向世界之巅勇毅前行的中国再生铝产业

再生铝是以废旧铝制品和工业生产过程中的铝废料为原料熔炼而成的铝及铝合金，又称二次铝。中国的现代化再生铝工业始于1956年哈尔滨铝加工厂（现在的东北轻合金有限责任公司）的投产。发展再生铝产业有利于环境保护和资源利用。据欧洲铝业协会（EA）的一份报告称：2018年欧洲原铝的碳足迹为8.6t CO2 eq/t Al，而再生铝的仅为0.5t CO2 eq/t。据日本铝业协会（JAS）称，与采用铝土矿提取原铝相比，回收再生废铝可节省90%以上的资源。

主要国家再生铝产量

综合世界金属统计和北京安泰科信息开发有限公司的数据，2020年全球再生铝产量约为17250kt，占全球铝产量（原铝＋再生铝）的20.6%，2011年—2020年全世界再生铝的年复合增长率为2.7%。从再生铝分布来看，日本、美国、中国和欧洲仍是再生铝生产的主要国家和地区，2020年这4个国家和地区再生铝产量占全球总产量的80%以上。美国、日本、德国、英国、法国等经济发达国家，由于铝生产和消费规模较大，蓄积的铝资源十分丰富，加之废弃物再生利用法规健全，废铝回收体系完善，各领域产生的废铝大都得到充分回收利用，目前这些国家的再生铝产业已进入成熟阶段，是全球主要的再生铝生产国和消费国，废铝在加工铝材生产中得到了较多的应用，有些加工铝材的废铝含量甚至超过90%，一些国家再生铝产量超过了原铝产量。中国在全球再生铝行业的影响力不断提升，在全球产量占比由2010年的33.5%增长到2020年的42.3%。

笔者认为，如果10年以来，一个国家或地区再生铝的产量或消费量复合增长率≤1%，就可以认为其产量或消费量已触到“天花板”了。再生铝的原料为废铝，大多数从社会上收购的废铝成分往往很复杂，混有塑料、橡胶、油漆、油料、木料、泥沙等，在冶炼前必须进行分类、解体、压团、破碎、筛分、干燥、预焚烧、脱脂、分选等预处理，再熔炼成为和原成分相同或组分更多的合金。

表1 2010年～2020年全球主要国家和地区

再生铝产量，kt

图片注：资料来源：WMBS、北京安泰科信息股份有限公司。

中国的再生铝工业

再生铝产业是随着原铝的提取和铝加工业的形成而伴生的，生产铝材总会或多或少产生废料，但要形成废铝产业却是几年以后或十几二十年以后的事。1919年，上海益泰信记铝器厂投产，利用进口铝板为怡和洋行冲压铝勺之类产品，然后扩大生产各种各样厨房器皿，产生的废料返回国外铝加工厂。1932年，上海华铝钢精厂投产（当时国内把铝叫钢精），用进口带坯生产铝箔，产生的废铝返回国外；1935年，华铝钢精厂熔铸车间和轧制车间投产，从此中国有了废铝循环利用系统。1956年，新中国首个大型现代化铝加工厂－哈尔滨加工厂，代号一〇一厂投产，第二年建了一个104车间，专门收集本厂的工艺废料，按合金分类贮存，有1台12t的燃气炉，贮有的废料除一部分用于配料外，其他的用本车间的燃气炉熔炼成有一定成分的再生铝合金，并铸成锭块。104车间不用旧废铝。

新中国首个再生铝专业厂大概是在1958年～1977年间，改善铝加工工业布局时期建设的；1978年～1985年，是中国铝加工工业振兴时期，建设了一批再生铝企业，特别是1986年以后是中国铝工业大发展时期，建成一批具有国际先进水平的再生铝企业。

