進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，為了進(jìn)一步彌補(bǔ)我國(guó)礦產(chǎn)金屬資源短缺緩解供需緊張矛盾，在國(guó)家一系列支持和規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策指引下，中國(guó)再生金屬產(chǎn)業(yè)充分利用國(guó)際資源快速發(fā)展，貿(mào)易比例占全球有色金屬?gòu)U料的一半以上，跨國(guó)配置資源的國(guó)家或地區(qū)達(dá)到80多個(gè)，累計(jì)進(jìn)口銅鋁廢料1億多噸，生產(chǎn)再生有色金屬產(chǎn)品近7000萬(wàn)噸。其中，利用進(jìn)口含銅廢料生產(chǎn)的再生銅占總量的70%以上;利用進(jìn)口含鋁廢料生產(chǎn)的再生鋁占總量的近55%。實(shí)現(xiàn)了快速利用國(guó)際有色金屬?gòu)U料資源做大我國(guó)再生有色金屬產(chǎn)業(yè)的階段性?shī)^斗目標(biāo)，為有色金屬材料滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求做出了積極的貢獻(xiàn)。
去年以來(lái)，國(guó)家進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，全面禁止洋垃圾入境，推進(jìn)固體廢物進(jìn)口管理制度改革;最近，中美貿(mào)易開(kāi)戰(zhàn)，鋁合金廢料進(jìn)口受到了限制，嚴(yán)重影響了長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口廢料進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)清國(guó)內(nèi)鋁合金廢料市場(chǎng)的供給格局，通過(guò)提高資源利用效率，排除貿(mào)易戰(zhàn)影響，把模糊了的視線矯正清晰，把漏掉和浪費(fèi)的資源找回來(lái)，讓更多的鋁廢料資源快速回到生產(chǎn)企業(yè)，使中國(guó)再生鋁產(chǎn)業(yè)由依賴(lài)進(jìn)口拉動(dòng)發(fā)展轉(zhuǎn)向自給自足健康發(fā)展。
鋁合金廢料市場(chǎng)
鋁可以無(wú)限循環(huán)利用，回收鋁所需的能源比生產(chǎn)原鋁低約95%，減少排放90%以上。鋁自1888年開(kāi)始生產(chǎn)以來(lái)，累計(jì)生產(chǎn)約10億噸，其中75%仍然在循環(huán)使用。由于鋁根據(jù)市場(chǎng)需要加工成消費(fèi)品或工業(yè)產(chǎn)品，因此鋁廢料是由“新”和“舊”兩種廢料形態(tài)組成。鋁在鍛造和鑄造產(chǎn)品的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生新的廢料，從報(bào)廢產(chǎn)品或所有類(lèi)型的廢棄產(chǎn)品中回收舊廢料。另外還有一種就是常常被忽視的覺(jué)得不太重要的渣滓(鋁灰)。
由于鋁的經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，所以鋁的回收率一直很高，鋁在建筑和運(yùn)輸領(lǐng)域以及包裝行業(yè)的易拉罐回收率最高可達(dá)95%，另外在包裝行業(yè)箔的回收量也在增長(zhǎng)。2017年，全球鋁總產(chǎn)量9484.8萬(wàn)噸，其中利用廢料生產(chǎn)金屬鋁(再生鋁或二次鋁)3098.6萬(wàn)噸，占32.7%，利用氧化鋁生產(chǎn)(原生鋁)6382.6萬(wàn)噸，占67.3%。
