再生鋁應(yīng)用與發(fā)展前景分析

韓正英,曹 櫻

(中色科技股份有限公司,河南 洛陽(yáng) 471039)

1 再生鋁的特點(diǎn)

鋁根據(jù)來(lái)源不同,可以分為電解鋁和再生鋁兩大類(lèi)。電解鋁是高碳排放行業(yè),2021年中國(guó)電解鋁行業(yè)二氧化碳總排放量約為4.38億t,約占全社會(huì)二氧化碳凈排放總量的5%。從全球來(lái)看,電解鋁行業(yè)產(chǎn)生的碳排放量占全球總碳排放量比例超過(guò)3%。同時(shí),電解鋁又是高耗能行業(yè)。雖然電解鋁生產(chǎn)所需能源多樣,亞洲、大洋洲和非洲地區(qū)的電解鋁廠(chǎng)以火力發(fā)電為主,歐洲、南美洲電解鋁廠(chǎng)以水電為主,中東地區(qū)以天然氣發(fā)電為主。但隨著國(guó)際能源波動(dòng),以及“雙碳”“綠色”概念的深入推進(jìn),傳統(tǒng)電解鋁行業(yè)的發(fā)展遇到瓶頸。近期,隨著俄氣斷供、歐洲能源危機(jī)愈演愈烈,歐洲當(dāng)?shù)氐碾娊怃X企業(yè)正面臨著前所未有的“生存危機(jī)”。歐洲最大鋁冶煉廠(chǎng)法國(guó)敦刻爾克鋁業(yè)公司雖然主要采用核電能源,但仍在2022年9月初宣布減產(chǎn)22%,成為電價(jià)飆升引發(fā)的減產(chǎn)浪潮中的最新一例。

相比電解鋁,再生鋁作為鋁產(chǎn)品的另一種來(lái)源,更符合科學(xué)、綠色、環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展理念,再生鋁具有以下優(yōu)勢(shì):

(1)節(jié)能減排。與生產(chǎn)等量的電解鋁相比,生產(chǎn)1t再生鋁,節(jié)約3.4t標(biāo)準(zhǔn)煤,節(jié)水14m3,減少固體廢物排放20t。2022年,中國(guó)再生鋁產(chǎn)量782萬(wàn)t,相當(dāng)于節(jié)能2658t標(biāo)煤,節(jié)水1億m3,減少固體廢物排放1.5億t。

(2)可循環(huán)利用率高。國(guó)際鋁協(xié)近期對(duì)鋁、玻璃和塑料(PET) 三種飲料容器材料的回收性能進(jìn)行了對(duì)比分析[1]。雖然尚沒(méi)有哪一種飲料容器包裝材料具備充分循環(huán)再利用的潛力,但在被評(píng)估的五個(gè)國(guó)家或地區(qū)中,鋁在廢物管理系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)都優(yōu)于其它兩種材料。鋁罐在回收再利用過(guò)程中損耗最小,是回收率最高的一次性飲料容器。三種材料的綜合回收率分別為鋁罐90%,玻璃67%,塑料(PET)66%。

鋁罐的綜合回收率(包括分選、再處理和熱處理)為90%,每三個(gè)使用過(guò)的鋁罐中就有一個(gè)在最短60d內(nèi)經(jīng)過(guò)回收處理后重新回到貨架,剩余兩個(gè)中的一個(gè)被回收制成其它產(chǎn)品。鋁罐回收若采用廢鋁高效處理系統(tǒng),可進(jìn)一步減少損耗。

(3)經(jīng)濟(jì)性好。再生鋁項(xiàng)目主要由預(yù)處理和熔煉工藝組成,所需生產(chǎn)設(shè)備與電解工藝相比較為簡(jiǎn)單,固定資產(chǎn)投資較小、生產(chǎn)成本低,具有顯著的經(jīng)濟(jì)性。

