《再生铸造铝合金原料》国家标准分析。

全国有色轻金属标准化分技术委员会

秘书：李志刚

1 标准项目的背景

2018年12月21日，生态环境部、商务部、国家发展改革委、海关总署联合发布关于调整《进口废弃物管理目录》的公告，将铝废料、边角料等八类固体废物从《非限制性进口类别可用作原料的固体废物目录》转入《可以用作原料的固体废物目录》用作限制进口分类中的原材料“，该法规将于 2019 年 7 月 1 日起实施。禁止进口废铝和废铝，再生铝企业很快将没有可以进口的废铝，也无法进口国外优质原材料。为解决再生铝行业无材料可用的问题，相关部委提出，符合国家相关产品质量标准的再生铝原料产品不属于固体废物，可以作为普通免费进口商品管理。因此，有色轻质标准化委员会围绕国内外废铝的现状开展了项目研究。

首先，根据废铝的品种和质量，对国内外数十家再生铝企业进行了调查。发现目前市场上夹杂物严重的废铝材料很多，包括废铝屑、保温型材和含铝有机涂层、废铝箔、铝水箱、铝罐、铝屑、铝废铸带等废铝材料（见图1~图6），而这些材料往往是由于厚度薄、 有机涂层或严重夹杂物等，在重熔过程控制不当时容易放出有害气体，重熔后易燃烧和造渣，经过复杂预处理后需要作为原料;其他夹杂物较少的废铝，包括无有机涂层和复合材料的废铝合金板、纯铝裸线、铝废轮、再生铝锭等（见图 7~图 12），可以作为优质的再生铝原料。

从产品类型来看，再生铝可分为铸铝和变形铝两大类，其中再生铸铝约占80%，主要应用于汽车、摩托车零部件、五金工具、电子电器等行业。虽然传统汽车、摩托车行业的增长率有所下降，但随着电子消费的增长和通讯领域的快速发展，再生铝材料在通讯电子领域的应用比例逐年增加;回收的变形铝约占 20%，正处于快速增长阶段，主要用于建筑铝型材。根据市场情况，最迫切需要制定的原材料标准是回收铸造铝合金。为此，轻量化标准化委员会和环境保护部同意启动《再生铸造铝合金原料》国家标准的立项工作。

经过半年的现场测试和数据研究总结，并与海关、环保、用户、供应商等各方协调，最终于 2019 年 9 月确定了原材料标准的内容。

2. “再生铸造铝合金原材料”的标准分析。

2.1 原料类

原材料按品种分为三类：铸件、再生铝锭和铝块

（1）铸件是从旧铸造产品或报废铸件中回收的，回收时需要拆除一些非铝组件，如车辆铝铸件不应混入轴套中。铝活塞不应与支柱、衬套、轴和铁环混合;铸造铝合金车轮应无镀铜、无镀锌，不得与钢圈、气门阀、铅轮配重、气门杆、轮胎等混用，回收铸件时也应控制油脂的含量，以免造成环境污染。

（2）再生铝锭是将回收的特别细小的铝屑或碎片再熔炼而成，并经双室炉或其他能减少回收过程中金属燃烧损失的设备回收利用，设备需要配备良好的环保处理装置，以避免环境污染，达到达标排放。

（3） 铝块是铝块、混合金属块和汽车铝屑经过预处理而得到的碎块。铝块的预处理包括粉碎、筛分、清洗、磁选、浮选、涡流分离、分色、干燥、抛光、人工选择、分类和包装，可根据原料的不同特性选择不同的预处理方法，以增加金属总量，降低杂质含量，去除污染物，提高质量。清洗可以去除金属表面附着的物质，筛分不仅可以筛出细渣，还可以细分为大、中、小三种铝块。铝块的外观比铝型材的外观更整洁、更干净。铝块主要由铸造铝合金组成，其中夹带了一部分变形的铝合金，夹带了少量（不超过8%）的硅和铜、镁、锌等金属，可使用的总金属含量在99%以上1吨废铝可熔多少铝锭，特别适用于金属含量要求高的各种铸造铝合金。

表 1：铝块尺寸规格

2.2 外观质量要求

如果原材料外观中存在粉尘、污泥、结晶盐、纤维粉尘等非金属夹杂物，在铸造铝合金的生产中极易带来熔渣夹杂物。因此，规定铸件和铝块不应混有明显的夹杂物;再生铝锭表面应干净整洁，无严重的飞边或气孔。

2.3 原料粒度要求

这

原材料的尺寸规格主要针对铝块配制，不需要铸件和再生铝锭。按表1的规定，对铝块的尺寸和规格进行了划分，使其外观规整美观;强制制造商采用筛分工艺可以提高原料的清洁度，有效去除附着在原料表面的污垢，减少原料的杂质;避免了再熔炼时原料的二次分离，为需求侧炉的使用带来了便利。

2.4 易失性要求和相关测试

2.4.1 要求

原材料装入集装箱后在长途运输过程中，当温差较大时，集装箱内的原材料容易发生慢霜，导致水蒸气吸附在原材料表面，而水分对环境影响不大。因此，原材料的水分含量是由供需双方协商决定的。

