電解工電解鋁-發(fā)展現(xiàn)狀

中國鋁電解技術(shù)自70年代末引進(jìn)160KA中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國外技術(shù)開始，揭開了中國現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術(shù)等方面展開了廣泛深入的研究工作。九十年代以來，在基礎(chǔ)理論、大型鋁電解槽開發(fā)以及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280、320KA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人注目。大容量電解槽的開發(fā)，使中國鋁電解技術(shù)總體上達(dá)到了國際先進(jìn)水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。

實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)差。由于開發(fā)時間短，對中國大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開發(fā)明顯不足，致使實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)的生產(chǎn)指標(biāo)與國際先進(jìn)水平還有較大差距。多數(shù)在大負(fù)荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，安全隱患多。鋁電聯(lián)營是中國電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢之一，但同時在技術(shù)上也存在相應(yīng)的問題。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大（一個系列產(chǎn)能可達(dá)20萬噸以上），巨大的用電負(fù)荷集中在一個生產(chǎn)系列上（一般達(dá)40萬KW以上），電解系列生產(chǎn)的任何波動都會造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。

缺乏建立在對陰極破損機(jī)理與規(guī)律透徹掌握基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施，電解槽難以達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，早期破損率高。影響中國大型槽槽壽命的問題除了中國普遍認(rèn)為的陰極炭素材料質(zhì)量方面的原因外，電解槽的設(shè)計(jì)、筑爐材料、筑爐質(zhì)量、焙燒啟動、正常生產(chǎn)操作及生產(chǎn)管理等方面均存在一些問題。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，中國尚缺乏對鋁電解槽破損（常稱為陰極破損）機(jī)理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問題就更加突出。

缺乏先進(jìn)的生產(chǎn)操作技術(shù)，作業(yè)成本高。中國300KA級的特大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng)用的時間短。又不能完全照搬以前在大型預(yù)焙槽上的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)（這些經(jīng)驗(yàn)也有很大局限性）。焙燒啟動過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運(yùn)行后電解槽的物理場（電場、磁場、流場）容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。

就中國電解鋁整體生產(chǎn)狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國際先進(jìn)水平低15%左右，主要表現(xiàn)在：電流效率相差2-3個百分點(diǎn)；噸鋁電耗相差300-800Kwh；電解鋁用陽極生產(chǎn)過程能耗相差3Gj/t左右；電解鋁陽極消耗相差30-60Kg（折合標(biāo)準(zhǔn)煤約75-150Kg）；電槽槽壽命相差1000天左右；陽極效應(yīng)系數(shù)國際先進(jìn)為0.1次/天.槽以下，中國最好水平在0.3次/天.槽左右。

中國電解鋁行業(yè)從2002年開始，電解鋁產(chǎn)量開始過剩，受下游行業(yè)需求下降影響，中國2008年電解鋁過剩預(yù)計(jì)達(dá)到50萬噸。電解鋁需求增速放緩，受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，來自房地產(chǎn)和汽車行業(yè)的需求增速大幅下滑，而來自于電力設(shè)備行業(yè)的需求仍保持快速增長，包裝行業(yè)對電解鋁的需求量保持穩(wěn)定，2008年電解鋁需求增速在10%左右。中國鋁土礦資源稀缺，產(chǎn)能擴(kuò)張不可持續(xù)。中國礦資源稀缺，鋁礦資源只能維持10年，中國的資源不可能再支撐電解鋁行業(yè)年均20%左右的擴(kuò)張速度。電解鋁的生產(chǎn)成本價在15000元/噸-17500元/噸，而電解鋁的價格僅為13400元/噸，行業(yè)虧損嚴(yán)重。原料進(jìn)一步下跌，中國電解鋁企業(yè)的平均生產(chǎn)本也在15000元左右，因此鋁價大幅下跌的可能性很小。2009年6月份左右鋁價有可能回到15000元/噸。

電解鋁

世界上所有的鋁都是用電解法生產(chǎn)出來的。鋁電解工業(yè)生產(chǎn)采用霍爾-埃魯冰晶石-氧化鋁融鹽電解法，即以冰晶石為主的氟化鹽作為熔劑，氧化鋁為熔質(zhì)組成多相電解質(zhì)體系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工業(yè)電解質(zhì)的基礎(chǔ)。電解鋁工業(yè)對環(huán)境影響較大，屬于高耗能，高污染行業(yè)。電解鋁生產(chǎn)中排出的廢氣主要是CO2，以及以HF氣體為主的氣-固氟化物等。CO2是一種溫室氣體，是造成全球氣候變暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其溫室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，并且會對臭氧層造成不同程度的影響。HF則是一種劇毒氣體，通過皮膚或呼吸道進(jìn)入人體，僅需1.5g便可以致死。