根据公开数据，2021年中国再生铝产量为8300kt，建成产能15795kt，全国再生铝企业约1000余家，行业集中度极低，大部分为规模较小的企业；再生金属分会的数据显示，行业单厂最大产能为380kt/a，产能达到100kt/a的企业仅30家。笔者最近对中国再生铝情况做了一些调查与汇总：截至2022年12月25日，中国约有再生铝企业1150家。2020年—2022年，在建与投产的项目（企业）就有75家以上，其中，最大的单一项目是浙江新月控股集团有限公司（600kt/a）、广西南宁潮力有限公司（700kt/a）、广西平铝集团（800kt/a）、鑫铂股份有限公司天长市项目（700kt/a）、富远铝业有限公司（600kt/a）；这3年，在建与投产的生产能力≥100kt/a的项目有62家，占总项目的82%，也就是说几乎全是大项目。

2020年，中国再生铝产量7300kt，预计这一数字到2025年有可能达到9000kt。再生铝合金主要用于压铸造汽车结构件，如车轮、发动机零件等，立中集团是中国最大铝车轮制备企业之一，计划再生铝原料使用量比例将由目前的50%提高到80%以上，到2025年，低碳铝合金产量将提高到1200kt，铝合金产能达到1500kt/a，可减少碳排放13000kt。

由于新能源汽车的高速发展，对铝合金的需求越来越多。铝及铝合金材料已广泛用于汽车结构件和非结构件，特别是汽车动力和悬挂等零部件都在技术和应用上十分成熟，最突出的是发动机、缸体、汽缸头等铸件已全面铝化，已被全世界所有汽车厂所接受，过去用铸铁制造的零部件已全部换成了铝合金的，每kg铝可取代2.25kg～2.5kg铸铁。汽车铝化率的不断上升是对节能减排的巨大贡献。

新能源汽车的平均用铝量已超过225kg/辆，正在向着450kg/辆的“天花板”量奋楫笃行。电池系统也是汽车用铝量大的系统，用量以前所未有的速度向前发展，据韩国SNE研究中心发布的报告称，2022年全球电动汽车电池装机量比2021年增长了71.8%，安于混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车中的电池总量达到517.9GWh。在今后一段时间内，电动汽车在全球范围内会持续高速增长，道路上将满是混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车，其中，中国制造的可能达58%以上。SNE研究中心预测，2023年全球电动汽车电池装机量将达到创纪录的749GWh，或更高些。

资料显示，如果汽车质量下降100kg，那么，1.4L发动机提供的动力就如1.6L发动机。铝合金零部件除了有助于提高汽车的动力性和燃油经济性，同时也在平衡质量方面起重要作用。由于整车结构的需要，轿车发动机多为前置，造成汽车前重后轻。为了保证良好的操作稳定性和乘坐舒适性，必须平衡整车质量，铝合金是解决此问题的良好材料，如发动机盖、保险杠及发动机的一些零件改用铝合金制造，问题就可以得到较为圆满的解决。

据日本铝业协会的资料，2018年～2020年，日本汽车和摩托车制造业各种铝材的需求总量见表2，铝的总用量4826.2kt，铸件和压铸件总消费量3804.2kt，占78.82%；锻件总消费量92.1kt，占铝总消费量的1.91%；板带材消费量539.4kt，占铝总消费量的11.2%；挤压材总消费量399.4kt，占铝总消费量的8.28%。

表2 2018年～2020年日本汽车和摩托产业

对铝的需求，kt

不管是摩托车还是汽车，在用的铝合金件中，铸件和压铸件的用量最大，占2020年总用铝1388.3kt的77.4%，锻件的用量（28.7kt）最少，仅占2022年总用量的2.1%。

