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行业动态

再生铝——适应可持续发展的绿色产业 杨遇春
发布时间:2022年06月06日

金属再生的背景和意义

上个世纪50年代以来, 发达国家的过度消费, 发展中国家经济的发展以及人口的增长, 导致对自然资源需求及消耗的倍增, 使包括铜、铝在内的主要有色金属资源日趋枯竭 (表1) ;同时由于富矿多已采尽, 品位偏低的矿石给成本及环境带来巨大的压力。例如用品位不足0.4%的铜矿 (19世纪开采的品位为10%) 生产1 t精铜要开采250 t原矿, 生产1 t黄金和铂需处理33×104 t矿石 (品位约0.000 3%) 。据美国矿务局1993年的数据, 全球仅生产11种金属 (Al, Cr, Cu, Au, Fe, Pb, Mn, Ni, 铂族, U和Zn) 产生的脉石或尾矿就有58×108 t, 其堆放或掩埋都将构成环境问题;选矿和冶金过程对环境的危害尤烈。

表1 全球主要有色金属可供开采的年数*

Table 1 Recoverable number of years for some non-ferrous metal mines in the world


金属
铜 (陆基)

可开采年数/a
26 19 14 31 32 43 82 44

*引自1996—1997年Mineral Handbook (起点为2002年)

此外, 冶金过程消耗大量的能源 (表2) 和化工原料, 并产生炉渣、烟道灰、泥渣及大量的可吸入颗粒物、CO、苯、二甲苯、甲苯、氨和硫化氢等有害物质, 严重影响空气和地下水的质量。比如加拿大萨德伯里地区的大型铜镍精炼厂每年排放的SOx总量达270×104 t之多, 严重受害的森林面积达1 850 km2, 轻度受害面积还要更大。美国的田纳西与蒙塔纳河谷及俄罗斯的科拉半岛更是著名的典型受害区。

表2 生产原生金属的单位能耗与材料消耗[2]

Table 2 Unit enengy cousumption and material consumption for production of primary metals



矿石金属品位/%
52.8 17.5 0.6 9.3 6.2

耗用能量/GJ.t-1
22.4 256.0 120.0 30.0 37.0

耗水
79.3 10.5 605.6 122.5 36.0

物料供应

空气
1.9 0.3 1.6 4.4 5.8

固体物料
17.3 11.0 612.1 126.2 55.8

总供应
19.2 11.2 613.7 130.5 61.6

物料产出

副产品
0.2 0.1 1.0 6.7 4.9

用过的空气
1.5 0.2 1.3 1.2 2.4

CO2
0.5 0.8 0.02 0.03 0.03

SOX
0.01 0.06 1.47 0.005 0.01

其它气体物料
1.18 0.002 0.15 0.28 0.03

回炉潜力物料
0.6 3.2 0.1 0.5

掩埋废料
12.5 0.6 395.4 72.5 37.3

脉石
1.1 6.1 211.0 44.6 16.3

其他固体物质
1.5 1.4 0.1 2.5 0.1

淤渣及液体
0.1 1.9 0.1 2.6 0.1

物料总产出
19.2 11.2 613.7 130.5 61.6

以铝电解生产为例, 每生产1t金属铝, 大约需要2 t铝氧 (Al2O3) 和0.5 t碳阳极及少量氟化铝。在生产过程中原料与产品的质 (重) 量之差为1.5 t, 它们全部转变成CO和CO2及有毒的氟化物, 贻害环境[1]

显然, 对原生金属需求的急剧增长, 是不利于资源经济与环境经济, 违背全球范围内保持经济可持续发展要求的。

为此, 有人提出材料循环利用的两种技术战略。一个叫4R战略, 即修复 (repair) 、再用 (reuse) 、再制造 (remanufacturing) 与再生 (recycling) ;一个叫WM (Waste mining) 即废料采矿战略。这两种尽量使材料接近闭路循环, 从而减轻资源损耗、减弱对环境损害的战略, 其中心技术构架是实现金属再生[1]

废旧可再生金属的长期积累与专业化再生技术的发展及再生金属市场的形成, 使金属再生工业在过去的半个多世纪中逐渐走向完备, 特别在20世纪80年代和90年代, 再生金属生产的现代化及其在经济上的重要性达到了 的新水平。金属再生在节能 (表3) 、保护环境所带来的巨大经济和社会效益已使该行业成为所谓的绿色冶金产业。经济利益的驱动是再生工业走上规模化生产的原动力。据美国1983年的数据表明, 建设年产7.3×104 t电解铝厂的投资为2.5×108美元, 而兴建同等规模用废铝罐 (易拉罐) 生产罐坯的工程仅需 (1 600~2 000) ×104美元[3]。再生厂通常的投资是原铝厂的1/10。

一般说来, 一个国家或地区的经济越发达, 生活质量和需求水平越高, 其金属资源、能源消费及环保意识带给社会的压力越大。近20年来, 突出的技术进步为再生工业的发展创造了条件, 因此发达国家缓解这些矛盾的再生工业的发达程度远非发展中国家可比, 其中再生铝工业的发展尤为令人瞩目 (表4) [1,2,3]

表3 金属再生的节约效果[1]t/t

Table 3 Metal recycling resulted in multiple savings


金属

能耗/GJ·t-1
节能/GJ·t-1 节能/%

原生金属
再生金属

Mg
372 10 362 97

Al
353 13 340 96

Ni
150 16 134 89

Cu
116 19 97 84

Zn
68 19 49 72

33 14 19 58

Pb
28 10 18 64

表4 世界再生铝的生产[5]104t

Table 4 World secondary aluminium production


地区年份
1997 1998 1999 2000 2001
欧洲 198.57 217.81 233.48 256.65 258.20

非洲
3.72 4.20 4.50 4.50 4.50

亚洲
137.13 124.77 125.71 130.26 125.93

其中: 日本
127.83 115.47 116.41 121.36 117.03

美洲
397.90 400.04 439.26 412.57 380.57

其中: 美国
354.70 344.20 369.00 345.00 313.00

澳洲
11.35 12.54 12.98 13.11 13.47

世界总计
748.67 759.36 815.93 817.09 782.67

*表内数据为再生铝生产数字, 不包括以废屑形式直接应用的废杂铝