废铝再生利用技术的发展与应用■ 文/孙德勤常熟理工学院铝及铝合金密度小、比强度高、耐腐蚀性和抗氧化性好，易于加工和再生利用，被广泛应用于建筑、运输、国防、包装等行业和日常生活领域。
近年来中国铝产量突飞猛进，消费量以年平均增长率为7.2%的速度增加，已成为全球最大铝消费国。
然而，我国的铝土矿资源却很匮乏，目前铝土矿可开采年限不足30年[1]。
因此，不断扩大的市场需求与相对贫乏的铝矿资源已成为我国铝业未来发展的瓶颈环节，这一矛盾促进了中国再生铝工业的迅速发展。
随着对资源的需求越来越大，发展循环经济、提高再生铝的利用率，已成为世界发达国家铝生产的必然趋势。
日本、意大利、美、德等国再生铝占原生铝的比例已超过50%。
2007年，我国再生铝产量达到275万t，比2006年增长了17%，但只占原生铝产量的21.9%，远远低于发达国家平均水平[2]。
发展循环经济是可持续发展的必然选择，再生铝产业作为绿色产业可以成为发展中国循环经济的突破口，应作为我国铝行业下一步发展的重点。
一、废铝回收与再生技术的发展现状1.世界铝再生的现状再生铝行业是世界铝工业的必要组成部分，是世界铝工业可持续发展不可缺少的资源，是有着巨大市场潜力和发展前景的行业，正因如此，废旧铝的回收与再生已成为世界各国十分重视的工作，并已成为一项重要的产业。
再生铝在主要发达国家铝生产中的地位日益突出，发达国家原铝与再生铝的占有比已接近或超出1:1[3]，如美国2001年的再生铝为298.2万t，已超过了原铝产量。
目前，美国、日本、德国、法国、英国、意大利等工业发达国家，平均再生铝消费量为铝总消费量的50%以上，日本高达90%以上。
以废旧易拉罐回收为例，2007年全球罐料带材消费量为375万t，回收量为200万t，回收率平均为53.3%，其中美国约为51%、日本60%、巴西94%[4]。
为了提高铝再生的经济效益，世界上先进发达国家的企业不断研究回收率高、烧损少、节约能源、污染小、产品质量好的、先进的铝再生工艺，其中比较有代表性的有流化床法和脉冲雾化回收法[5]。
流化床法是由加拿大铝业公司开发的，它可以处理各种废杂铝，并且回收效率高、节约能源、排放物少。
脉冲雾化回收法主要用于回收废汽车件，其优点是成本低廉、能耗与雾化气体消耗量低，适合用于高合金化的复杂铝合金再生。
目前，世界再生铝行业的主要产品主要是铸造件，而对于利用废铝再生技术生产变形铝合金的技术也是目前各国重点研究与开发的方向。
国外大型的铝业集团公司正在加大对高品质再生铝材料、再生铝工艺和新技术新设备的研究与开发，如海德鲁北美公司对其再生变形铝合金生产厂进行技术改造后，再生铝的质量已达到原生铝的水平。
业内人士预测，到2030年，将会有15%～20%的再生铝应用于高端科技领域[6]。
采用先进生产工艺、提高技术水平是世界再生铝行业的主要发展趋势。
目前发达国家已形成完善的废杂铝收集、管理、分检系统，适应不断扩大的市场需求，发达国家在生产中不断推出新的技术创新举措，如低成本的连续熔炼和处理工艺、使低品位废杂铝升级的工艺等，已能大量制造供铸造、压铸、轧制及作母合金用的再生铝锭，最大的铸锭重13.5t。
这对我们国家应该是一个非常好的启示。
2.我国再生铝的技术现状我国铝再生起步较晚，目前还处在初级阶段。
虽然我国是铝生产和消费大国，但废铝的回收利用并未标准化、规范化[7]，再生铝生产还存在许多问题。
(1)再生铝企业规模小，技术力量薄弱据调查，目前我国大大小小的再生铝生产厂约有2000多家，大部分铝再生企业是家庭作坊式小企业，规模小，没有形成规模化的产业群。
