鋁產業生態化低碳發展實證剖析和途徑
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0引言
降低能消耗率以減少溫室氣體排放量，節約資源以謀求可持續發展和建設環境友好型社會已成為人們的共識.鋁業作為國民經濟的基礎產業，已形成以采礦、選礦、冶金、消費者以及廢雜鋁的回收與循環利用的完整產業鏈.鋁業如何適應社會這一發展潮流，走生態化低碳經濟發展模式之路，將鋁產業鏈衍化為生態化低碳經濟發展模式是本文研究的核心和關鍵所在.所謂生態化低碳經濟發展模式，其關鍵詞有“生態化”和“低碳經濟”，生態化是借鑒生態學的物質循環和能量轉化的原理，使物質、能源、廢棄物梯級循環利用，在產業鏈條上的每一個節點企業和企業內部各工序全部節點的生態化鏈接；低碳經濟是指低能耗、低污染、低排放的經濟模式，達到減少溫室氣體排放的目的.這對高能耗高污染的鋁產業適應節能減排具有特別的現實意義.
1鋁產業鏈的物質運動及其存在問題的分析
1.1中國鋁產業鏈的物質運動情況我國鋁產業鏈上的物質運動包括：開采、選礦、冶金、電解、加工、消費和廢雜鋁的回收與循環利用以及各環節排放出的物質運動等，見圖1所示.
1.2中國鋁產業鏈存在問題進行分析根據鋁產業鏈的物質運動情況，對鋁產業鏈存在問題進行歸納與分析如下.（1）鋁土礦山采選情況及其存在問題分析.我國鋁土礦資源自然稟賦較差，90%以上的鋁土礦資源為沉積型鋁土礦，礦石為一水硬鋁石，屬于高鋁、高硅、低鐵、難溶的中低品位鋁土礦，集中在山西、河南、貴州、廣西.主要應用露采方法和單一的自卸汽車直進溝開拓方式，這種方法剝采比大，采礦損失率和礦石貧化率很高.一般剝采比達10～15m3/m3，有的高達22～25m3/m3，總體剝離量占采剝總量的80%～90%[1]，這樣導致占用土地多，影響面大，鋁土礦資源的開采問題已成為鋁產業鏈發展壯大的制約瓶頸.我國鋁土礦選礦常采用手選，再用浮選脫硅、機械或化學處理辦法脫除鈦和鐵等雜質，進一步采取相應措施脫除鉀和鈉雜質，人工揀選導致鋁資源遭到嚴重破壞.（2）鋁冶煉情況及其存在問題分析.采用不同的冶煉方法對鋁土礦品質要求不一樣，拜耳法要求鋁土礦的鋁硅比≥8～10，聯合法要求鋁土礦的鋁硅比為5～7之間，燒結法要求鋁土礦的鋁硅比為3.5～5.0，提高鋁硅比成為冶煉的關鍵.目前我國企業氧化鋁的生產多采用聯合法，這種方法先以拜耳法處理大部分易溶的一水硬鋁石，再將難溶或不溶部分轉入燒結法，在燒結時再配入部分鋁土礦來提高品位，我國大型氧化鋁生產企業均用此法生產氧化鋁.氧化鋁生產過程中產生的大量赤泥，赤泥堆存因含有大量的廢液，污染地下水.我國原鋁生產企業一般采用熔鹽電解法.電解鋁時需要消耗大量電能，生產1t鋁約耗電16000kWh.而目前我國的鋁電解槽大部分是自焙陽極電解槽，這類自焙槽幾乎沒有安裝消除氟化物等毒氣裝置，從煙囪直接排放，有的小鋁廠就是“裸排”，工作環境中彌漫著氟化物和瀝青煙，導致工作場地環境惡劣，嚴重威脅著工人身心健康.（3）綜合回收利用的現狀及其存在問題分析.我國鋁土礦共伴生的有益礦產尚未得到充分的綜合利用，鋁土礦中伴生的豐富的稀有、稀土及稀散元素中，目前只對部分鎵和鐵元素進行回收利用，其他的均進入赤泥中.而國外90％以上的鎵和鈧是在氧化鋁生產的過程中提取的[2].再生鋁冶煉加工可以節省大量的能源消耗，理論估計每生產1t再生鋁與生產原鋁相比，可以節約95%的能源，節水10.05t，少用固體材料11t，少排放CO20.8t、SO20.6t[3].目前我國再生鋁企業“小、多、散”，科技開發力量薄弱，技術水平低，能源與資源浪費大，遠未達到理論估計水平.