物熔盐中氧化铝的电解”。可是当他到美国***局提出***申请的时候，才得知一个叫埃鲁特（PaulL.T.Héroult）的法国人已经向美国***局提出了申请，同样是为了获得铝把大致相同的元素组合在一起，跟霍尔的发明险些一模一样。同时，埃鲁特几个月前已经在欧洲申请了***。自此，两人进入了一场旷日长期的***之争，据嗣魅这场讼事连续了15年。
霍尔和埃鲁特***申请之争经过漫长的交涉，美国***局***终裁定霍尔胜诉，因为埃鲁特没有提交所需的“原始报告”。这一裁决的结果，使霍尔和埃鲁特成为划分在美洲和欧洲同时拥有同一项***的发明人，后人称之为“霍尔-埃鲁特铝电解工艺”。然而，霍尔和埃鲁特之间的缘分远不止于此，在霍尔和埃鲁特的技术支持下，两人划分作为首创人开办了两个铝冶金公司，就是今天世界***的两大铝业公司美国铝业公司（Alcoa，前身为匹兹堡冶金公司）和法国铝业公司（Pechiney，前身为法兰西电力冶金公司(SEMF)）�；舳桶Ｂ程刈⒍ㄊ俏炼�，他们于同一年出生（1863年），同一年去世（1914年），同一年（1886年）申报了同一项***。纵然在其时以财产暴涨和大宗积累为标记的时代，霍尔的故事照旧成为了美国传奇，他赢得了美国***有史以来***大的财产�；舳�1914年去世时持有的美铝股份，价值近3000万美元。
新中国的骄子。我国电解铝生长较晚，***个电解铝厂（抚顺铝厂）于1954年建成投产。直到上世纪80年代以前，电解铝作为一个工业行业或者一种产品，其生产工艺及工业特点还很少为社会民众所了解。随着电解铝技术的生长和电解铝生产规模的扩大，加之电解铝“电老虎”的名声在外，特别是2005年以来无论是国家出台的“钢铁、水泥、电解铝、汽车、房地产”五大行业，照旧“钢铁、水泥、电解铝”三大行业的宏观调控政策，以及“两高一资”的***类工业，电解铝都榜上有名，社会民众今后也逐渐熟知和认识了电解铝。应该说，无论是“三大行业”照旧“五大行业”的提法，都是对电解铝行业实实在在的“抬举”，因为，仅凭当年电解铝全国几百万吨的产能，缺乏千亿元的总产值，几百亿元的总资产，怎么说跟大行业也沾不上边。与其他几个行业相比：2005年全国粗钢产量3.5亿吨，水泥产量10.7亿吨，而电解铝只有区区779万吨，至于跟汽车房地产相比，就更不是一个数量级了。无论如何，电解铝虽小，名气很大。但同时“高耗能、高污染”也成了电解铝挥之不去的标签。
建国以后乃至革新开放初期，我国电解铝一直都属于缺少产品，更是被列为战略性物资，恒久依赖进口。我国早期的电解铝厂和与电解铝配套的氧化铝厂都有自己的番号，好比抚顺铝厂命名为301厂，贵州铝厂命名为302厂。从这种类似于军工企业的保密性质，足以看出当年其所处的战略职位。1983年4月中国色金属工业总公司建立之初，首先就向国家提出并确定了“优先生长铝”的目标，从中也可以看出国家对“铝”的迫切需求和对铝工业的重视。
茁壮生长——始料未及。革新开放40年来，特别是从上世纪末开始，我国电解铝工业获得快速生长。2003年以后，陪同着国家宏观调控政策的出台，电解铝工业不但没有获得停止，更是呈暴发式增长。1998年我国电解铝产能只有256万吨/年，产量243万吨/年。一个并不为人所知的“大”行业，今后不绝刷新着历史纪录：发电企业、煤炭企业开始投资电解铝，纺织行业、养殖行业也纷纷赶来投资分享电解铝的盛宴，其中有民企、也有国企，另有大型央企。涉铝的民营企业中有的曾位列中国首富，不少成为某省首富，位列富豪榜的更是大有人在。人们不明白，电解铝究竟有怎样的魔力，能不绝吸引众多的企业跨行投资，掀起一轮接一轮的投资热潮？从1998年到2018年的20年间，我国电解铝产能和产量已划分突破4397万吨和3648万吨，铝产量增长了近20倍，占世界总产量的56.7%，连续17年居世界***位。
