《再生铸造铝合金原料》国家标准解析

李志刚

（有色金属技术经济研究院有限责任公司-标准专利中心，北京 100080）

1 标准立项背景

2018年12月21日，生态环境部、商务部、国家发展和改革委员会和海关总署等四部委联合发布关于调整《进口废物管理目录》的公告，将铝废碎料等8个品种的固体废物，从《非限制进口类可用作原料的固体废物目录》调入《限制进口类可用作原料的固体废物目录》，自2019年7月1日起执行。禁止铝废碎料进口，再生铝企业即将没有可进口的废铝使用，国外的优质原料也无法进口。为解决再生铝行业无料可用的难题，相关部委又提出符合国家有关产品质量标准的回收铝原料产品，不属于固体废物，可按普通自由进口货物管理。因此，有色轻标委围绕国内外废铝现状开展立项调研工作。

首先针对废铝品种和质量情况在国内外数十家再生铝企业进行调研。发现当下市场上有很多夹杂严重的废铝，包括废铝切片、隔热型材及含有机涂层的铝材、废铝箔、铝水箱、铝罐、铝屑、铝废铸件带等废铝材料（见图1～图6），而这些材料往往因为厚度较薄、含有机涂层或夹杂严重等问题，在重熔工艺控制不当时易排放有害气体，重熔后易烧损造渣，需要经过复杂的预处理后才能作为原料使用；其他夹杂较少的废铝，包括无有机涂层、无复合材料的废旧铝合金片、纯铝裸线、铝废轮毂、再生铝锭等（见图7～图12），均可作为优质的再生铝原料。

图1 带涂层的废铝合金片

图2 废铝箔和废水箱

图3 铝罐废料

图4 铝废铸件

图5 铝屑废料

图6 废铝切片

图7 废铝合金片

图8 废铝合金管

图9 铝废轮毂

图10 纯铝裸线

图11 导电母线

图12 再生铝锭

表2 铸件其他挥发物实测值范围、偏差及选定值

从产品类型来看，再生铝可以分为铸造铝和变形铝两类，其中再生铸造铝占比80%左右，主要用于汽车、摩托车零部件、五金工具、电器电子等行业。虽然传统汽摩产业增速下滑，但伴随电子消费增长及通讯领域的快速发展，再生铝材料在通讯电子领域的应用比例逐年上升；再生变形铝约占20%，正处于快速增长阶段，主要用于建筑用铝型材。根据市场情况，最急需制定的原料标准是再生铸造铝合金。为此，轻标委同环保部商定，启动了《再生铸造铝合金原料》国家标准的立项工作。

历经半年的现场试验和数据调研与总结，并与海关、环保、用户、供应商等多方协调，最终于2019年9月确定原料标准内容。

2 《再生铸造铝合金原料》标准解析

2.1 原料类别

原料按品种分为铸件、再生铝锭、铝块三类：

（1）铸件是由用旧的铸件产品或报废的铸造件进行回收得到的，回收时需要将一些非铝的组合件拆除，如车辆铝铸件不应混入轴套。铝活塞不应混入撑杆、衬套、轴、铁环；铸造铝合金车轮应无镀铜、无镀锌，不应混入钢圈、气嘴、铅及车轮配重、阀杆、轮胎等，回收铸件时还应控制油污和油脂的含量，以免造成环境污染。

（2）再生铝锭是由回收特别细小铝屑或碎块经过重熔后制成的，在回收过程中采用双室炉或其他可以减少金属烧损的设备进行回收，该设备需要配备良好环保处理装置来避免污染环境，做到达标排放。

（3）铝块是由铝碎片、混合金属碎片、汽车铝切片经预处理后获得的碎块。铝块的预处理包括破碎、筛分、清洗、磁选、浮选、涡流选、色选、烘干、抛光、人工选、分类包装，根据原料的不同特点可选择不同的预处理方式，以提高金属总量，降低杂质含量，去除污染物，提升品质。清洗可去除金属表面附着物质，筛分不仅可筛除细小碎渣，并可细分出大、中、小三类铝块。铝块表观较铝切片规整、干净。铝块主要由铸造铝合金构成，其中夹带部分变形铝合金，并夹带少量（不大于8%）的硅及铜、镁、锌等金属，其可利用的总金属含量超过99%，特别适合金属含量要求较高的各类铸造铝合金，只需根据再生铸造铝合金产品成分，在原料重熔时补添纯铝或相应合金化元素即可。

