由于鋁的優良性質,在正常使用過程中幾乎不被腐蝕,鋁制品的使用失效期很長,因此鋁的在用率很高,自從1886年實現金屬鋁的工業生產以來,人類所生產的約6.8億t鋁中,約有4.4億t目前仍然在繼續使用之中。在所有有色金屬中鋁的可回收復用、二次資源化的可能性最高。二次鋁資源只需要經過相對簡單得多的處理加工過程,即可回復到其失效之前的各種性能,而能很好的循環使用。鋁是一種真正意義上的可長久使用的金屬。
用二次鋁資源生產再生鋁所消耗的能量僅相當于原鋁生產全過程能耗的5%,循環過程中金屬的重復利用率很高,一般情況每一個循環過程的金屬損耗率僅3.5%~8.5%。再生鋁工廠的投資僅相當于從鋁礦到原鋁過程總投資的12.5%,生產成本僅為原鋁的10%~15%。而且大大減少了溫室氣體的排放和對環境的污染。
二次鋁資源的利用備受世界各國的重視,20世紀70年代第一次人類環境會議之后以及石油危機的突現,引起工業發達國家對高能耗工業的審視,大力加強了再生金屬的生產。日本各大公司紛紛關閉氧化鋁和電解鋁生產線,轉向回收利用廢鋁資源生產再生鋁。原鋁產量從20世紀70年代的110萬t 降低到2001年的0.66萬t,而再生鋁產量卻發展到120萬t左右。現今,全球每年有近1200萬t各種廢鋁通過加工成再生鋁和鋁合金,滿足了約占全球鋁市場總需求量的40%。
近幾年,全世界再生鋁的年增長率約為5.65%,同期原鋁產量的平均增長率為1.93%。2002年全世界再生鋁總量為885.39萬t(不包括直接返回冶煉及加工流程的“過程廢鋁料” ),占世界鋁總產量的25.35%、原鋁總產量的33.96%。發達國家再生鋁產量為787.39萬t,其中美國298萬t、日本123.88萬t、德國66.88萬t、意大利60.09萬t,世界再生鋁產量前13位國家的再生鋁產量合計748.49萬t,占世界再生鋁總量的95%。據奧地利來奧本大學教授Peter Paschen近期發表的數據,預計到2030年世界鋁消費總量將達到5000萬t,其中2200~2400萬t為再生鋁,占消費總量的44%~48%。
我國廢鋁再生利用起步較晚,20世紀80年代在改革開放政策的帶動下,下游工業迅速發展,國內鋁的消費大幅增加。除進口原鋁之外,為了彌補供給不足的狀況,促使再生鋁工業迅速發展。1990年納入統計的再生鋁產量為0.72萬t,是當年鋁總產量的0.84%。1995年19.36萬t,占總產量的10.35%。再生鋁的年均遞增率達到193.16%,是鋁總產量增長速度的1.65倍。“九五”期間,各地熱衷于擴大原鋁生產,再生鋁生產幾乎是原地踏步,2000年再生鋁產量14.52萬t,占鋁總產量的比重回落到4.86%。表1列出了我國再生鋁的生產情況。
表1 我國再生鋁的產量及比重
年 份
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1990年
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1995年
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2000年
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2001年
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2002年
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2003年
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再生鋁產量/萬t
鋁總產量/萬t
再生鋁比重/%
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0.72
85.43
0.84
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19.36
186.97
10.35
|
14.52
298.92
4.86
|
20.44
357.58
5.72
|
18.98
451.11
4.21
|
41.51
596.20
6.96
|
近年來,我國鋁生產和消費需求增長迅速,已成為發展鋁的生產和消費大國。但我國再生鋁產量和廢鋁回收率與發達國家差距很大。據初步統計,2001年我國各種鋁及鋁合金廢料、廢件量為120萬t,廢鋁飲料罐約10.8萬t,但當年廢鋁回收量僅為42萬t,回收率為32%。同時,國內再生鋁的消費量也在迅速增長,尤其是在珠江三角洲、長江三角洲和環渤海地區,小鋁加工廠大量增加。為滿足需求建設了大量小型再生鋁廠并從國外進口廢鋁進行生產,一般情況這些小再生鋁廠都是附屬在加工廠內,再生鋁直接用于加工材料產品進入市場。沒有進入國家統計渠道。這些數量眾多的小型鋁回收加工廠,總體技術落后,裝備水平低,能耗高,金屬燒損高達30%以上,處理過程中廢鋁附著物對環境的污染危害嚴重。表2列出近年我國再生鋁消費及廢鋁的進口情況。