2 中國(guó)再生鋁發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)供給側(cè)改革的不斷深入和雙碳目標(biāo)的持續(xù)發(fā)力,國(guó)內(nèi)電解鋁總產(chǎn)能天花板基本確定為4500萬(wàn)t。2022年中國(guó)電解鋁建成產(chǎn)能約4300萬(wàn)t,已逼近天花板紅線(xiàn)。面對(duì)電解鋁產(chǎn)能“天花板”,發(fā)展再生鋁產(chǎn)業(yè)既是解決鋁工業(yè)發(fā)展資源的重要途徑,也是實(shí)現(xiàn)鋁行業(yè)碳減排目標(biāo)的主要途徑。近年來(lái),中國(guó)再生鋁產(chǎn)量持續(xù)上升,由2018的725萬(wàn)t增長(zhǎng)到2022年782萬(wàn)t(圖1)。2021年7月1日,國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的通知》中指出,到2025年中國(guó)再生鋁產(chǎn)能將達(dá)到1150萬(wàn)t,再生鋁產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入快速發(fā)展階段。

圖1 2018-2022年中國(guó)再生鋁產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

與此同時(shí),中國(guó)再生鋁與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距,主要表現(xiàn)在:中國(guó)再生鋁產(chǎn)量仍然僅占鋁產(chǎn)量的20%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家;中國(guó)再生鋁企業(yè)大部分規(guī)模較小,主要以民營(yíng)和外資(合資)企業(yè)為主,市場(chǎng)集中度較低;中國(guó)再生鋁主要應(yīng)用于初級(jí)產(chǎn)品和中間產(chǎn)品,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步升級(jí);中國(guó)再生鋁產(chǎn)業(yè)還將面臨著產(chǎn)能規(guī)模的擴(kuò)大與廢鋁資源供應(yīng)短缺之間的矛盾。

3 世界再生鋁發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)全球再生鋁產(chǎn)量也呈現(xiàn)快速發(fā)展,2022年全球電解鋁產(chǎn)量達(dá)6928萬(wàn)t,再生鋁產(chǎn)量約3500萬(wàn)t,占比50.5%。發(fā)達(dá)國(guó)家的再生鋁工業(yè)發(fā)展相對(duì)成熟,再生鋁已成為歐美等國(guó)家鋁工業(yè)發(fā)展的重要組成部分。其中,日本從上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始,通過(guò)政府倡導(dǎo)再生利用,制定并實(shí)施了各種相關(guān)政策, 再生鋁產(chǎn)量占比已經(jīng)接近100%。美國(guó)再生鋁產(chǎn)量占比接近 80%, 歐洲接近 60%,均居于全球較高水平。發(fā)達(dá)國(guó)家再生鋁工業(yè)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為: 廢鋁回收體系完善, 再生回收率高; 廢鋁同級(jí)利用水平較高, 廢鋁回收利用可以做到同產(chǎn)品、 同品級(jí)專(zhuān)業(yè)化回收利用, 很少降級(jí)使用;再生鋁的工藝裝備自動(dòng)化程度高,工藝技術(shù)先進(jìn)。

主要發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的再生鋁行業(yè)發(fā)展已經(jīng)從片面的廢物管理轉(zhuǎn)向構(gòu)建完整閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。從產(chǎn)品端開(kāi)始,鼓勵(lì)設(shè)計(jì)更方便回收的產(chǎn)品,為后續(xù)回收打下良好基礎(chǔ)。在回收端,通過(guò)改進(jìn)資源回收、分類(lèi)技術(shù)及體系、限制廢料資源出口,保障原料供應(yīng)。在技術(shù)端,鼓勵(lì)各類(lèi)支持產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)創(chuàng)新。

其它主要發(fā)展中國(guó)家也在快速發(fā)展再生鋁行業(yè)。以印度為例,印度2021年電解鋁產(chǎn)量為377萬(wàn)t,再生鋁產(chǎn)量約為60萬(wàn)t,占比16%。預(yù)計(jì)在五年內(nèi),印度的再生鋁將會(huì)增加到每年100萬(wàn)t。

4 再生鋁的發(fā)展前景

(1)再生鋁產(chǎn)量逐年上升。國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示,隨著全球鋁冶煉產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題開(kāi)始凸顯,再生鋁行業(yè)將進(jìn)入黃金發(fā)展時(shí)期,產(chǎn)量逐年提高。預(yù)計(jì)2023-2027年,全球再生鋁行業(yè)產(chǎn)量年均復(fù)合增長(zhǎng)率將保持在5%左右,到2027年有望超過(guò)5100萬(wàn)t[2]。

