38冶金冶炼
M etallurgical smelting
曾 勇
（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 １１０１６６）
摘 要：
对电解质进行破碎处理，是为了实现阳极覆盖料的循环利用，通过将传统电解质处理工艺和新开发的自磨分选式电解质处理工艺进行技术经济等对比分析，可知新型电解质处理工艺具有显著的经济、社会和环保效益。 关键词：
电解质；阳极；自磨；效益中图分类号：ＴＦ８２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：
１００２－５０６５（２０２２）１０－００３８－３Comparative Analysis of Different Bath Treatmen
t Processes in Aluminum Smelter
ZENG Yong
（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１６６，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｃｒｕｓｈｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｔｈ ｉｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｏｄｅ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ
ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｂａｔｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｕｔｏｇｅｎｏｕｓ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｒｔｉｎｇ ｂａｔｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｅｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｂａｔｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ， ｓｏｃｉａｌ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ．Keywords: ｂａｔｈ； ａｎｏｄｅ； ａｕｔｏｇｅｎｏｕｓ ｇｒｉｎｄｉｎｇ； ｂｅｎｅｆｉｔｓ
收稿日期：
２０２２－０５作者简介：
曾勇（１９８６－），男，湖北荆州人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：电解铝工程设计及研究。
1 前言
近年来，随着铝电解槽电流强度的提高和电解槽的大型化，我国的电解铝产量逐年增加，2020年国内电解铝企业建成产能4295万吨，运行产能3835万吨；2020年全球电解铝产量为6526.7万吨，国内电解铝产量为3731.7万吨，占全球电解铝产量的57.18%，超过一半比重。
基于2020年国内电解铝产量计算，阳极表面需要的电解质覆盖料量大约55~65万吨。如果该电解质覆盖料若不返回电解槽内，势必会造成原材料的浪费，更重要的是该电解质覆盖料中含有的氟盐如不能返回电解流程将造成氟盐消耗增加，严重影响物料平衡，同时会增加生产运营成本，给生产企业带来不必要的损失，因此电解质覆盖料必须得到
循环利用[1]
。
现阶段电解质覆盖料主要采取两种不同的处理工艺，即传统的两级循环破碎工艺和东大院新开发的自磨分选式电解质处理工艺，本文将对这两种不同的电解质处理工艺进行全方位对比分析。
2 传统电解质处理工艺
传统的电解质处理工艺采用颚式破碎机+反击式破碎
机的两级循环破碎方式，该处理工艺的流程图如图1所示。
传统的电解质处理工艺主要存在以下问题：（1）系统故障率高，运转率仅约65%，且产品质量不稳定电解质块来料粒度大且不均匀，存在瞬时来料激增的情况，容易造成一级破碎机堵料，导致系统效率低下，甚至经常出现需要超时运行才能完成正常的产能需求。 电解质中夹杂的铝块无法清除，容易造成反击式破碎机转子卡住；且铝块一旦进入斗式提升机，还会挤偏链轮，造
塞西莉亚成链条卡阻或者拉断，进而导致全线停机。
传统的破碎机受下料口结构特点限制，难以控制出料粒度的均匀性，进而影响电解槽的热平衡和物料平衡。
图1 传统电解质处理工艺流程图
（2）设备噪音大，收尘效果差，不满足相关国家标准
因颚式破碎机和反击式破碎机的工作原理和结构特点，设备工作时噪音极大，且设备降噪措施极为有限。经现场实测，设备1m 外噪音值约110dB(A)，远超《工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素》（GBZ2.2-2007）中规定的85dB （A），对人体产生很大危害。
