《再生鑄造鋁合金原料》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)解析

李志剛

（有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司-標(biāo)準(zhǔn)專利中心，北京 100080）

1 標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)背景

2018年12月21日，生態(tài)環(huán)境部、商務(wù)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)和海關(guān)總署等四部委聯(lián)合發(fā)布關(guān)于調(diào)整《進(jìn)口廢物管理目錄》的公告，將鋁廢碎料等8個(gè)品種的固體廢物，從《非限制進(jìn)口類可用作原料的固體廢物目錄》調(diào)入《限制進(jìn)口類可用作原料的固體廢物目錄》，自2019年7月1日起執(zhí)行。禁止鋁廢碎料進(jìn)口，再生鋁企業(yè)即將沒(méi)有可進(jìn)口的廢鋁使用，國(guó)外的優(yōu)質(zhì)原料也無(wú)法進(jìn)口。為解決再生鋁行業(yè)無(wú)料可用的難題，相關(guān)部委又提出符合國(guó)家有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的回收鋁原料產(chǎn)品，不屬于固體廢物，可按普通自由進(jìn)口貨物管理。因此，有色輕標(biāo)委圍繞國(guó)內(nèi)外廢鋁現(xiàn)狀開(kāi)展立項(xiàng)調(diào)研工作。

首先針對(duì)廢鋁品種和質(zhì)量情況在國(guó)內(nèi)外數(shù)十家再生鋁企業(yè)進(jìn)行調(diào)研。發(fā)現(xiàn)當(dāng)下市場(chǎng)上有很多夾雜嚴(yán)重的廢鋁，包括廢鋁切片、隔熱型材及含有機(jī)涂層的鋁材、廢鋁箔、鋁水箱、鋁罐、鋁屑、鋁廢鑄件帶等廢鋁材料（見(jiàn)圖1～圖6），而這些材料往往因?yàn)楹穸容^薄、含有機(jī)涂層或夾雜嚴(yán)重等問(wèn)題，在重熔工藝控制不當(dāng)時(shí)易排放有害氣體，重熔后易燒損造渣，需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的預(yù)處理后才能作為原料使用；其他夾雜較少的廢鋁，包括無(wú)有機(jī)涂層、無(wú)復(fù)合材料的廢舊鋁合金片、純鋁裸線、鋁廢輪轂、再生鋁錠等（見(jiàn)圖7～圖12），均可作為優(yōu)質(zhì)的再生鋁原料。

圖1 帶涂層的廢鋁合金片

圖2 廢鋁箔和廢水箱

圖3 鋁罐廢料

圖4 鋁廢鑄件

圖5 鋁屑廢料

圖6 廢鋁切片

圖7 廢鋁合金片

圖8 廢鋁合金管

圖9 鋁廢輪轂

圖10 純鋁裸線

圖11 導(dǎo)電母線

圖12 再生鋁錠

表2 鑄件其他揮發(fā)物實(shí)測(cè)值范圍、偏差及選定值

從產(chǎn)品類型來(lái)看，再生鋁可以分為鑄造鋁和變形鋁兩類，其中再生鑄造鋁占比80%左右，主要用于汽車、摩托車零部件、五金工具、電器電子等行業(yè)。雖然傳統(tǒng)汽摩產(chǎn)業(yè)增速下滑，但伴隨電子消費(fèi)增長(zhǎng)及通訊領(lǐng)域的快速發(fā)展，再生鋁材料在通訊電子領(lǐng)域的應(yīng)用比例逐年上升；再生變形鋁約占20%，正處于快速增長(zhǎng)階段，主要用于建筑用鋁型材。根據(jù)市場(chǎng)情況，最急需制定的原料標(biāo)準(zhǔn)是再生鑄造鋁合金。為此，輕標(biāo)委同環(huán)保部商定，啟動(dòng)了《再生鑄造鋁合金原料》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)工作。

歷經(jīng)半年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)調(diào)研與總結(jié)，并與海關(guān)、環(huán)保、用戶、供應(yīng)商等多方協(xié)調(diào)，最終于2019年9月確定原料標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。

2 《再生鑄造鋁合金原料》標(biāo)準(zhǔn)解析

2.1 原料類別

原料按品種分為鑄件、再生鋁錠、鋁塊三類：

（1）鑄件是由用舊的鑄件產(chǎn)品或報(bào)廢的鑄造件進(jìn)行回收得到的，回收時(shí)需要將一些非鋁的組合件拆除，如車輛鋁鑄件不應(yīng)混入軸套。鋁活塞不應(yīng)混入撐桿、襯套、軸、鐵環(huán)；鑄造鋁合金車輪應(yīng)無(wú)鍍銅、無(wú)鍍鋅，不應(yīng)混入鋼圈、氣嘴、鉛及車輪配重、閥桿、輪胎等，回收鑄件時(shí)還應(yīng)控制油污和油脂的含量，以免造成環(huán)境污染。

