再生鋁是以廢舊鋁制品和工業(yè)生產(chǎn)過程中的鋁廢料為原料熔煉而成的鋁及鋁合金，又稱二次鋁。中國的現(xiàn)代化再生鋁工業(yè)始于1956年哈爾濱鋁加工廠（現(xiàn)在的東北輕合金有限責(zé)任公司）的投產(chǎn)。發(fā)展再生鋁產(chǎn)業(yè)有利于環(huán)境保護(hù)和資源利用。據(jù)歐洲鋁業(yè)協(xié)會（EA）的一份報告稱：2018年歐洲原鋁的碳足跡為8.6t CO2 eq/t Al，而再生鋁的僅為0.5t CO2 eq/t。據(jù)日本鋁業(yè)協(xié)會（JAS）稱，與采用鋁土礦提取原鋁相比，回收再生廢鋁可節(jié)省90%以上的資源。
主要國家再生鋁產(chǎn)量
綜合世界金屬統(tǒng)計和北京安泰科信息開發(fā)有限公司的數(shù)據(jù)，2020年全球再生鋁產(chǎn)量約為17250kt，占全球鋁產(chǎn)量（原鋁＋再生鋁）的20.6%，2011年—2020年全世界再生鋁的年復(fù)合增長率為2.7%。從再生鋁分布來看，日本、美國、中國和歐洲仍是再生鋁生產(chǎn)的主要國家和地區(qū)，2020年這4個國家和地區(qū)再生鋁產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的80%以上。美國、日本、德國、英國、法國等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，由于鋁生產(chǎn)和消費(fèi)規(guī)模較大，蓄積的鋁資源十分豐富，加之廢棄物再生利用法規(guī)健全，廢鋁回收體系完善，各領(lǐng)域產(chǎn)生的廢鋁大都得到充分回收利用，目前這些國家的再生鋁產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入成熟階段，是全球主要的再生鋁生產(chǎn)國和消費(fèi)國，廢鋁在加工鋁材生產(chǎn)中得到了較多的應(yīng)用，有些加工鋁材的廢鋁含量甚至超過90%，一些國家再生鋁產(chǎn)量超過了原鋁產(chǎn)量。中國在全球再生鋁行業(yè)的影響力不斷提升，在全球產(chǎn)量占比由2010年的33.5%增長到2020年的42.3%。
筆者認(rèn)為，如果10年以來，一個國家或地區(qū)再生鋁的產(chǎn)量或消費(fèi)量復(fù)合增長率≤1%，就可以認(rèn)為其產(chǎn)量或消費(fèi)量已觸到“天花板”了。再生鋁的原料為廢鋁，大多數(shù)從社會上收購的廢鋁成分往往很復(fù)雜，混有塑料、橡膠、油漆、油料、木料、泥沙等，在冶煉前必須進(jìn)行分類、解體、壓團(tuán)、破碎、篩分、干燥、預(yù)焚燒、脫脂、分選等預(yù)處理，再熔煉成為和原成分相同或組分更多的合金。
表1 2010年～2020年全球主要國家和地區(qū)
再生鋁產(chǎn)量，kt
圖片注：資料來源：WMBS、北京安泰科信息股份有限公司。
中國的再生鋁工業(yè)
再生鋁產(chǎn)業(yè)是隨著原鋁的提取和鋁加工業(yè)的形成而伴生的，生產(chǎn)鋁材總會或多或少產(chǎn)生廢料，但要形成廢鋁產(chǎn)業(yè)卻是幾年以后或十幾二十年以后的事。1919年，上海益泰信記鋁器廠投產(chǎn)，利用進(jìn)口鋁板為怡和洋行沖壓鋁勺之類產(chǎn)品，然后擴(kuò)大生產(chǎn)各種各樣廚房器皿，產(chǎn)生的廢料返回國外鋁加工廠。1932年，上海華鋁鋼精廠投產(chǎn)（當(dāng)時國內(nèi)把鋁叫鋼精），用進(jìn)口帶坯生產(chǎn)鋁箔，產(chǎn)生的廢鋁返回國外；1935年，華鋁鋼精廠熔鑄車間和軋制車間投產(chǎn)，從此中國有了廢鋁循環(huán)利用系統(tǒng)。1956年，新中國首個大型現(xiàn)代化鋁加工廠－哈爾濱加工廠，代號一〇一廠投產(chǎn)，第二年建了一個104車間，專門收集本廠的工藝廢料，按合金分類貯存，有1臺12t的燃?xì)鉅t，貯有的廢料除一部分用于配料外，其他的用本車間的燃?xì)鉅t熔煉成有一定成分的再生鋁合金，并鑄成錠塊。104車間不用舊廢鋁。