表3 2018年～2020年汽车、摩托车产业

对铝的需求，kt

向强国腾飞的中国再生铝工业

2023年，中国再生铝产量约8450kt，在今后10年内年复合增长率可达5%。中国再生铝工业主要不足之处是：闭环回收系统尚处于起步阶段，仅少数企业如明泰铝业有限公司、立中集团等全铝饮料罐制造企业进入了较为完善与完整的废铝闭环系统，估计约占废铝回收量的10%，高效的闭环回收系统大致可于2035年以后形成；废铝回收预处理不完善，得到妥善预处理的大概只有30%，当然也有做得好的，如上海新格集团、怡球公司等，预处理不好，有些废料不得不降级使用，2022年中国降级使用的铝废料约占废料总量的35%，在经济上不合算，废铝保级循环利用工作任重道远，需要突破下游关键工艺难点，进一步规范回收体系，加大研究发展力度，以获得更好的经济效益，汽车工业是铸造铝合金的最大应用者，在回收方面宜加强与他们的合作；免热处理铝合金是一类汽车用铸造铝合金，美国铝业公司、德国莱茵菲尔德铝业公司、特斯拉汽车公司等对此类合金早有研究，并形成了一批有专利的商标牌号合金，中国也在研究这类合金，但才迈出第一步，加大力度，奋力追赶，弯道超车之日就在眼前。

免热处理铸造铝属Al-Si系和Al-Mg系，是在现在合金基础上，对成分和工艺参数进行调整开发的，应立马申请专利，求得保护与推广应用。因此，免热处理铸造铝合金的研发可分两条路前行，一是在现有合金基础上做工作，二是开发新的合金，但需要上游材料企业、压铸厂、模具厂、整车厂通力合作，才能缩短研发周期，取得更好的经济效益。

由于免热处理铸造铝合金尚处于推广应用前期，又多用于制造大型一体化压铸件，所以合金是用原铝配制，但宜尽快转用再生铝，与提取原铝相比，生产1t再生铝相当于节约3.4t标准煤，节水14m3，减少固体废物排放20t。

免热处理铸造铝合金

免热处理是指不进行固溶（淬火）与时效处理，所以这类合金为1XX系、3XX系和5XX系铸造铝合金，用于铸造和压铸大型复杂铸件，过去需用几个或几十个零件组装的结构件，现在可用免热处理铝合金一体化压铸成一个复杂的大件取代，仅进行少量的必要的机械加工，不但经济效益提高了，性能也有所提高。大型一体化压铸免热处理（NHT，Non-Heat Treatable）铸造铝合金是美国铝业公司（Alcoa，以下简称美铝）研发的，而大型铸造（压铸）工艺和设备则是特斯拉公司（TESLA）的业绩，现在合金成分、铸造设备及工艺仍全部处于专利保护期。免热处理铸造铝合金及生产工艺主要是随着新能源汽车的壮大而兴起的，但早在2008年美铝就开发出免热处理铸造铝合金560，并用于铸造日产汽车公司GT-R型车的大尺寸车门零件，由德国索斯特公司生产，是当时尺寸最大的汽车零件，投影面积0.5m2；壁厚仅2mm～3mm，质量5.5kg，实现减重35%，是一种Al-Mg-Mn合金，在F状态下应用，其抗拉强度比AlSi10MnMg-T6合金的还大。

EZ Cast-NHT合金。美铝于2014年研制成4种汽车铸造铝合金：Supra Cast、EZ Cast、Versa Cast、Ever Cast。EZ Cast表示该合金有高流动性、良好的热稳定性和低的缩孔率，因而有优秀的可铸性能，同时其屈服强度和伸长率比传统合金的高。2019年，为适应大型压铸件市场的需求，美铝对EZ Cast系列合金进行了升级，专为免热处理进行了优化，推出EZ Cast NHT合金。

EZ Cast-NHT合金是一种Al-Mg系铸造铝合金，有两种：A152，约含3%Mg；另一种为A153，约含4%Mg。都有优秀的铸造性能，甚强的抗热裂性，F状态的力学性能与T5/Tb状态的Al-Si系压铸合金的相当，还有良好的铆接性能。EZ Cast-NHT系列合金非常适合于高压铸造，用于制造形状复杂且要求高性能的汽车结构件，如减震塔、横梁、电池托盘、框架节点、电机外壳等。