表2 我國再生鋁消費及廢鋁進口量 (萬t)
年 份
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1994年
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1995年
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1996年
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1997年
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1998年
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1999年
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2000年
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2001年
|
2002年
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再生鋁消費量
廢鋁進口量
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10.93
|
35.72
|
29.88
|
33.59
|
53.6
27.72
|
67.9
39.93
|
94.0
80.46
|
91.8
36.92
|
98.0
44.73
|
一、二次鋁資源的主要來源
二次鋁資源的來源約有20%來自包裝行業,40%來自交通運輸業,30%多來自建筑業。
目前全世界生產的鋁合金約有80%用于制造汽車零部件的鑄件和鑄件,報廢汽車中廢鋁的最高回收率已達95%。隨著汽車用鋁量的逐步增多以及汽車生產發展、社會汽車擁有量的增加,從報廢汽車獲得的廢鋁量將與汽車用鋁量的增長率與汽車產量增長率的兩者的乘積相關。包括汽車制造業在內的交通運輸部門是鋁需求增長最快的行業,也是鋁消費市場份額最大的領域,目前已超過了包裝業和建筑業。據世界鋁協會(IPAI)報告,2000年世界交通運輸業的鋁消費量占總消費量的32.5%,美國這一比例已達34%。交通運輸業產生的廢鋁是二次鋁資源的主要來源。
建筑業是二次鋁資源的另一個重要來源。建筑業消費的鋁占鋁總消費量的25%左右,由于建筑鋁材的失效期相對較長(一般為30年),大約是汽車用鋁制品失效期的2.5倍,因此建筑業的鋁在用量相當大。隨著時間的推移,建筑業形成的二次鋁資源的絕對量將是一個巨大的數字。目前,建筑業廢鋁的回收率大約是85%。
世界上的飲料罐約有80%是使用鋁制造的,鋁罐包裝的飲料罐(瓶)裝飲料市場的份額,歐洲約占50%,美國、巴西和日本占90%以上。美國是鋁罐飲料的最大消費國,2001年的銷售量約為1000億個;日本2001~2002財政年度,消費鋁罐飲料174.4億個;巴西109.6億個;西歐56億個。廢鋁飲料罐的產生極其分散,回收困難程度很大,若不集中起來便不可能形成資源。各國在收集鋁罐方面付出了巨大而持久的努力,目前全球鋁罐的平均回收率為50%以上。2001年,美國為55%。日本為38%,歐洲為45%,巴西為85%,瑞士91%,瑞典88%。
二、用二次鋁資源生產再生鋁
二次鋁資源的有效利用是建立在完善的回收組織網絡和嚴格的分類管理制度上的。
在回收的鋁廢料中,主要雜質是Si、Ti、Fe、Mn等以及配到基體金屬鋁中的各種合金元素。到現在為止,還沒有一種技術上行之有效、經濟上合理可行的工業方法,能夠把廢鋁中的雜質除去。因此,只能是通過在重溶前對廢鋁料進行嚴格的分揀分類。然后分別進行溶煉,盡可能保持再生率產品成分的均一,砬少雜質的污染。目前一般是將上述這些雜質作為合金元素的一部分通過調整成分形成鋁合金產出。也就是從純到不純,從合金組分少到合金組分多,從組分含量少到組分含量多這樣逐級推演,以求合理的充分利用所有有效組分。現在,回收鋁的技術已經發展到這樣一種程度,即從仔細分類的廢料中,可以生產出質量上與原鋁相同的再生鋁。但大部分是轉化為鑄造鋁合金。
再生鋁的生產技術主要集中在解決提高重溶過程的效率,降低能耗,減少燒損,消除污染等方面。國外還十分重視廢鋁料的預處理技術和預處理過程的機械化、自動化。