其他挥发物主要是加工过程中的乳化液、油类等附着物，需要严格控制，因为回收的铸造铝合金原料直接装入冶炼炉，挥发物过多会造成冶炼炉安全事故。高挥发物含量也会导致铸造铝合金中出现夹杂物缺陷。因此，规定其他挥发性物质的含量不得过1%。

2.4.2 铸件中其他挥发物的数据及价值分析

铸件中其他挥发物的测量值如图 13 所示。数据分析和标准选择值如表 2 所示。

图 13 每个铸造样品中其他挥发物的测量值

表 2 铸件中其他挥发物的范围、偏差和选定值

2.4.3 铝块中挥发物的数据和价值分析

铝块中其他挥发物的测量值如图 14 所示。数据分析和标准选择值如表 3 所示。

图 14 铝块中其他挥发物的测量值

表 3：铝块其他挥发物的范围、偏差和选定值

2.5 费用包含物

2.5.1 要求

夹杂物易混入炉料中，在熔融过程中不能完全去除各种精炼助熔剂，断裂特性为黑色条状或片状，微观组织特征多为黑色线状、块状、絮状无序组织，与基体的色差明显。非金属夹杂物是产品分层和许多表面缺陷的重要原因，可导致二次孔隙和气泡的形成。在机械性能方面，非金属夹杂物是应力集中的地方1吨废铝可熔多少铝锭，这会降低合金的强度极限和伸长率。特别是横向伸长率和动态机械性能（冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性）的降低更为严重，合金的抗应力腐蚀能力也降低。由于铸件和回收锭中的夹杂物数量较少，因此仅规定了铝块中的夹杂物含量。

因此，原材料（包括木材废料、废纸、废塑料、废橡胶、废玻璃、纺织品、粒径不超过2mm的粉末等物质）中夹杂物质量的质量比应≤0.5%，比国家强制性标准GB 16487规定的≤1%更严格， 其中，粒径不超过2mm的粉末（粉尘、污泥、结晶盐、纤维粉等）的质量与原料质量的比值应为<0.1%。

2.5.2 铝块中夹杂物的数据和价值分析现场

筛选和选择来自 4 家典型再生铝企业的 16 个进口废铝样品，结果见表 4 和表 5。从表中的数据可以看出，夹杂物的比例在 0.06-0.69% 之间，平均置信度为 95% 的置信区间在 0.14-0.23% 之间，去除 5% 后的平均值为 0.23%，中位数为 0.17%，建议将夹杂率设置为 ≤0.5%。粒径小于 2 mm 的粉末比例在 0.22-2.58‰ 之间，均值的 95% 置信区间在 0.62-1.48‰ 之间，去除 5% 后的平均值为 1.0‰，中位数为 0.65‰。因此，建议粒度不超过 2mm 的粉末比例仍应控制在 1.0‰。

表 4 再生铝企业抽样

表 5 夹杂物和粉末比例统计

2.6 再生铝锭断裂组织

再生铝锭的断裂结构应致密，无炉渣和夹杂物。之所以要求再生铝锭的结构不能有渣和夹杂物，是因为在合金锭的后续生产中不容易去除。

通过对企业生产现场的抽样，断裂检查发现再生铝锭的断裂情况并不相同，大多数厂家的再生铝锭断裂结构均匀细腻，没有熔化和夹杂物，只有个别厂家的再生铝锭的断裂结构很差， 而且渣和夹杂物很多，原因是熔炼和铸造过程中为了经济效益而把温度控制得很低，导致渣和铝分离差，再生铝的固定产量会更大，用户不会破损每一件的检验， 因此，本标准规定再生铝锭的断裂结构应致密，不得有渣和夹杂物，再生铝锭的典型断裂检查如图 15 所示。

图 15 再生铝锭的横截面断裂照片

2.7 铝及铝合金含量、总金属含量和金属回收率的测定

2.7.1 制定原则

铝和铝合金的含量是评价原材料质量的最重要指标，含量越高，投入的铝锭数量越少，经济效益越好，铝合金的用量应尽可能高。

总金属含量包括铝合金和其他可用的非铝金属（包括铜、锌、铁等），在生产铸造铝合金时，非铝金属可用于配制含铜和锌的铝合金，最后通过添加铝锭或其他金属调整元件来满足客户要求的铸造铝合金的化学成分要求。在尽可能增加铝合金用量的基础上，保证金属总量，降低夹杂物含量是合理和必要的。