同国外再生铝企业平均年产5万t的规模相比，中国目前再生铝企业的生产规模确实小，平均年产只有50t左右；我国好多废铝回收企业采用 “土法”熔炼，工艺落后、技术力量薄弱、技术含量低、工人劳动强度大、生产率低、铝烧损大，铝的实际收得率只有70%～80%，有的还不足60%，而发达国家则在90%以上，有的高达98%；另外，在再生铝科研方面投入少，从事这方面的研究人员少。
生产规模较小、技术实力不足，造成我国再生铝行业竞争力弱、经济效益差[8]。
(2)装备水平低，生产成本相对较高尽管再生铝生产的技术工艺并不是十分复杂，但由于人类对于再生铝产品的质量要求越来越严，相应地对再生铝的生产、技术管理要求也越来越高。
目前，我国大多数再生铝生产企业所普遍采用的铝熔炼设备是普通的反射炉 （燃油或燃气），由于此类设备使用明火对铝进行接触式的加热熔化，熔炼过程中金属烧损现象严重，特别是熔炼薄壁、废屑等废铝金属，铝的回收率相当低。
同时由于熔炼技术落后，产品能耗高，以燃轻柴油为例，目前国内再生铝企业的吨产品油耗一般在80k g以上，有的甚至超过100k g （目前世界先进水平在45～50k g左右）[9]。
另外，由于设备自动化程度不高，劳动强度大，生产效率低，生产成本高，因此产品的市场竞争力大受影响。
(3)预处理技术水平很低，产品质量较差目前我国尚没有形成比较完善的废铝回收系统，废铝的回收处理很原始，管理比较混乱，不同品质、不同类型的废旧金属材料相互混杂的现象十分普遍。
我国目前废铝破碎、筛分、挑选、分类等预处理技术水平很低，大部分靠人工挑选与分类，甚至有些乡镇企业和个体企业不挑选、不分类，只要是铝废料就一起往炉子里装，这使再生铝成分变的极为混杂，污染严重，大大降低了再生铝的利用价值。
条件好一些的再生铝生产企业也只是对铝废料进行简单的人工拆解、分拣后就进行熔炼生产，成分难以控制，导致其铝合金产品质量往往达不到要求。
(4)生产过程污染较为严重由于在熔炼生产过程中企业没有对废铝进行科学的预处理，加上熔炼设备及烟尘处理技术落后，对铝废料所携带的油污、塑料包装等外来杂物的处理能力不足。
废料中的油污、塑料等杂质在高温下裂解，产生大量有毒物质，不仅造成对铝液的二次污染，同时也对周边环境造成严重污染。
再生铝是我国铝工业可持续发展不可缺少的资源，因此，快速、高效率地发展废铝回收与再生行业，对于矿产资源匮乏的我国铝生产行业具有非常重要的意义。
要改变我国再生铝行业企业的现状、提高再生铝企业的市场竞争力、获取更多的经济效益，必须加强废铝回收与再生技术的科技投入，不断开展铝再生技术的研究与开发，进一步提高我国再生铝企业的技术实力，充分发挥再生铝在经济发展中的作用。
二、我国铝再生技术的发展与对策铝合金的回收及再生是又一项十分复杂的技术工作，各种铝制品使用范围宽广、使用分散，如何使回收集中、分类，再来实现再生加工等均是十分繁杂庞大的工程。
其次，全世界不同成分、不同性能的合金数以百计，其中许多合金中的成分元素相互排斥、互不兼容。
如何以最简易的方法、最低的成本、最有效的工艺使废弃铝再生成成分合乎理想合金要求、性能满足使用要求、质量能达到或接近原生材料水平的再生利用技术，是世界各国铝再生行业的追求目标。
因此，我国企业应在废铝破碎、分选、表面除漆等预处理技术，提高装备水平以降低铝的烧损率为目标的熔炼设备，熔炼过程中的杂质元素分离技术等方面开展广泛的技术探讨，实现废铝再生过程中的基本化学成分控制和无污染生产，为废铝再生工艺生产高性能产品打下良好的技术基础，实现 “循环经济、绿色经济”的生产方式。
