Вторая жизнь алюминия: почему Al самый «зелёный»

Алюминий — бессмертный материал, который перерабатывается бесконечно. Он может бессчётное количество раз перевоплощаться во всевозможных изделиях, не теряя своих свойств в процессе переработки. Сам этот процесс менее затратен и оказывает минимальное воздействие на окружающую среду по сравнению с производством первичного металла. Поэтому неудивительно, что одновременно с продолжающимся ростом спроса на алюминий на глобальном рынке увеличиваются и объёмы его рециклинга.

Экометалл

Алюминий — самый распространённый металл на Земле. Он составляет 8% от веса земной коры, присутствует в организме человека, в яблоках и воде. Однако, несмотря на такую вездесущесть, в чистом виде в природе его не встретишь. А процесс получения гораздо сложнее, чем у многих других металлов. Поэтому проще всего его перерабатывать повторно.

13-й элемент оказался привлекательным для рециклинга с точки зрения технологичности, экономичности и воздействия на окружающую среду. Последнее особенно актуально, так как период полного разложения алюминия — один из самых длительных среди современных материалов: около 500 лет. А при рециклинге он может служить человеку бесконечно. При переплавке тонны алюминия затрачивается только 5% электроэнергии по сравнению с производством аналогичного объёма первичного металла в процессе электролиза.

Потери алюминия в ходе рециклинга стремятся к нулевым значениям, а современные технологии и оборудование позволяют получать вторичный металл с минимальным количеством примесей и сохранением характеристик, присущих первичному. А значит, впоследствии он может применяться в самых разных сферах.

Сегодня в обороте находится около 75% когда-либо произведённого в мире алюминия. Вполне может статься, что баночка из-под пива, которое вы выпили на выходных, когда-то была крылом самолёта, а ваш любимый iPhone «в прошлой жизни» исполнял роль автомобильного бампера. Согласно данным исследования Indexbox Marketing, в переплавку отправляется до 100% так называемого свежего лома (отходы производства, выштамповки, брак и т.п.), до 90% алюминия из транспортного сегмента (списанные в утиль автокомпоненты, запчасти и кузовные детали), до 85% лома из строительного сектора (конструкции, оснастка и т.п.), до 80% лома из электропромышленности (кабель, проводниковая продукция, оборудование).

Основной потребитель вторичного алюминия — автомобильная промышленность: на неё приходится около 26% всего переработанного металла. Объясняется это и постоянно растущей долей крылатого металла в автомобилях, и позицией производителей, стремящихся к тому, чтобы их продукция была максимально экологичной с точки зрения и эксплуатации, и используемых материалов. Так, среднестатистический автомобиль содержит более 120 кг алюминия, из них около 73 кг (порядка 60%) — это вторичный металл. Эксперты отрасли прогнозируют, что доля «вторички» во всём мире к 2025 году может увеличиться до 90%. Уже сейчас этого показателя достигли производители алюминиевых банок: около 90% тары для напитков изготавливается из переработанного металла.

Переработка 1 кг алюминия позволяет сэкономить 8 кг бокситов и 14 000 кВт•ч электроэнергии.

Наращивают потребление вторичного алюминия компании строительной индустрии, производители электроники и бытовой техники, потребительских товаров. Показательно выглядит структура потребления переработанного алюминия и с точки зрения социального и экономического развития различных стран. Здесь можно отметить следующую тенденцию: объём «вторички» в готовых изделиях зависит от уровня благополучия граждан. Поэтому основные потребители данного продукта — Германия, Южная Корея, США, Япония, ОАЭ. В этих странах отлично отлажена и сама индустрия переработки. Впрочем, в последнее время рециклинговые мощности массово запускаются и в развивающихся странах Юго-Восточной Азии и Тихоокеанского региона, что обусловлено дешёвой рабочей силой и перспективами растущих рынков. 

Переработка развита и в России, где есть более 400 предприятий данного профиля. Этот бизнес довольно привлекателен благодаря доступности технологий и быстрой окупаемости инвестиций.

Как новенький

Температура плавления алюминия составляет 660°С, удельная теплота плавления — 390 кДж/кг, поэтому организация производства по его переработке с технической точки зрения — мероприятие несложное. В прежние времена лом просто загружали в печь и переплавленный металл добавляли в литейные сплавы. Полученный результат вполне удовлетворял потребителей. Однако постепенно требования к химическому составу, потребительским свойствам и характеристикам росли.