圖1：全球鋁的消費(fèi)領(lǐng)域和增長(zhǎng)趨勢(shì)圖
圖2：全球原生鋁和再生鋁生產(chǎn)和增長(zhǎng)趨勢(shì)
很明顯，鋁消費(fèi)量較高的國(guó)家也是鋁廢料產(chǎn)生最多的國(guó)家，目前世界鋁廢料主要集中在美國(guó)、歐盟、中國(guó)這三個(gè)區(qū)域; 其中歐美很大一部分優(yōu)質(zhì)廢料在內(nèi)部回收以制造新的鋁材，由于包裝和汽車(chē)的使用壽命相對(duì)短廢料的回收率和回收速度快，所以這其中多余的部分就出口，以前中國(guó)是歐美破碎汽車(chē)鋁合金廢料主要的進(jìn)口國(guó)。
美國(guó)——是鋁生產(chǎn)和消費(fèi)歷史最悠久的地區(qū)，也是世界鋁合金廢料資源最豐富的地區(qū)。它除了滿足國(guó)內(nèi)二次鋁生產(chǎn)所需廢料外，每年還出口200萬(wàn)噸廢料，占全球廢料供應(yīng)總量的三分之一。2016年，美國(guó)金屬鋁消費(fèi)總量953.8萬(wàn)噸，其中再生鋁532.5萬(wàn)噸,占鋁金屬消費(fèi)總量的55.8%。2016年，美國(guó)生產(chǎn)再生鋁650.8萬(wàn)噸。其中，利用新廢料生產(chǎn)197.2萬(wàn)噸，占30.3%，利用舊廢料生產(chǎn)453.6萬(wàn)噸，占69.7%。
圖3：2016年美國(guó)鋁消費(fèi)及生產(chǎn)流量圖
歐盟——占全球鋁消費(fèi)量的15%以上，鋁的消費(fèi)主要集中在德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、意大利四國(guó)，這是世界上最大的汽車(chē)制造商的所在地，全球鋁工業(yè)的發(fā)展在很大程度上取決于這個(gè)市場(chǎng)。2016年，歐盟金屬鋁消費(fèi)總量1023.1萬(wàn)噸，其中再生鋁462萬(wàn)噸,占金屬消費(fèi)總量的44.8%。2016年，歐盟生產(chǎn)再生鋁528.8萬(wàn)噸。其中，利用新廢料生產(chǎn)176.7萬(wàn)噸，占33.4%，利用舊廢料生產(chǎn)352.1萬(wàn)噸，占66.6%。
圖4：2016年歐盟鋁消費(fèi)及生產(chǎn)流量圖
中國(guó)——是世界上最大的鋁生產(chǎn)國(guó)，從2001年起鋁產(chǎn)量一直位居世界第一，2016年原鋁產(chǎn)量占全球的54.4%，鋁消費(fèi)總量4251.8萬(wàn)噸，其中再生鋁995.2萬(wàn)噸,占金屬消費(fèi)總量的23.4%。2016年，中國(guó)生產(chǎn)再生鋁850.7萬(wàn)噸。其中，利用舊廢料生產(chǎn)306萬(wàn)噸，占36%，利用新廢料生產(chǎn)545萬(wàn)噸，占64%。
圖5：2016年中國(guó)鋁消費(fèi)及生產(chǎn)流量圖
被忽略和遺忘的事實(shí)
隨著中國(guó)金屬鋁儲(chǔ)蓄量的不斷增加，中國(guó)鋁合金廢料產(chǎn)生量也在不斷增長(zhǎng)，僅從2001～2016年計(jì)算，中國(guó)累計(jì)生產(chǎn)電解鋁2.3億噸，人均消費(fèi)量24公斤，人均儲(chǔ)量130公斤。鋁合金廢料進(jìn)口量從2010年的285萬(wàn)噸下降至2016年的192萬(wàn)噸，進(jìn)口量不到廢料供應(yīng)總量745萬(wàn)噸的30%。
圖6：中國(guó)鋁合金廢料進(jìn)口量變化
圖7：世界鋁合金廢料增長(zhǎng)率(2010-2030年)
