在SMM主办的2023中国工博会暨(第五届)中国汽车新材料应用高峰论坛-汽车用低碳铝镁材料发展论坛上,中信戴卡股份有限公司材料工艺研究所所长白帮伟介绍了绿色发展背景及再生铝产业现状、汽车轮毂使用再生铝三大难题及关键技术研究。
绿色发展需求
二十大报告中指出,大自然是人类赖以生存发展的基本条件。尊重自然、顺应自然、保护自然,是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。
绿色发展具有三个特征:节约、回用、循环。
再生铝原料每回收利用一吨与原铝比较,节能3443千克标煤、节水22立方米、减少固体废物排放20吨,减少碳排放约95%-98%。
中国再生铝政策支持
2020-02工信部《铝行业规范条件》从布局与规模、产品质量、能源消耗等方面规定了再生铝企业应该具备的基本条件,促进再生铝行业规模化、集约化、现代化发展。
2021-07发改委《“十四五”循环经济发展规划》到2025年,再生铝产量达到1150万吨的发展目标,原铝的产能将受到限制,再生铝行业成为国家未来政策大力扶持方向。
2021-12工信部、科技部、自然资源部《“十四五”原材料工业发展规划》支持优势企业建立大型再生铝回收基地和产业集聚区,推进再生金属回收、拆解、加工、分类、配送一体化发展。
全球再生铝产量
根据国际铝业协会数据,2009年-2020年全球再生铝产量由1887万吨增长至3471万吨,年均复合增长率6%。2021年全球再生铝产量约为3583万吨,预计2027年将超过5100万吨,年均复合增长率约5%。
当前全球低碳进程不断推进,再生铝代替原铝的趋势愈发明显。
主要国家再生铝产量
发达国家对铝资源再生的开发研究起步较早,废铝资源较丰富,废铝回收体系和法规相对完善,废铝回收情况较好。因此发达国家的再生铝产量占铝产量比重较高,日本再生铝产量占比已经达到100%。
中国再生铝产量
2022年中国再生铝在铝总产量中的占比为17.7%,再生铝产量具有广阔的发展空间。
2022年,中国再生铝产量达到865万吨,同比增长8.13%,实现产品产值近1900亿元,同比增长5.56%,实现降低碳排放量9515万吨。
按照15年报废年限计算,预计2025年再生铝将达到1100万吨,2030年2000万吨。
中国汽车保有量
2001年我国汽车保有量仅有1100万辆,截止2022年中国汽车保有量3.19亿辆,22年间中国汽车保有量增加了28倍。
进入21世纪,中国汽车保有量快速增加。今后几年,汽车即将进入大量报废期。
中国汽车用铝量
2021年我国汽车用铝量约为500万吨,同比增长10.13%,其中,乘用车用铝量约为359万吨,占比达到72%。
预计到2025年、2030年,汽车轻量化技术实现单车用铝量将分别达到250kg和350kg,同时,汽车用铝量将分别达到683万吨和981万吨。2021年我国再生铝产量占铝材比重约为12.53%,当前世界水平约为14.6%,再生铝在汽车上的应用还有较大的提升空间。
汽车回收铝量趋势
2021年我国报废汽车回收拆解量近238.6万辆,同比增长达10.8%,伴随报废汽车逐步进入放量期,废旧铝制车轮及其他汽车用铝随着报废汽车的增加而增加。
燃油车与电动车用铝趋势
预计2030年纯电动车单车用铝量将达283.5kg,新能源汽车与再生铝结合是未来重要的发展方向。
难题一:再生铝中Fe元素的危害
再生铝中的铁含量限制了其应用范围,尤其是在汽车底盘零件中。由于底盘零件的高性能要求,铁含量大多控制在0.15%(重量)以内,这大大限制了再生铝在汽车底盘零件中的应用。
再生铝中的Fe相:铸造铝合金中杂质元素Fe不可去除;随着铸造铝合金循环次数的增加,Fe元素含量增加。
如何降低再生铝中Fe元素的危害,是再生铝汽车底盘结构件急需解决的问题。
稀土La、Ce在再生铝方面的应用:稀土元素对再生铝中的Fe相有明显的的细化作用;稀土重熔变质持久性更好,可以有效利用在再生铝中。
再生铝微合金化:Mn、V、Cr等改变Fe相形貌,降低其危害;通过微合金化,保证再生铝的力学性能不降低。
难题二:环保问题
废旧铝车轮不用提前脱漆处理;能耗<70Nm³/t;VOC、二噁英排放满足国家环保标准要求。
难题三:熔体净化技术
废旧铝车轮重熔:再生铝车轮重熔后主要杂质为氧化物以及少量BaSO4和TiO2等。
再生铝车轮重熔后夹杂物含量(PoDFA):废旧铝车轮重熔后采用专用精炼剂精炼处理,并通过管式过滤后,铝液质量能够达到生产高端车轮产品要求。
铝车轮Wheel to Wheel再生
铝车轮Wheel to Wheel再生,做到铝制车轮全生命周期管理。
2020年度河北省中央引导地方发展资金项目:固体废物资源化优质再生铝研发及产业化。
前景与愿景
技术牵引:构建再生铝废料周期大数据评估利用平台;研发再生铝低碳熔炼关键技术;研发再生铝全过程污染控制关键技术;开发再生铝智能分选装备;完善构建再生铝标准体系;创新碳捕捉技术。