供應廢鋁的進出口
中國是全球最大的廢鋁凈進口國,與進口量相比,出口量可忽略不計。根據海關的歷年年報,中國從1990年起進口量超過5kt(進口5.490kt)到2011年進口2685.733kt止,這22年共進口廢鋁21134.609kt,平均進口量960.66kt/a;出口140.016kt,平均出口6.364kt/a,凈進口總量20994.593kt;平均凈進口量954.3kt/a。這期間凈進口量的年平均增長率為70.69%。
在1990~2011年期間廢鋁凈進口量的年平均率這么大,說明中國對鋁的需求旺盛,說明中國經濟處于持續高速發展期。2011年廢鋁的凈進口量呈負增長(-5.90%),這也是一個標志性的數字,至少說明兩點:一是中國GDP上升速度開始放緩,二是中國可回收的廢鋁增加。
可回收的廢鋁知多少
鋁及鋁合金廢料通稱廢鋁。在國民經濟建設用的金屬中,鋁的可回收性是最高的,這有四方面的意思,一是說鋁有很強的抗腐蝕性能,在大氣中幾乎不發生腐蝕,僅在其表面形成一層薄若蟬翼的氧化鋁膜,實際上這層氧化鋁膜比蟬翼還薄,其厚度僅約5nm(納米),其質量可忽略不計,同時它很致密,氧透不過,既能阻擋氧進入,也就是說一旦形成就會保護鋁不再發生氧化反應,它的形成速度極快,“新鮮”的鋁一暴露于大氣中,就會立馬與氧發生氧化反應,形成氧化膜。如果鋁上的氧化膜被破壞,會在瞬間形成如故的新膜,這就是說鋁及鋁合金的表面氧化膜有很強的“自愈”能力;二是說廢鋁在復化的重熔過程中的能耗低,燒損少,廢鋁在重熔過程中的能耗相當于原鋁提取總能耗(鋁土礦開采、氧化鋁提取、原鋁生產能耗總和)的5%左右,即約870kWt(t再生鋁);排放的廢棄物還不到原鋁提取的1/25,社會效益十分顯著,提取1t氧化鋁需要2t鋁土礦,產生固態廢棄物——赤泥約1t,赤泥雖不是有毒物質,卻是有害的,是一種堿性物質,含堿物滲入農田進入水系,會造成危害,污染環境,同時存放它需要很大空間,需要筑壩圍堵,一旦潰壩,后果不堪設想,同時需占有大片寶貴的農田資源,在氧化鋁提取過程中需消耗大量的水,排出的水都受到不同程度的污染,電解鋁時,生產1t原鋁需消耗約450kg炭素,炭變成CO2與CO,以溫室氣體形式排入大氣,電解生產鋁時還會排放含氟氣體,雖然這些氧化物大部分得到回收,但是還有不可忽視的量排入大氣,會造成危害,因為氟化物有毒,而廢鋁以天然氣或柴油重熔時僅放出CO2,若燃燒不完全還會釋放少量的CO,但它們的量比電解時排放的少得多;四是用現代化技術與裝備生產的再生鋁品質可完全與原鋁的品質相當,例如用廢建筑鋁材熔煉的6063合金錠完全可用于擠壓新的6063合金建筑型材,用廢舊電線熔煉的導電鋁合金壓各項指標方面與用Al99.7E重熔用錠生產的無任何差別。
首頁末頁鋁材投入使用后的服役期限長短不一,長的如建筑及結構的使用期限可長達五六十年或更長時間,短的如啤酒及飲料罐投入市場四五十天就可開始逐漸得到回收。如果中國的平均回收期按18年計算,同時可回收率按72%估算,則1t鋁在使用500年后還剩約100g,可見鋁是“生命周期最長的金屬,是可回收最強的金屬,是再生效益最大的金屬,真不愧是“壽比南山的”最長壽的金屬。
