全球铝的再生利用：可持续发展的基石

2010-11-03编译董春明尚轻时代金属信息咨询北京有限公司

资源再生 2010年2期

关键词：电解铝废料回收率

□编译/董春明尚轻时代金属信息咨询（北京）有限公司

全球铝的再生利用：可持续发展的基石

Global Aluminium Recycling:A Cornerstone of Sustainable Development

□编译/董春明
尚轻时代金属信息咨询（北京）有限公司

一、铝再生利用：可持续发展的基石

与电解铝生产相比，再生铝生产过程消耗的能源较低，仅为前者的5%，而温室气体的排放量也仅为电解铝的5%。在铝的可持续性应用方面，再生过程扮演着举足轻重的角色。目前，在全球范围内，1/3以上的铝来源于铝废料。

从图1我们可以看到，在1990年，全部铝产量大约为2 800万吨，其中，800万吨来源于铝废料。今天，全部铝产量已经达到5 600万吨，而其中的近1 800万吨源自铝废料。至2020年，铝的需求量预计达到9 700万吨，其中有3 100万吨来源于铝废料。目前，大约50%的废铝来自旧废铝及报废的产品。

为此，国际铝业协会（IAI）发起了“铝贡献未来—全球铝工业可持续发展”研究项目。国际铝协聘请了专业人士，对铝进行生命周期分析和评价，评估铝对环境和气候变化的影响。研究项目不仅仅考虑铝直接生产过程和所耗能源的生产过程，更要考虑铝以及铝产品使用、再生和再利用过程中对节能减排的贡献。相关的战略包括：

1.在2000-2006年间，每生产1吨电解铝减少86%的氟碳化合物排放量，至2020年，再度在此基础上至少减少50%，与1990年相比，相当于减少93%。

2. 对IAI成员及相关企业，至2020年，电解铝厂生产吨铝的电力消耗与1990相比减少10%。

图1 全球电解铝和再生铝产量份额

3. 至2020年，每生产一吨氧化铝所需能源与2006年相比减少10%。

4. 至2015年，争取使铝饮料罐的回收率达到75%。

5. 大力推动铝产品的应用，例如发挥铝的性能优势，扩大铝在汽车和其它交通工具上的应用，以材料替代实现交通的节能减排。

二、再生铝厂和熔铸厂：铝循环再生中的重要角色

废铝的回收和熔炼每天都在世界各地发生着，很多国家都有回收再生的生产设施。但是，在欧洲、北美和日本等地，铝资源再生起着格外重要的作用。一个发展完善的铝再生业包括精炼厂和熔炼厂，并把铝废料转化为符合标准的金属铝。再生铝厂和熔铸厂共同担当着铝再生的工作，不过，他们依次与其它部门保持着千丝万缕的联系，后者包括收集商、拆卸部门、贸易商和废料处理商——他们负责废料收集和处理。金属贸易商也负责铝废料的进出口贸易。就下游工业而言，再生厂和熔铸厂的角色是毋庸置疑的。2007年，上述两个产业生产了近1 800万吨再生铝，相应的铝废料包括旧废铝和进入流通的新废铝，再生铝产品形式包括铸造、轧制和挤压用的金属锭，也包括钢铁脱硫用球团。在2007年，全球电解铝的产量超过了3 800万吨。

在欧洲和北美，铝废料的产生量是很高的。在过去的70年中，充足的铝废料使得这两个地区构筑了经济可行、技术可靠的再生铝产业。上个世纪70年代，由于石油危机和能源成本的大幅提升，日本在国内放弃了电解铝的生产设施，并于上世纪80年代转向再生铝产业。除此之外，其它国家也愈来愈倡导再生铝产业，后者包括中国、印度和俄罗斯。从图2可以看出，拉丁美洲、中东、大洋洲和非洲的重点仍然在电解铝产业，在这些地区，铝废料的供应量很低，因此铝再生业所起的作用甚微。另外，有一些地区（譬如澳大利亚和加拿大）的铝废料还出口至再生铝设施完备、加工能力强的国家和地区。

