近年来，在经济快速增长的带动之下，我国的铝加工行业获得了迅猛的发展，并且持续维持着良好的发展形势。自2002年我国铝产量跃居世界首位以后，直至如今铝产量始终处在世界的前列位置。2021年我国铝加工材产量是4470万t，同比增长了6.2%，2022年铝加工材综合产量为4520万吨，相较于上一年增长了1.1%。铝加工行业对于原铝的需求以及消耗量逐年呈现递增态势。

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我国电解铝产量快要接近4000万t了，占到全球需求的60%以上。根据百川盈孚的统计，2022年中国电解铝企业原铝产量是4013.09万吨，跟同比相比上涨了4.37%。

然而，我国铝土矿储量较少，仅仅占据世界储量的3.1%，在很大程度上依赖进口，对外依存度较高，这种资源供给不足，已然明显成为制约我国铝加工行业可持续发展的十分重要因素。

经统计，在二〇二〇年时，我国的用铝储量大约为三亿六千万吨。由于人们生活水平有所提升，用铝储量便会持续增长，预估在二〇三〇年，我国的用铝储量会达到八亿八千万吨，从而形成巨大的“城市铝矿山”。

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直面储量极其巨大的“城市铝矿山”，依据年5%的比例来进行回收推算的话，到2030年的时候，我国废铝的供应量将会达到4400万t，市场针对铝材产品的需求量将会维持在大概7000万t的水平，然而电解铝产能已然快要接近红线了，原铝的需求正在逐步减少，再生铝则在持续不断地增加。

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进行1t再生铝的生产，所需要的能源，仅仅只是相当于生产原铝所需能源的5%左右，而其碳排放，仅仅只是相当于生产原铝碳排放的10%。

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再生铝，是一种产品，其具备绿色环保，节能降耗的特点，它与“碳达峰，碳中和”的绿色发展理念，非常契合。

我国再生铝行业现状

按照安泰科所做的统计，截止到2020年年底的时候，全国范围内再生铝的产能大概是1400万t/a，其产业规模在全球居于首位，2020年再生铝所产出的产量是725万t，在铝供应里所占的比例一直维持在16%左右。从产品的结构方面来看，当前国内的再生铝企业主要是以铸造铝合金锭作为主要产品，有一部分企业布局了变形合金扁锭、圆锭等加工坯料的生产线。依据安泰科所做的测算，在2020年我国的再生铝产品当中，铸造铝合金所占比例为74% ,变形铝合金所占比例为23%，剩下的是炼钢脱氧剂等其他类型产品，其中汽车行业所消耗的再生铝占到了消费量的60%以上。

就原料结构而言，当下进口废铝跟国内废铝是并存的，然而这些年废铝进口政策趋向严格废铝加工后性能，在2020年的时候，铝废碎料进口量为82.5万t，跟2010年相比下降了71%，废铝所占比例从2010年的50%降低至2020年的16%，从而构成了以国内回收废铝作为主要部分，进口废铝作为辅助部分的原料结构。

就产业分布而言，中国的再生铝企业，大多将布局选在了沿海港口区域。伴随国内废铝产生量不断持续增长，内陆的废铝集散地，开始有再生铝生产企业聚集起来。截止到2020年年底，再生铝企业主要集中于沿海地区，以及内陆的成渝、江西、河南等地，其中江苏、广东、浙江、河北、重庆、江西、山东，成为7大再生铝产业集聚区，这些地区的再生铝产量，合计起来占全国总量的84%。