鋁的可回收率為什么按72%計算呢?這是筆者長期工作得出的一個數字,雖不能很精確,但作為估算與作為宏觀監控還是不離譜的。因為有些鋁的投入使用后就煙消云散,再也收不回來了。那些鋁無法收回呢?做鞭炮、燃料、油漆等的鋁粉;制造藥品、化工產品、凈水劑等的鋁;煉鋼作為脫氧劑的鋁;冶金中作為合金元素的鋁,在制備鎂合金、鋁青銅、鈦合金、高溫鋼、鋅合金時都要消費相當多的鋁;包裝藥物與食品、有些飲料(啤酒封等)、化妝品等用的雙零鋁箔等;制造炮彈、燃燒彈等用的鋁;制造航天器用的一部分鋁;三片罐的是拉蓋與易撕蓋;與鋼鑄鐵及其他材料連接無法拆卸的小鋁件;熔煉過程燒損的鋁;鋁材加工過程中損耗的鋁,如平軋時磨下的鋁粉,擠壓煮模損失的鋁,表面處理蝕洗的鋁與轉化、陽極氧化的鋁,鋼板、鋼帶鍍鋁或鋁-鋅合金消費的鋁等等。筆者經過細致的處理與評估之后得出鋁在一次使用周期可回收的鋁為72%的可供參考與使用的數據。
這72%的廢鋁是指可以回收的并不是實際回收率,實際回收率比此數小得多,筆者認為全世界的實際回收率為60%。實際回收率依時間、地區、國家與地點而定,發達國家的回收率對某一種產品的可能高一些,而對另一種產品又可能低一些,總體來說,發展中國家較高。例如就全鋁易拉罐的回收率來說,美國的只不過60%左右(2011年),巴西的80%以上,瑞典的92%,中國的則在99%左右。據筆者調查,在中國有四五道回收關,家庭回收、小孩回收、拾荒者回收(拾荒者至少有三撥)。從理論上講,易拉罐的可回收率應為98%以上,可是實際回收率不會超過75%,因為美國消費了全球50%以上的易拉罐,而它的實際回收率甚低。
再生鋁生產工藝
中國近期及今后相當長的時期內,生產再生鋁及鋁合金用的廢鋁來源有兩方面,一是從國外進口的,這是主要方面,進口廢鋁就是進口資源與能源,就是在節能減排,就是在保護環境,何樂而不為呢!二是國內回收的廢鋁,由于社會上積蓄的鋁還不多,鋁制零部件的報廢高潮期尚未到來,所以回收的廢鋁還遠不能滿足國內經濟建設的需要。
由于廢鋁的成分復雜,還受到不同程度的污染,因此再生鋁的生產工藝與以重熔用鋁錠為原料生產變形鋁合金與鑄造鋁合金的工藝有很大不同,更要復雜些,生產流程也更長一些。
再生鋁生產工藝流程的第一步就是分選歸類又稱預處理,分選得越細,歸類得越準確,再生鋁的化學成分就會越精確,經濟效益也就越高,因此分選歸類就成為再生鋁生產極為重要的一道關鍵工序。分選歸類的原則與目的是,去除廢鋁中混雜的其他金屬與非金屬;二是按成分或合金牌號分類,使廢鋁成分得到充分利用;三是將廢料的油污、涂料、水分等清除干盡,使廢鋁完全符合入爐條件;四是使廢鋁中的鋁得到最經濟最合理的利用。
國外廢鋁的預處理已機械化、自動化,但國內的預處理技術還十分簡單與落后,即使大型的再生鋁廠與合資企業也沒有比較先進的技術,幾乎全部靠人工分選歸類,分選人員占企業人員的50%以上,使用的工具是磁鐵、鋼銼,憑的是經驗與眼力,效率低,質量也不盡如人意,成本雖然也有些優勢,但已無進一步較大提高效率的潛力,因此,應采用先進的成熟的預處理技術。
先進的預處理技術就是在機械化自動化的生產線上對廢鋁進行分選,能高效地分出非金屬物質與非鋁的其他金屬,能將廢鋁大體上按合金系甚至按合金牌號分類。目前先進的廢雜鋁預處理技術主要有:
風選法。此法的主要功能是去除廢紙、廢塑料和塵土等,工藝簡單,能夠高效地分離密度小的輕質廢料,但生產上應有強力的灰塵收集系統,避免揚灰污染環境,分離的廢紙、廢塑料等可作為燃料。
磁選法。用磁選設備分離廢鋁中有磁性的廢鋼鐵等,鐵是鋁及鋁合金中的最有害的雜質之一,應在預選工序最大限度地去掉。磁選設備形式多樣,比較簡單投資少的是傳送帶的十字交叉法。傳送帶上的廢鋁沿橫向運動,當進入磁場之后廢鋼鐵被吸起離開橫向皮帶,立即被縱向帶吸起,運轉的縱向帶離開磁場后,廢鋼鐵失去磁性而自動落入收集箱。此法處理的廢鋁料不宜過火,大塊廢料在破碎后方可進行磁選。
浮選法。大都以水為介質,可以分離其密度比水的低的輕質雜質如廢塑料、木頭、橡膠等輕物質,泥土可溶于水。主要設備是螺旋式推進器,廢鋁被其推出,污水進入沉淀池。