1.提高再生铝企业的规模化发展，促进再生铝企业技术实力的提升再生铝企业具有固定投资相对较小、工艺流程相对简单、原材料来源较为广泛、连续性生产较强等特点，其行业特点决定了再生铝企业必须向着规模化的道路发展。
把企业的规模做大，可以在废料采购上以有利的条件建立稳定的废料采购渠道，可最大程度地降低原材料成本；规模化生产将大大提高生产效率，实现规模经济条件下的良好经济效益；同时，规模化生产也可以促使企业更有力度的增加科技投入，进一步提高技术水平和生产效率，有利于企业生产的稳定与发展。
2.重视并加强废铝再生预处理技术的发展熔炼技术及设备的研究、废铝的预处理是再生铝生产过程中的一个重要环节。
使非铝物质与废铝及其合金完全分离，减少非铝物质的影响，提高熔炼效率，是再生铝技术中预处理技术研究的发展方向。
在生产前做好废铝材料的预处理，对废铝中不同品种、不同合金成分的杂铝进行分选、分类，去除废杂铝表面所附的如油、漆等有害污染物以及废铝中含有的水分等有害杂质，有利于生产配料及合金成分的控制，确保生产过程的安全，并获得质量达到规定要求的产品。
但是，目前国内很多再生铝生产企业尤其是小企业在对废铝进行预处理时主要还是采用简单的人工拆解与分拣，难以达到废铝预处理的效果。
尽管近几年在再生铝工业炉的设计、制造等方面取得了很大进步，但由于起步较晚，至今还不是很成熟[10]。
因此，要达到良好的预处理目的，企业还应从不同铝合金材料的物理特性等入手，加强预处理设备技术的研究，如采用磁性的差异进一步研究磁选机、利用密度的不同研究重力分选机构以及相关的烘干设施、除漆设备等，实现不同废铝合金的有效分离，为生产高性能变形铝合金打下良好基础。
3.熔炼技术及熔体处理设备的研究与开发是实现高性能铝合金的基础为了获得高质量的铝液，对其熔炼工艺就必须严格把关，并采取措施从各个方面加以控制。
再生铝熔炼的主要难点在于其原料来源比较杂、组成相对比较复杂，其中含有较多的外来杂质，包括各种有机质如塑料类物质、水分等，如果在熔炼过程进行之前不清理干净这类物质，就会造成合金熔体严重吸气，在随后的凝固过程中产生气孔、疏松等缺陷。
有些非铝金属的混入会使材料的性能恶化；各种非金属矿物的混入造成的非金属夹杂，会使材料的综合性能下降。
因此，再生铝生产流程中的一个重要环节就是废杂铝的熔体处理、去除杂质元素，这就要求结合再生铝熔炼夹杂物多而复杂的特点，研究与开发合理的熔体处理剂，充分利用有害元素和非金属元素的反应特征有效地造渣，把不利于再生铝质量的因素减少到最低程度。
同时还要加强对熔炼设备和熔体处理工艺方法及其设备的研究，如林德气体公司、Hertwich工程公司和Carus铝公司共同开发的通用可倾式回转炉（UIRTF）把2种氧气技术燃烧器和喷枪结合起来，形成新的炉子概念[11]；L A RS(T M)是20世纪90年代中期开发成功的一种新型在线铝液精炼系统，它采用的独特技术包括净化气体原位预热、净化气体与铝熔体的摩擦搅拌、反应室的体积变化以防止气泡聚集、保护气体覆盖等，使L A R S系统有效地消除了铝熔体内的杂质，达到了铝熔体纯净化的目的[12]。
4.积极采用先进的再生铝生产技术针对废铝再生工艺过程中原料杂、化学成分不稳定等特点，需要深入研究铝液中各种元素的存在方式，通过分析其物理与化学特性，进而研究与开发杂质元素的分离技术，达到利用废铝再生工艺生产高质量、高性能铝合金铸锭的目的。