再生铝应用与发展前景分析

韩正英,曹 樱

(中色科技股份有限公司,河南 洛阳 471039)

1 再生铝的特点

铝根据来源不同,可以分为电解铝和再生铝两大类。电解铝是高碳排放行业,2021年中国电解铝行业二氧化碳总排放量约为4.38亿t,约占全社会二氧化碳净排放总量的5%。从全球来看,电解铝行业产生的碳排放量占全球总碳排放量比例超过3%。同时,电解铝又是高耗能行业。虽然电解铝生产所需能源多样,亚洲、大洋洲和非洲地区的电解铝厂以火力发电为主,欧洲、南美洲电解铝厂以水电为主,中东地区以天然气发电为主。但随着国际能源波动,以及“双碳”“绿色”概念的深入推进,传统电解铝行业的发展遇到瓶颈。近期,随着俄气断供、欧洲能源危机愈演愈烈,欧洲当地的电解铝企业正面临着前所未有的“生存危机”。欧洲最大铝冶炼厂法国敦刻尔克铝业公司虽然主要采用核电能源,但仍在2022年9月初宣布减产22%,成为电价飙升引发的减产浪潮中的最新一例。

相比电解铝,再生铝作为铝产品的另一种来源,更符合科学、绿色、环保、可持续的发展理念,再生铝具有以下优势:

(1)节能减排。与生产等量的电解铝相比,生产1t再生铝,节约3.4t标准煤,节水14m3,减少固体废物排放20t。2022年,中国再生铝产量782万t,相当于节能2658t标煤,节水1亿m3,减少固体废物排放1.5亿t。

(2)可循环利用率高。国际铝协近期对铝、玻璃和塑料(PET) 三种饮料容器材料的回收性能进行了对比分析[1]。虽然尚没有哪一种饮料容器包装材料具备充分循环再利用的潜力,但在被评估的五个国家或地区中,铝在废物管理系统的各环节都优于其它两种材料。铝罐在回收再利用过程中损耗最小,是回收率最高的一次性饮料容器。三种材料的综合回收率分别为铝罐90%,玻璃67%,塑料(PET)66%。

铝罐的综合回收率(包括分选、再处理和热处理)为90%,每三个使用过的铝罐中就有一个在最短60d内经过回收处理后重新回到货架,剩余两个中的一个被回收制成其它产品。铝罐回收若采用废铝高效处理系统,可进一步减少损耗。

(3)经济性好。再生铝项目主要由预处理和熔炼工艺组成,所需生产设备与电解工艺相比较为简单,固定资产投资较小、生产成本低,具有显著的经济性。

2 中国再生铝发展现状

随着我国供给侧改革的不断深入和双碳目标的持续发力,国内电解铝总产能天花板基本确定为4500万t。2022年中国电解铝建成产能约4300万t,已逼近天花板红线。面对电解铝产能“天花板”,发展再生铝产业既是解决铝工业发展资源的重要途径,也是实现铝行业碳减排目标的主要途径。近年来,中国再生铝产量持续上升,由2018的725万t增长到2022年782万t(图1)。2021年7月1日,国家发改委发布的《关于印发“十四五”循环经济发展规划的通知》中指出,到2025年中国再生铝产能将达到1150万t,再生铝产业将进入快速发展阶段。

图1 2018-2022年中国再生铝产量统计

与此同时,中国再生铝与国外发达国家相比仍有较大差距,主要表现在:中国再生铝产量仍然仅占铝产量的20%,远远落后于发达国家;中国再生铝企业大部分规模较小,主要以民营和外资(合资)企业为主,市场集中度较低;中国再生铝主要应用于初级产品和中间产品,产品结构需要进一步升级;中国再生铝产业还将面临着产能规模的扩大与废铝资源供应短缺之间的矛盾。

