铝产业生态化低碳发展实证剖析和途径
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0引言
降低能消耗率以减少温室气体排放量，节约资源以谋求可持续发展和建设环境友好型社会已成为人们的共识.铝业作为国民经济的基础产业，已形成以采矿、选矿、冶金、消费者以及废杂铝的回收与循环利用的完整产业链.铝业如何适应社会这一发展潮流，走生态化低碳经济发展模式之路，将铝产业链衍化为生态化低碳经济发展模式是本文研究的核心和关键所在.所谓生态化低碳经济发展模式，其关键词有“生态化”和“低碳经济”，生态化是借鉴生态学的物质循环和能量转化的原理，使物质、能源、废弃物梯级循环利用，在产业链条上的每一个节点企业和企业内部各工序全部节点的生态化链接；低碳经济是指低能耗、低污染、低排放的经济模式，达到减少温室气体排放的目的.这对高能耗高污染的铝产业适应节能减排具有特别的现实意义.
1铝产业链的物质运动及其存在问题的分析
1.1中国铝产业链的物质运动情况我国铝产业链上的物质运动包括：开采、选矿、冶金、电解、加工、消费和废杂铝的回收与循环利用以及各环节排放出的物质运动等，见图1所示.
1.2中国铝产业链存在问题进行分析根据铝产业链的物质运动情况，对铝产业链存在问题进行归纳与分析如下.（1）铝土矿山采选情况及其存在问题分析.我国铝土矿资源自然禀赋较差，90%以上的铝土矿资源为沉积型铝土矿，矿石为一水硬铝石，属于高铝、高硅、低铁、难溶的中低品位铝土矿，集中在山西、河南、贵州、广西.主要应用露采方法和单一的自卸汽车直进沟开拓方式，这种方法剥采比大，采矿损失率和矿石贫化率很高.一般剥采比达10～15m3/m3，有的高达22～25m3/m3，总体剥离量占采剥总量的80%～90%[1]，这样导致占用土地多，影响面大，铝土矿资源的开采问题已成为铝产业链发展壮大的制约瓶颈.我国铝土矿选矿常采用手选，再用浮选脱硅、机械或化学处理办法脱除钛和铁等杂质，进一步采取相应措施脱除钾和钠杂质，人工拣选导致铝资源遭到严重破坏.（2）铝冶炼情况及其存在问题分析.采用不同的冶炼方法对铝土矿品质要求不一样，拜耳法要求铝土矿的铝硅比≥8～10，联合法要求铝土矿的铝硅比为5～7之间，烧结法要求铝土矿的铝硅比为3.5～5.0，提高铝硅比成为冶炼的关键.目前我国企业氧化铝的生产多采用联合法，这种方法先以拜耳法处理大部分易溶的一水硬铝石，再将难溶或不溶部分转入烧结法，在烧结时再配入部分铝土矿来提高品位，我国大型氧化铝生产企业均用此法生产氧化铝.氧化铝生产过程中产生的大量赤泥，赤泥堆存因含有大量的废液，污染地下水.我国原铝生产企业一般采用熔盐电解法.电解铝时需要消耗大量电能，生产1t铝约耗电16000kWh.而目前我国的铝电解槽大部分是自焙阳极电解槽，这类自焙槽几乎没有安装消除氟化物等毒气装置，从烟囱直接排放，有的小铝厂就是“裸排”，工作环境中弥漫着氟化物和沥青烟，导致工作场地环境恶劣，严重威胁着工人身心健康.（3）综合回收利用的现状及其存在问题分析.我国铝土矿共伴生的有益矿产尚未得到充分的综合利用，铝土矿中伴生的丰富的稀有、稀土及稀散元素中，目前只对部分镓和铁元素进行回收利用，其他的均进入赤泥中.而国外90％以上的镓和钪是在氧化铝生产的过程中提取的[2].再生铝冶炼加工可以节省大量的能源消耗，理论估计每生产1t再生铝与生产原铝相比，可以节约95%的能源，节水10.05t，少用固体材料11t，少排放CO20.8t、SO20.6t[3].目前我国再生铝企业“小、多、散”，科技开发力量薄弱，技术水平低，能源与资源浪费大，远未达到理论估计水平.