在能耗这一角度而言，按照欧洲铝业协会所给出的数据（具体见表1），去计算得出，生产1t 再生铝的时候，其能耗仅仅只是原铝能耗的5%，并且仅仅只会产生0.5t二氧化碳排放。依据国内给出的数据，将其与生产等量的原铝做比较，生产1t再生铝的情况是，相当于能够节约3.4t标准煤，并且节水14m3，同时还会减少固体废物排放20t。特别要指出的是在我国，由于能源禀赋的相关状况，这就致使我国铝行业的碳排放比国外水电资源丰富的国家要高的。依据安泰科给出的数据，在2020年的时候，中国存有如下情况。一部分，80%的电解铝生产运用的是煤电。另一部分，铝冶炼环节之中无论是氧化铝、电解铝还是再生铝，其二氧化碳排放量差不多约为5.25亿t。第三部分，这一排放量大约占据有色金属行业排放量的77%。第四部分，占全国总排放的5%。仅凭借增加清洁能源比例，是很难达成碳中和远景目标的，必须要增加再生铝使用占比。

表1原铝与再生铝生产的能耗和温室气体排放对比

从回收方式这个角度来讲，和发达国家相比较而言，我国的废铝回收利用方式依旧是相对落后的状态。长久以来，因为废铝原材料成分复杂这个因素的影响，我国所生产的大部分再生铝合金当中，杂质元素的含量是比较高的，仅仅能够用来生产铸造铝合金产品，好多优质的变形铝合金废铝都被降级使用了，致使废铝的回收价值被大幅度缩减，从而造成了废铝资源的巨大浪费情况存在。依据SMM数据显示，我国每一年只有大概20%的再生铝能够再次生产出相应牌号的变形铝合金，达成保级回收和利用，进而维持住废铝的价值。不过，在那些属于发达国家范畴的再生铝产品结构里面，变形铝合金所占据的比例，是超过了一半的。

基于废铝来源而言，针对咱们国内，再生铝企业的废铝供应渠道，存在国内与国际这两个源头，在最近的两年时间里，主要是以国内的废铝供应作为主导方向。依据中国有色金属工业协会所收集得来的数据，在2020年的时候，新废铝的产生数量大概是210万t，其主要是源自铝材生产以及加工进程当中所产生的边角料、报废品以及切屑等，通常情况下是由生产厂自行开展回收利用，仅有一小部分情形下会进入到社会流通领域。2020年，旧废铝约有450万t ，这些旧废铝主要来源自建筑、交通运输、电力电子、包装、日用消费品等领域 ，在这些领域中，建筑领域占比35% ，交通运输领域占比28% ，这两个领域是旧废铝最重要的两个原料来源 ，可参考图1。由于我国汽车保有量呈稳定增长态势 ，预计到2025年 ，将会迎来汽车报废的高峰期 ，届时 ，来源于交通运输领域的旧废铝占比将会有所提高。

图1 2020年我国废铝来源占比情况

图1，2020年，中国废旧铝使用来源的比例 ， 废旧铝使用来源的比例，中国，2020年 ，属于图1。

近些年来，就产业政策而言，再生铝行业所关联的法律法规、行业规范、制度以及标准等步入了密集调整阶段，情况可见表2。在国家层面，已将再生资源产业当作重点予以支持的领域，对再生有色金属行业的发展与创新予以鼓励，这已对该行业的发展起到了积极的推进作用。

表2近两年再生资源产业部分相关政策一览表

废铝回收面临的技术挑战

经过对我们再生铝行业目前状况予以剖析能够明白，汽车行业在再生铝消费里占据超过60%，主要聚焦于铝制部件方面，像车轮、发动机缸体缸盖、曲轴箱、进气管、变速箱、油泵等这些部位，大多是采用铸造铝合金来制作的。当下整车轻量化属于汽车行业发展的关键趋向，对于传统汽车来讲，轻量化有益于提升动力性能、削减燃料消耗、降低排气污染。据美国铝业协会所给出的数据表明，要是把传统钢替换成铝，那么每降低10%的重量，就能够节省5%至7%的燃料，1t铝的运用能够减少汽车服役期间的碳排放20 t。对于新能源汽车来讲，轻量化不仅能够增加续航里程，而且还能减少电池成本。