特別是大量作坊式的企業，在拆解廢舊電器、舊電機、舊電纜的過程中，產生的廢棄物到處亂扔，廢水流入農田，進入水系，自然環境受到嚴重污染.鋁產品深加工企業結構不合理，生產經營分散，生產集中度低，深加工能力薄弱，產品附加值低，產品結構單一，技術含量高的鋁加工產品主要依靠進口，抵御風險能力不強.（4）產業鏈信息系統分析.鋁產業鏈單元企業基本上都建立了自己的信息系統，大型骨干企業建立了生產執行系統（MES）、供應鏈管理系統及企業資源計劃系統（ERP）系統.但應用方面還需完善，實現了基礎管理，在生產、經營與管理方面發揮了積極作用，增強了企業對市場的快速反應和綜合競爭能力.對鋁產業鏈信息系統有待建立和運行.針對以上鋁產業鏈現實情況及其存在問題，構建生態化低碳發展理論模型，試圖系統地解決這些問題.
2構建鋁產業鏈生態化低碳發展的理論模型
2.1構建生態化低碳發展理論模型構建生態化低碳發展理論模型，主要基于兩點考慮，一是用生態化辦法解決物質循環問題，二是考慮節能減排問題.構建鋁產業鏈生態化低碳發展理論模型，首先要完善鋁產業鏈節點的組成與聯系，將通過鋁產業鏈中每一個節點的物質、能量、水、技術和信息進行系統集成，對鋁產品進行非物質化設計，并形成科技開發、技術服務支持系統，構建鋁產業鏈生態化低碳發展理論模型[4-6]，如圖2所示.
2.2對鋁產業鏈生態化低碳發展模型的解釋對上述所構建的鋁產業鏈生態化低碳發展模型的解釋：
（1）節點組成.圍繞鋁產業鏈，針對采、選、冶、加工企業和企業內部核心工序構建起鋁產業鏈生態化的主體，從而形成鋁產業鏈共生生態群落.
（2）系統集成.針對構建鋁產業鏈的物質流，以減量化、再利用、資源化為原則，通過物質集成、能量集成、水集成、技術集成和信息集成[4]，使鋁產業鏈生態化低碳運行分述如下.第1，物質集成.通過深入分析鋁產業鏈的生產工藝流程，采用新工藝和新技術，使鋁產業鏈的生產流程朝著簡單化、緊湊化、大型化、連續化和循環化的方向發展，實現鋁產業鏈的物質集成，從而減少鋁產業鏈廢棄物的產生與排放，用較少的鋁資源投入，最大限度地并可持續利用鋁再生資源，使鋁資源利用效率最大化、廢物循環利用升值化、廢水廢氣廢渣產生最小化[4].第2，能量集成.運用以系統工程理論和熱力學分析為基礎的能量集成技術，對鋁產業鏈全生產過程的耗能現實進行深入細致分析與診斷，發現耗能高的部位及原因，通過采用“能量集成策略”，并結合鋁產業鏈的生產過程中的操作、管理、工藝等因素，應用先進的節能設備和環保工藝，對鋁產業鏈系統節能降耗改造方案進行決策，淘汰或改造資源浪費、污染嚴重的落后生產工藝和裝備，采用新能量集成系統高效運行，提高能源使用效率，減少溫室氣體的產生與排放.第3，水集成.水的梯級利用與開發是實現水集成的有效方法，其本質要求是全過程控制、分散和集中相結合，水的梯級利用技術主要包括鋁產業鏈的水梯級利用技術和企業內部的水梯級利用技術，建立企業內部工序之間和產業鏈各企業之間多級用水循環系統，提高水的循環利用率，采用先進工藝與裝備，對鋁產業鏈的水系統進行有效的改造，使鋁產業鏈的水集成系統穩定運行，實現廢水資源化，污水“零”排放.第4，技術集成.技術集成包括軟技術和硬技術的成組配套.依據鋁產業鏈生態化低碳設計的理念，把相關高新技術、抗風險技術、廢物利用和交換技術、信息技術、管理技術等成組配套集成起來，建立起資源和能源消耗最小化、廢物和污染物產生最少的高新技術系統，以實現鋁業生態化低碳經濟發展模式的技術要求.第5，信息集成.建立完善鋁產業鏈的數據庫和信息管理系統，包括物質流、能源流和廢物流的信息，鋁產業鏈上的相關企業采購原材料、生產半成品、成品、技術進步、市場發展等方面的信息，以及法律法規、相關的宏觀環境的信息，從而形成鋁業生態化低碳經濟發展模式的信息支持系統.
