再生铝工业 世纪绿色产业

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1、29科技导报7/ 2002工业再生铝工业? 21世纪的绿色产业 The Regenerated Aluminium Industry ? A Green Industry in the 21st Century杨遇春 ( 北京有色金属研究总院北京100088)1. 历史回顾 1886 年, 金属铝作为人类发展史上最年轻的金 属,利用电解法实现了工业生产。 到 1900 年, 世界铝 的产量已达 7 300 吨, 其后的两次世界大战, 很快将 金属铝的生产推到与历史悠久的铜、铅、锌相比肩 的地位。 至 20世纪 60 年代初,在产量上已跃升为仅 次于钢铁的第二大常用金属。目前铝的全球产量和 消费

2、量已突破 3 000 万吨, 到 2030 年前达到 5 000 万吨已不是梦想。 金属铝密度低、 强度高、易加工、 高导电、 耐腐 蚀等优良性能, 使它在交通运输( 航空航天、 汽车和 船舶制造)、包装、 建筑、电工及耐用消费品等领域 形成日益强大的市场, 并导致原铝生产与铝的消费 严重失衡。 1998 年原铝产量为 2 200 万吨, 而总消费 量却高达 3 000 万吨。这 800 万吨的巨大差额是依 靠铝的另一种优良性能? ? 可再生性能, 通过重熔 和冶炼废杂铝生产的再生铝的大量补充, 才得以解 决的。可见, 再生铝在满足铝的社会消费方面,正起 着日益重大的作用。 实际上早在 189

3、3 年, 德国的一家报纸就曾报道 铝炊锅和用坏的铝制品可由制造厂家再生。因此再 生铝的诞生日期距离霍尔- 赫洛特电解法的发明 还不到 7年。? 二战 期间, 由于破损的军用飞机需 要再生, 迎来了再生铝冶金的第一个高潮, 此后在 20 世纪 50 年代,美国的乔! 亨特( Joe! Hunter)树立 起再生铝的第二个里程碑。他先将废杂铝熔化, 再 于带坯连铸机内处理熔融铝, 获得了可锻的半加工 品,使再生铝走出了仅限于铸件的适用范围。 从 1950 年开始直到进入本世纪, 再生铝始终保 持着稳定增长。近年来一些发达国家如美国, 再生 铝生产的年均增长率 ( 1986 1996 年) 为 6.

4、 2%, 远 高于同期原铝 0. 1%的增长。 2. 崛起与诱因 促成再生铝生产增长的原因有 4个方面。一是 三水铝石型铝土矿的储量有限 ( 仅能满足今后 50 年的需要), 非三水铝石型铝矿物( 如我国的一水硬铝石) 储量虽然丰富, 但在经济上竞争力差, 而废杂 铝本身价格虽不菲( 现价约 10 000 13 000元/吨), 但可视为是其杂质可进行机械和物理分离的超高 品位富矿。二是, 金属铝是高耗能金属, 仅吨铝的直 流电耗即为 13 000 18 000 千瓦! 时, 而废杂铝再 生的能耗不足原铝的 5%;废饮料罐再生所需能量 更低, 与原铝的实际能量比为 1 28. 5, 即为原铝所

5、 需能量的 3. 5%。 能耗的大幅度下降, 有利于降低产 品成本, 还可抑制 CO2的排放、 保护生态和环境。三 是, 含铝废杂物的弃置已成为影响环境和生活质量 的重大社会问题,而它恰是再生铝充足的原料来 源。 美国 1998 年铝饮料罐的消费达 1 020亿个, 回收 的 640 亿个含铝量达 88 万吨。美国 1997年拆解的 机动车有 1 000 万辆,即便按单车含铝量 55 公斤 计, 含铝量也有 55 万吨。日本每年报废的汽车多达 500万辆、 家用电器 1 500万件。这些国家每年生产 大量的废杂铝, 形成了颇具规模的进出口产业。 1987 和 1997 年全球废杂铝的贸易量分别

6、高达 611. 8 万 吨和 636. 7万吨, 有力地支持了日本、 东南亚和中南 美的再生铝产业的发展。四是有强大的需求市场, 尤其是由于汽车市场对再生铝需求的急剧增长及 饮料罐用铝薄板的制造中广泛使用了旧罐, 开发出 新的日益扩大的再生铝市场。这些方面的需求才是 拉动再生铝工业高速发展的主导因素。 铝的密度约为钢的 1/ 3, 就性能密度比而言, 如 此强度及防撞性能( 吸收冲击能力的能力), 均约为 普遍碳素钢的两倍。 也就是说, 1 公斤铝在汽车上可 代替 2 公斤钢; 同时每使用 1 公斤铝在车的使用年 限内可减少 9 公斤 CO2的排放, 并通过减轻车重明 显提高了燃油效率 (汽车