新中國首個再生鋁專業(yè)廠大概是在1958年～1977年間，改善鋁加工工業(yè)布局時期建設(shè)的；1978年～1985年，是中國鋁加工工業(yè)振興時期，建設(shè)了一批再生鋁企業(yè)，特別是1986年以后是中國鋁工業(yè)大發(fā)展時期，建成一批具有國際先進(jìn)水平的再生鋁企業(yè)。
根據(jù)公開數(shù)據(jù)，2021年中國再生鋁產(chǎn)量為8300kt，建成產(chǎn)能15795kt，全國再生鋁企業(yè)約1000余家，行業(yè)集中度極低，大部分為規(guī)模較小的企業(yè)；再生金屬分會的數(shù)據(jù)顯示，行業(yè)單廠最大產(chǎn)能為380kt/a，產(chǎn)能達(dá)到100kt/a的企業(yè)僅30家。筆者最近對中國再生鋁情況做了一些調(diào)查與匯總：截至2022年12月25日，中國約有再生鋁企業(yè)1150家。2020年—2022年，在建與投產(chǎn)的項目（企業(yè)）就有75家以上，其中，最大的單一項目是浙江新月控股集團(tuán)有限公司（600kt/a）、廣西南寧潮力有限公司（700kt/a）、廣西平鋁集團(tuán)（800kt/a）、鑫鉑股份有限公司天長市項目（700kt/a）、富遠(yuǎn)鋁業(yè)有限公司（600kt/a）；這3年，在建與投產(chǎn)的生產(chǎn)能力≥100kt/a的項目有62家，占總項目的82%，也就是說幾乎全是大項目。
2020年，中國再生鋁產(chǎn)量7300kt，預(yù)計這一數(shù)字到2025年有可能達(dá)到9000kt。再生鋁合金主要用于壓鑄造汽車結(jié)構(gòu)件，如車輪、發(fā)動機(jī)零件等，立中集團(tuán)是中國最大鋁車輪制備企業(yè)之一，計劃再生鋁原料使用量比例將由目前的50%提高到80%以上，到2025年，低碳鋁合金產(chǎn)量將提高到1200kt，鋁合金產(chǎn)能達(dá)到1500kt/a，可減少碳排放13000kt。
由于新能源汽車的高速發(fā)展，對鋁合金的需求越來越多。鋁及鋁合金材料已廣泛用于汽車結(jié)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)件，特別是汽車動力和懸掛等零部件都在技術(shù)和應(yīng)用上十分成熟，最突出的是發(fā)動機(jī)、缸體、汽缸頭等鑄件已全面鋁化，已被全世界所有汽車廠所接受，過去用鑄鐵制造的零部件已全部換成了鋁合金的，每kg鋁可取代2.25kg～2.5kg鑄鐵。汽車鋁化率的不斷上升是對節(jié)能減排的巨大貢獻(xiàn)。
新能源汽車的平均用鋁量已超過225kg/輛，正在向著450kg/輛的“天花板”量奮楫篤行。電池系統(tǒng)也是汽車用鋁量大的系統(tǒng)，用量以前所未有的速度向前發(fā)展，據(jù)韓國SNE研究中心發(fā)布的報告稱，2022年全球電動汽車電池裝機(jī)量比2021年增長了71.8%，安于混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車中的電池總量達(dá)到517.9GWh。在今后一段時間內(nèi)，電動汽車在全球范圍內(nèi)會持續(xù)高速增長，道路上將滿是混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車，其中，中國制造的可能達(dá)58%以上。SNE研究中心預(yù)測，2023年全球電動汽車電池裝機(jī)量將達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的749GWh，或更高些。