(2)再生鋁技術(shù)不斷革新。再生鋁生產(chǎn)工藝主要包括前處理和熔煉。其中,前處理工藝主要包括喂料、破碎、分選、清洗、干燥,輸送;分選工藝包括磁選、渦選、浮選、色選等。廢鋁的分選處理是提高廢鋁再生質(zhì)量的關(guān)鍵,也是能否實(shí)現(xiàn)廢鋁料保級(jí)利用的關(guān)鍵。未來(lái)預(yù)處理的發(fā)展是最高程度的自動(dòng)化、高效化、節(jié)能化的生產(chǎn)模式,實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)化的分選水平,提高廢鋁的回收率和利用率。

熔煉根據(jù)原料類(lèi)型,主要采用回轉(zhuǎn)爐、側(cè)井爐和雙室爐,如圖2所示。雙室爐最初主要用于處理擠壓廢料,隨著技術(shù)發(fā)展,目前可以處理多種規(guī)格的廢鋁,包括含有橡膠、塑料、表面含漆含油的廢鋁。經(jīng)過(guò)分選和預(yù)處理的廢鋁可以直接加入雙室爐進(jìn)行重熔。

(a)回轉(zhuǎn)爐 (b)側(cè)井爐 (c)雙室爐

雙室爐搭配攪拌泵(電磁泵或機(jī)械泵)是綜合性能最佳的廢鋁回收方式,主要技術(shù)特點(diǎn)是:由于控制爐內(nèi)為還原性氣氛,且廢料不與火焰直接接觸,從而大大降低了氧化損耗,金屬燒損少;采用了先進(jìn)的蓄熱技術(shù)和廢氣燃燒技術(shù),對(duì)廢臟料燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行二次燃燒,大大降低了燃料用量,熱效率較高、能耗低;可裝廢料種類(lèi)多、范圍大。

目前國(guó)內(nèi)工業(yè)爐生產(chǎn)企業(yè)的雙室爐已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平,可以設(shè)計(jì)制造最大120t雙室爐。

(3)再生鋁應(yīng)用更加多樣。再生鋁在國(guó)內(nèi)大部分還是以再生鋁錠為主,降級(jí)使用普遍,廢舊變形鋁合金的同級(jí)使用尚處于探索階段。國(guó)內(nèi)目前不少回收的變形鋁合金降低檔次變成鑄造鋁合金,產(chǎn)品附加值低,降低了回收價(jià)值。而國(guó)外成熟企業(yè)同級(jí)利用水平較高,開(kāi)發(fā)了針對(duì)再生鋁的新合金和生產(chǎn)工藝。如Novelis公司開(kāi)發(fā)出了針對(duì)罐料回收的新合金Evercan,開(kāi)發(fā)了針對(duì)汽車(chē)板回收的新合金RC5754。美鋁正在加大對(duì)高品質(zhì)再生鋁材料(2xxx、7xxx系大扁錠和圓錠)、工藝、新技術(shù)裝備的研發(fā),朝航空航天領(lǐng)域進(jìn)軍。

國(guó)內(nèi)企業(yè)也在針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)特點(diǎn),加大科技投入,逐步趕上歐美新進(jìn)水平。例如,中國(guó)的5G技術(shù)領(lǐng)先世界,隨著5G信號(hào)在中國(guó)完全覆蓋,5G基站數(shù)量將是4G基站數(shù)量的4～5倍,需要約2400萬(wàn)個(gè)5G基站。5G基站以其特殊性,無(wú)法使用強(qiáng)制冷卻,只能通過(guò)箱體材料本身散去熱量。國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出高性能再生鋁合金新材料,應(yīng)用于生產(chǎn)5G基站材料以及其它電子通信產(chǎn)業(yè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在“雙碳”背景以及限制“兩高”政策下,加快發(fā)展再生鋁行業(yè),可以有效節(jié)約資源,減少對(duì)鋁礦資源的依賴(lài),具有重大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境價(jià)值,再生鋁行業(yè)將再次迎來(lái)高速發(fā)展期。