現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石—氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在950℃—970℃下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，既電解。陽極產(chǎn)物主要是二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w，其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵。為保護(hù)環(huán)境和人類健康需對陽極氣體進(jìn)行凈化處理，除去有害氣體和粉塵后排入大氣。陰極產(chǎn)物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內(nèi)抽出，送往鑄造車間，在保溫爐內(nèi)經(jīng)凈化澄清后，澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯.型材等。

電解鋁就是通過電解得到的鋁?，F(xiàn)代電解鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在950℃-970℃下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，既電解。

作業(yè)工人接觸到的毒物主要有氟化物、硫化物、瀝青煙、一氧化碳等。毒物主要存在于電解槽附近及煙氣凈化系統(tǒng)。 鋁電解以冰晶石-氧化鋁氟化鋁的熔體為電解質(zhì)，以炭素材料為電極進(jìn)行電解。電解時在陰極上析出液態(tài)的金屬鋁，在陽極上產(chǎn)生氣體。同時還散發(fā)出氟化物、粉塵等污染物為主的電解煙氣。在400℃～600℃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(tài)氟化鹽在高溫條件下可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時，進(jìn)入熔融態(tài)電解質(zhì)中的水分也可與液態(tài)的氟化鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成有害的氟化氫。

人體吸入過量的氟，常常會引起骨硬化、骨質(zhì)增生、斑狀齒等氟骨病，嚴(yán)重者使人喪失勞動能力。氟化物還對呼吸道粘膜及皮膚有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用。我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，車間空氣中氟化物（以氟計(jì)）的最高容許濃度為0.5mg/m3，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》中對毒物毒性分級的原則，氟化物為Ⅱ級，屬于高度危害。

電解鋁用途廣泛

全球電解鋁產(chǎn)量平穩(wěn)增長，增產(chǎn)動力依然來自于中國。2005年世界電解鋁產(chǎn)量3191萬噸，同比增長了6.45%，其中中國產(chǎn)量767萬噸，同比增長了15.07%。2006年全球電解鋁產(chǎn)量達(dá)到3380萬噸。2006年6月份全球日平均產(chǎn)量（不包括中國）8.22萬噸，較5月份日均產(chǎn)量增長了700噸，環(huán)比增長0.09%。6月份國內(nèi)電解鋁產(chǎn)量78.03萬噸，日均產(chǎn)量電解鋁產(chǎn)量2.6萬噸，較五月份日平均產(chǎn)量增長了1975噸，環(huán)比增長7.59%。中國依然是全球電解鋁增產(chǎn)的主動力，由于中國產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比重高到24.9%，中國產(chǎn)量的變化趨勢對全球電解鋁供應(yīng)起到了決定性的作用。中國電解鋁行業(yè)發(fā)展的狀況決定中國國內(nèi)電解鋁供應(yīng)一直較為充裕，2005年電解鋁平均產(chǎn)能1070萬噸，產(chǎn)能利用率75%，從6月份國內(nèi)數(shù)據(jù)看，中國的產(chǎn)能已經(jīng)得到了一定程度的釋放。中國建電解鋁項(xiàng)目11個，建設(shè)總能力112萬噸，尚有10個擬建電解鋁項(xiàng)目，總能力140萬噸。2006年電解鋁生產(chǎn)能力達(dá)1160萬噸，2007年達(dá)1250萬噸。電解鋁建設(shè)工藝簡單技術(shù)含量低建設(shè)周期短，有充足資金投入，從開工到建成投產(chǎn)僅需要了9個月。

電解鋁上游行業(yè)氧化鋁產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)鏈向電解鋁行業(yè)延伸，成為電解鋁產(chǎn)能增長的主要動力。電解鋁行業(yè)所處的成長發(fā)展階段決定了產(chǎn)量增長是主基調(diào)，電解鋁企業(yè)競爭，重組購并，不斷擴(kuò)張，行業(yè)集中度提高，也將推動產(chǎn)能的增長。電解鋁行業(yè)的購買方即鋁消費(fèi)商，在中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國城市化進(jìn)程中基礎(chǔ)設(shè)施、公共事業(yè)、住房和汽車等消費(fèi)品，極大地帶動中國電解鋁消費(fèi)需求。電解鋁行業(yè)處于高速發(fā)展成長期階段，行業(yè)優(yōu)勝劣汰，行業(yè)集中度不斷提升。2003年至2005年電解鋁總產(chǎn)量從554萬噸上升至767萬噸，增產(chǎn)213萬噸，其中僅中國十大電解鋁廠實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)91萬噸。生產(chǎn)廠家從141家減少至95家，單個廠家平均生產(chǎn)規(guī)模從2003年的3.9萬噸上升至2005年8萬噸。2100433B