2.2 外观质量要求

原料的外观如果存在灰尘、污泥、结晶盐、纤维末等非金属夹杂物，极其容易在生产铸造铝合金环节带来熔体夹渣，这些夹渣如果没有及时除去，带入到成品中，会造成产品质量检验时夹渣废品。因此规定铸件、铝块不应混入明显的夹杂物；再生铝锭表面应整洁，无较严重的飞边或气孔等。

2.3 原料尺寸要求

原料尺寸规格主要针对铝块制定，铸件和再生铝锭不做要求。按表1的规定划分铝块尺寸规格，使其外形规整美观；倒逼生产厂家采用筛分工艺，可以提高原料洁净度，有效去除原料表面附着的污物，减少原料含杂量；避免原料重新熔炼时二次分选，为需方投炉使用带来便利。

2.4 挥发物的要求及相关试验

2.4.1 要求

原料在装入集装箱后的长途运输过程中，温差较大时，集装箱中原料容易发生缓霜现象，导致水汽吸附在原料表面，而水分对环境影响不大。因此原料水分含量由供需双方协商确定。

其他挥发物主要是加工过程中乳液、油污等附着物，需要严格控制，因为再生铸造铝合金原料是直接装入熔炼炉的原料，挥发物过多会引发熔炼炉安全事故。挥发物含量过高，也会引起铸造铝合金产生夹杂缺陷。因此规定其他挥发物含量应不大于1%。

2.4.2 铸件和铝块中其他挥发物的数据及取值分析

铸件和铝块的其他挥发物数据分析及标准选定值见表2。

表3 夹杂物及粉状物比例统计

2.5 夹杂物

2.5.1 要求

夹杂物容易混入炉料中，在熔炼过程中采用各种精炼熔剂无法完全彻底去除，其断口特征为黑色条状或片状，显微组织特征多为黑色线状、块状、絮状的紊乱组织，与基体色差明显。非金属夹杂是制品产生分层和许多表面缺陷的重要原因，可导致二次疏松和气泡的形成。在力学性能方面，非金属夹杂是应力集中的场所，使合金的强度极限和伸长率降低。特别是横向伸长率及动态力学性能(冲击韧度、疲劳强度和断裂韧度)降低更为严重，同时还会降低合金的抗应力腐蚀性能。由于铸件和再生铝锭夹杂物很少，只对铝块中的夹杂物含量做出规定。

因此原料中的夹杂物（包括木废料、废纸、废塑料、废橡胶、废玻璃、纺织物、粒径不大于2mm的粉状物等其他物质）的质量与原料质量的比值应≤0.5%，相较国家强制性标准GB 16487规定的≤1%更加严格，其中夹杂和沾染的粒径不大于2mm的粉状物（灰尘、污泥、结晶盐、纤维末等）的质量与原料质量的比值应＜0.1%。

2.5.2 铝块中夹杂物的数据及取值分析

对4家典型再生铝企业的进口废铝抽取了16个样本进行现场筛分挑选，分析结果见表3。由表中数据可知，夹杂物比例在0.06-0.69%之间，均值置信度为95%的置信区间在0.14-0.23%之间，去除5%后的平均值为0.23%，中位数为0.17%，建议将夹杂物比例设置为≤0.5%。而粒径小于2mm粉状物的比例在0.22-2.58‰之间，平均值的95%置信区间在0.62-1.48‰之间，去除5%后的平均值为1.0‰，中位数为0.65‰。因此，建议将粒径不大于2mm粉状物比例仍然控制在1.0‰。

