全球鋁的再生利用：可持續(xù)發(fā)展的基石

□編譯/董春明尚輕時(shí)代金屬信息咨詢（北京）有限公司

全球鋁的再生利用：可持續(xù)發(fā)展的基石

Global Aluminium Recycling:A Cornerstone of Sustainable Development

□編譯/董春明
尚輕時(shí)代金屬信息咨詢（北京）有限公司

一、鋁再生利用：可持續(xù)發(fā)展的基石

與電解鋁生產(chǎn)相比，再生鋁生產(chǎn)過(guò)程消耗的能源較低，僅為前者的5%，而溫室氣體的排放量也僅為電解鋁的5%。在鋁的可持續(xù)性應(yīng)用方面，再生過(guò)程扮演著舉足輕重的角色。目前，在全球范圍內(nèi)，1/3以上的鋁來(lái)源于鋁廢料。

從圖1我們可以看到，在1990年，全部鋁產(chǎn)量大約為2 800萬(wàn)噸，其中，800萬(wàn)噸來(lái)源于鋁廢料。今天，全部鋁產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到5 600萬(wàn)噸，而其中的近1 800萬(wàn)噸源自鋁廢料。至2020年，鋁的需求量預(yù)計(jì)達(dá)到9 700萬(wàn)噸，其中有3 100萬(wàn)噸來(lái)源于鋁廢料。目前，大約50%的廢鋁來(lái)自舊廢鋁及報(bào)廢的產(chǎn)品。

為此，國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)（IAI）發(fā)起了“鋁貢獻(xiàn)未來(lái)—全球鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展”研究項(xiàng)目。國(guó)際鋁協(xié)聘請(qǐng)了專業(yè)人士，對(duì)鋁進(jìn)行生命周期分析和評(píng)價(jià)，評(píng)估鋁對(duì)環(huán)境和氣候變化的影響。研究項(xiàng)目不僅僅考慮鋁直接生產(chǎn)過(guò)程和所耗能源的生產(chǎn)過(guò)程，更要考慮鋁以及鋁產(chǎn)品使用、再生和再利用過(guò)程中對(duì)節(jié)能減排的貢獻(xiàn)。相關(guān)的戰(zhàn)略包括：

1.在2000-2006年間，每生產(chǎn)1噸電解鋁減少86%的氟碳化合物排放量，至2020年，再度在此基礎(chǔ)上至少減少50%，與1990年相比，相當(dāng)于減少93%。

2. 對(duì)IAI成員及相關(guān)企業(yè)，至2020年，電解鋁廠生產(chǎn)噸鋁的電力消耗與1990相比減少10%。

圖1 全球電解鋁和再生鋁產(chǎn)量份額

3. 至2020年，每生產(chǎn)一噸氧化鋁所需能源與2006年相比減少10%。

4. 至2015年，爭(zhēng)取使鋁飲料罐的回收率達(dá)到75%。

5. 大力推動(dòng)鋁產(chǎn)品的應(yīng)用，例如發(fā)揮鋁的性能優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大鋁在汽車和其它交通工具上的應(yīng)用，以材料替代實(shí)現(xiàn)交通的節(jié)能減排。

