全球鋁的再生利用：可持續發展的基石

□編譯/董春明尚輕時代金屬信息咨詢（北京）有限公司

全球鋁的再生利用：可持續發展的基石

Global Aluminium Recycling:A Cornerstone of Sustainable Development

□編譯/董春明
尚輕時代金屬信息咨詢（北京）有限公司

一、鋁再生利用：可持續發展的基石

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

從圖1我們可以看到，在1990年，全部鋁產量大約為2 800萬噸，其中，800萬噸來源于鋁廢料。今天，全部鋁產量已經達到5 600萬噸，而其中的近1 800萬噸源自鋁廢料。至2020年，鋁的需求量預計達到9 700萬噸，其中有3 100萬噸來源于鋁廢料。目前，大約50%的廢鋁來自舊廢鋁及報廢的產品。

為此，國際鋁業協會（IAI）發起了“鋁貢獻未來—全球鋁工業可持續發展”研究項目。國際鋁協聘請了專業人士，對鋁進行生命周期分析和評價，評估鋁對環境和氣候變化的影響。研究項目不僅僅考慮鋁直接生產過程和所耗能源的生產過程，更要考慮鋁以及鋁產品使用、再生和再利用過程中對節能減排的貢獻。相關的戰略包括：

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

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

圖1 全球電解鋁和再生鋁產量份額

3. 至2020年，每生產一噸氧化鋁所需能源與2006年相比減少10%。

4. 至2015年，爭取使鋁飲料罐的回收率達到75%。

5. 大力推動鋁產品的應用，例如發揮鋁的性能優勢，擴大鋁在汽車和其它交通工具上的應用，以材料替代實現交通的節能減排。

二、再生鋁廠和熔鑄廠：鋁循環再生中的重要角色

廢鋁的回收和熔煉每天都在世界各地發生著，很多國家都有回收再生的生產設施。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。一個發展完善的鋁再生業包括精煉廠和熔煉廠，并把鋁廢料轉化為符合標準的金屬鋁。再生鋁廠和熔鑄廠共同擔當著鋁再生的工作，不過，他們依次與其它部門保持著千絲萬縷的聯系，后者包括收集商、拆卸部門、貿易商和廢料處理商——他們負責廢料收集和處理。金屬貿易商也負責鋁廢料的進出口貿易。就下游工業而言，再生廠和熔鑄廠的角色是毋庸置疑的。2007年，上述兩個產業生產了近1 800萬噸再生鋁，相應的鋁廢料包括舊廢鋁和進入流通的新廢鋁，再生鋁產品形式包括鑄造、軋制和擠壓用的金屬錠，也包括鋼鐵脫硫用球團。在2007年，全球電解鋁的產量超過了3 800萬噸。

在歐洲和北美，鋁廢料的產生量是很高的。在過去的70年中，充足的鋁廢料使得這兩個地區構筑了經濟可行、技術可靠的再生鋁產業。上個世紀70年代，由于石油危機和能源成本的大幅提升，日本在國內放棄了電解鋁的生產設施，并于上世紀80年代轉向再生鋁產業。除此之外，其它國家也愈來愈倡導再生鋁產業，后者包括中國、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仍然在電解鋁產業，在這些地區，鋁廢料的供應量很低，因此鋁再生業所起的作用甚微。另外，有一些地區（譬如澳大利亞和加拿大）的鋁廢料還出口至再生鋁設施完備、加工能力強的國家和地區。

在很多國家，再生鋁市場完善，產業供應鏈穩固，見圖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。合金的供應方式參照法定標準和（或）客戶要求。從再生鋁中生產的典型產品包括鑄件，如氣缸蓋、發動機組、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，并以此用于生產型材、板材和鋁箔。再生鋁的另一個重要應用為鋼鐵業，作為脫硫劑使用。

