在過去，對于電解鋁生產(chǎn)工藝來說，如果沒有冰晶石，電解槽是無法進(jìn)入正常運(yùn)行的，包括電解槽裝爐、焙燒和啟動(dòng)各過程。而今，在以錦江集團(tuán)鋁行業(yè)技術(shù)專家王建軍為主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在秉持清潔生產(chǎn)、綠色發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念下，勇于創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)，經(jīng)過十幾年的攻關(guān)和努力，在國內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)了利用電解鋁副產(chǎn)品——電解質(zhì)取代冰晶石對電解系列的焙燒啟動(dòng)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，發(fā)展了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，推動(dòng)了鋁工業(yè)的綠色發(fā)展。
勇于挑戰(zhàn)提出課題
通常情況下，電解鋁生產(chǎn)工業(yè)中電解槽必須經(jīng)過焙燒啟動(dòng)才能轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)，而啟動(dòng)一臺電解槽就需要消耗約50多噸的冰晶石，并使其熔融成為液體電解質(zhì)，以滿足生產(chǎn)工藝的需求。但在電解鋁生產(chǎn)過程中，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的電解質(zhì)，而這些電解質(zhì)的主要成份就是冰晶石，一般情況下，電解鋁廠將這些電解質(zhì)取出后長期堆放在電解車間內(nèi)，長期大量累積最終變成工業(yè)廢料，這樣一來不僅造成大量有價(jià)值資源浪費(fèi)，而且形成嚴(yán)重的環(huán)境污染。一方面鋁電解槽焙燒啟動(dòng)需要大量的冰晶石，另一方面在電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的電解質(zhì)。近年來，隨著電解鋁產(chǎn)能的逐年大幅增長，電解質(zhì)量堆積越來越多，同時(shí)對冰晶石的需求也越來越大，如何利用電解質(zhì)取代冰晶石，使其能在電解槽焙燒啟動(dòng)中得到循環(huán)利用，意義重大。
2003年，還在山東南山鋁業(yè)公司任職的王建軍，看到車間內(nèi)堆存著越來越多的電解質(zhì)，心想若能將這些電解質(zhì)有效利用，代替冰晶石，那對公司來說將節(jié)約一筆不小的開支，更重要的是還能解決電解質(zhì)污染隱患問題。于是，大大的問號便在王建軍心里埋下了伏筆。
隨后的幾年里，王建軍便開始潛心研究這個(gè)讓其他人覺得不可能解決的問題，2003年和2004年相繼進(jìn)行了電解生產(chǎn)中摻配物料物理性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室分析和現(xiàn)場測試。2005年開始控制正常生產(chǎn)冰晶石消耗、增加啟動(dòng)后期電解質(zhì)的用量、增加啟動(dòng)期電解質(zhì)的用量。2006年在南山鋁業(yè)東海三期20萬噸電解鋁系列中的50多臺槽上進(jìn)行了電解質(zhì)粉和電解塊裝爐的工業(yè)化實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用。2007年6月在南山二期300kA電解槽上進(jìn)行了全電解質(zhì)粉裝爐、焙燒啟動(dòng)工業(yè)化實(shí)驗(yàn)。2008年開始在南山二期進(jìn)行了電解質(zhì)粉取代冰晶石的工業(yè)化應(yīng)用。
先后經(jīng)過電解質(zhì)粉、電解質(zhì)取代冰晶石試驗(yàn)和中試應(yīng)用，功夫不負(fù)有心人，2008年終于取得了電解槽焙燒啟動(dòng)電解質(zhì)部分替代冰晶石的初步成功,并通過了山東省相關(guān)科技成果鑒定。直至2010年在中寧縣錦寧鋁鎂新材料有限公司進(jìn)行了資源節(jié)約焙燒啟動(dòng)規(guī)?；瘧?yīng)用，從整個(gè)焙燒啟動(dòng)技術(shù)角度解決了電解質(zhì)取代冰晶石的規(guī)模化應(yīng)用問題，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。
創(chuàng)新思路改變傳統(tǒng)
在鋁電解焙燒啟動(dòng)工藝中，國內(nèi)傳統(tǒng)的焙燒啟動(dòng)技術(shù)在裝爐、焙燒、啟動(dòng)后期管理等過程全部采用冰晶石，使冰晶石為主的材料熔化形成液體電解質(zhì)，而且這種傳統(tǒng)伴隨著我國鋁工業(yè)的成長已有50多年的歷史。甚至在我國的一些教科書中一直也是這樣認(rèn)為，所以人們一直認(rèn)為電解質(zhì)替代冰晶石根本不可能做到。