2.6 再生铝锭断口组织

再生铝锭的断口组织应致密，不应有熔渣及夹杂物。要求再生铝锭组织不能有熔渣及夹杂物的原因是怕产生遗传缺陷，不容易在后面合金锭生产中去除。

通过企业生产现场取样，打断口检查发现，再生铝锭的断口好坏不一，大部分厂家的再生铝锭断口组织均匀细密，没有熔铸及夹杂物，只有个别的厂家的再生铝锭断口组织很差，熔渣和夹杂物很多，其原因是不良商家为了经济效益，熔铸时温度控制很低，导致渣铝分离不好，再生铝定产生量会大一些，况且用户不会每一块都打断口检查，因此，本标准中规定了再生铝锭的断口组织应致密，不应有熔渣及夹杂物，再生铝锭典型断口检验见图13。

图13 再生铝锭的横截面断口照片

2.7 铝及铝合金含量、金属总含量和金属回收率的确定

2.7.1 制定原则

铝及铝合金含量是评价原料品质高低的最重要指标，含量越高代表投入的铝锭数量越少，经济效益越好。

金属总含量包括铝合金及其他可利用的非铝金属（包括铜、锌、铁等），生产铸造铝合金时，非铝的金属可用于配制含铜和含锌的铝合金，通过添加铝锭或其他金属调节成分，最终达到客户需求的铸造铝合金化学成分要求。在尽量提高铝合金量的基础上，保证金属总量，减少夹杂物含量是合理和必要的。

金属回收率反映的是可获得的铝合金及其他可利用金属总量，应根据重熔工序的金属烧损情况确定金属回收率。

原料铝及铝合金含量、金属总含量和金属回收率应符合表4的规定。

表4 铝及铝合金含量、金属总含量和金属回收率

表5 铸件及铝块的铝及铝合金含量实测值范围、偏差及选定值

表6 金属总量实测值范围、偏差及选定值

表7 金属回收率实测值范围、偏差及选定值

表8 原料化学成分

2.7.2 实测数据及取值分析

1）铝及铝合金含量取值分析见表5。

2）金属总含量取值分析见表6。

3) 金属回收率取值分析见表7。

2.8 化学成分

2.8.1 原料化学成分要求

原料的化学成分应符合表8的规定。

2.8.2 化学成分制定原则和依据

1）铝原料的化学成分控制是回收过程比较重要的一环，纯铝的力学性能不高，不适宜制作承受较大载荷的结构零件。为了提高铝的力学性能，在纯铝中加入某些合金元素制成铝合金。铝合金仍保持纯铝的密度小和抗腐蚀好的特点，而力学性能远高于纯铝。

2）铸造铝合金中合金元素硅的最大含量超过多数变形铝合金中的硅含量，一般都超过极限溶解度。铸造铝合金除含有强化元素铜、锰、镁、锌等元素外，还必须含有足够量的共晶型元素硅，使得合金具有相当的流动性，易于填充铸造时铸件的收缩缝。因此，对这些有用元素的化学成分最高限比较放宽，但是其他杂质元素控制较严格如镍、铅、锡等，金属元素钛不属于杂质元素，属于晶粒细化剂，但是也需要适量控制其含量，因为添加量太高，会生产金属化合物，引起其他夹杂缺陷。

3）各种回收铝合金原料中含有的硅、铁、铜、锰、镁、锌等都是重要的合金化元素，但是随着合金牌号的不同，各种元素含量要求也不同，铸造铝合金各种牌号的化学成分控制范围见GB/T 8733《铸造铝合金锭》，当然最好的再生铸造铝合金原料就是这种满足GB/T 8733 要求的原料，其他就需要满足表8的化学成分规定，如果再生铸造铝合金原料化学成分没有控制，就会造成生产过程中配料相当困难，如果控制不佳，会造成全报废，炉料报废量约在10吨-50吨之间。