盡管廢料進(jìn)口在逐年減少，但有些情況還是被忽略了，那就是從2010年開(kāi)始中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入鋁的報(bào)廢高峰期，目前是廢料增長(zhǎng)最快的時(shí)期，其中鍛造鋁合金廢料占60%以上，鑄造鋁合金廢料占30%左右，總量超過(guò)1000萬(wàn)噸。從理論上講中國(guó)在這個(gè)階段已經(jīng)不再需要再進(jìn)口普通廢雜鋁合金廢料作補(bǔ)充，但實(shí)際的情況是中國(guó)新舊廢料生產(chǎn)作業(yè)模式?jīng)]有分開(kāi)，大量的變形鋁合金舊廢料和新廢料，作為廢雜鋁的稀釋料生產(chǎn)成普通鑄造鋁合金錠。這從一個(gè)側(cè)面助長(zhǎng)了鑄造鋁合金產(chǎn)能的不斷擴(kuò)張，以及廢雜鋁合金料的進(jìn)口。很顯然，假如變形鋁合金廢料有先進(jìn)規(guī)范的循環(huán)體系，那么利用原鋁作廢雜鋁的稀釋料來(lái)生產(chǎn)普通鑄造鋁合金肯定是劃不來(lái)的，這是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。
鋁在冶煉、加工和回收過(guò)程中要產(chǎn)生渣。2017年，我國(guó)鋁渣保守估計(jì)在420萬(wàn)噸以上，其中金屬鋁的含量超過(guò)220萬(wàn)噸。如果采用國(guó)際先進(jìn)工藝技術(shù)處理，其中98%(215.6萬(wàn)噸)的鋁可以回收，其余氧化物100%(204.4萬(wàn)噸)的可以轉(zhuǎn)化為綠色工業(yè)原料實(shí)現(xiàn)資源化循環(huán)利用。目前，國(guó)內(nèi)技術(shù)落后，鋁的回收率不到55%，氧化物無(wú)害化資源化處理技術(shù)還是空白，也就是說(shuō)2017年我國(guó)420萬(wàn)噸鋁渣中僅回收了121萬(wàn)噸鋁，有99萬(wàn)噸鋁變成了氧化物，危廢總量由200萬(wàn)噸增加299萬(wàn)噸。按噸鋁1.5萬(wàn)元估算，全行業(yè)直接損失150億元。這是長(zhǎng)期以來(lái)被中國(guó)鋁行業(yè)企業(yè)忽略的第二個(gè)重要事實(shí)。
貿(mào)易戰(zhàn)的影響
2017年中國(guó)從美國(guó)進(jìn)口的鋁廢料約82萬(wàn)噸，占中國(guó)鋁廢料進(jìn)口總量的50%，占美國(guó)出口總量的52%。
很顯然，中美貿(mào)易戰(zhàn)對(duì)中國(guó)再生鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展構(gòu)不成威脅，中國(guó)只要把鋁的資源效率稍稍提高2個(gè)百分點(diǎn)，就足以取代從美國(guó)進(jìn)口數(shù)量。因此，當(dāng)前擺在中國(guó)鋁工業(yè)目前的突出問(wèn)題是資源效率問(wèn)題，核心是技術(shù)創(chuàng)新提高競(jìng)爭(zhēng)力問(wèn)題。
提高資源效率面臨的挑戰(zhàn)
最大限度地回收廢鋁和含鋁廢料，以便回收利用。
自動(dòng)機(jī)械化預(yù)處理分類(lèi)技術(shù)，先進(jìn)的破碎和分離技術(shù)，并使其廣泛可用。
先進(jìn)的工藝控制技術(shù)，優(yōu)化處理不適合在再生鋁中再利用的元素及殘留物。
擴(kuò)大可用鋁合金的數(shù)量，適應(yīng)更多的鋁合金廢料直接生產(chǎn)成產(chǎn)品，并在高品質(zhì)，高附加值中表現(xiàn)良好。
提高資源效率實(shí)現(xiàn)保級(jí)循環(huán)利用，比如利用熱擠壓技術(shù)將受污染或與鑄造合金混合的廢料分離，即利用鍛造和鑄造鋁合金固相線溫度之間的差異進(jìn)行機(jī)械分離。由于鑄造合金具有較高的合金元素含量固相線溫度低于可鍛合金，因此將鍛造和鑄造廢料的混合物加熱至低于共晶溫度的溫度，然后通過(guò)離心力將鍛造合金分離出來(lái)。利用X射線熒光(XRF)、激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)、X射線透射(XRT)等技術(shù)組合來(lái)測(cè)定合金元素濃度，將成分不同的鍛造合金按系分開(kāi)后分別熔化。