二、再生鋁廠和熔鑄廠：鋁循環(huán)再生中的重要角色

廢鋁的回收和熔煉每天都在世界各地發(fā)生著，很多國(guó)家都有回收再生的生產(chǎn)設(shè)施。但是，在歐洲、北美和日本等地，鋁資源再生起著格外重要的作用。一個(gè)發(fā)展完善的鋁再生業(yè)包括精煉廠和熔煉廠，并把鋁廢料轉(zhuǎn)化為符合標(biāo)準(zhǔn)的金屬鋁。再生鋁廠和熔鑄廠共同擔(dān)當(dāng)著鋁再生的工作，不過(guò)，他們依次與其它部門(mén)保持著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，后者包括收集商、拆卸部門(mén)、貿(mào)易商和廢料處理商——他們負(fù)責(zé)廢料收集和處理。金屬貿(mào)易商也負(fù)責(zé)鋁廢料的進(jìn)出口貿(mào)易。就下游工業(yè)而言，再生廠和熔鑄廠的角色是毋庸置疑的。2007年，上述兩個(gè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)了近1 800萬(wàn)噸再生鋁，相應(yīng)的鋁廢料包括舊廢鋁和進(jìn)入流通的新廢鋁，再生鋁產(chǎn)品形式包括鑄造、軋制和擠壓用的金屬錠，也包括鋼鐵脫硫用球團(tuán)。在2007年，全球電解鋁的產(chǎn)量超過(guò)了3 800萬(wàn)噸。

在歐洲和北美，鋁廢料的產(chǎn)生量是很高的。在過(guò)去的70年中，充足的鋁廢料使得這兩個(gè)地區(qū)構(gòu)筑了經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)可靠的再生鋁產(chǎn)業(yè)。上個(gè)世紀(jì)70年代，由于石油危機(jī)和能源成本的大幅提升，日本在國(guó)內(nèi)放棄了電解鋁的生產(chǎn)設(shè)施，并于上世紀(jì)80年代轉(zhuǎn)向再生鋁產(chǎn)業(yè)。除此之外，其它國(guó)家也愈來(lái)愈倡導(dǎo)再生鋁產(chǎn)業(yè)，后者包括中國(guó)、印度和俄羅斯。從圖2可以看出，拉丁美洲、中東、大洋洲和非洲的重點(diǎn)仍然在電解鋁產(chǎn)業(yè)，在這些地區(qū)，鋁廢料的供應(yīng)量很低，因此鋁再生業(yè)所起的作用甚微。另外，有一些地區(qū)（譬如澳大利亞和加拿大）的鋁廢料還出口至再生鋁設(shè)施完備、加工能力強(qiáng)的國(guó)家和地區(qū)。

在很多國(guó)家，再生鋁市場(chǎng)完善，產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈穩(wěn)固，見(jiàn)圖3。因此，再生鋁熔煉廠供給鑄造廠鑄造合金；熔鑄廠向軋制和擠壓廠提供變形合金。合金的供應(yīng)方式參照法定標(biāo)準(zhǔn)和（或）客戶要求。從再生鋁中生產(chǎn)的典型產(chǎn)品包括鑄件，如氣缸蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)組、變速箱及其它汽車和工程用組件等。另一方面，還可以是擠壓棒材或軋制坯料，并以此用于生產(chǎn)型材、板材和鋁箔。再生鋁的另一個(gè)重要應(yīng)用為鋼鐵業(yè)，作為脫硫劑使用。

三、經(jīng)濟(jì)性：鋁回收與再生的重要驅(qū)動(dòng)力

鋁廢料的市場(chǎng)價(jià)值十分可觀，因?yàn)殡娊怃X生產(chǎn)過(guò)程中所需的大量能源已經(jīng)包含在原鋁中，當(dāng)然也包含在廢鋁中。因此，與電解鋁相比，熔融鋁廢料所需的能源僅僅是很小的部分。如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理和（或）分選，再生鋁可用于眾多行業(yè)，因?yàn)樵谌廴谶^(guò)程中，鋁的原子結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化。實(shí)際上對(duì)多數(shù)鋁產(chǎn)品而言，在其生命過(guò)程中，鋁并不是被消耗掉，而僅僅是在被使用過(guò)程。因此，鋁產(chǎn)品的生命周期并非傳統(tǒng)意義上的“產(chǎn)生-消亡”之旅，而為“產(chǎn)生-再生”之行。如果對(duì)鋁廢料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理或分選，由此獲取的再生鋁可滿足多數(shù)應(yīng)用渠道，并由此節(jié)約能源、保護(hù)原材料。