因颚式破碎机和反击式破碎机自身的结构特点，进出料口基本呈敞开模式，外设收尘罩集气效率低下（低于70%），粉尘无组织排放，空气中粉尘含量达到7.5mg/m 3，不满足《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》（GBZ2.1-2019）中要求的粉尘临界浓度4mg/m 3，严重危害操作人员的身心健康。现场情况如图2所示。（3）工艺流程复杂，系统能耗高
传统的电解质破碎工艺因需要进行两级破碎，且一级破碎和二级破碎均经过双层振动筛进行循环往复破碎，系统装机功率近400kW，功耗较高；同时因工艺流程复杂，这就造成了生产上组织和管理不便，同时需要较多的劳动定员。
来料没有进行初级筛分，降低了破碎机的破碎效率，同时增加了系统的无用电耗，该部分无用电耗约占整个系统能耗的10%。
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etallurgical smelting
图2 传统电解质处理系统现场
（4）设备种类繁多，运行维护成本高
颚式破碎机和反击式破碎机在工作时均有强烈的振动且设备本身不具备减震的条件，容易造成设备基
础产生裂纹或者松动现象，设备基础需要定期加固维护。以产能50t/h 的鄂式破碎机和反击式破碎机为例，单次维护成本大约6.9万元，且因为强烈振动对附近其他设备基础亦造成不利影响。
在电解质破碎过程中，因遭受电解质长期的冲击和磨损，容易造成颚式破碎机底板穿孔，反击式破碎机的板锤和反击板特别容易磨损，需要经常更换，平均每2~3个月就需要更换一次衬板。对于产能50t/h 的反击式破碎机，单次更换衬板价格在2万元左右，维护成本高。（5）缺乏配料系统，运输成本和工人劳动强度高为控制电解槽的热平衡和物料平衡，国内各大电解铝厂在换极时，除了在阳极表面添加破碎电解质作为覆盖料之外，还会添加氧化铝粉，氧化铝约占整个电解质覆盖料量的35%~40%。目前在阳极表面添加破碎电解质和氧化铝主要通过多功能天车来完成，而现阶段原料准备工作则主要有以下3种途径：
将电解车间通廊处的氟化盐高位料箱改作新鲜氧化铝仓，将多功能天车的氟化盐料箱改作新鲜氧化铝料箱或直接将氧化铝加到破碎电解质料箱，最后通过多功能天车的下料器分别先后将破碎电解质和氧化铝加盖在阳极表面，如图3所示：
兴宁市技工学校图3 多功能天车添加破碎电解质和氧化铝
该途径占用氟化盐高位料仓或多功能天车氟化盐料箱，
本质上不合理也不可取，对铝电解正常生产所需氟化盐添加带来风险，同时破碎电解质和氧化铝无法混合均匀，影响电解槽的热平衡和物料平衡。
对于有带搅拌功能电解质罐车的电解铝厂，电解质罐车在电解质处理车间接完破碎电解质之后，再到原料仓库氧化铝料斗下方接氧化铝，然后在搅拌罐车中将两种物料混匀，再送至电解车间通廊附近的破碎电解质料仓。
本途径加大了破碎电解质的倒运和车辆循环工作，以及
增加了电解质罐车的运输成本。
由手推车将氧化铝送至电解车间电解槽旁，进而由人工将氧化铝加到阳极表面，具体如图4所示：
图4 人工添加氧化铝
此途径增加了工人的劳动强度和操作危险性，且扬尘很
大，氧化铝粉无组织排放严重。（6）缺乏可靠定容下料系统，电解质罐车加满与否难以控制
在成品料仓下料至电解质罐车的过程中，为了判断电解质罐车是否加满，现阶段主要有2个途径：
在电动伸缩溜管上设置感应装置，实现料仓下阀门的连锁控制，但在此工况下，感应装置经常出现判断不准确或无法判断的情况，罐车加满后继续下料导致破碎电解质溢出。
通过人工判断，该途径存在滞后性，且因扬尘而严重危害人体身心健康。
3 新型电解质处理工艺
研究性学习教案
针对现有传统电解质破碎工艺存在的不足，综合分析、比较各种破碎系统和设备的优缺点，东大设计院开发了“自磨分选式电解质处理工艺”，其工艺流程如图5所示
：
图5 新型电解质处理工艺流程图
新型电解质处理工艺有如下创新特点：
（1）破碎前对电解质块料进行筛分预处理，提高了系统的破碎效率
受上游电解质清理工作站的影响，电解质来料中存在约10%的粉料，传统的两级循环破碎工艺给系统增加了同等比例的无用功耗。针对此问题，本新型高效自磨系统对该部分工艺流程进行了优化，在自磨机进料口前设置了振动给料筛，满足粒度要求的电解质粉料直接进入成品料仓，降低了自磨机的无效功耗，提高了自磨机的有效破碎率，对整个系统起到了节能和提高破碎效率的作用。
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（2）采用自磨分选工艺，缩短工艺流程并提高了系统运转率
本工艺取消了传统的两级循环破碎流程，采用自磨分选工艺，缩短了工艺流程，降低了功耗，降低了后期维护成本，同时大幅提高了系统运行的稳定性。
该自磨分选工艺集破碎和粉磨于一体，同时具有自清洁功能，可根据预设的周期进行反向转动，将夹杂在电解质中的铁块、铝块和炭块等其他杂质排出来，该功能既可对自身起到保护作用，同时避免对下游设备造成损伤或因为设备故障导致全线停机而影响系统产能，采用该工艺可提高系统运转率至95%（较传统破碎系统提高30%），系统工作效率提高了约32%。