提高資源效率優(yōu)化工藝技術(shù)，進(jìn)一步降低能耗和熔損，減少排放，延長(zhǎng)爐體壽命，提高合金質(zhì)量。例如通過(guò)提高熔化技術(shù)來(lái)消除殘余元素Fe，Sn，Mn和Cu等，這些元素對(duì)機(jī)械性能有害，去除需要添加某些合金元素以中和，這需要進(jìn)行更多研究，以提高回收技術(shù)的知識(shí)。新合金的制造工藝也需要相應(yīng)地進(jìn)行優(yōu)化。需要對(duì)工藝基礎(chǔ)進(jìn)行研究，以更好地了解熔化，凝固和再循環(huán)過(guò)程中發(fā)生的物理現(xiàn)象，從而為鋁生產(chǎn)商創(chuàng)建知識(shí)庫(kù)，以更好地控制其工藝，這些方面還包括以下內(nèi)容：
——應(yīng)繼續(xù)開(kāi)發(fā)從盡可能多的產(chǎn)品中回收鋁廢料的方法。
——應(yīng)該采用最具成本效益的重熔工藝的策略，包括促進(jìn)分離不需要的元素如Fe，Ni技術(shù)。
——應(yīng)該開(kāi)發(fā)替代產(chǎn)品，如Al-Fe脫氧劑，以利用那些不能經(jīng)濟(jì)有效地用于生產(chǎn)新鋁合金的再生鋁部分。
——應(yīng)該認(rèn)真考慮和研究設(shè)計(jì)用于直接應(yīng)用于再生鋁的新鋁合金。
——應(yīng)進(jìn)行一項(xiàng)研究，探討增加可用于直接回收的合金數(shù)量的潛力，該研究應(yīng)更準(zhǔn)確地識(shí)別當(dāng)前和未來(lái)再生金屬含量的來(lái)源和預(yù)期的組成范圍。
提高資源效率實(shí)現(xiàn)渣的無(wú)害化和資源利用，鋁渣鋁灰中有鋁金屬，鹽和化合物氧化鋁，采用先進(jìn)的技術(shù)完全可以全部回收并作為無(wú)毒材料資源化再生利用。目前，鋁渣在美國(guó)，加拿大和歐洲已經(jīng)禁止填埋。鋁渣的處理具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)作用，直接影響企業(yè)的盈利能力。當(dāng)前應(yīng)當(dāng)采取的措施包括以下內(nèi)容：
——優(yōu)化操作工藝，阻止鋁渣氧化。
——縮短鋁渣運(yùn)輸距離，快速封閉冷卻，防止氧化損失。
——在鹽的保護(hù)下處理鋁渣。
——建立鹽渣處置系統(tǒng)，使鋁的回收率穩(wěn)定在98%以上，鹽能夠無(wú)限循環(huán)使用，綠色惰性氧化鋁能夠進(jìn)入下游產(chǎn)業(yè)。
總之，我國(guó)鋁回收的資源效率有相當(dāng)大的提升空間，創(chuàng)新重點(diǎn)是提高鋁廢料價(jià)值，減少降級(jí)和稀釋使用，擴(kuò)大熔化不同類(lèi)型廢料的能力，建立和完善渣處理系統(tǒng)。只要這些措施到位，挽回的損失是不可估量的，這對(duì)節(jié)約資源保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高鋁工業(yè)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)中國(guó)再生鋁產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。
來(lái)源:資源再生雜志社 作者:何志強(qiáng)
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