金属回收率反映了铝合金和其他可用金属的总量，应根据重熔过程的金属燃尽来确定。

原料铝及铝合金含量、金属总含量和金属回收率应符合表6的规定。

表 6 铝及铝合金含量、总金属含量和金属回收率

2.7.2 实测数据与价值分析

1） 铝和铝合金含量的测量数据如图 16 和图 17 所示，值分析见表 7 和表 8。

图 16 铸件中铝和铝合金含量的测量值

图 17 测得的铝和铝块铝合金含量的直方图

2） 总金属含量的测量数据如图 18 和图 19 所示，数值分析见表 9。

图 18 铸件中金属总量的测量直方图

图 19： 测量的铝块总量的直方图

表 9 总金属测量值的范围、偏差和选定值

3） 金属回收率的测量数据如图 20、图 21 和图 22 所示，价值分析见表 10。

表 10 金属回收的测量范围、偏差和选定值

图 20 铸件金属回收率的直方图

图 21：再生铝锭的金属回收率测量直方图

图 22：再生铝块的测量金属回收率直方图

2.8 化学成分

2.8.1 对原料化学成分的要求

原料的化学成分应符合表11的规定。

表 11 原材料的化学成分

2.8.2 化学成分配方的原理和依据

1）控制铝原料的化学成分是回收过程的重要组成部分，纯铝的机械性能不高，因此不适合制作承受大载荷的结构件。为了提高铝的机械性能，在纯铝中加入某些合金元素来制造铝合金。铝合金仍然保持了纯铝密度低、耐腐蚀性好的特点，而机械性能远高于纯铝。

2）铸造铝合金中合金元素硅的最大含量超过了大多数变形铝合金中的硅含量，一般超过极限溶解度。铸造铝合金除了含有强化元素铜、锰、镁、锌等元素外，还必须含有足够量的共晶元素硅，使合金具有相当大的流动性，在铸造时易于填充铸件的缩孔。所以，这些有用元素的化学成分的最大限度比较宽松，但其他杂质元素都受到严格控制，比如镍、铅、锡等，金属元素钛不属于杂质元素，属于晶粒细化剂，但也需要适当控制其含量， 由于添加量过高，会产生金属化合物，并引起其他夹杂物缺陷。

3）各种再生铝合金原料中所含的硅、铁、铜、锰、镁、锌等是重要的合金元素，但随着合金牌号的不同，各种元素的含量要求也不同，各种牌号铸造铝合金的化学成分控制范围见GB/T 8733《铸造铝合金Inot》中所示， 当然，最好的回收铸造铝合金原料是满足 GB/T 8733 要求的原材料，其他需要满足表 11 的化学成分要求。如果再生铸造铝合金原材料的化学成分没有控制，会导致生产过程中的配料相当困难，如果控制不好，就会造成总报废，装料的报废量约为 10 吨至 50 吨。

3. 标准水平分析及预期效果

目前，与废铝相关的国际标准只有欧盟EN 13920.1~16-2003《铝及铝合金废料》系列标准，以及美国ISRI-2018《废铝规范手册》，而这些标准的适用范围仍处于废物分类和简单处理的阶段，《再生铸造铝合金原材料》标准的起草过程主要参考欧盟EN 13920-2003， 并针对国内外供应商进行调查和调研，结合国家对进口铝合金原材料的环保要求，同时满足国家对铝合金原材料的要求，对标准的技术指标增加检验项目，并严格相应的技术指标要求。表12 标准主要技术指标与国外标准对比，根据表12的对比分析，确定“再生铸造铝合金原材料”标准总体水平为国际先进水平。

表12 《再生铸造铝合金原料》标准与国外标准技术指标对比分析

国家标准GB/T 38472-2019《再生铸造铝合金原料》于2019年12月正式发布，在行业和社会上引起了巨大反响。中国是一个制造业大国，每年有大量的产品需要出口，但也需要大量的进口，但随着中国经济和社会的快速发展，中国需要进口的商品越来越少，为了维持贸易平衡，需要锁定一些国内的长期需求， 高价值、大需求的商品作为规范中国对外贸易的战略筹码。回收铝原材料是最能满足这一要求的商品之一。铝由于其重量轻、延展性和稳定性好，被广泛应用于航空航天、汽车、电信、建筑等重要领域，是国民经济发展的重要原材料。然而，铝作为一种来源于铝土矿的金属，在冶炼过程中具有极高的能耗，会产生大量的赤泥和铝灰渣等废物。由再生铝原料生产的铝产品的性能与原铝（电解铝）生产的性能基本相同。通过市场交易得到的再生铝，作为原料，通过预处理、冶炼、精炼等环节生产出来，供相关产品下游制造。当再生铝原料重熔时，只需添加少量的纯铝原料或合金元素即可返回铝合金产品，是初级资源的最佳替代材料。据相关统计，91%以上的铝可以从回收铝原料中提取出来，每吨回收铝可节省8吨铝土矿，减少废物产生7.6 m3。

目前，我国最大的进口再生铝原料主要用于生产铸铝合金产品，用于下游铝件制造业。通过制定《再生铸造铝合金原料》标准，有利于优化再生铝资源的合理利用，保护环境，降低能耗;增强再生铝原料的质量稳定性，从而提高再生铝产品的质量和工艺稳定性;推动再生铝原料回收行业向标准化、精细化发展，规范前处理标准，淘汰落后产能;推动中国回收体系的进一步完善，进一步升级再生铝产业。同时，对原材料的进口进行合理调控，确保优质再生原材料的稳定进口。促进我国再生原料贸易规范化，满足日益增长的铝生产和使用需求，促进再生铝行业的健康发展，具有重要的战略意义。

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