在我国有色金属的家族中，铝的快速增长使“铜铝铅锌……”的排名改写为“铝铜铅锌……”，电解铝乐成“逆袭”成为有色行业的老大，成为第二大金属质料。今天，已经没有人质疑电解铝“大行业”的头衔了。随着电解铝工业的不绝生长，加之上、下游与其配套的矿山、氧化铝、铝加工、碳素以及发电等相关联工业，其规模和体量已经到了相当大的水平，电解铝名副其实已经成为我国重要的基础原质料工业，对我国国民经济建设的影响越发禁止忽视，其健康、稳定和可连续生长也同样需要引起我们的高度重视。
那么，新世纪以来，在国家三令五申，种种政令的严格***之下，导致电解铝如此猖獗生长的真相究竟是什么呢？
电解铝是高耗能工业?这一点毋容置疑，目前每生产一吨电解铝约莫耗电能13000kWh～14000kWh，加上主要原质料及生产历程耗能每生产一吨电解铝要消耗6～8吨标准煤。然而截止到目前，电解法仍然是全世界工业生产原铝的***要领。美国铝业公司等国际巨头从上世纪60年代开始探索电解法炼铝的替代技术，至今未获得乐成。
电解铝之所以能够快速生长，有这样几个原因：一是因为电解铝是整个铝工业链条上的一个耗能环节，在铝产品的后续应用加工历程中，则更多体现的是高科技和精细化加工的工业特点，不但具有其它质料不可替代的作用，并且在许多领域更显示出其显著的节能效果（如电力、航空航天、交通运输等）。二是由于铝极易氧化形成坚固的�；つな蛊湓谑褂美讨胁辉俦磺质凑庖蛔匀惶匦�，使应用历程中铝产品的氧化损失少少，且极易接纳�＝幽陕士傻执�95%以上，因而铝可以循环往复地接纳应用，因此有“储能产品”和“能源银行”的美誉。铝的再生和接纳使其在今后的循环使用中的能耗大大降低。三是我国生产铝的技术装备水平世界***，其能耗抵达或已经低于大都兴旺国家生产铝所消耗的电能，也就是说在海内铝企业生产铝的能耗甚至低于美国的铝厂。
尽管电解铝耗能已占全国总用电量的7.9%以上，但与我国目前已拥有上亿辆的家用汽车的耗能相比，整个电解铝工业的耗能甚至还缺乏其几十分之一。电解铝是高污染行业？准确地讲这种说法并不确切，也有失公允。电解铝生产历程中所排放的主要污染物氟化物同时就是电解铝生产所需要的原质料，而以烟气形式排放出来的氟化物与电解铝生产的另一种主要原料氧化铝有着天然的亲和力，它们在反应器中相遇后瞬间即可爆发吸附反应，反应的效率抵达99%以上。以此原理开发的“干法净化”系统被全世界的铝厂广泛接纳。排除治理因素，电解铝污染问题早在上世纪80年代初，就已经不是技术上的问题了。更重要的是，现代电解铝厂的生产系统设计中早已把烟气的处理系统和原料的供应系统融为一个整体，全年365天全天候连续运转，须臾不可中断。
关于电解槽大修爆发的少量固体污染物，一直都有严格的环保处理步伐。近年来，国家对电解铝的环保治理提出了更为严格的标准和要求。一方面增加了电解铝烟气中SO2等排放的***；另一方面，2016年新的《环保法》将电解历程排放的固体放弃物大部排列为危险污染物。经过恒久的技术积累和近几年的研发应用，相应的处理技术已经开始走向工业化，特别是电解铝烟气脱硫技术和电解铝大修废渣的处理与综合利用技术已逐渐成熟，并应用于工业生产。目前，电解铝固废资源化技术的研究开发也已经取得积极进展。
探索真相——电解铝究竟有多牛?革新开放以来，我国经济处于历史上千年不遇的生长时期，给原铝的生产提供了辽阔的生长空间。然而，许多人不了解的是，我国电解铝行业几代科技人员的辛勤耕作和不懈探索结出的累累硕果和惊人的科技成绩，才是我国电解铝工业雄居世界***职位背后真正的内在原因。特别是在电解铝大型化技术领域，从无到有、从消化吸收到自主立异、从理论领域到试验开发，再到大规模的应用推广，铝电解设计与生产技术日臻完善，形成了自己的设计和技术体系。如今，全球规模内，有电解铝增长的地区，就有中国的身影，电解铝工业已经成为我国在全世界制造业乃至工业领域中少有的优势工业之一，在“一带一路”倡仪引领下，抬头走向世界。