这样看来，汽车使用铝的需求增长的空间是比较大的，会成为铝材行业的关键增长点。按照国际铝业协会的统计分析，在单车使用铝量这方面，2018年我国乘用车单车使用铝量是119.7kg，商用车单车使用铝量是99.3kg，预计到2030年，我国乘用车单车使用铝量将达到242.2kg ，商用车单车使用铝量将达到253.2kg，和2018年相比，分别增长102.34%、154.98%。对于汽车工业用铝总量而言，在2018年的时候，国内汽车行业铝材消费总量是386万t ，预测到2030年 ，那时国内汽车行业铝材年消费总量会达到1 070万t。在2021年，全国机动车保有量达到了3.95亿辆 ，其中汽车有3.02亿辆 ，按照每辆车平均用铝量150 kg来计算 ，就有6 000万t铝等待回收。要是这些废铝都能够得到有效利用 ，那么我国原铝产量压力会大幅度减轻。

近年来，新能源电动汽车普及开来，汽车里铝的应用形式故而发生改变。具体来说，汽车发动机、变速器的用铝量会一年比一年下降，然而电池包、车身覆盖件、电动机外壳等部位的用铝量却又会显著增加，常用铝合金种类在表3中可见。这种改变导致燃油车用传统再生压铸铝合金的需求变少了，可是电动车新增用铝部件以及一体化压铸材料等对高品质原铝的需求还在持续增多，这使得电动车用铝的碳排放量明显上调，与此同时造成铝循环回收体系出现不平衡，低品质的再生铝严重过剩。

另外，鉴于燃油车用铸造铝合金产品有着诸多类别，合金元素的质量分数处于6%至27%这个范围，在经历连续好几轮回收后，合金元素的积累会愈发增多，致使其回收再利用变得越发困难。所以，怎样切实做好铝制品的同级或者升级回收利用，最大程度地发挥废铝制品的价值，这是当前再生铝行业所面临的最大挑战，急切需要开发全新的核心技术，从而达成废铝的高效且低成本回收利用，推动再生铝产业实现转型升级以及高质量发展。

表3汽车常用铝制零部件合金牌号

废旧汽车铝回收核心技术

调查研究分析发达国家废旧汽车零部件回收利用的最新发展动态，发现主要回收路径是同级和升级回收，现正在研发的核心技术主要涵盖以下四个方面，即高精度分选技术，杂质无害化处理的技术，去除杂质元素的技术，还有废铝升级提纯的技术，具体情况可见图2。

3.1高精度分选技术开发

对于报废汽车回收，一般先把常用零件拆卸下来，接着借助压制使体积缩小，进而运到下游去进行破碎，报废汽车材料种类多样，其形状以及尺寸复杂，彼此相互连接，不易分离，所以废铝加工后性能，要研发利于同铁基材料、轻质材料以及绝缘体材料分离的设备，以此提升分离效率以及分拣精度，显著提高废铝回收率。

激光诱导击穿光谱分析法，也就是Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS，是由美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室，即Los Alamos National Laboratory所开发的技术，在20世纪90年代的时候就已经被用于金属废铝的成分识别。当下，激光诱导击穿光谱分析法是一项获得了较为广泛应用的成分定量识别技术，它的技术原理如图3所示。运用此方法于工业化当中时，主要遇到的阻碍是在检测精度这一方面，还有检验速度这一方面，以及成本这一方面。研究表明，那些价值达到数百万美元的硬件设施，它的检验速度大概是每小时5吨上下。最近这些年，有从事研究的人员运用机器学习等方式，针对激光诱导击穿光谱所采集到的数据展开分析，达成材料分类，有希望在确保具备一定准确率的情况下，提升分类的速度。