特别是大量作坊式的企业，在拆解废旧电器、旧电机、旧电缆的过程中，产生的废弃物到处乱扔，废水流入农田，进入水系，自然环境受到严重污染.铝产品深加工企业结构不合理，生产经营分散，生产集中度低，深加工能力薄弱，产品附加值低，产品结构单一，技术含量高的铝加工产品主要依靠进口，抵御风险能力不强.（4）产业链信息系统分析.铝产业链单元企业基本上都建立了自己的信息系统，大型骨干企业建立了生产执行系统（MES）、供应链管理系统及企业资源计划系统（ERP）系统.但应用方面还需完善，实现了基础管理，在生产、经营与管理方面发挥了积极作用，增强了企业对市场的快速反应和综合竞争能力.对铝产业链信息系统有待建立和运行.针对以上铝产业链现实情况及其存在问题，构建生态化低碳发展理论模型，试图系统地解决这些问题.
2构建铝产业链生态化低碳发展的理论模型
2.1构建生态化低碳发展理论模型构建生态化低碳发展理论模型，主要基于两点考虑，一是用生态化办法解决物质循环问题，二是考虑节能减排问题.构建铝产业链生态化低碳发展理论模型，首先要完善铝产业链节点的组成与联系，将通过铝产业链中每一个节点的物质、能量、水、技术和信息进行系统集成，对铝产品进行非物质化设计，并形成科技开发、技术服务支持系统，构建铝产业链生态化低碳发展理论模型[4-6]，如图2所示.
2.2对铝产业链生态化低碳发展模型的解释对上述所构建的铝产业链生态化低碳发展模型的解释：
（1）节点组成.围绕铝产业链，针对采、选、冶、加工企业和企业内部核心工序构建起铝产业链生态化的主体，从而形成铝产业链共生生态群落.
（2）系统集成.针对构建铝产业链的物质流，以减量化、再利用、资源化为原则，通过物质集成、能量集成、水集成、技术集成和信息集成[4]，使铝产业链生态化低碳运行分述如下.第1，物质集成.通过深入分析铝产业链的生产工艺流程，采用新工艺和新技术，使铝产业链的生产流程朝着简单化、紧凑化、大型化、连续化和循环化的方向发展，实现铝产业链的物质集成，从而减少铝产业链废弃物的产生与排放，用较少的铝资源投入，最大限度地并可持续利用铝再生资源，使铝资源利用效率最大化、废物循环利用升值化、废水废气废渣产生最小化[4].第2，能量集成.运用以系统工程理论和热力学分析为基础的能量集成技术，对铝产业链全生产过程的耗能现实进行深入细致分析与诊断，发现耗能高的部位及原因，通过采用“能量集成策略”，并结合铝产业链的生产过程中的操作、管理、工艺等因素，应用先进的节能设备和环保工艺，对铝产业链系统节能降耗改造方案进行决策，淘汰或改造资源浪费、污染严重的落后生产工艺和装备，采用新能量集成系统高效运行，提高能源使用效率，减少温室气体的产生与排放.第3，水集成.水的梯级利用与开发是实现水集成的有效方法，其本质要求是全过程控制、分散和集中相结合，水的梯级利用技术主要包括铝产业链的水梯级利用技术和企业内部的水梯级利用技术，建立企业内部工序之间和产业链各企业之间多级用水循环系统，提高水的循环利用率，采用先进工艺与装备，对铝产业链的水系统进行有效的改造，使铝产业链的水集成系统稳定运行，实现废水资源化，污水“零”排放.第4，技术集成.技术集成包括软技术和硬技术的成组配套.依据铝产业链生态化低碳设计的理念，把相关高新技术、抗风险技术、废物利用和交换技术、信息技术、管理技术等成组配套集成起来，建立起资源和能源消耗最小化、废物和污染物产生最少的高新技术系统，以实现铝业生态化低碳经济发展模式的技术要求.第5，信息集成.建立完善铝产业链的数据库和信息管理系统，包括物质流、能源流和废物流的信息，铝产业链上的相关企业采购原材料、生产半成品、成品、技术进步、市场发展等方面的信息，以及法律法规、相关的宏观环境的信息，从而形成铝业生态化低碳经济发展模式的信息支持系统.