Совершенствовались и технологии переплавки, рафинирования, литья, сбора, сортирования и очистки алюминиевого лома. Например, сегодня в Европе алюминий, отправляемый на рециклинг, проходит классификацию по 22 параметрам, на основании которой и происходит дальнейшая переработка. Теперь она представляет собой процесс, состоящий из нескольких этапов. Конечно, идеальным считается однородный лом. Но такое случается крайне редко, поэтому чаще всего переработчикам приходится иметь дело со смесью, в которую, например, могут входить строительные конструкции из алюминия, старые провода, банки, фольга и множество других составляющих. Поэтому сначала лом сортируют, очищают от мусора, моют, сушат. Освобождают от посторонних включений и различных примесей. При необходимости удаляют лакокрасочные вещества. Далее придают заданную форму для переплавки, измельчая или отправляя под пресс. И только после этого всё это добро попадает в плавильную печь.

Одна из проблем, с которой сталкиваются литейщики при переплавке алюминия, — его окисление. Чтобы этого избежать, применяются печи, в которых лом сразу погружается в ванну жидкого алюминия. Также разработаны агрегаты, в которых процесс происходит при полной изоляции расплава от воздуха. Сильно загрязнённый алюминиевый лом плавят в специальных роторных печах с добавлением флюса. Он не только защищает расплав от окисления, но и помогает отделять оксидную плёнку от жидкого металла и очищать от неё расплав. Алюминий при плавлении нередко обрабатывают такими газами, как аргон, хлор, азот, либо их смесями. Для придания готовым слиткам конкретного химического состава в расплав добавляются легирующие добавки. При этом легирование может производиться как в плавильной печи, так и в разливочной.

Почём экология для народа?

Алюминий, ранее уже побывавший в употреблении, находит применение в самых разных сферах. Например, сплав АВ87 используется в металлургии в качестве раскислителя — для заимствования у стали в процессе её производства оксидного основания и выведения вредного кислорода в легкоотделяемый шлак Al2O3. 

Также этот сплав применяется в производстве ферросплавов, в частности при производстве металлического хрома, феррониобия, безуглеродистого феррохрома, ферробора, силикоциркония и различных лигатур с редкоземельными и редкими металлами. Лаборатория ячеистых бетонов ВНИИ железобетона несколько лет работает над созданием газообразователя целевого назначения. Исходным сырьём стал вторичный алюминий марок АВЧ-1 и АВЧ-2, изготовленный из отходов производства алюминиевых сплавов, а также вторсырья.

Всё больше компаний заявляют о замещении используемых ранее материалов переработанным алюминием. Такая забота об окружающей среде стала и отличным маркетинговым ходом. Одной из первых от применения металла с большим углеродным следом отказалась Apple. В 2018 году она вывела на рынок ноутбук MacBook Air, компьютер Mac mini, а также планшет iPad Pro, корпуса которых изготовлены из стопроцентного переработанного алюминия. Программу безотходного обращения капсул для кофемашин запустил бренд Nespresso. Если прежде для таких аппаратов использовались пластиковые капсулы с крышечкой из фольги, то теперь решено полностью перейти на алюминиевый формат. При этом компания предложила потребителям присылать ей использованные капсулы для дальнейшей переработки. Кстати, металлические части новой кофемашины Nespresso PIXIE на 98% состоят из переработанных алюминиевых капсул.

Применение переработанного алюминия осваивают представители сектора упаковки. В частности, компания Ball Corp. объявила об использовании вторичного металла для изготовления моноблочных баллонов для аэрозолей. Ёмкости поставляются производителям парфюмерии и бытовой химии для упаковки дезодорантов, спреев, освежителей воздуха, солнцезащитных средств и т.д. Для изготовления облегчённых экструдированных алюминиевых баллонов была разработана запатентованная технология ReAl. Она предусматривает использование облегчённого сплава из вторичного алюминия, обладающего повышенной прочностью и обеспечивающего снижение веса контейнера на 20%.

Спрос на вторичный алюминий продолжает расти в разных отраслях. Тем не менее вряд ли когда-нибудь ему удастся вытеснить «первичку». Во-первых, в некоторых сферах технологии предусматривают использование только первичного алюминия. Во-вторых, жизненный цикл многих изделий составляет десятки лет и спрос на металл растёт намного быстрее предложения. А в-третьих, цена вторичного алюминия с учётом очистки, переработки и изготовления сплава с заданными характеристиками нередко значительно превосходит стоимость первичного металла. Экология — дело дорогое.

Егор Петров