我国铝电解科技立异的四十年，是几代科技事情者配合创立奇迹的40年�Ｗ房�40年的历程，一幅幅波涛壮阔的科技立异画卷历历在目，昔日前辈们振聋发聩的攻关命令和破解难题时的谆谆教诲依然回荡在脑海中……“日轻”技术的引进说起电解铝厂，行业内的老同志这么形容：走进电解车间不到10米远，就看不到人了；电解工从电解车间出来，就像煤矿工人，整个脸上就能看见一双眼睛，事情情况卑劣，无法想象的，这也是电解铝生产现场***早留给人们的印象。上世纪70年代以前，我国电解铝厂基本上以前苏联引进的自焙阳极电解槽技术为主，单系列规模一般不凌驾1万吨/年。年产凌驾3万吨的铝厂都是国家主干企业。上世纪80年代初期，陪同革新开放的春风，国民经济各条战线迎来了一个划时代的变革，我国工业各领域更如阳春三月，百花争艳。从增进国民经济生长的战略出发，国家决定从兴旺国家引进技术建设一批重大工程建设项目。***为典范的就是上海宝钢一期工程的建设，从1977年酝酿到1978年12月十一届三中全会结束后的***天举行开工仪式。党中央国务院决定建设现代化钢铁联合企业——宝钢，从日本新日铁公司引进全套设备，建成了我国***个具有80年代世界水平的现代化钢铁企业。这也是历史上***个由全国人大表决的大型工程建设项目。或许许多人都清楚，宝钢的建设为我国厥后钢铁工业的快速生长并抵达世界先进水平涤讪了基础。
为什么选择“日轻”技术？与钢铁工业一样，在铝业前辈包括程宗浩、姚世焕等在内的老一辈专家积极建议和原冶金部领导的努力和支持下，革新开放的***年，一批大型铝厂建设被列入国家计划，可是接纳什么电解槽技术成为决策者面对的难题。上世纪70年代末，美铝、法铝等国际铝业公司已经开发乐成160kA~180kA以上的大型预焙槽技术，铝电解技术开始泛起以大型化、预焙化为主导的生长趋势。凭据姚世焕等前辈的回忆，凭据其时的电解铝技术生长，专家组将世界上先进的电解槽型分为三种模式并进行了比较：
***种是北美型电解槽。其时美国铝业公司（Alcoa）是世界上***大的跨国铝业公司，美国铝业公司(Alcoa)和加拿大铝业公司（Alcan）在加拿大、巴西等铝厂使用的是150kA～220kA大型预焙阳极电解槽(简称“预焙槽”)，该槽型的优点是中间加氧化铝，密闭性好，98%以上的有害烟气经过接纳处理后抵达环保要求。但这种槽型走的是***率、高槽电压路线，吨铝电耗也相对较高，适用于北美水电富厚和电价自制的地区。
第二种是欧洲型电解槽。是法国铝业公司（Pechiney）等为代表针对高电价地区而研发的一种低电耗的槽型。由于其180kA预焙槽技术（AP18）尚处于试验阶段（仅有四台试验槽刚刚投入运行，尽管1977年中期已开始准备筹建F系列），并且作为法铝刚刚开发的***先进的180kA技术，转让的可能性不大。Pechiney向中方推荐了其时已经成熟应用的***大电流只有135kA的预焙槽，接纳边部添加氧化铝，有30%的有害气体无组织排放，这种槽型严重污染情况，在有些地区不得不接纳天窗洗涤进行处理，用度腾贵，很明显这种技术不切合我国国情。第三种槽型是日本型电解槽。20世纪60～70年代，日本铝工业迅速生长，日本各家公司引进了美国、法国和瑞士的种种槽型，经过消化与革新后，由三家公司综合了美国的环保性好和法国的能耗低的优点，开发了一种低电耗和密闭性好的预焙槽，容量抵达160kA～170kA，这种槽型经过革新很是适合我国使用。以日本轻金属公司为首的日本几家铝业公司从1976年就开始向我国积极推荐其自主研发的大型预焙槽技术。并且由于在其时中日友好的大情况下，接纳日本技术可以获得日本政府恒久贷款的支持。