（3）非物质化设计.指通过铝产品小型化、轻型化、使用循环材料和部件，以及提高铝产品寿命，在相同或者更少铝材的基础上，获取最大价值的铝产品，或者在获取相同铝产品的功能时，实现铝产业链物质和能量的投入最小化.
（4）铝业生态化低碳产业链设计.这是指依据工业生态学的原理，进行物质、能量和信息链接所进行的最优化组合设计与改造.按我们构建生态化低碳发展理论模型，下面以中国铝业贵州分公司为例进行实证研究.
3铝产业链生态化低碳经济发展实证分析
中国铝业贵州分公司针对产业链，围绕“四个环节和四个重点”[7-9]，对铝产业链生态化低碳经济发展进行了努力的探索，并取得了一些进展.其具体做法如下.
3.1重视四个环节①重视在资源开采环节的回采率和综合回收率的提高，延长矿山经济寿命周期；②重视在资源消耗环节能耗降低，资源产出效率的提高，开展能源梯级利用、资源高效利用和循环利用的工程实践活动；③重视资源的再利用，进行科技开发回收镓，做强产业链；④重视原燃材料供应和产品销售的节能环保标准的使用，努力建设生态铝业.
3.2狠抓四个重点
（1）狠抓上游一体化发展战略控制资源.力争矿权，加快对矿山的控制，合理储备矿产资源，制定向上游扩张的前向一体化发展战略.
（2）狠抓能量集成技术开发降低能耗.针对能耗高的问题，开展一系列的科研攻关和技术开发工作，如对已使用的混联法生产氧化铝的工艺流程及设备，展开了“自流式外循环板式降膜蒸发器”、“烧结法赤泥快速分离技术与装备”、“烧成窑提产工艺装备创新技术”、“单套管预热———高压釜强化溶出技术”、“混联法高浓度氧化铝生产工艺技术”、“混联法二段分解生产砂状氧化铝工艺技术”、“熟料窑增产、提质、节能技术”、“常压脱硅”、“高效精滤技术”等一系列重大技术创新和产业化开发项目，主要技术指标达到国际领先水平，取得了显著的节能降耗效果；在电解铝方面同样通过技术开发，如通过“180kA级铝电解槽技术”和“230kA高效节能型预焙铝电解槽”技术产业化开发，提高了该企业的电解槽的稳定性和单位面积产能，降低了能耗；在电解控制技术上开发了“大型预焙电解槽自适应控制及新型风动下料装置”、“186kA预焙槽系列智能模糊控制技术”、“铝电解在线检测”、“预焙铝电解槽槽电压噪声控制”、“铝电解物料储运及烟气净化管控一体化综合系统”，建成了“铝电解工艺-控制研究室”，经集成创新所形成的“DJYF-1型铝电解工艺过程控制系统”，成功应用于电解铝的生产，综合节能效果显著.
（3）狠抓废弃物的综合利用建生态矿山.该公司围绕氧化铝、电解铝、碳素三大块产生大量废弃物的问题，从原辅材料和能源、生产工艺、生产设备、过程控制、管理制度、员工素质、产品和污染物8个方面，仔细分析原因、判明具体部位，寻求系统解决方案：首先从废水治理入手，控制废水产生源头、完善废水处理过程，梯度利用再生水，基本达到“污水零排放”理想目标；同时对固体废弃物加以综合利用，如粉煤灰用于水泥生产原料，用作建筑材料生产的原料，烧结赤泥和粉煤灰混合用于筑坝.该公司对岗位粉尘和噪声进行了治理，对老矿山进行复垦，将废弃排土填埋采空区，平整场地，种树、种花、种草，使老矿区草化、花化、绿化，通过综合利用废弃物，取得了节能降耗、减污添绿，增效增收的良好效果.