7、车重每减轻 10% , 燃油消 耗可降低 6% 8%) 。据计算一辆使用 140 公斤铝 的轿车, 只要行驶里程超过 8. 6万公里( 为汽车典型 使用寿命的 58%) , 在成本上即具有与钢材竞争的 能力。铝的价格约为钢材的 4 5 倍, 这是限制它在 汽车上代替钢材的主要障碍。但是利用再生铝成本 仅约为原铝 80% 的优势, 同时按汽车零部件单位体Science and Technology Review7/ 200230积的功能 ( 作用) 计算铝的实际成本 ( 为钢的 1. 5 2. 5倍) , 并综合考虑铝对全球生态的有益影响, 则 基本上可化解高成本的障碍。目前, 通过提高再生 铝

8、在汽车零件制造中的占有比,提高其自身的质 量, 再生铝在与钢铁材质的竞争中已取得了一定成 功, 成为生产高燃效、 低排放、 轻量化汽车日益重要 的工程材料。 3. 产业状况与地位 当前全球使用的铝有近 30% 是由铝的再生所 得。据最新数据,1988年全球再生的废杂铝为 743 万吨,1998 年攀升 到 978 万吨,10 年净增长 31. 7%。在全球 3 000 余万吨的产量中, 再生铝以 800 余万吨的数字, 几乎达到了鼎足三分有其一的 程度。 发达国家过多的铝消费 (欧洲铝的人均年消费 量为 20 公斤, 美国和日本大于 30公斤, 我国约 2公 斤), 使北美、 日本和欧洲成为再

9、生铝的工业中心。 在生产的地域分布上, 美洲约 400万吨 (美国 1998 年产量 340万吨) ,西欧约 200 万吨, 东欧(包括俄罗 斯) 约 100万吨, 亚洲约 150 万吨。其中美国以处理 废饮料罐及铝浮渣再生产铝罐及汽车铸件为主。美 国目前消费的铝饮料罐每 3 个中有 2 个是通过废罐 闭路再生与制造过程循环生产的。欧洲除用于生产 铸造合金、 脱氧剂外, 锻造合金的生产前景看好。日 本生产的再生铝大约有 80%用于汽车制造。 从 1999 年生产数字看, 再生铝在主要发达国铝 的生产中地位日益突出。1999 年美国 (原铝 377. 86 万吨、 再生铝 369. 33万吨)、

10、 英国( 原铝 27. 22万吨、 再生铝 28. 53万吨)、 德国(原铝 63. 38 万吨、 再生铝 48. 27 万吨) 、意大利 ( 原铝 18. 72 万吨、再生铝 50. 18 万吨) 铝的总产量中, 原铝与再生铝的占有比 已接近或超出 11。尤其是日本自上世纪 70 年代 能源危机后, 采取节能及用进口废杂铝代替氧化铝 或铝土矿进口的政策, 在原铝生产倒闭的? 废墟 上 建立起强大的再生铝工业, 1999 年日本再生铝的产 量为 116. 41万吨 ( 1997 年为 127. 83 万吨) , 而原铝 的产量仅为 1. 09 万吨,再生铝的产量为原铝的 106. 8 倍, 在

11、日本的经济活动和社会生活中发挥着 举足轻重的作用。日本铝业协会 1998年报道说, 由 于汽车的生产和销售势头强劲,日本 1997 年汽车和 摩托车的用铝量达到 121. 9 万吨,其中再生铝合金 为 93. 99 万吨。 目前发达国家已形成完善的废杂铝收集、管 理、 分检系统, 近几年为降低成本刮起了兼并之风, 使美、日在不为人们看好的小厂基础之上形成了再 生铝生产的巨头。美国的 Imco 公司已拥有 16 家再 生铝生产厂, 1998 年的生产能力已达到 120 万吨/ 年, 并把触角伸向了英、 德等国。沃贝什(Watash) 合 金公司的生产能力也达到了高于54万吨/ 年的工业巨头标准。