今后，原冶金部派出了以党组成员王哲为团长、程宗浩为秘书长的代表团，考察了日本6大铝业公司13个铝厂中的10个电解铝厂、碳素厂和铝加工厂。***终，凭据考察建议决定接纳日本轻金属株式会社160kA大型中间加料、密闭型预焙槽技术。1978年2月21日，原国家计委批准了贵州铝厂8万吨铝电解工程（简称贵铝二电解或贵铝前8万吨工程），1979年1月7日，贵州铝厂与日本轻金属公司签订8万吨/年铝电解工厂建设引进条约。以日本轻金属公司其时***新试验的4台电解槽为原型，成套引进技术和设备，在贵州铝厂建设了中国***个低电耗和密闭性好的160kA中间下料预焙槽系列——贵州铝厂第二电解铝厂，由贵阳铝镁设计研究院（贵阳院）卖力配合引进工程的设计，中国第七冶金建设公司担负建设装置任务，系列共装置电解槽208台，年产能8万吨，包括配套的碳素预焙阳极制造和阳极组装系统。1981年12月18日，这个其时海内单系列产能***大、装备***先进的铝电解工程正式试车投产。如何评价“日轻”技术？“日轻”160kA电解系列的引进和建设，是其时我国***个大型预焙槽系列，在国际上属于上世纪70年代先进水平。为了让各人看得清楚，将其设计特点和主要指标参数描述如下：
①设计电流强度160kA，槽事情电压4.05V，电流效率87.5%，直流电耗13600kWh/tAl，阳极效应次数1次/槽日；这个指标今天看来并不是很先进，但与其时海内自焙槽电流效率84%～86%，直流电耗15000kWh/tAl以上相比，确是先进了许多。
②母线配置设计为两端进电，槽底有中间往端部引出的赔偿母线；两端进电的设计模式其时不是***先进的，但考虑了磁场的影响，进行了合理的槽底赔偿。
③接纳中间下料方法，两点下料，下料器容量15kg，加料20分钟一次，每小时下料量90kg，接纳风动下料器（溜槽控制），每台槽端头设有一台专用风机；控制系统接纳效应控制方法来控制氧化铝浓度；下料器结构和下料量的设计，是日方技术的***大短板，也是造成电解槽沉淀多，槽况波动大等许多问题的主要原因。
④阳极尺寸1400×660×540，阳极组数24，阳极电流密度0.72A/cm2；阳极的选择证明是合理的，我国厥后的生长基本是在这个基础上革新的；
⑤阳极提升机构接纳四点提升，为涡轮蜗杆式机构，运行稳定可靠。
⑥加工面为：大面525，小面595，阳极中缝250。这也是其设计落后的体现之一，是由于受到欧洲技术边部加工（加料）的影响，加工面较大。
⑦电解车间装置160kA电解槽208台，配置在四栋厂房内，共分8个区，每区26台槽。厂房接纳两层楼式结构，操作平台为+2.4m，全钢结构厂房。厂房跨度为20.5m，两栋厂房之间间距为25m；电解槽间距6.575m，这是由电解槽操作需求和母线配置设计决定的；阳极托盘有专用车辆运输至电解槽短头摆放；5t出铝台包由天车调运到电解槽短头完成出铝操作；这种设计计划有其合理性。
⑧接纳了日本富士公司可控硅整流和干法净化烟气处理技术。整流所和烟气净化系统划分派置在电解车间的两个端头，跟我们今天的配置形式纷歧样。这样配置的利益是电解槽排与排之间的距离可以小一些，每两栋厂房（两排槽）对应一套净化系统。由于厂房长度比较短，烟气管道的距离也短。这种平面配置计划在其时有一定合理性，在贵铝第三电解和青海铝厂的设计中复制了这种模式。随着系列规模的增大，我们厥后的设计计划都是接纳了将净化系统安排在电解厂房之间的模式。
