用二次铝资源生产再生铝所消耗的能量仅相当于原铝生产全过程能耗的5%,循环过程中金属的重复利用率很高,一般情况每一个循环过程的金属损耗率仅3.5%~8.5%。再生铝工厂的投资仅相当于从铝矿到原铝过程总投资的12.5%,生产成本仅为原铝的10%~15%。而且大大减少了温室气体的排放和对环境的污染。
二次铝资源的利用备受世界各国的重视,20世纪70年代第一次人类环境会议之后以及石油危机的突现,引起工业发达国家对高能耗工业的审视,大力加强了再生金属的生产。日本各大公司纷纷关闭氧化铝和电解铝生产线,转向回收利用废铝资源生产再生铝。原铝产量从20世纪70年代的110万t 降低到2001年的0.66万t,而再生铝产量却发展到120万t左右。现今,全球每年有近1200万t各种废铝通过加工成再生铝和铝合金,满足了约占全球铝市场总需求量的40%。
近几年,全世界再生铝的年增长率约为5.65%,同期原铝产量的平均增长率为1.93%。2002年全世界再生铝总量为885.39万t(不包括直接返回冶炼及加工流程的“过程废铝料” ),占世界铝总产量的25.35%、原铝总产量的33.96%。发达国家再生铝产量为787.39万t,其中美国298万t、日本123.88万t、德国66.88万t、意大利60.09万t,世界再生铝产量前13位国家的再生铝产量合计748.49万t,占世界再生铝总量的95%。据奥地利来奥本大学教授Peter Paschen近期发表的数据,预计到2030年世界铝消费总量将达到5000万t,其中2200~2400万t为再生铝,占消费总量的44%~48%。
我国废铝再生利用起步较晚,20世纪80年代在改革开放政策的带动下,下游工业迅速发展,国内铝的消费大幅增加。除进口原铝之外,为了弥补供给不足的状况,促使再生铝工业迅速发展。1990年纳入统计的再生铝产量为0.72万t,是当年铝总产量的0.84%。1995年19.36万t,占总产量的10.35%。再生铝的年均递增率达到193.16%,是铝总产量增长速度的1.65倍。“九五”期间,各地热衷于扩大原铝生产,再生铝生产几乎是原地踏步,2000年再生铝产量14.52万t,占铝总产量的比重回落到4.86%。表1列出了我国再生铝的生产情况。
表1 我国再生铝的产量及比重
年 份 | 1990年 | 1995年 | 2000年 | 2001年 | 2002年 | 2003年 |
再生铝产量/万t铝总产量/万t再生铝比重/% | 0.7285.430.84 | 19.36186.9710.35 | 14.52298.924.86 | 20.44357.585.72 | 18.98451.114.21 | 41.51596.206.96 |
近年来,我国铝生产和消费需求增长迅速,已成为发展铝的生产和消费大国。但我国再生铝产量和废铝回收率与发达国家差距很大。据初步统计,2001年我国各种铝及铝合金废料、废件量为120万t,废铝饮料罐约10.8万t,但当年废铝回收量仅为42万t,回收率为32%。同时,国内再生铝的消费量也在迅速增长,尤其是在珠江三角洲、长江三角洲和环渤海地区,小铝加工厂大量增加。为满足需求建设了大量小型再生铝厂并从国外进口废铝进行生产,一般情况这些小再生铝厂都是附属在加工厂内,再生铝直接用于加工材料产品进入市场。没有进入国家统计渠道。这些数量众多的小型铝回收加工厂,总体技术落后,装备水平低,能耗高,金属烧损高达30%以上,处理过程中废铝附着物对环境的污染危害严重。表2列出近年我国再生铝消费及废铝的进口情况。
表2 我国再生铝消费及废铝进口量 (万t)
年 份 | 1994年 | 1995年 | 1996年 | 1997年 | 1998年 | 1999年 | 2000年 | 2001年 | 2002年 |
再生铝消费量废铝进口量 | 10.93 | 35.72 | 29.88 | 33.59 | 53.627.72 | 67.939.93 | 94.080.46 | 91.836.92 | 98.044.73 |
一、二次铝资源的主要来源
二次铝资源的来源约有20%来自包装行业,40%来自交通运输业,30%多来自建筑业。
目前全世界生产的铝合金约有80%用于制造汽车零部件的铸件和铸件,报废汽车中废铝的最高回收率已达95%。随着汽车用铝量的逐步增多以及汽车生产发展、社会汽车拥有量的增加,从报废汽车获得的废铝量将与汽车用铝量的增长率与汽车产量增长率的两者的乘积相关。包括汽车制造业在内的交通运输部门是铝需求增长最快的行业,也是铝消费市场份额最大的领域,目前已超过了包装业和建筑业。据世界铝协会(IPAI)报告,2000年世界交通运输业的铝消费量占总消费量的32.5%,美国这一比例已达34%。交通运输业产生的废铝是二次铝资源的主要来源。
建筑业是二次铝资源的另一个重要来源。建筑业消费的铝占铝总消费量的25%左右,由于建筑铝材的失效期相对较长(一般为30年),大约是汽车用铝制品失效期的2.5倍,因此建筑业的铝在用量相当大。随着时间的推移,建筑业形成的二次铝资源的绝对量将是一个巨大的数字。目前,建筑业废铝的回收率大约是85%。
世界上的饮料罐约有80%是使用铝制造的,铝罐包装的饮料罐(瓶)装饮料市场的份额,欧洲约占50%,美国、巴西和日本占90%以上。美国是铝罐饮料的最大消费国,2001年的销售量约为1000亿个;日本2001~2002财政年度,消费铝罐饮料174.4亿个;巴西109.6亿个;西欧56亿个。废铝饮料罐的产生极其分散,回收困难程度很大,若不集中起来便不可能形成资源。各国在收集铝罐方面付出了巨大而持久的努力,目前全球铝罐的平均回收率为50%以上。2001年,美国为55%。日本为38%,欧洲为45%,巴西为85%,瑞士91%,瑞典88%。
二、用二次铝资源生产再生铝
二次铝资源的有效利用是建立在完善的回收组织网络和严格的分类管理制度上的。
在回收的铝废料中,主要杂质是Si、Ti、Fe、Mn等以及配到基体金属铝中的各种合金元素。到现在为止,还没有一种技术上行之有效、经济上合理可行的工业方法,能够把废铝中的杂质除去。因此,只能是通过在重溶前对废铝料进行严格的分拣分类。然后分别进行溶炼,尽可能保持再生率产品成分的均一,砬少杂质的污染。目前一般是将上述这些杂质作为合金元素的一部分通过调整成分形成铝合金产出。也就是从纯到不纯,从合金组分少到合金组分多,从组分含量少到组分含量多这样逐级推演,以求合理的充分利用所有有效组分。现在,回收铝的技术已经发展到这样一种程度,即从仔细分类的废料中,可以生产出质量上与原铝相同的再生铝。但大部分是转化为铸造铝合金。
再生铝的生产技术主要集中在解决提高重溶过程的效率,降低能耗,减少烧损,消除污染等方面。国外还十分重视废铝料的预处理技术和预处理过程的机械化、自动化。