三、經濟性：鋁回收與再生的重要驅動力

鋁廢料的市場價值十分可觀，因為電解鋁生產過程中所需的大量能源已經包含在原鋁中，當然也包含在廢鋁中。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。如果進行適當的預處理和（或）分選，再生鋁可用于眾多行業，因為在熔融過程中，鋁的原子結構不會發生變化。實際上對多數鋁產品而言，在其生命過程中，鋁并不是被消耗掉，而僅僅是在被使用過程。因此，鋁產品的生命周期并非傳統意義上的“產生-消亡”之旅，而為“產生-再生”之行。如果對鋁廢料進行適當的預處理或分選，由此獲取的再生鋁可滿足多數應用渠道，并由此節約能源、保護原材料。

四、鋁再生利用評估：鋁的報廢產品回收與循環利用

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

一般說來，再生熔煉廠和熔鑄廠需要對金屬輸出量與廢料輸入量進行對比，并以此計算金屬產量，其值波動于70%~95%之間。2005年，Delft技術大學的一項分析結果表明，在所有鋁廢料熔煉過程中，鋁的損耗量通常低于2%，鋁的收得率高于98%。對鋁的報廢產品而言，損耗率波動于1%~5%，這取決于廢料和熔煉技術的類型。

人們時常對再生鋁質量和產品中廢鋁含量這兩個概念有認識上的誤區。從技術角度看，可以通過循環回收一種鋁產品的材料再去生產同樣類型的產品。用原鋁與再生鋁生產同一種產品沒有質量上的差別。然而，再生鋁的應用與經濟效益和生態環保相關。由于鋁廢料的獲取量總體有限，在某種特定產品中增加再生金屬量的舉措將會導致另一種產品中再生量的減少，同時也導致全球廢鋁市場運行效益較低以及運輸能源的浪費，所以最高效的方案是分類回收和分類利用。

五、報廢鋁產品的循環再生：高質量產品的必由之路

鋁業界不斷致力于鋁的再生，原料來源于報廢回收產品，也來自加工和制造過程中的廢鋁。在交通和建筑領域，鋁的回收率是很高的，達到85%~95%，2007年鋁的再生量達到年度最終用量的50%以上。而鋁飲料罐的回收率則由30%至100%不等，并因地區而異。

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

圖2 再生鋁企業分布（2008年）

圖3 再生鋁客戶群

運輸業

在全球范圍內，運輸業成為鋁的主要消費領域。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年的用量達到120~150公斤。

從報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程中獲取，而車體部分則在后期工序中送入破碎機。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，運用浮選和渦流分離技術，提取鋁廢料，也可以采用激光和分光鏡技術分離鋁廢料。

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。典型的應用形式為發動機和變速箱。在車體中，鋁變形合金的應用量越來越大，因此，從廢車體中獲取的變形合金廢料的量會越來越大。

在其它運輸領域，廢鋁的收集是在產品報廢之后進行的。商用車輛、飛機、鐵路車輛、船舶在報廢之后，可以通過拆卸獲取廢鋁。由于鋁件體積較大，無法直接進入熔煉爐，拆卸的鋁廢件需要通過剪切工序破碎為小的部件。Troyes技術大學受歐洲鋁業協會委托進行了相關的調查。結果表明，貨車和拖車中鋁廢料的回收率可達95%甚至更高。目前，大多數鋁制船舶和軌道車輛還在使用當中，其原因是應用歷史還不長，也因為鋁的性能更好而導致使用壽命更長久。

建筑業

鋁在建筑業的應用十分廣泛，主要作為結構件使用，如門窗、幕墻、屋頂等。另外，在空調、太陽能設施中也有所應用。建筑物的生命周期涉及四個要素，即結構、應用（主要涉及供熱、照明和空調）、維修和管理。選擇合適的材料，對應合適的應用方位，對建筑物的節能效果至關重要。