3 世界再生铝发展现状

近年来全球再生铝产量也呈现快速发展,2022年全球电解铝产量达6928万t,再生铝产量约3500万t,占比50.5%。发达国家的再生铝工业发展相对成熟,再生铝已成为欧美等国家铝工业发展的重要组成部分。其中,日本从上世纪 90 年代开始,通过政府倡导再生利用,制定并实施了各种相关政策, 再生铝产量占比已经接近100%。美国再生铝产量占比接近 80%, 欧洲接近 60%,均居于全球较高水平。发达国家再生铝工业优势主要表现为: 废铝回收体系完善, 再生回收率高; 废铝同级利用水平较高, 废铝回收利用可以做到同产品、 同品级专业化回收利用, 很少降级使用;再生铝的工艺装备自动化程度高,工艺技术先进。

主要发达经济体的再生铝行业发展已经从片面的废物管理转向构建完整闭环产业链。从产品端开始,鼓励设计更方便回收的产品,为后续回收打下良好基础。在回收端,通过改进资源回收、分类技术及体系、限制废料资源出口,保障原料供应。在技术端,鼓励各类支持产业链的技术创新。

其它主要发展中国家也在快速发展再生铝行业。以印度为例,印度2021年电解铝产量为377万t,再生铝产量约为60万t,占比16%。预计在五年内,印度的再生铝将会增加到每年100万t。

4 再生铝的发展前景

(1)再生铝产量逐年上升。国际铝业协会数据显示,随着全球铝冶炼产能过剩问题开始凸显,再生铝行业将进入黄金发展时期,产量逐年提高。预计2023-2027年,全球再生铝行业产量年均复合增长率将保持在5%左右,到2027年有望超过5100万t[2]。

(2)再生铝技术不断革新。再生铝生产工艺主要包括前处理和熔炼。其中,前处理工艺主要包括喂料、破碎、分选、清洗、干燥,输送;分选工艺包括磁选、涡选、浮选、色选等。废铝的分选处理是提高废铝再生质量的关键,也是能否实现废铝料保级利用的关键。未来预处理的发展是最高程度的自动化、高效化、节能化的生产模式,实现更为精细化的分选水平,提高废铝的回收率和利用率。

熔炼根据原料类型,主要采用回转炉、侧井炉和双室炉,如图2所示。双室炉最初主要用于处理挤压废料,随着技术发展,目前可以处理多种规格的废铝,包括含有橡胶、塑料、表面含漆含油的废铝。经过分选和预处理的废铝可以直接加入双室炉进行重熔。

(a)回转炉 (b)侧井炉 (c)双室炉

双室炉搭配搅拌泵(电磁泵或机械泵)是综合性能最佳的废铝回收方式,主要技术特点是:由于控制炉内为还原性气氛,且废料不与火焰直接接触,从而大大降低了氧化损耗,金属烧损少;采用了先进的蓄热技术和废气燃烧技术,对废脏料燃烧时产生的废气进行二次燃烧,大大降低了燃料用量,热效率较高、能耗低;可装废料种类多、范围大。

目前国内工业炉生产企业的双室炉已经达到世界先进水平,可以设计制造最大120t双室炉。

(3)再生铝应用更加多样。再生铝在国内大部分还是以再生铝锭为主,降级使用普遍,废旧变形铝合金的同级使用尚处于探索阶段。国内目前不少回收的变形铝合金降低档次变成铸造铝合金,产品附加值低,降低了回收价值。而国外成熟企业同级利用水平较高,开发了针对再生铝的新合金和生产工艺。如Novelis公司开发出了针对罐料回收的新合金Evercan,开发了针对汽车板回收的新合金RC5754。美铝正在加大对高品质再生铝材料(2xxx、7xxx系大扁锭和圆锭)、工艺、新技术装备的研发,朝航空航天领域进军。

国内企业也在针对中国市场特点,加大科技投入,逐步赶上欧美新进水平。例如,中国的5G技术领先世界,随着5G信号在中国完全覆盖,5G基站数量将是4G基站数量的4～5倍,需要约2400万个5G基站。5G基站以其特殊性,无法使用强制冷却,只能通过箱体材料本身散去热量。国内企业已经研发出高性能再生铝合金新材料,应用于生产5G基站材料以及其它电子通信产业。

5 结束语

在“双碳”背景以及限制“两高”政策下,加快发展再生铝行业,可以有效节约资源,减少对铝矿资源的依赖,具有重大的经济、社会和环境价值,再生铝行业将再次迎来高速发展期。