資料顯示，如果汽車質(zhì)量下降100kg，那么，1.4L發(fā)動機(jī)提供的動力就如1.6L發(fā)動機(jī)。鋁合金零部件除了有助于提高汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，同時也在平衡質(zhì)量方面起重要作用。由于整車結(jié)構(gòu)的需要，轎車發(fā)動機(jī)多為前置，造成汽車前重后輕。為了保證良好的操作穩(wěn)定性和乘坐舒適性，必須平衡整車質(zhì)量，鋁合金是解決此問題的良好材料，如發(fā)動機(jī)蓋、保險杠及發(fā)動機(jī)的一些零件改用鋁合金制造，問題就可以得到較為圓滿的解決。
據(jù)日本鋁業(yè)協(xié)會的資料，2018年～2020年，日本汽車和摩托車制造業(yè)各種鋁材的需求總量見表2，鋁的總用量4826.2kt，鑄件和壓鑄件總消費(fèi)量3804.2kt，占78.82%；鍛件總消費(fèi)量92.1kt，占鋁總消費(fèi)量的1.91%；板帶材消費(fèi)量539.4kt，占鋁總消費(fèi)量的11.2%；擠壓材總消費(fèi)量399.4kt，占鋁總消費(fèi)量的8.28%。
表2 2018年～2020年日本汽車和摩托產(chǎn)業(yè)
對鋁的需求，kt
不管是摩托車還是汽車，在用的鋁合金件中，鑄件和壓鑄件的用量最大，占2020年總用鋁1388.3kt的77.4%，鍛件的用量（28.7kt）最少，僅占2022年總用量的2.1%。
表3 2018年～2020年汽車、摩托車產(chǎn)業(yè)
對鋁的需求，kt
向強(qiáng)國騰飛的中國再生鋁工業(yè)
2023年，中國再生鋁產(chǎn)量約8450kt，在今后10年內(nèi)年復(fù)合增長率可達(dá)5%。中國再生鋁工業(yè)主要不足之處是：閉環(huán)回收系統(tǒng)尚處于起步階段，僅少數(shù)企業(yè)如明泰鋁業(yè)有限公司、立中集團(tuán)等全鋁飲料罐制造企業(yè)進(jìn)入了較為完善與完整的廢鋁閉環(huán)系統(tǒng)，估計約占廢鋁回收量的10%，高效的閉環(huán)回收系統(tǒng)大致可于2035年以后形成；廢鋁回收預(yù)處理不完善，得到妥善預(yù)處理的大概只有30%，當(dāng)然也有做得好的，如上海新格集團(tuán)、怡球公司等，預(yù)處理不好，有些廢料不得不降級使用，2022年中國降級使用的鋁廢料約占廢料總量的35%，在經(jīng)濟(jì)上不合算，廢鋁保級循環(huán)利用工作任重道遠(yuǎn)，需要突破下游關(guān)鍵工藝難點(diǎn)，進(jìn)一步規(guī)范回收體系，加大研究發(fā)展力度，以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，汽車工業(yè)是鑄造鋁合金的最大應(yīng)用者，在回收方面宜加強(qiáng)與他們的合作；免熱處理鋁合金是一類汽車用鑄造鋁合金，美國鋁業(yè)公司、德國萊茵菲爾德鋁業(yè)公司、特斯拉汽車公司等對此類合金早有研究，并形成了一批有專利的商標(biāo)牌號合金，中國也在研究這類合金，但才邁出第一步，加大力度，奮力追趕，彎道超車之日就在眼前。