在選擇材料時，也需要考慮建筑物生命周期中的“管理”子項。理想的情況下，選用的材料應當經濟可行，利于環境的可持續發展，且能夠再生。最不可取的處理方式是填埋。2004年，Delft技術大學進行了一項研究，他們分析了6個歐洲國家拆除的建筑物中鋁的回收率，結果表明，建筑業鋁的回收率較高，高于95%。在全球范圍內，建筑業鋁的回收率可達85%。目前，建筑業每年消耗的鋁終端產品可達1 100萬噸。據估算，全球建筑業容納了4億噸鋁，這部分鋁將留給我們的后代去回收和應用。

包裝業

鋁具有獨特的屏蔽效應，可廣泛應用于食品、飲料和醫藥包裝。包裝用鋁的回收量取決于每個國家的國情和收集體系的效率。在全球范圍內，包裝用鋁材料的回收率波動于25%~85%之間，在歐洲，包裝鋁的回收率可達50%。

鋁包裝可分兩種，區別很明顯，即剛性、半剛性包裝和軟包裝。前者的最常見形式是飲料罐。剛性包裝中鋁的含量較高，因此，市場價值也大。鋁飲料罐的收集率因國家不同而有所差異，波動于30%~100%之間。在全球范圍內，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97%，日本為93%。

對軟包裝而言，鋁屏蔽層的厚度可達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很小。采用高溫分解和等離子技術，可以分離出軟包裝中的鋁層，另外一個方法是焚燒包裝材料，并回收燃燒過程產業的熱能。分離或焚燒方法的選擇應因地制宜。

六、鋁物質流模型：通過鋁生命周期分析探尋未來鋁的回收

在全球一些重要地區缺乏鋁再生的數據，因填埋或進入其它物料源而損失的鋁數據也很少。因此，需要開發一套鋁資源物質流模型，以科學采集數據，并確定那些未進行回收的潛在的鋁資源，同時也圈定目前和未來的鋁再生模式。IAI的全球鋁再生委員會正在研究一種模型方法，該模型遵守完整的價值鏈，探尋1888年迄今100余年來鋁的流向，對2020年之前的鋁流向進行預測。模型包括了8個主要的過程，即鋁土礦開采、氧化鋁精煉、鋁和鋁錠生產、加工（軋制、擠壓和鑄造）、制造（最終產品的生產和組裝）、應用和再生。

自19世紀80年代開始，鋁進入商業化生產階段。據估算，迄今為止，共生產了8億多噸鋁。其中，有3/4的鋁還處在應用階段。32%的鋁存在于建筑中，并以幕墻、門窗為表現形式，另有28%的鋁表現為電纜和機械，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，正在應用的鋁產品中，可回收的鋁相當于16年電解鋁產量的累加。

從舊廢料中回收的鋁數量也愈來大，從1980年的100萬噸增加至2007年的800萬噸。自上世紀80年代以來，運輸行業成為鋁的最大回收領域。建筑物的生命周期往往比較長，因此，從2000年開始，才開始有建筑業鋁回收的數據。目前在舊廢鋁的來源比例中，運輸業42%，包裝28%，工程和電纜11%，建筑業僅占8%。

七、鋁的未來—2020年

電解鋁和再生鋁工業推動了鋁市場的發展。由于鋁的需求量越來越大，加之許多鋁產品的壽命較長，在今后可以預知的時間里，電解鋁的產量將會高于再生鋁的產量。利用鋁物質流向模型，業內人士可以計算全球鋁的回收率。2007年，全球再生鋁的產量占市場供應量的32%。用模型預測，未來這一比例還將保持，見圖4。

在1970年，全球應用中的鋁積蓄量為9 000萬噸，目前已經超過6億噸，預計至2020年將突破10億噸。在2020年的鋁金屬積蓄量中，預計建筑業占35%，運輸業為28%，工程與電纜占27%，見圖5。

再生鋁行業每年可使鋁工業減少1.7億噸溫室氣體排放量。鋁工業2020年或其后的目標是：通過更多的替代傳統的耗能材料，尤其是在運輸行業的擴大應用，使得溫室氣體的減排量大大高于鋁生產過程中直接和間接產生的溫室氣體排放量。

圖4 原鋁和再生鋁產量比例及預測

圖5 2020年鋁應用分布情況