⑨氧化铝物料的输送，接纳了两种形式，来自氧化铝厂的新鲜氧化铝送入8000t料仓（钢结构圆形料仓），经过气力输送（溜槽）和斗式提升机送入400t日耗仓；85%的新鲜氧化铝加入净化系统中吸附烟气中的氟化物，从净化接纳回来的载氟氧化铝通过溜槽和提升机送入300t载氟仓供电解槽加料，自动控制的电动小车准时将载氟氧化铝送至每台电解槽设置的容量为5t槽壁料箱内，供每台电解槽使用；另外15%的新鲜氧化铝通过天车加料加入电解槽，作为阳极保温笼罩料。
⑩车间内配备了8台法国ECL生产的多功效操作机组，完成电解槽出铝、换极和抬母线等主要作业。
今天的大型槽技术已经有了很大的改变，主体的焦点技术已经今非昔比，但在许多工程化细节方面，内行照旧能够看到当年“日轻”技术的痕迹。始料缺乏——投产袒露问题。“日轻”技术出问题了！许多人至今影象犹新。事物的生长往往出乎人们的预料，由于技术自己和施工质量、操作水平、治理因素等各方面的原因，在投产初期长达三四年的时间里，引进的“日轻”电解槽生产运行泛起了种种各样问题：槽温高、炉帮形成欠好、伸腿过长、槽底沉淀多，种种问题频发，效率低，能耗高。尤其突出的是电解槽早期破损严重，大部分槽寿命缺乏1000天（设计槽寿命1500天）。
作为国家引进的重大工程，泛起了重大问题也一定引起了很大的反应，甚至引起***的重视。作为全国***大的铝厂，行业标杆，更是贵州企业中的名牌，***来贵州必到贵铝考察，今天你知道贵州有茅台酒，不知道上世纪80年代贵铝比茅台关注度更高。因此，关于工程投产后的泛起的问题，各方面压力都很大。从贵阳院调任的首任厂长韩沛川被免职，有关设计、施工及建设方都很是紧张。那么这些问题究竟是什么原因造成的呢？
一方面，虽然是积极与日方交涉，认为对方工艺技术不可熟（据老同志介绍，“日轻”卖给中国的技术确实是***新的，但也只有4台工业试验槽），从履行条约的执法角度要求对方担卖力任。日方也感受很委屈，虽然很积极配合，但对中方对其技术的怀疑照旧不予认可，认为是中方的施工质量、生产治理出了问题。事实上，在项目建设和投产历程中简直也爆发过因为对工程监管不严，导致双方人员爆发冲突的事情：一名中方人员不按章作业，引起日方人员不满，入手打了中方人员，因为这件事还引发了外交纠纷，这些都成了人家的“证据”�Ａ碛幸恍┲种殖逋槐黄涫毙矶嗳丝闯善嫖砰笫铝鞔�。革新开放初期的这些事儿，今天的人们很难想象。也于是，双方展开了长时间拉锯式的研究、剖析、查证、谈判……。另一方面，基于其时的海内情况，这些问题引起了行业领导和专家们的重视，也引发了全国高校、各大设计、研究院所研究探讨的热情，也取得了许多的研究结果结论，然而种种看法和看法也不尽相同，今天看来虽然也未必都正确�Ｗ纺钇鹄�，由于受到十年“文 革”的影响，海内其时的技术基础相对薄弱，这种探讨和研究自己就是很是有意义的。
影响深远。事实上，贵铝第二电解系列的引进，受到了铝行业上下和全社会的高度关注。从上世纪80年代初到90年代相当长的一段时间内，它都代表了中国电解铝工业的***高水平，也是海内众多电解铝企业学习和效仿的模板。尽管保存着这样那样的问题，但宽大的铝工业科技事情者照旧对其坚持着一种谦虚和实事求是的态度，从中学习和了解了大宗的现代铝电解新技术理念和技术结果。接纳日本引进技术建设贵铝第二电解系列这一重大决策，使得我国电解铝工业与革新开放的程序坚持了同步快速生长，揭开了我国现代大型铝电解技术生长的序幕，对我国电解铝工业今后40年的生长爆发了极其深远的影响，今天看来，这个决策是十分英明的。在我们为电解铝今天的生长而骄傲自豪的同时，应当谢谢老一辈铝工业科学家们***远瞩，为电解铝工业作出的这一了不起的历史性孝敬。
来源：中国有色金属报 作者：梁学民
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