免熱處理鑄造鋁屬Al-Si系和Al-Mg系，是在現(xiàn)在合金基礎(chǔ)上，對成分和工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整開發(fā)的，應(yīng)立馬申請專利，求得保護(hù)與推廣應(yīng)用。因此，免熱處理鑄造鋁合金的研發(fā)可分兩條路前行，一是在現(xiàn)有合金基礎(chǔ)上做工作，二是開發(fā)新的合金，但需要上游材料企業(yè)、壓鑄廠、模具廠、整車廠通力合作，才能縮短研發(fā)周期，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
由于免熱處理鑄造鋁合金尚處于推廣應(yīng)用前期，又多用于制造大型一體化壓鑄件，所以合金是用原鋁配制，但宜盡快轉(zhuǎn)用再生鋁，與提取原鋁相比，生產(chǎn)1t再生鋁相當(dāng)于節(jié)約3.4t標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)水14m3，減少固體廢物排放20t。
免熱處理鑄造鋁合金
免熱處理是指不進(jìn)行固溶（淬火）與時效處理，所以這類合金為1XX系、3XX系和5XX系鑄造鋁合金，用于鑄造和壓鑄大型復(fù)雜鑄件，過去需用幾個或幾十個零件組裝的結(jié)構(gòu)件，現(xiàn)在可用免熱處理鋁合金一體化壓鑄成一個復(fù)雜的大件取代，僅進(jìn)行少量的必要的機(jī)械加工，不但經(jīng)濟(jì)效益提高了，性能也有所提高。大型一體化壓鑄免熱處理（NHT，Non-Heat Treatable）鑄造鋁合金是美國鋁業(yè)公司（Alcoa，以下簡稱美鋁）研發(fā)的，而大型鑄造（壓鑄）工藝和設(shè)備則是特斯拉公司（TESLA）的業(yè)績，現(xiàn)在合金成分、鑄造設(shè)備及工藝仍全部處于專利保護(hù)期。免熱處理鑄造鋁合金及生產(chǎn)工藝主要是隨著新能源汽車的壯大而興起的，但早在2008年美鋁就開發(fā)出免熱處理鑄造鋁合金560，并用于鑄造日產(chǎn)汽車公司GT-R型車的大尺寸車門零件，由德國索斯特公司生產(chǎn)，是當(dāng)時尺寸最大的汽車零件，投影面積0.5m2；壁厚僅2mm～3mm，質(zhì)量5.5kg，實現(xiàn)減重35%，是一種Al-Mg-Mn合金，在F狀態(tài)下應(yīng)用，其抗拉強(qiáng)度比AlSi10MnMg-T6合金的還大。
EZ Cast-NHT合金。美鋁于2014年研制成4種汽車鑄造鋁合金：Supra Cast、EZ Cast、Versa Cast、Ever Cast。EZ Cast表示該合金有高流動性、良好的熱穩(wěn)定性和低的縮孔率，因而有優(yōu)秀的可鑄性能，同時其屈服強(qiáng)度和伸長率比傳統(tǒng)合金的高。2019年，為適應(yīng)大型壓鑄件市場的需求，美鋁對EZ Cast系列合金進(jìn)行了升級，專為免熱處理進(jìn)行了優(yōu)化，推出EZ Cast NHT合金。
EZ Cast-NHT合金是一種Al-Mg系鑄造鋁合金，有兩種：A152，約含3%Mg；另一種為A153，約含4%Mg。都有優(yōu)秀的鑄造性能，甚強(qiáng)的抗熱裂性，F(xiàn)狀態(tài)的力學(xué)性能與T5/Tb狀態(tài)的Al-Si系壓鑄合金的相當(dāng)，還有良好的鉚接性能。EZ Cast-NHT系列合金非常適合于高壓鑄造，用于制造形狀復(fù)雜且要求高性能的汽車結(jié)構(gòu)件，如減震塔、橫梁、電池托盤、框架節(jié)點(diǎn)、電機(jī)外殼等。