（3）非物質化設計.指通過鋁產品小型化、輕型化、使用循環材料和部件，以及提高鋁產品壽命，在相同或者更少鋁材的基礎上，獲取最大價值的鋁產品，或者在獲取相同鋁產品的功能時，實現鋁產業鏈物質和能量的投入最小化.
（4）鋁業生態化低碳產業鏈設計.這是指依據工業生態學的原理，進行物質、能量和信息鏈接所進行的最優化組合設計與改造.按我們構建生態化低碳發展理論模型，下面以中國鋁業貴州分公司為例進行實證研究.
3鋁產業鏈生態化低碳經濟發展實證分析
中國鋁業貴州分公司針對產業鏈，圍繞“四個環節和四個重點”[7-9]，對鋁產業鏈生態化低碳經濟發展進行了努力的探索，并取得了一些進展.其具體做法如下.
3.1重視四個環節①重視在資源開采環節的回采率和綜合回收率的提高，延長礦山經濟壽命周期；②重視在資源消耗環節能耗降低，資源產出效率的提高，開展能源梯級利用、資源高效利用和循環利用的工程實踐活動；③重視資源的再利用，進行科技開發回收鎵，做強產業鏈；④重視原燃材料供應和產品銷售的節能環保標準的使用，努力建設生態鋁業.
3.2狠抓四個重點
（1）狠抓上游一體化發展戰略控制資源.力爭礦權，加快對礦山的控制，合理儲備礦產資源，制定向上游擴張的前向一體化發展戰略.
（2）狠抓能量集成技術開發降低能耗.針對能耗高的問題，開展一系列的科研攻關和技術開發工作，如對已使用的混聯法生產氧化鋁的工藝流程及設備，展開了“自流式外循環板式降膜蒸發器”、“燒結法赤泥快速分離技術與裝備”、“燒成窯提產工藝裝備創新技術”、“單套管預熱———高壓釜強化溶出技術”、“混聯法高濃度氧化鋁生產工藝技術”、“混聯法二段分解生產砂狀氧化鋁工藝技術”、“熟料窯增產、提質、節能技術”、“常壓脫硅”、“高效精濾技術”等一系列重大技術創新和產業化開發項目，主要技術指標達到國際領先水平，取得了顯著的節能降耗效果；在電解鋁方面同樣通過技術開發，如通過“180kA級鋁電解槽技術”和“230kA高效節能型預焙鋁電解槽”技術產業化開發，提高了該企業的電解槽的穩定性和單位面積產能，降低了能耗；在電解控制技術上開發了“大型預焙電解槽自適應控制及新型風動下料裝置”、“186kA預焙槽系列智能模糊控制技術”、“鋁電解在線檢測”、“預焙鋁電解槽槽電壓噪聲控制”、“鋁電解物料儲運及煙氣凈化管控一體化綜合系統”，建成了“鋁電解工藝-控制研究室”，經集成創新所形成的“DJYF-1型鋁電解工藝過程控制系統”，成功應用于電解鋁的生產，綜合節能效果顯著.
（3）狠抓廢棄物的綜合利用建生態礦山.該公司圍繞氧化鋁、電解鋁、碳素三大塊產生大量廢棄物的問題，從原輔材料和能源、生產工藝、生產設備、過程控制、管理制度、員工素質、產品和污染物8個方面，仔細分析原因、判明具體部位，尋求系統解決方案：首先從廢水治理入手，控制廢水產生源頭、完善廢水處理過程，梯度利用再生水，基本達到“污水零排放”理想目標；同時對固體廢棄物加以綜合利用，如粉煤灰用于水泥生產原料，用作建筑材料生產的原料，燒結赤泥和粉煤灰混合用于筑壩.該公司對崗位粉塵和噪聲進行了治理，對老礦山進行復墾，將廢棄排土填埋采空區，平整場地，種樹、種花、種草，使老礦區草化、花化、綠化，通過綜合利用廢棄物，取得了節能降耗、減污添綠，增效增收的良好效果.