（2）再生鋁錠是由回收特別細(xì)小鋁屑或碎塊經(jīng)過(guò)重熔后制成的，在回收過(guò)程中采用雙室爐或其他可以減少金屬燒損的設(shè)備進(jìn)行回收，該設(shè)備需要配備良好環(huán)保處理裝置來(lái)避免污染環(huán)境，做到達(dá)標(biāo)排放。

（3）鋁塊是由鋁碎片、混合金屬碎片、汽車鋁切片經(jīng)預(yù)處理后獲得的碎塊。鋁塊的預(yù)處理包括破碎、篩分、清洗、磁選、浮選、渦流選、色選、烘干、拋光、人工選、分類包裝，根據(jù)原料的不同特點(diǎn)可選擇不同的預(yù)處理方式，以提高金屬總量，降低雜質(zhì)含量，去除污染物，提升品質(zhì)。清洗可去除金屬表面附著物質(zhì)，篩分不僅可篩除細(xì)小碎渣，并可細(xì)分出大、中、小三類鋁塊。鋁塊表觀較鋁切片規(guī)整、干凈。鋁塊主要由鑄造鋁合金構(gòu)成，其中夾帶部分變形鋁合金，并夾帶少量（不大于8%）的硅及銅、鎂、鋅等金屬，其可利用的總金屬含量超過(guò)99%，特別適合金屬含量要求較高的各類鑄造鋁合金，只需根據(jù)再生鑄造鋁合金產(chǎn)品成分，在原料重熔時(shí)補(bǔ)添純鋁或相應(yīng)合金化元素即可。

2.2 外觀質(zhì)量要求

原料的外觀如果存在灰塵、污泥、結(jié)晶鹽、纖維末等非金屬夾雜物，極其容易在生產(chǎn)鑄造鋁合金環(huán)節(jié)帶來(lái)熔體夾渣，這些夾渣如果沒(méi)有及時(shí)除去，帶入到成品中，會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)夾渣廢品。因此規(guī)定鑄件、鋁塊不應(yīng)混入明顯的夾雜物；再生鋁錠表面應(yīng)整潔，無(wú)較嚴(yán)重的飛邊或氣孔等。

2.3 原料尺寸要求

原料尺寸規(guī)格主要針對(duì)鋁塊制定，鑄件和再生鋁錠不做要求。按表1的規(guī)定劃分鋁塊尺寸規(guī)格，使其外形規(guī)整美觀；倒逼生產(chǎn)廠家采用篩分工藝，可以提高原料潔凈度，有效去除原料表面附著的污物，減少原料含雜量；避免原料重新熔煉時(shí)二次分選，為需方投爐使用帶來(lái)便利。

2.4 揮發(fā)物的要求及相關(guān)試驗(yàn)

2.4.1 要求

原料在裝入集裝箱后的長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中，溫差較大時(shí)，集裝箱中原料容易發(fā)生緩霜現(xiàn)象，導(dǎo)致水汽吸附在原料表面，而水分對(duì)環(huán)境影響不大。因此原料水分含量由供需雙方協(xié)商確定。

其他揮發(fā)物主要是加工過(guò)程中乳液、油污等附著物，需要嚴(yán)格控制，因?yàn)樵偕T造鋁合金原料是直接裝入熔煉爐的原料，揮發(fā)物過(guò)多會(huì)引發(fā)熔煉爐安全事故。揮發(fā)物含量過(guò)高，也會(huì)引起鑄造鋁合金產(chǎn)生夾雜缺陷。因此規(guī)定其他揮發(fā)物含量應(yīng)不大于1%。

2.4.2 鑄件和鋁塊中其他揮發(fā)物的數(shù)據(jù)及取值分析

鑄件和鋁塊的其他揮發(fā)物數(shù)據(jù)分析及標(biāo)準(zhǔn)選定值見(jiàn)表2。

表3 夾雜物及粉狀物比例統(tǒng)計(jì)