雖說電解質(zhì)成分中冰晶石含量為80%多，但是前期直接利用電解質(zhì)粉進(jìn)行焙燒啟動(dòng)，整個(gè)過程電解質(zhì)粉易板結(jié)、難溶解。利用電解質(zhì)焙燒啟動(dòng)電解槽、把電解質(zhì)納入電解鋁生產(chǎn)過程的循環(huán)系統(tǒng)中在當(dāng)時(shí)行業(yè)內(nèi)被認(rèn)為是一個(gè)笑話進(jìn)行串講。解決板結(jié)問題是前期電解質(zhì)替代冰晶石的關(guān)鍵所在，為了解決此難題，王建軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，對電解質(zhì)的性質(zhì)、電解槽焙燒啟動(dòng)的機(jī)理再次進(jìn)行了深入的研究，通過改變電解質(zhì)酸堿性來優(yōu)化電解質(zhì)性質(zhì)。經(jīng)過成分的調(diào)整，最終解決了熔化過程中結(jié)塊的難題，使其完全適合電解槽焙燒啟動(dòng)的需求，并編制了相應(yīng)的焙燒啟動(dòng)方案，改變了國內(nèi)沿用50多年的焙燒啟動(dòng)工藝。
在上述通過堿性化處理創(chuàng)新思路的改變下，王建軍同時(shí)通過破碎、篩分等工序，產(chǎn)生不同粒度的電解質(zhì)，按照一定的配比混合，使其分別適用于電解槽各部位的要求，即中心部位用細(xì)粒度、邊部用塊狀和大顆粒、保溫用粉狀等，同步解決了電解質(zhì)在焙燒啟動(dòng)過程中的保溫防氧化問題，并在錦寧鋁鎂新材料有限公司400kA系列鋁電解槽上得到規(guī)?；瘧?yīng)用，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)電解槽焙燒過程中電解質(zhì)完全取代冰晶石技術(shù)跨越。
隨著錦寧鋁鎂電解槽焙燒過程中電解質(zhì)完全取代冰晶石的成功及產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟(jì)效益，引起了同行的關(guān)注，紛紛開始學(xué)習(xí)采用全電解質(zhì)進(jìn)行焙燒啟動(dòng)，現(xiàn)國內(nèi)電解鋁廠焙燒啟動(dòng)采用冰晶石的已鮮有耳聞。
變廢為寶為行業(yè)年節(jié)約成本十幾億元
眾所周知，當(dāng)前，擺在電解鋁企業(yè)頭上的兩把利劍就是降本增效和節(jié)能環(huán)保，而王建軍對冰晶石的消耗和電解質(zhì)的綜合利用研究的突破，不僅解決了大量生產(chǎn)“廢料”問題—電解質(zhì)堆存問題，而且還大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，變廢為寶，一舉兩得。
在內(nèi)蒙古錦聯(lián)鋁材有限公司的400kA鋁電解系列生產(chǎn)線應(yīng)用電解質(zhì)取代冰晶石焙燒啟動(dòng)技術(shù)的具體實(shí)踐中得出了這樣的結(jié)論：資源節(jié)約型焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù)與傳統(tǒng)的焙燒啟動(dòng)工藝相比，取得了節(jié)約冰晶石55噸/槽的成果，在2013年10月~2015年6月進(jìn)行電解質(zhì)取代冰晶石焙燒啟動(dòng)的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，此項(xiàng)技術(shù)三年來為該公司成功啟動(dòng)電解產(chǎn)能60萬噸，節(jié)約了大量的物資和能源，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益9000多萬元，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院易小兵教授預(yù)計(jì)稱，資源節(jié)約型焙燒啟動(dòng)技術(shù)中電解質(zhì)取代冰晶石可為中國電解鋁行業(yè)年節(jié)約成本在10億元以上，且市場前景廣闊，社會(huì)效益顯著。
王建軍說，對于一個(gè)20萬噸的300kA槽電解系列的焙燒啟動(dòng)，通常每槽要冰晶石量約40噸，如全部用電解質(zhì)取代冰晶石，則每槽節(jié)約16萬元（按冰晶石和電解質(zhì)差價(jià)4000元計(jì)）。若2000噸電解鋁產(chǎn)能，按300kA電解槽進(jìn)行折算，則年節(jié)約費(fèi)用7.6億元。
另一方面社會(huì)效益更是重中之重，國內(nèi)冰晶石原料主要采用螢石進(jìn)行生產(chǎn)，造成不可再生的重要戰(zhàn)略資源螢石礦的消耗，同時(shí)造成較為嚴(yán)重的相關(guān)含氟廢水或廢氣環(huán)境污染。
更重要的是作為電解生產(chǎn)副產(chǎn)品電解質(zhì)，如果在生產(chǎn)過程中不注重采取措施進(jìn)行循環(huán)利用，可能由于大量累計(jì)最終造成工業(yè)廢料，不僅造成大量有價(jià)值資源浪費(fèi)，而且形成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
此外，還間接消耗電解鋁生產(chǎn)過程中的工業(yè)垃圾碳渣，碳渣是電解鋁生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，含氟化鹽高達(dá)60%以上，此技術(shù)開發(fā)成功后，工業(yè)垃圾碳渣由以前的無人問津一舉轉(zhuǎn)變成為香餑餑，利用碳渣浮選電解質(zhì)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源的回收和利用，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。
所以，不論是經(jīng)濟(jì)效益，還是社會(huì)效益，“電解質(zhì)”取代“冰晶石”焙燒啟動(dòng)技術(shù)真正引領(lǐng)我國電解鋁工業(yè)焙燒啟動(dòng)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。
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