說明

為規(guī)范從業(yè)者的從業(yè)行為，引導(dǎo)職業(yè)教育培訓(xùn)的方向，為職業(yè)技能鑒定提供依據(jù)，依據(jù)《中華人民共和國勞動法》，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和科技進(jìn)步的客觀需要，立足培育工匠精神和精益求精的敬業(yè)風(fēng)氣，人力資源社會保障部組織有關(guān)專家，制定了《鋁電解工國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)（2020年版）》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）。

一、本《標(biāo)準(zhǔn)》以《中華人民共和國職業(yè)分類大典（2015年版）》為依據(jù)，嚴(yán)格按照《國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)編制技術(shù)規(guī)程（2018年版）》有關(guān)要求，以“職業(yè)活動為導(dǎo)向、職業(yè)技能為核心”為指導(dǎo)思想，對鋁電解工從業(yè)人員的職業(yè)活動內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范細(xì)致描述，對各等級從業(yè)者的技能水平和理論知識水平進(jìn)行了明確規(guī)定。

二、本《標(biāo)準(zhǔn)》依據(jù)有關(guān)規(guī)定將本職業(yè)分為五級/初級工、四級/中級工、三級/高級工、二級/技師、一級/高級技師五個等級，包括職業(yè)概況、基本要求、工作要求和權(quán)重表四個方面的內(nèi)容。本次修訂內(nèi)容主要有以下變化：

——充分考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對本職業(yè)的影響，完善了技能要求和相關(guān)知識要求。

——具有根據(jù)科技發(fā)展進(jìn)行調(diào)整的靈活性和實(shí)用性，符合培訓(xùn)、鑒定和就業(yè)工作的需要。

——順應(yīng)時代和社會要求，強(qiáng)化了有色金屬冶煉安全及環(huán)境保護(hù)的技能要求和相關(guān)知識要求。

三、本《標(biāo)準(zhǔn)》由有色金屬行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心組織專家和實(shí)際工作者共同完成。本《標(biāo)準(zhǔn)》主要起草單位為中國鋁業(yè)股份有限公司青海分公司，參與起草單位為有色金屬行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心。主要起草人有：姜良杰、趙再強(qiáng)、楊國峰、田元?dú)g、王桂琴、高峰。參與起草人員有：張錚、陳昪、張淮。

四、本《標(biāo)準(zhǔn)》主要審定單位有：杭州錦江集團(tuán)有限公司、伊電控股集團(tuán)有限公司、山東南山鋁業(yè)股份有限公司、蘭州鋁業(yè)有限公司、遵義鋁業(yè)股份有限公司、青海百河鋁業(yè)有限責(zé)任公司、云南冶金高級技工學(xué)校、廣西華磊新材料有限公司、云南鋁業(yè)股份有限公司、東北輕合金有限責(zé)任公司、有色金屬行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心。主要審定人員有：肖以華、申善俊、梁俊蘭、張志軍、李文超、滕國春、冷龍洋、魏生貴、呂玉國、王維華、丁曉亮、楊海峰、謝承杰、王南、鄭偉、王翰峰。

五、本《標(biāo)準(zhǔn)》在制定過程中，得到人力資源社會保障部職業(yè)技能鑒定中心葛恒雙、張靈芝等專家及中國鋁業(yè)股份有限公司青海分公司、杭州錦江集團(tuán)有限公司、伊電控股集團(tuán)有限公司、山東南山鋁業(yè)股份有限公司、蘭州鋁業(yè)有限公司、遵義鋁業(yè)股份有限公司、青海百河鋁業(yè)有限責(zé)任公司、云南冶金高級技工學(xué)校、廣西華磊新材料有限公司、云南鋁業(yè)股份有限公司、東北輕合金有限責(zé)任公司、北京諾斐釋真管理咨詢有限公司、有色金屬行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心等單位的指導(dǎo)和大力支持，在此一并致謝。

六、本《標(biāo)準(zhǔn)》業(yè)經(jīng)人力資源社會保障部批準(zhǔn)，自公布之日2020年12月29日起施行。

如圖《電解工作原理》所示，由A和C兩電極浸入含有Me 離子和X^-離子組成溶液的電解池中，在兩極的上端分別與直流電源的正負(fù)兩極接通時，直流電源便起著一個電子泵的作用；將電子壓入C，又從A將電子抽回電源。由于溶液中并不存在自由電子，因此當(dāng)通過電流時，在電極-溶液界面上就會發(fā)生某種或某些組分的氧化還原，使得在C處消耗電子，而在A處放出電子。這個過程就是氧化-還原反應(yīng)。電極C 就是通常所說的陰極（和電源負(fù)極相接），在它附近的離子或分子由于接受電子而被還原；而在陽極A處（與電源正極相接），由于離子或分子產(chǎn)生電子而氧化?？偟碾娊獬胤磻?yīng)是兩個電極半反應(yīng)的總和。當(dāng)電解進(jìn)行時，離子不斷向兩極遷移，正離子向陰極遷移，負(fù)離子像正極遷移。