2.5 夾雜物

2.5.1 要求

夾雜物容易混入爐料中，在熔煉過(guò)程中采用各種精煉熔劑無(wú)法完全徹底去除，其斷口特征為黑色條狀或片狀，顯微組織特征多為黑色線狀、塊狀、絮狀的紊亂組織，與基體色差明顯。非金屬夾雜是制品產(chǎn)生分層和許多表面缺陷的重要原因，可導(dǎo)致二次疏松和氣泡的形成。在力學(xué)性能方面，非金屬夾雜是應(yīng)力集中的場(chǎng)所，使合金的強(qiáng)度極限和伸長(zhǎng)率降低。特別是橫向伸長(zhǎng)率及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能(沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌度)降低更為嚴(yán)重，同時(shí)還會(huì)降低合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。由于鑄件和再生鋁錠夾雜物很少，只對(duì)鋁塊中的夾雜物含量做出規(guī)定。

因此原料中的夾雜物（包括木廢料、廢紙、廢塑料、廢橡膠、廢玻璃、紡織物、粒徑不大于2mm的粉狀物等其他物質(zhì)）的質(zhì)量與原料質(zhì)量的比值應(yīng)≤0.5%，相較國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 16487規(guī)定的≤1%更加嚴(yán)格，其中夾雜和沾染的粒徑不大于2mm的粉狀物（灰塵、污泥、結(jié)晶鹽、纖維末等）的質(zhì)量與原料質(zhì)量的比值應(yīng)＜0.1%。

2.5.2 鋁塊中夾雜物的數(shù)據(jù)及取值分析

對(duì)4家典型再生鋁企業(yè)的進(jìn)口廢鋁抽取了16個(gè)樣本進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)篩分挑選，分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表中數(shù)據(jù)可知，夾雜物比例在0.06-0.69%之間，均值置信度為95%的置信區(qū)間在0.14-0.23%之間，去除5%后的平均值為0.23%，中位數(shù)為0.17%，建議將夾雜物比例設(shè)置為≤0.5%。而粒徑小于2mm粉狀物的比例在0.22-2.58‰之間，平均值的95%置信區(qū)間在0.62-1.48‰之間，去除5%后的平均值為1.0‰，中位數(shù)為0.65‰。因此，建議將粒徑不大于2mm粉狀物比例仍然控制在1.0‰。

2.6 再生鋁錠斷口組織

再生鋁錠的斷口組織應(yīng)致密，不應(yīng)有熔渣及夾雜物。要求再生鋁錠組織不能有熔渣及夾雜物的原因是怕產(chǎn)生遺傳缺陷，不容易在后面合金錠生產(chǎn)中去除。

通過(guò)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取樣，打斷口檢查發(fā)現(xiàn)，再生鋁錠的斷口好壞不一，大部分廠家的再生鋁錠斷口組織均勻細(xì)密，沒(méi)有熔鑄及夾雜物，只有個(gè)別的廠家的再生鋁錠斷口組織很差，熔渣和夾雜物很多，其原因是不良商家為了經(jīng)濟(jì)效益，熔鑄時(shí)溫度控制很低，導(dǎo)致渣鋁分離不好，再生鋁定產(chǎn)生量會(huì)大一些，況且用戶不會(huì)每一塊都打斷口檢查，因此，本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了再生鋁錠的斷口組織應(yīng)致密，不應(yīng)有熔渣及夾雜物，再生鋁錠典型斷口檢驗(yàn)見(jiàn)圖13。

圖13 再生鋁錠的橫截面斷口照片

2.7 鋁及鋁合金含量、金屬總含量和金屬回收率的確定

2.7.1 制定原則

鋁及鋁合金含量是評(píng)價(jià)原料品質(zhì)高低的最重要指標(biāo)，含量越高代表投入的鋁錠數(shù)量越少，經(jīng)濟(jì)效益越好。

金屬總含量包括鋁合金及其他可利用的非鋁金屬（包括銅、鋅、鐵等），生產(chǎn)鑄造鋁合金時(shí)，非鋁的金屬可用于配制含銅和含鋅的鋁合金，通過(guò)添加鋁錠或其他金屬調(diào)節(jié)成分，最終達(dá)到客戶需求的鑄造鋁合金化學(xué)成分要求。在盡量提高鋁合金量的基礎(chǔ)上，保證金屬總量，減少夾雜物含量是合理和必要的。