四、鋁再生利用評(píng)估：鋁的報(bào)廢產(chǎn)品回收與循環(huán)利用

鋁回收利用水平可以用不同的指標(biāo)來(lái)衡量，包括再生鋁總量指標(biāo)與最終產(chǎn)品回收效率。后者又可以包含終期收集率和再生鋁加工回收率。

一般說(shuō)來(lái)，再生熔煉廠和熔鑄廠需要對(duì)金屬輸出量與廢料輸入量進(jìn)行對(duì)比，并以此計(jì)算金屬產(chǎn)量，其值波動(dòng)于70%~95%之間。2005年，Delft技術(shù)大學(xué)的一項(xiàng)分析結(jié)果表明，在所有鋁廢料熔煉過(guò)程中，鋁的損耗量通常低于2%，鋁的收得率高于98%。對(duì)鋁的報(bào)廢產(chǎn)品而言，損耗率波動(dòng)于1%~5%，這取決于廢料和熔煉技術(shù)的類型。

人們時(shí)常對(duì)再生鋁質(zhì)量和產(chǎn)品中廢鋁含量這兩個(gè)概念有認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。從技術(shù)角度看，可以通過(guò)循環(huán)回收一種鋁產(chǎn)品的材料再去生產(chǎn)同樣類型的產(chǎn)品。用原鋁與再生鋁生產(chǎn)同一種產(chǎn)品沒(méi)有質(zhì)量上的差別。然而，再生鋁的應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)保相關(guān)。由于鋁廢料的獲取量總體有限，在某種特定產(chǎn)品中增加再生金屬量的舉措將會(huì)導(dǎo)致另一種產(chǎn)品中再生量的減少，同時(shí)也導(dǎo)致全球廢鋁市場(chǎng)運(yùn)行效益較低以及運(yùn)輸能源的浪費(fèi)，所以最高效的方案是分類回收和分類利用。

五、報(bào)廢鋁產(chǎn)品的循環(huán)再生：高質(zhì)量產(chǎn)品的必由之路

鋁業(yè)界不斷致力于鋁的再生，原料來(lái)源于報(bào)廢回收產(chǎn)品，也來(lái)自加工和制造過(guò)程中的廢鋁。在交通和建筑領(lǐng)域，鋁的回收率是很高的，達(dá)到85%~95%，2007年鋁的再生量達(dá)到年度最終用量的50%以上。而鋁飲料罐的回收率則由30%至100%不等，并因地區(qū)而異。

再生鋁制品可以與原始產(chǎn)品相同（譬如門(mén)窗-門(mén)窗，或飲料罐-飲料罐），也可以是完全不同的產(chǎn)品（譬如氣缸蓋-變速箱）。

圖2 再生鋁企業(yè)分布（2008年）

圖3 再生鋁客戶群

運(yùn)輸業(yè)

在全球范圍內(nèi)，運(yùn)輸業(yè)成為鋁的主要消費(fèi)領(lǐng)域。2002年，一部乘用車平均使用100~120公斤鋁，而在2006年，使用量增加至110~140公斤。Ducker Research的資料顯示，2009年的用量達(dá)到120~150公斤。

從報(bào)廢車輛中回收鋁的有效方法很多。某些鋁件，譬如車輪和汽缸蓋，可以在車輛拆卸的過(guò)程中獲取，而車體部分則在后期工序中送入破碎機(jī)。用磁選方法分離有色金屬，形成一種混合物，其中含有塑料、橡膠、玻璃、高品位鋼和有色金屬。之后，運(yùn)用浮選和渦流分離技術(shù)，提取鋁廢料，也可以采用激光和分光鏡技術(shù)分離鋁廢料。

目前，收集的鋁廢料采用不同的分離工序處理，得到鋁鑄造合金，后者作為鑄造工序的前期材料。典型的應(yīng)用形式為發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱。在車體中，鋁變形合金的應(yīng)用量越來(lái)越大，因此，從廢車體中獲取的變形合金廢料的量會(huì)越來(lái)越大。