12、日本的大纪铝业公司除以生产汽车零件 为主 ( 占其产品的 80%) 在其国内形成了强大的产 供销网络外,同时也向跨国经营的方向上发展。 4. 应用与市场 为适应不断扩大的市场需求, 发达国家在生产 中不断推出新的技术创新举措, 如低成本的连续熔 炼和处理工艺、低品位废杂铝升级工艺等, 用废杂 铝已能大量制造供铸造、压铸、轧制及作母合金用 的再生铝锭, 最大的铸锭重 13. 5 吨, 其中重熔二次 合金锭 ( RSI) 用于制造易拉罐专用薄板, 薄板的质 量已使每支易拉罐的重量下降到只有 14 克左右, 某 些再生铝还用于制造计算机软盘驱动器的框架。 虽说就原料来源而言, 原铝与再生铝间不存在

13、本质上的差别, 产品的性质与质量才是评估材料的 唯一标准, 但是铝合金的品种有近百余个, 在其废 杂物中有可能存在的元素近 20 余种(铜、 镁、 锰、 硅、 银、 钛、 铍、 锌、 锡、 镍、 铬、 铅、 铋、 钒、 锆、 铁、 钴、 氧), 这些杂质元素给予高再生率生产成分受到严格限 制的专用变形合金设置了障碍; 新废杂铝虽可通过 严格的预先分检解决部分成分控制问题, 但使用年 限长的混杂的旧废杂铝的杂质不易判定, 因此一般 将它们转入铸造合金内以不致于给使用造成问题, 所以大量应用铝铸件和压铸件的汽车工业很自然 地成为当今再生铝最大的市场。 当前美国汽车制造业使用的铝约有 63% 为再

14、生铝。按美国 Imco 公司的乐观估计, 2001 年每辆轿 车和轻型卡车铝的用量按 159 公斤计,每辆车再生 铝的用量约为 100 公斤; 而按每辆轿车铝用量 117 公斤标准,再生铝为 73. 5 公斤。 据此估计, 美国再生 铝在汽车中的用量当在 117. 6 万吨至 160万吨。欧 洲汽车工业的铝总消费量现为 120万吨, 原铝占 1/ 3;再生铝占 2/3, 为 80万吨。预计今后 10 年欧洲铝 的总消费量将上升到 230万吨, 再生铝用量至少将 为 153 万吨。日本汽车行业使用的铝估计约 77% 为 再生铝, 目前用量估计已近 100万吨。 可见仅汽车行 业就将为再生铝展现巨

15、大的潜在应用空间。 在汽车中用再生铝铸件代替铸铁件, 主要用作 驱动系统元件, 如发动机机座、 汽缸盖、进气管、铸 铝活塞、 变速箱、 转向轮、 悬挂系统等。本田公司开 发的再生技术可除去废杂铸铝中的硅、铜、镁、锌, 可将发动机机架上用的废压铸件再生为挤压型材, 并可制成转向柱的吊架。 5. 前程与未来 和世界铅治金的再生率为 60%比, 当前铝的全 球表观再生率仅为 27% ( 再生铝的总产量与铝的总 产量之比), 但铝制品为使用年限长的耐用消费品, 其使用寿命一般为 25 年, 如果拿目前再生的 800 万 吨铝,和 25 年前即 1973 年生产的 1 200 万吨原铝 比,其真正的再生

16、率应为 67%。 这个数字表明,铝的31科技导报7/ 2002再生在全球范围内已成为大势所趋, 发达国家和包 括我国在内人均铝消费不高的发展中国家绝不可 掉以轻心。21 世纪是把解决生态、 环境、 资源、 能源 问题放在首要地位的世纪。在这个世纪中, 由于钢 铁生产发展的迟滞, 铝在金属材料中将成为最大的 赢家。 到 2030年,世界铝的总消费量将达到 5 000万 吨, 其中再生铝的产量将增长到 2 200万 2 400万 吨的水平, 表观再生率将上升到 44% 至 48% , 并从 而将金属铝的全球平均电耗从每吨 13 000 千瓦时 降到 8 000 千瓦时的水平,大大减少 CO2的排放。 这 与当前谈论的执行京都议定书控制全球变暖的举 措是一致的。 从最近法国的 R! U ! Ayres 援引的用 17. 5% 品位的铝矾土生产铝与用废杂铝生产再生铝所做 的对比看, 每再生 1 吨铝, 除节能 256 吉焦( 109焦)外, 还可节水 10. 5吨, 少用固体材料 11 吨, 少排放 CO20. 8 吨, 少排放硫氧化物(SOx) 0. 06 吨,