金屬回收率反映的是可獲得的鋁合金及其他可利用金屬總量，應(yīng)根據(jù)重熔工序的金屬燒損情況確定金屬回收率。

原料鋁及鋁合金含量、金屬總含量和金屬回收率應(yīng)符合表4的規(guī)定。

表4 鋁及鋁合金含量、金屬總含量和金屬回收率

表5 鑄件及鋁塊的鋁及鋁合金含量實(shí)測(cè)值范圍、偏差及選定值

表6 金屬總量實(shí)測(cè)值范圍、偏差及選定值

表7 金屬回收率實(shí)測(cè)值范圍、偏差及選定值

表8 原料化學(xué)成分

2.7.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及取值分析

1）鋁及鋁合金含量取值分析見(jiàn)表5。

2）金屬總含量取值分析見(jiàn)表6。

3) 金屬回收率取值分析見(jiàn)表7。

2.8 化學(xué)成分

2.8.1 原料化學(xué)成分要求

原料的化學(xué)成分應(yīng)符合表8的規(guī)定。

2.8.2 化學(xué)成分制定原則和依據(jù)

1）鋁原料的化學(xué)成分控制是回收過(guò)程比較重要的一環(huán)，純鋁的力學(xué)性能不高，不適宜制作承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件。為了提高鋁的力學(xué)性能，在純鋁中加入某些合金元素制成鋁合金。鋁合金仍保持純鋁的密度小和抗腐蝕好的特點(diǎn)，而力學(xué)性能遠(yuǎn)高于純鋁。

2）鑄造鋁合金中合金元素硅的最大含量超過(guò)多數(shù)變形鋁合金中的硅含量，一般都超過(guò)極限溶解度。鑄造鋁合金除含有強(qiáng)化元素銅、錳、鎂、鋅等元素外，還必須含有足夠量的共晶型元素硅，使得合金具有相當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，易于填充鑄造時(shí)鑄件的收縮縫。因此，對(duì)這些有用元素的化學(xué)成分最高限比較放寬，但是其他雜質(zhì)元素控制較嚴(yán)格如鎳、鉛、錫等，金屬元素鈦不屬于雜質(zhì)元素，屬于晶粒細(xì)化劑，但是也需要適量控制其含量，因?yàn)樘砑恿刻?，?huì)生產(chǎn)金屬化合物，引起其他夾雜缺陷。

3）各種回收鋁合金原料中含有的硅、鐵、銅、錳、鎂、鋅等都是重要的合金化元素，但是隨著合金牌號(hào)的不同，各種元素含量要求也不同，鑄造鋁合金各種牌號(hào)的化學(xué)成分控制范圍見(jiàn)GB/T 8733《鑄造鋁合金錠》，當(dāng)然最好的再生鑄造鋁合金原料就是這種滿足GB/T 8733 要求的原料，其他就需要滿足表8的化學(xué)成分規(guī)定，如果再生鑄造鋁合金原料化學(xué)成分沒(méi)有控制，就會(huì)造成生產(chǎn)過(guò)程中配料相當(dāng)困難，如果控制不佳，會(huì)造成全報(bào)廢，爐料報(bào)廢量約在10噸-50噸之間。

3 標(biāo)準(zhǔn)水平分析與預(yù)期效果

目前國(guó)際上和廢鋁相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)僅有歐盟EN 13920.1～16-2003《鋁及鋁合金廢料》系列標(biāo)準(zhǔn)，和美國(guó)ISRI-2018《廢料規(guī)范手冊(cè)》，而這些標(biāo)準(zhǔn)范圍還停留在廢料的分類和簡(jiǎn)單處理階段，《再生鑄造鋁合金原料》標(biāo)準(zhǔn)起草過(guò)程中主要參考了歐盟EN 13920-2003，并且針對(duì)國(guó)內(nèi)外的供應(yīng)商進(jìn)行考察及調(diào)研，結(jié)合國(guó)家對(duì)進(jìn)口鋁合金原料的環(huán)保要求，同時(shí)滿足國(guó)家要求的鋁合金原料，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)增加檢驗(yàn)項(xiàng)目，加嚴(yán)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求。表9為標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比情況，根據(jù)表9的比對(duì)分析，確定《再生鑄造鋁合金原料》標(biāo)準(zhǔn)總體水平為國(guó)際先進(jìn)水平。