（4）狠抓科學管理推動生態化低碳發展.完善管理制度，再造優化流程，嚴格規范管理，確保質量管理、職業健康安全管理、環境管理和計量檢測制度有效運行.推行精益生產、預算管理、成本管理，引進ERP系統，推進信息化建設，實現生產過程自動化和管理信息化.嚴格執行國家安全法律法規，開展企業亞文化建設，初步形成了具有貴鋁文化特色的形象識別系統，使員工的日常行為規范能做到內化于心，外化于行，固化于制，科學管理推動了貴鋁產業鏈朝著生態化低碳經濟方向發展.
4鋁產業鏈生態化低碳經濟發展模式的路徑
從中國鋁業貴州分公司具體實踐看，朝著生態化低碳經濟方向發展確實取得了很大進步，但缺乏對產業鏈的系統思考，與鋁業生態化低碳發展理論模型還有較大差距，為此，提出鋁產業鏈生態化低碳發展模式的實現的具體路徑如下.鋁產業鏈生態化低碳發展理論模式是通過模仿自然生態系統構造鋁產業鏈生態系統，首先要完善鋁產業鏈的節點的組成與聯系，將通過鋁產業鏈中每一個節點的物質、能量、水、技術和信息進行系統集成，以達到有機鏈接，減少廢渣、廢液、廢氣和溫室氣體等物質的排放和鋁資源的循環利用，鋁產業鏈生態化低碳發展的目標.其實現途徑主要有[10-12]：
4.1科學地規劃設計首先考慮鋁產業鏈上各節點企業之間物質循環，上游企業所產生物質（包括廢物）為下游企業提供資源，使鋁產業鏈做到盡量少的廢棄排放.其次考慮將物質、能量、水、技術和信息進行系統集成設計，形成循環鏈；最后考慮節能問題，采用高新大設備與先進工藝進行綜合改造方案，形成全新的鋁產業鏈生態化低碳運行系統規劃.
4.2按設計方案進行改造按鋁產業鏈生態化低碳發展模式進行改造，在改造過程中要注意引進冶金高技術、新工藝、大裝備，并利用管理信息技術將他們集成起來；要敢想敢干，構建起鋁產業鏈資源綜合利用效率最大化和能耗、廢物和污染物產生最小化的高新技術系統，以滿足鋁產業鏈生態化低碳運行的要求.
4.3加強企業管理鋁產業鏈生態化低碳高新技術系統建成以后，要加強企業日常管理，特別是強化現場管理，做到物流有序、操作規范，切實落實崗位責任制，建立激勵與約束長效機制，努力使鋁產業鏈做到生態化運行和低碳化排放.加強企業管理是確保鋁產業鏈生態化低碳長效機制的重要保障.
4.4依靠科技創新因為科技創新是動態的，在鋁產業鏈各環節生產技術和工藝方面，只能依靠當前的科學技術來開發的資源節約型和環境友好型的生產工藝、技術和和裝備，當科學技術取得階段成果時，再加以開發應用，不斷提高鋁產業鏈物質和能量的使用效率，不斷降低鋁產業鏈物質和能量的消耗，減少鋁產業鏈的污染排放量，動態地實現鋁產業鏈向生態化低碳方向發展.
4.5延長鋁產業鏈延長鋁產業鏈，開展鋁深加工研究，應準確把握世界上鋁業最新的先進技術和應用消費的動向，建立以市場為導向的鋁產品技術開發體系，加強產業之間的緊密聯系，研發對國民經濟發展有重要作用，又具有市場潛力的新產品、新材料和新工藝，形成具有自主知識產權的專有技術及相應的工藝裝備.加快鋁產業鏈結構優化，合理利用和分配鋁資源，擴大產品品種規格范圍，提升綜合經濟指標和產品質量，形成具有世界競爭優勢的生態化低碳產業鏈.