在很多国家，再生铝市场完善，产业供应链稳固，见图3。因此，再生铝熔炼厂供给铸造厂铸造合金；熔铸厂向轧制和挤压厂提供变形合金。合金的供应方式参照法定标准和（或）客户要求。从再生铝中生产的典型产品包括铸件，如气缸盖、发动机组、变速箱及其它汽车和工程用组件等。另一方面，还可以是挤压棒材或轧制坯料，并以此用于生产型材、板材和铝箔。再生铝的另一个重要应用为钢铁业，作为脱硫剂使用。

三、经济性：铝回收与再生的重要驱动力

铝废料的市场价值十分可观，因为电解铝生产过程中所需的大量能源已经包含在原铝中，当然也包含在废铝中。因此，与电解铝相比，熔融铝废料所需的能源仅仅是很小的部分。如果进行适当的预处理和（或）分选，再生铝可用于众多行业，因为在熔融过程中，铝的原子结构不会发生变化。实际上对多数铝产品而言，在其生命过程中，铝并不是被消耗掉，而仅仅是在被使用过程。因此，铝产品的生命周期并非传统意义上的“产生-消亡”之旅，而为“产生-再生”之行。如果对铝废料进行适当的预处理或分选，由此获取的再生铝可满足多数应用渠道，并由此节约能源、保护原材料。

四、铝再生利用评估：铝的报废产品回收与循环利用

铝回收利用水平可以用不同的指标来衡量，包括再生铝总量指标与最终产品回收效率。后者又可以包含终期收集率和再生铝加工回收率。

一般说来，再生熔炼厂和熔铸厂需要对金属输出量与废料输入量进行对比，并以此计算金属产量，其值波动于70%~95%之间。2005年，Delft技术大学的一项分析结果表明，在所有铝废料熔炼过程中，铝的损耗量通常低于2%，铝的收得率高于98%。对铝的报废产品而言，损耗率波动于1%~5%，这取决于废料和熔炼技术的类型。

人们时常对再生铝质量和产品中废铝含量这两个概念有认识上的误区。从技术角度看，可以通过循环回收一种铝产品的材料再去生产同样类型的产品。用原铝与再生铝生产同一种产品没有质量上的差别。然而，再生铝的应用与经济效益和生态环保相关。由于铝废料的获取量总体有限，在某种特定产品中增加再生金属量的举措将会导致另一种产品中再生量的减少，同时也导致全球废铝市场运行效益较低以及运输能源的浪费，所以最高效的方案是分类回收和分类利用。

五、报废铝产品的循环再生：高质量产品的必由之路

铝业界不断致力于铝的再生，原料来源于报废回收产品，也来自加工和制造过程中的废铝。在交通和建筑领域，铝的回收率是很高的，达到85%~95%，2007年铝的再生量达到年度最终用量的50%以上。而铝饮料罐的回收率则由30%至100%不等，并因地区而异。

再生铝制品可以与原始产品相同（譬如门窗-门窗，或饮料罐-饮料罐），也可以是完全不同的产品（譬如气缸盖-变速箱）。

图2 再生铝企业分布（2008年）

图3 再生铝客户群

运输业

在全球范围内，运输业成为铝的主要消费领域。2002年，一部乘用车平均使用100~120公斤铝，而在2006年，使用量增加至110~140公斤。Ducker Research的资料显示，2009年的用量达到120~150公斤。

从报废车辆中回收铝的有效方法很多。某些铝件，譬如车轮和汽缸盖，可以在车辆拆卸的过程中获取，而车体部分则在后期工序中送入破碎机。用磁选方法分离有色金属，形成一种混合物，其中含有塑料、橡胶、玻璃、高品位钢和有色金属。之后，运用浮选和涡流分离技术，提取铝废料，也可以采用激光和分光镜技术分离铝废料。

目前，收集的铝废料采用不同的分离工序处理，得到铝铸造合金，后者作为铸造工序的前期材料。典型的应用形式为发动机和变速箱。在车体中，铝变形合金的应用量越来越大，因此，从废车体中获取的变形合金废料的量会越来越大。