GB/T 38472-2019《再生鑄造鋁合金原料》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)于2019年12月正式發(fā)布，在行業(yè)內(nèi)和社會(huì)上均引發(fā)巨大的反響。我國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，每年有大量的產(chǎn)品需要出口，同時(shí)也需要大量的進(jìn)口，但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)需要進(jìn)口的商品已經(jīng)越來(lái)越少，為了保持貿(mào)易平衡，切實(shí)需要鎖定一批國(guó)內(nèi)有長(zhǎng)期需求，貨值高，需求量大的商品做為調(diào)節(jié)我國(guó)對(duì)外貿(mào)易的戰(zhàn)略籌碼來(lái)使用。再生鋁原料是最符合這個(gè)要求的商品之一。鋁由于其質(zhì)輕、且具有良好的延展性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天、汽車、電訊、建筑等重要領(lǐng)域，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要的原材料。但是原生于鋁土礦的金屬鋁，冶煉過(guò)程能耗極高，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的赤泥、鋁灰渣等廢棄物。而使用再生鋁原料生產(chǎn)的鋁產(chǎn)品與原鋁（電解鋁）生產(chǎn)的鋁產(chǎn)品性質(zhì)基本相同。通過(guò)市場(chǎng)交易獲得的回收鋁，經(jīng)過(guò)預(yù)處理、熔煉、精煉等環(huán)節(jié)生產(chǎn)再生鋁原料供下游制造相關(guān)產(chǎn)品使用。再生鋁原料重熔時(shí)只需補(bǔ)充少量的純鋁原料或合金化元素，即可回歸鋁合金產(chǎn)品，是原生資源的最佳替代材料。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，再生鋁原料中可提取鋁量高達(dá)91%以上，每噸再生鋁可節(jié)省8t鋁土礦、減少7.6m3的廢棄物產(chǎn)生。

目前我國(guó)進(jìn)口量最大的再生鋁原料主要用于生產(chǎn)鑄造鋁合金產(chǎn)品，供給下游鋁零部件制作業(yè)使用。通過(guò)《再生鑄造鋁合金原料》標(biāo)準(zhǔn)制訂，有利于優(yōu)化再生鋁資源的合理利用，有利于環(huán)境保護(hù)和降低能耗；增強(qiáng)再生鋁原料的品質(zhì)穩(wěn)定性，從而提高再生鋁產(chǎn)品質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性；促進(jìn)再生鋁原料回收行業(yè)向規(guī)范化、精細(xì)化發(fā)展，規(guī)范預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)，淘汰落后產(chǎn)能；助推我國(guó)回收體系進(jìn)一步完善，再生鋁產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步升級(jí)。同時(shí)對(duì)原料進(jìn)口行為合理規(guī)范管控，保障高品質(zhì)再生原料的穩(wěn)定進(jìn)口。對(duì)于促進(jìn)我國(guó)再生原料貿(mào)易規(guī)范，滿足不斷增長(zhǎng)的金屬鋁生產(chǎn)使用需求，以及再生鋁產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

表9 GB/T 38472-2019《再生鑄造鋁合金原料》標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析

4 總結(jié)

GB/T 38472-2019《再生鑄造鋁合金原料》針對(duì)再生鑄造鋁合金原料的分類、外觀、尺寸、化學(xué)成分、金屬量及夾雜物做出詳細(xì)準(zhǔn)確的要求，同時(shí)，還規(guī)定了上述要求的試驗(yàn)方法、檢查驗(yàn)收、檢查結(jié)果的判定、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存及質(zhì)量證明書，訂貨單（或合同）等內(nèi)容，為后續(xù)鑄造鋁合金原料回收的國(guó)內(nèi)外貿(mào)易提供了有效的依據(jù)，尤其是從國(guó)外進(jìn)口的回收鋁，更是給相關(guān)的檢驗(yàn)部門提供詳細(xì)的技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法，也利于規(guī)范回收公司的分類拆解等預(yù)處理行為，倒逼回收公司對(duì)其潔凈度，化學(xué)成分、尺寸規(guī)格、包裝方式以及其他技術(shù)要求等均進(jìn)行嚴(yán)格的控制，從而提高再生鑄造鋁合金原料品質(zhì)。再生鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要手段，也是應(yīng)對(duì)氣候變化、保障生態(tài)安全的重要途徑。推動(dòng)鋁資源回收產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展，對(duì)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，將起到積極的促進(jìn)作用。大力發(fā)展鋁資源回收產(chǎn)業(yè)，對(duì)全面推進(jìn)綠色制造、實(shí)現(xiàn)綠色增長(zhǎng)，引導(dǎo)綠色消費(fèi)也具有重要意義。同時(shí)將進(jìn)一步完善我國(guó)廢鋁回收體系，規(guī)范再生鋁原料的預(yù)處理、貿(mào)易和流通，擴(kuò)充我國(guó)鋁工業(yè)原料來(lái)源，為鋁產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益提升。