（4）狠抓科学管理推动生态化低碳发展.完善管理制度，再造优化流程，严格规范管理，确保质量管理、职业健康安全管理、环境管理和计量检测制度有效运行.推行精益生产、预算管理、成本管理，引进ERP系统，推进信息化建设，实现生产过程自动化和管理信息化.严格执行国家安全法律法规，开展企业亚文化建设，初步形成了具有贵铝文化特色的形象识别系统，使员工的日常行为规范能做到内化于心，外化于行，固化于制，科学管理推动了贵铝产业链朝着生态化低碳经济方向发展.
4铝产业链生态化低碳经济发展模式的路径
从中国铝业贵州分公司具体实践看，朝着生态化低碳经济方向发展确实取得了很大进步，但缺乏对产业链的系统思考，与铝业生态化低碳发展理论模型还有较大差距，为此，提出铝产业链生态化低碳发展模式的实现的具体路径如下.铝产业链生态化低碳发展理论模式是通过模仿自然生态系统构造铝产业链生态系统，首先要完善铝产业链的节点的组成与联系，将通过铝产业链中每一个节点的物质、能量、水、技术和信息进行系统集成，以达到有机链接，减少废渣、废液、废气和温室气体等物质的排放和铝资源的循环利用，铝产业链生态化低碳发展的目标.其实现途径主要有[10-12]：
4.1科学地规划设计首先考虑铝产业链上各节点企业之间物质循环，上游企业所产生物质（包括废物）为下游企业提供资源，使铝产业链做到尽量少的废弃排放.其次考虑将物质、能量、水、技术和信息进行系统集成设计，形成循环链；最后考虑节能问题，采用高新大设备与先进工艺进行综合改造方案，形成全新的铝产业链生态化低碳运行系统规划.
4.2按设计方案进行改造按铝产业链生态化低碳发展模式进行改造，在改造过程中要注意引进冶金高技术、新工艺、大装备，并利用管理信息技术将他们集成起来；要敢想敢干，构建起铝产业链资源综合利用效率最大化和能耗、废物和污染物产生最小化的高新技术系统，以满足铝产业链生态化低碳运行的要求.
4.3加强企业管理铝产业链生态化低碳高新技术系统建成以后，要加强企业日常管理，特别是强化现场管理，做到物流有序、操作规范，切实落实岗位责任制，建立激励与约束长效机制，努力使铝产业链做到生态化运行和低碳化排放.加强企业管理是确保铝产业链生态化低碳长效机制的重要保障.
4.4依靠科技创新因为科技创新是动态的，在铝产业链各环节生产技术和工艺方面，只能依靠当前的科学技术来开发的资源节约型和环境友好型的生产工艺、技术和和装备，当科学技术取得阶段成果时，再加以开发应用，不断提高铝产业链物质和能量的使用效率，不断降低铝产业链物质和能量的消耗，减少铝产业链的污染排放量，动态地实现铝产业链向生态化低碳方向发展.
4.5延长铝产业链延长铝产业链，开展铝深加工研究，应准确把握世界上铝业最新的先进技术和应用消费的动向，建立以市场为导向的铝产品技术开发体系，加强产业之间的紧密联系，研发对国民经济发展有重要作用，又具有市场潜力的新产品、新材料和新工艺，形成具有自主知识产权的专有技术及相应的工艺装备.加快铝产业链结构优化，合理利用和分配铝资源，扩大产品品种规格范围，提升综合经济指标和产品质量，形成具有世界竞争优势的生态化低碳产业链.