图2废旧汽车铝制零部件回收利用技术研发路径

图3激光诱导击穿光谱原理图

图3，激光诱导击穿光谱的示意图，是这样的，它展示了相关的原理，以一种特定的方式呈现出来，通过图形的样式，来表达其概念，用以帮助理解，关于激光诱导击穿光谱的内容。

近年来，日产汽车株式会社针对回收的废旧汽车板，对高度循环利用所需的、用于分选的技术，展开评价以及验证工作，同时对比分析两种分选技术的准确性，采用日产的6×××系铝合金外板以及5×××系铝合金内板当作研究材料，分别运用X射线法跟激光感应诱发电击穿光谱法，针对破碎后的汽车板材料进行分选，结果发觉，X射线法对于废铝形状要求较高，需呈现扁平状，并且识别准确率较低，大概为70%。激光诱导击穿光谱法，对形状的要求不算高，然而，它受表面漆膜的影响颇为大，无法识别的比率在30%以上。对于那不受表面漆膜影响的、能够被识别的废铝，其准确度大约为90%。所以，对于智能高效分选技术来讲，一方面得去开发具备强可操作性的漆膜去除或者剥离技术，另一方面要去开发精度更高且成本更低的智能分选技术，以此来提升废铝回收利用的效率。

3.2杂质无害化技术开发

铝制品中杂质元素含量较高时，会带来一系列产品质量方面的问题，所以，有必要开发一种先进的加工工艺技术，哪怕是杂质元素稍微过量的材料，也能够满足产品的应用要求。这些工艺涵盖快速冷却和强制固溶技术， additionally ，还有超细晶和析出物纳米化等控制技术。

于汽车铝板范畴之内，诺贝丽斯研发出易于回收的汽车板5754RC以及5182RC，其中w(Fe)高达0.3%，回收料所占比例在75%以上。其核心的关键技术涵盖调整合金元素的配比，改良富铁相的形貌，并且经由工艺优化，控制富铁相的尺寸，令其细小且弥散均匀地分布。以此抑制其在后续成形进程里所造成的不利影响。借助上述核心关键技术的研发，诺贝丽斯达成了汽车铝板的闭环回收，并且大幅度地削减了成本。

日本的佐藤达男教授，借助D - SSF（也就是Deformation Semisolid Forming）工艺，去生产一种w(Fe)高达1%的合金，该合金为Al - Mg - Si和Al - Zn - Mg合金，并且有这样的结果被发现，铸态组织当中存在β - AlFeSi、Mg2Si和Si相哦，经过D - SSF工艺之后呢，它们被破碎成细小分散的含铁金属间化合物，这种情况促进了再结晶晶粒的形核，还抑制了晶粒的生长，呈现的状态如图4所示。与此同时，相较于常规合金而言，经过D - SSF工艺加工处理的、具备高Fe含量的合金，其抗拉强度显著提高，其伸长率也明显提升，该合金的伸长率可高达20%。这表明D - SSF工艺能够把w(Fe)=1%的Fe对于合金所产生的有害影响，有效地予以降低，并且达成无害化。

如图四所示，是Al - 1Mg - 2.4Si - 1Fe合金的，光学显微组织的照片。

3.3杂质元素去除技术开发

回收废铝制品时，异种材料、不同系列铝制品总会不可避免地混入其中，致使Fe、Si、Zn、Mg、Ti、Pb等杂质元素含量较高。变形铝合金里，冲压、拉拔、弯曲等成型加工条件极为严格，所以对各种杂质元素容限度有严格上限要求，要开发杂质元素去除技术，来提高废铝循环利用率。

Fe元素，乃是再生铝熔炼期间最为经常出现的、含量超出标准的元素，并且还是对产品性能危害最为严重的杂质元素，将其除去的难度相对较大。当前，解决这一问题的思路主要是，除去Fe元素以及调控含铁相。其中，铝熔体里铁杂质的去除技术主要涵盖了，离心去除、电磁分离、陶瓷过滤、脉冲电流、超声波以及熔剂去除法。

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等这些方式。改善富铁相于铝合金里头的组织形貌的技术主要涵盖添加稀土元素，采用添加中和元素以及运用热处理诸如此类的方法。以上所提及的这些方法当前皆处于实验室开展阶段，还没有达成产业化应用，需要持续给予关注。