该自磨分选工艺采用可更换的筛网设计，确保破碎后的电解质粒度满足工艺需求，不符合粒度要求的继续破碎。
通过在自磨机筒体四周设置“一体式”复合环形收尘罩，将整个自磨机做封闭处理，既达到对自磨机隔音的效果，同时复合环形收尘罩与外部除尘系统连接，且自磨机出料口采用封闭式的螺旋输送机输送，使得整个自磨系统做到了全封闭优化处理，收尘罩的集气效率可达到99%，故整个破碎系统的收尘效果得到大幅提高。
（3）设置混合配料系统，降低运输成本和工人劳动强度
本新型电解质处理工艺通过采用破碎电解质和氧化铝混合配料工艺，即可在电解质处理车间按配方完成破碎电解质和氧化铝的混合配料，实现电解质覆盖料的“一站式”接取和“一步式”添加，减少了多功能天车的运转时间，同时降低了电解质罐车的运输成本和工人的劳动强度。
采用精准定容下料设计，避免电解质外溢
本新型电解质处理工艺采用精准定容下料设计，料仓容量与电解质罐车容量一致，通过采用这种物理机械定容方式，很好的避免了感应装置不灵敏或者失灵导致物料外溢情况的发生，确保料仓定容下料和连锁控制的精准无误。
4 经济、社会和环境效益对比分析
以某年产50万吨电解铝的铝电解厂电解质处理车间为例，对本新型电解质处理工艺和传统电解质处理工艺进行了技术和经济指标对比分析，详情如表1所示。
4.1 经济效益显著
（1）本新型电解质处理工艺劳动定员3人，和传统的两级循环破碎工艺劳动定员9人相比，劳动定员减少6人。
（2）本新型电解质处理工艺年耗电量1.5×106kwh，和传统的两级循环破碎工艺年耗电量1.8×106kwh相比，年节约用电3×105kwh，降幅达17%。
（3）本新型电解质处理工艺年运行维护成本107.5万元，和传统的两级循环破碎工艺年运行维护成本195.8万元相比，年运行维护成本降低88.3万元，降幅达45%。
综上所述，和传统的两级循环破碎工艺相比，本新型电解质处理工艺劳动定员可减少6人，年耗电量可减少3×105kwh，年运行维护成本可降低88.3万元。
通过对两种不同电解质处理工艺进行投资对比可知，虽然建设投资增加了341万元，但由于运行成本和维护成本大幅降低，较传统两级循环破碎工艺而言，采用本新型电解质处理工艺，约3.8年即可回收多余的投资成本，本创新工艺可为企业带来显著的经济效益。
表1 两种不同电解质处理工艺的主要技术经济对比
序号项目名称单位传统工艺新型工艺备注
1
电解质破碎
工艺
-
两级循环
破碎
筛分预处
理-自磨
分选
1.1占地面积m2720520
1.2劳动定员人93
1.3
单位产品耗
电量
kW·h/t b14.412.06
1.4年耗电量104kW·h/a～180～150
1.5折标煤t/a720600折标系数0.4
1.6CO
2
排放量t/a～1800～1500
1.7
空气中粉尘
汽车节能补贴2014含量原道n70双擎s
mg/m37.50.8国标4mg/m3 1.8
粉尘排放总
量
t/a99436
1.5噪声值dB(A)11070国标85dB(A)
2建设投资万元563904
2.1征地费用万元5439
2.2建筑工程万元185300
2.3设备购置费万元300525含非标设备2.4安装费万元2440
3运行成本万元/年161.899.5夜间守门人
3.1人力成本万元/年72248万元/人3.2电费万元/年89.875.50.5元/kWh
4维护成本万元/年348
4.1备品备件万元/年248
4.2
土建基础维
护
万元/年100
4.2 社会效益显著
和传统的两级循环破碎系统占地面积720m2相比，采用本新型电解质处理系统的电解质处理车间占地面积为520m2，占地面积减少200m2，降幅为27.8%，改善了阳极组装片区电解质处理车间长期以来占地过大的难题；同时因为电解质覆盖料回收率高，极大降低了资源浪费，社会效益显著。
4.3 环境效益显著
和传统的两级循环破碎系统粉尘年排放量994t相比，采用本新型电解质处理系统的电解质处理车间，粉尘排放量为36t，粉尘排放量减少958t，减幅达到96%，完全满足项目所在地的环保要求。
本新型电解质处理系统的成功应用，大幅降低了粉尘污染物的排放量，同时极大改善了车间的作业环境，环境效益显著。
5 结语
随着国家能耗“双控”政策和“碳达峰碳中和”目标的制定，电解铝生产能耗和环保的要求愈发严格以及指标量化，开展系统性节能减排是每一个电解铝企业可持续发展最为重要和紧迫的工作之一；基于分析传统电解质破碎系统存在的不足，通过技术创新和流程优化，这种新型电解质处理工艺打破了传统电解质处理工艺停滞不前的状态，而通过对以上两种不同的电解质处理工艺进行对比分析，可知该新型电解质处理工艺具有显著的经济、社会和环保效益。
[1] 曾勇，杨晓玲，曹彦坤.浅谈某电解铝厂电解质处理车间工艺设计[J].
世界有金属,2021,(10):13-14.
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