在其它運(yùn)輸領(lǐng)域，廢鋁的收集是在產(chǎn)品報(bào)廢之后進(jìn)行的。商用車輛、飛機(jī)、鐵路車輛、船舶在報(bào)廢之后，可以通過(guò)拆卸獲取廢鋁。由于鋁件體積較大，無(wú)法直接進(jìn)入熔煉爐，拆卸的鋁廢件需要通過(guò)剪切工序破碎為小的部件。Troyes技術(shù)大學(xué)受歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)委托進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)查。結(jié)果表明，貨車和拖車中鋁廢料的回收率可達(dá)95%甚至更高。目前，大多數(shù)鋁制船舶和軌道車輛還在使用當(dāng)中，其原因是應(yīng)用歷史還不長(zhǎng)，也因?yàn)殇X的性能更好而導(dǎo)致使用壽命更長(zhǎng)久。

建筑業(yè)

鋁在建筑業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，主要作為結(jié)構(gòu)件使用，如門(mén)窗、幕墻、屋頂?shù)取Ａ硗?，在空調(diào)、太陽(yáng)能設(shè)施中也有所應(yīng)用。建筑物的生命周期涉及四個(gè)要素，即結(jié)構(gòu)、應(yīng)用（主要涉及供熱、照明和空調(diào)）、維修和管理。選擇合適的材料，對(duì)應(yīng)合適的應(yīng)用方位，對(duì)建筑物的節(jié)能效果至關(guān)重要。

在選擇材料時(shí)，也需要考慮建筑物生命周期中的“管理”子項(xiàng)。理想的情況下，選用的材料應(yīng)當(dāng)經(jīng)濟(jì)可行，利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，且能夠再生。最不可取的處理方式是填埋。2004年，Delft技術(shù)大學(xué)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，他們分析了6個(gè)歐洲國(guó)家拆除的建筑物中鋁的回收率，結(jié)果表明，建筑業(yè)鋁的回收率較高，高于95%。在全球范圍內(nèi)，建筑業(yè)鋁的回收率可達(dá)85%。目前，建筑業(yè)每年消耗的鋁終端產(chǎn)品可達(dá)1 100萬(wàn)噸。據(jù)估算，全球建筑業(yè)容納了4億噸鋁，這部分鋁將留給我們的后代去回收和應(yīng)用。

包裝業(yè)

鋁具有獨(dú)特的屏蔽效應(yīng)，可廣泛應(yīng)用于食品、飲料和醫(yī)藥包裝。包裝用鋁的回收量取決于每個(gè)國(guó)家的國(guó)情和收集體系的效率。在全球范圍內(nèi)，包裝用鋁材料的回收率波動(dòng)于25%~85%之間，在歐洲，包裝鋁的回收率可達(dá)50%。

鋁包裝可分兩種，區(qū)別很明顯，即剛性、半剛性包裝和軟包裝。前者的最常見(jiàn)形式是飲料罐。剛性包裝中鋁的含量較高，因此，市場(chǎng)價(jià)值也大。鋁飲料罐的收集率因國(guó)家不同而有所差異，波動(dòng)于30%~100%之間。在全球范圍內(nèi)，飲料罐的回收率接近70%。在瑞典和瑞士，飲料罐的回收率分別為91%和90%，巴西則高達(dá)97%，日本為93%。

對(duì)軟包裝而言，鋁屏蔽層的厚度可達(dá)6微米。一般情況下，它與紙張或（和）塑料疊加，這意味著鋁在軟包裝方面的浪費(fèi)很小。采用高溫分解和等離子技術(shù)，可以分離出軟包裝中的鋁層，另外一個(gè)方法是焚燒包裝材料，并回收燃燒過(guò)程產(chǎn)業(yè)的熱能。分離或焚燒方法的選擇應(yīng)因地制宜。