此外，美国铝业公司在2020年4月之时，发表了一篇有关于化合物法去除杂质Fe元素的专利，通过在废铝熔体当中添加一种或多种包含含铁金属间化合物的形成剂材料，接着通过分离比重比较大的含铁金属间化合物颗粒，以此来提纯3×××和4×××系铝合金，其技术路线图为图5。这一方法具备较高的除Fe率，当联合使用含有Mn和Si的熔剂时，能够让再生3×××和4×××系铝合金的w(Fe)从0.57%下降至大约0.13%，并且适合工业化应用。这项技术的核心要点在于，对Fe熔剂成分进行优化设计，让其能够给出足以分离含铁金属间化合物的足够宽的纯化温度窗口为工艺设计提供可操作性，这是此项技术的核心关键点。

3.4废铝升级提纯技术开发

当下，指向铝合金提纯的技术关键涵盖三层液电解法、偏析法、熔盐法、蒸馏法等，然而，还并不存在针对杂质元素含量高的废铝所展开的提纯技术，因而，需要去研发适配产业化运用的低成本、绿色环保型提纯技术，如此一来，能够打造出一条全新的价值链，进而达成废铝的升级循环利用。

近期，日本东北大学朱鸿民老师那一团队，开发了 一种固态电解法提纯技术，致使行业密切注意，此项技术最大特点先是其为均实心的阳极端与固实心阴极端，该阳极是固体状态的经过合金加工法制造而成样，而阴极是固体状态的具备高纯度的铝材质，并且加热熔盐电解液所需温度比较低(500 ℃)，所以消耗能量也低，是传统三层液电解法能耗的二分之一，具体参数对比情形详见表4。固态电解法根本原理是运用电化学电位法(见图6)将电位控制在铝析出电位临近位置，使阳极溶解的铝在阴极析出从而得到99.9%的纯铝。即便当前这个固态电解法还处在实验室的阶段，可是在废铝回收的领域当中，它有着特别大的工业应用的前景。

图5化合物法去除铁杂质元素技术路线图

图5，以复合方法去除铁杂质的技术路线图，其中对图5进行了说明，针对去除铁杂质，采用的是复合方法，这有一条技术路线图。

图6日本东北大学开发的固态电解法示意图

表4各电解工艺对应的参数

结束语

跟着新能源汽车越来越普及，汽车报废之后，传统燃油车使用的铝合金压铸件碰到保级以及升级回收的难题，然而电动车新增加的用铝部件还有一体化压铸材料等对于高品质原铝的需要持续升高，致使铝制零部件的碳排放量显著提高，并且循环回收体系失衡，急切需要开发具有颠覆性的相关核心技术来解决。

在最新的，关于废铝制零部件回收利用的关键技术里面，废铝同级回收路径主要涵盖了高精度分选技术的开发，杂质无害化技术的开发，杂质元素去除技术的开发；升级回收路径包含了废铝提纯技术的开发。这些技术啦，要求咱得持续去追寻最新的研究进展情况，还得强化并且加大相关的研发工作力度，尽快去把再生铝循环回收利用方面存在的技术难点给攻克掉，以及跨越产业化进程中遇到的障碍，让我国再生铝产业是拥有具备核心自主所有权的知识成果，以此来推动再生铝的保级以及回收循环利用的升级工作，促使铝加工行业能够朝着低碳绿色可持续的这个方向不断发展，进而保障铝资源可以实现有效的供给，为助力我国能够早日达成“碳达峰、碳中和”的目标提供支持。

源自，【1】韩逸、钱维锋、朱雯等，所著废铝绿色低碳回收利用研究进展与挑战，刊于轻合金加工技术，二〇二二年，第五十卷，第十期，第一页至第十页，DOI为10.13979/j.1007 - 7235.2022.10.001。

【2】【数据予以公开】，2022年有关中国铜铝加工材产量的数据被发布，广东省电路板行业协会为GPCA。

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