在其它运输领域，废铝的收集是在产品报废之后进行的。商用车辆、飞机、铁路车辆、船舶在报废之后，可以通过拆卸获取废铝。由于铝件体积较大，无法直接进入熔炼炉，拆卸的铝废件需要通过剪切工序破碎为小的部件。Troyes技术大学受欧洲铝业协会委托进行了相关的调查。结果表明，货车和拖车中铝废料的回收率可达95%甚至更高。目前，大多数铝制船舶和轨道车辆还在使用当中，其原因是应用历史还不长，也因为铝的性能更好而导致使用寿命更长久。

建筑业

铝在建筑业的应用十分广泛，主要作为结构件使用，如门窗、幕墙、屋顶等。另外，在空调、太阳能设施中也有所应用。建筑物的生命周期涉及四个要素，即结构、应用（主要涉及供热、照明和空调）、维修和管理。选择合适的材料，对应合适的应用方位，对建筑物的节能效果至关重要。

在选择材料时，也需要考虑建筑物生命周期中的“管理”子项。理想的情况下，选用的材料应当经济可行，利于环境的可持续发展，且能够再生。最不可取的处理方式是填埋。2004年，Delft技术大学进行了一项研究，他们分析了6个欧洲国家拆除的建筑物中铝的回收率，结果表明，建筑业铝的回收率较高，高于95%。在全球范围内，建筑业铝的回收率可达85%。目前，建筑业每年消耗的铝终端产品可达1 100万吨。据估算，全球建筑业容纳了4亿吨铝，这部分铝将留给我们的后代去回收和应用。

包装业

铝具有独特的屏蔽效应，可广泛应用于食品、饮料和医药包装。包装用铝的回收量取决于每个国家的国情和收集体系的效率。在全球范围内，包装用铝材料的回收率波动于25%~85%之间，在欧洲，包装铝的回收率可达50%。

铝包装可分两种，区别很明显，即刚性、半刚性包装和软包装。前者的最常见形式是饮料罐。刚性包装中铝的含量较高，因此，市场价值也大。铝饮料罐的收集率因国家不同而有所差异，波动于30%~100%之间。在全球范围内，饮料罐的回收率接近70%。在瑞典和瑞士，饮料罐的回收率分别为91%和90%，巴西则高达97%，日本为93%。

对软包装而言，铝屏蔽层的厚度可达6微米。一般情况下，它与纸张或（和）塑料叠加，这意味着铝在软包装方面的浪费很小。采用高温分解和等离子技术，可以分离出软包装中的铝层，另外一个方法是焚烧包装材料，并回收燃烧过程产业的热能。分离或焚烧方法的选择应因地制宜。

六、铝物质流模型：通过铝生命周期分析探寻未来铝的回收

在全球一些重要地区缺乏铝再生的数据，因填埋或进入其它物料源而损失的铝数据也很少。因此，需要开发一套铝资源物质流模型，以科学采集数据，并确定那些未进行回收的潜在的铝资源，同时也圈定目前和未来的铝再生模式。IAI的全球铝再生委员会正在研究一种模型方法，该模型遵守完整的价值链，探寻1888年迄今100余年来铝的流向，对2020年之前的铝流向进行预测。模型包括了8个主要的过程，即铝土矿开采、氧化铝精炼、铝和铝锭生产、加工（轧制、挤压和铸造）、制造（最终产品的生产和组装）、应用和再生。

自19世纪80年代开始，铝进入商业化生产阶段。据估算，迄今为止，共生产了8亿多吨铝。其中，有3/4的铝还处在应用阶段。32%的铝存在于建筑中，并以幕墙、门窗为表现形式，另有28%的铝表现为电缆和机械，还有28%的铝存在于交通工具中，后者包括乘用车、商用汽车、火车和轮船等。目前，正在应用的铝产品中，可回收的铝相当于16年电解铝产量的累加。

从旧废料中回收的铝数量也愈来大，从1980年的100万吨增加至2007年的800万吨。自上世纪80年代以来，运输行业成为铝的最大回收领域。建筑物的生命周期往往比较长，因此，从2000年开始，才开始有建筑业铝回收的数据。目前在旧废铝的来源比例中，运输业42%，包装28%，工程和电缆11%，建筑业仅占8%。