六、鋁物質(zhì)流模型：通過(guò)鋁生命周期分析探尋未來(lái)鋁的回收

在全球一些重要地區(qū)缺乏鋁再生的數(shù)據(jù)，因填埋或進(jìn)入其它物料源而損失的鋁數(shù)據(jù)也很少。因此，需要開(kāi)發(fā)一套鋁資源物質(zhì)流模型，以科學(xué)采集數(shù)據(jù)，并確定那些未進(jìn)行回收的潛在的鋁資源，同時(shí)也圈定目前和未來(lái)的鋁再生模式。IAI的全球鋁再生委員會(huì)正在研究一種模型方法，該模型遵守完整的價(jià)值鏈，探尋1888年迄今100余年來(lái)鋁的流向，對(duì)2020年之前的鋁流向進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型包括了8個(gè)主要的過(guò)程，即鋁土礦開(kāi)采、氧化鋁精煉、鋁和鋁錠生產(chǎn)、加工（軋制、擠壓和鑄造）、制造（最終產(chǎn)品的生產(chǎn)和組裝）、應(yīng)用和再生。

自19世紀(jì)80年代開(kāi)始，鋁進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。據(jù)估算，迄今為止，共生產(chǎn)了8億多噸鋁。其中，有3/4的鋁還處在應(yīng)用階段。32%的鋁存在于建筑中，并以幕墻、門(mén)窗為表現(xiàn)形式，另有28%的鋁表現(xiàn)為電纜和機(jī)械，還有28%的鋁存在于交通工具中，后者包括乘用車、商用汽車、火車和輪船等。目前，正在應(yīng)用的鋁產(chǎn)品中，可回收的鋁相當(dāng)于16年電解鋁產(chǎn)量的累加。

從舊廢料中回收的鋁數(shù)量也愈來(lái)大，從1980年的100萬(wàn)噸增加至2007年的800萬(wàn)噸。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，運(yùn)輸行業(yè)成為鋁的最大回收領(lǐng)域。建筑物的生命周期往往比較長(zhǎng)，因此，從2000年開(kāi)始，才開(kāi)始有建筑業(yè)鋁回收的數(shù)據(jù)。目前在舊廢鋁的來(lái)源比例中，運(yùn)輸業(yè)42%，包裝28%，工程和電纜11%，建筑業(yè)僅占8%。

七、鋁的未來(lái)—2020年

電解鋁和再生鋁工業(yè)推動(dòng)了鋁市場(chǎng)的發(fā)展。由于鋁的需求量越來(lái)越大，加之許多鋁產(chǎn)品的壽命較長(zhǎng)，在今后可以預(yù)知的時(shí)間里，電解鋁的產(chǎn)量將會(huì)高于再生鋁的產(chǎn)量。利用鋁物質(zhì)流向模型，業(yè)內(nèi)人士可以計(jì)算全球鋁的回收率。2007年，全球再生鋁的產(chǎn)量占市場(chǎng)供應(yīng)量的32%。用模型預(yù)測(cè)，未來(lái)這一比例還將保持，見(jiàn)圖4。

在1970年，全球應(yīng)用中的鋁積蓄量為9 000萬(wàn)噸，目前已經(jīng)超過(guò)6億噸，預(yù)計(jì)至2020年將突破10億噸。在2020年的鋁金屬積蓄量中，預(yù)計(jì)建筑業(yè)占35%，運(yùn)輸業(yè)為28%，工程與電纜占27%，見(jiàn)圖5。

再生鋁行業(yè)每年可使鋁工業(yè)減少1.7億噸溫室氣體排放量。鋁工業(yè)2020年或其后的目標(biāo)是：通過(guò)更多的替代傳統(tǒng)的耗能材料，尤其是在運(yùn)輸行業(yè)的擴(kuò)大應(yīng)用，使得溫室氣體的減排量大大高于鋁生產(chǎn)過(guò)程中直接和間接產(chǎn)生的溫室氣體排放量。

圖4 原鋁和再生鋁產(chǎn)量比例及預(yù)測(cè)

圖5 2020年鋁應(yīng)用分布情況