3 标准水平分析与预期效果

目前国际上和废铝相关的标准仅有欧盟EN 13920.1～16-2003《铝及铝合金废料》系列标准，和美国ISRI-2018《废料规范手册》，而这些标准范围还停留在废料的分类和简单处理阶段，《再生铸造铝合金原料》标准起草过程中主要参考了欧盟EN 13920-2003，并且针对国内外的供应商进行考察及调研，结合国家对进口铝合金原料的环保要求，同时满足国家要求的铝合金原料，对该标准的技术指标增加检验项目，加严相应的技术指标要求。表9为标准主要技术指标与国外标准对比情况，根据表9的比对分析，确定《再生铸造铝合金原料》标准总体水平为国际先进水平。

GB/T 38472-2019《再生铸造铝合金原料》国家标准于2019年12月正式发布，在行业内和社会上均引发巨大的反响。我国是一个制造业大国，每年有大量的产品需要出口，同时也需要大量的进口，但是随着我国经济社会的快速发展，我国需要进口的商品已经越来越少，为了保持贸易平衡，切实需要锁定一批国内有长期需求，货值高，需求量大的商品做为调节我国对外贸易的战略筹码来使用。再生铝原料是最符合这个要求的商品之一。铝由于其质轻、且具有良好的延展性和稳定性等特点，被广泛应用于航天、汽车、电讯、建筑等重要领域，是国民经济发展至关重要的原材料。但是原生于铝土矿的金属铝，冶炼过程能耗极高，同时会产生大量的赤泥、铝灰渣等废弃物。而使用再生铝原料生产的铝产品与原铝（电解铝）生产的铝产品性质基本相同。通过市场交易获得的回收铝，经过预处理、熔炼、精炼等环节生产再生铝原料供下游制造相关产品使用。再生铝原料重熔时只需补充少量的纯铝原料或合金化元素，即可回归铝合金产品，是原生资源的最佳替代材料。根据相关统计数据，再生铝原料中可提取铝量高达91%以上，每吨再生铝可节省8t铝土矿、减少7.6m3的废弃物产生。

目前我国进口量最大的再生铝原料主要用于生产铸造铝合金产品，供给下游铝零部件制作业使用。通过《再生铸造铝合金原料》标准制订，有利于优化再生铝资源的合理利用，有利于环境保护和降低能耗；增强再生铝原料的品质稳定性，从而提高再生铝产品质量和工艺稳定性；促进再生铝原料回收行业向规范化、精细化发展，规范预处理标准，淘汰落后产能；助推我国回收体系进一步完善，再生铝产业进一步升级。同时对原料进口行为合理规范管控，保障高品质再生原料的稳定进口。对于促进我国再生原料贸易规范，满足不断增长的金属铝生产使用需求，以及再生铝产业健康发展具有重要战略意义。

表9 GB/T 38472-2019《再生铸造铝合金原料》标准与国外标准技术指标对比分析

4 总结

GB/T 38472-2019《再生铸造铝合金原料》针对再生铸造铝合金原料的分类、外观、尺寸、化学成分、金属量及夹杂物做出详细准确的要求，同时，还规定了上述要求的试验方法、检查验收、检查结果的判定、标志、包装、运输、贮存及质量证明书，订货单（或合同）等内容，为后续铸造铝合金原料回收的国内外贸易提供了有效的依据，尤其是从国外进口的回收铝，更是给相关的检验部门提供详细的技术要求和检验方法，也利于规范回收公司的分类拆解等预处理行为，倒逼回收公司对其洁净度，化学成分、尺寸规格、包装方式以及其他技术要求等均进行严格的控制，从而提高再生铸造铝合金原料品质。再生铝产业发展是生态文明建设的重要内容，是实现绿色发展的重要手段，也是应对气候变化、保障生态安全的重要途径。推动铝资源回收产业健康持续发展，对转变发展方式，实现资源循环利用，将起到积极的促进作用。大力发展铝资源回收产业，对全面推进绿色制造、实现绿色增长，引导绿色消费也具有重要意义。同时将进一步完善我国废铝回收体系，规范再生铝原料的预处理、贸易和流通，扩充我国铝工业原料来源，为铝产业链带来经济效益提升。