全球铝产量及回收趋势 [page::1]

• 约三分之一铝产自废铝，预计2050年废铝比重超50%。

- 回收铝能耗及碳排远低于原铝生产，经济与环保效益显著。

铝切屑清洗技术评述 [page::2][page::3][page::4]

• 常用清洗法包括离心分离、溶剂超声清洗、萃取和蒸馏。

- 离心法广泛工业应用，成本低且可重复利用切削液，污染物含量<1%。

• 溶剂超声法对航空级高性能合金清洁效果优异，去除率80%以上，适合高端应用。

- 超临界$CO2$萃取环保但设备投入高，工业应用受限。

• 蒸馏法除油效率达99.7%，适合资源回收意识强的场景。

- 表1汇总各清洗方法参数及成效，能耗与环境影响评估较少。

铝切屑压实对回收的影响 [page::5]

• 冷压压力提高可显著提升切屑密度，接近2.5 g/cm³后增益减小。

• 金属回收率随压实压力增加基本线性提升，但过度压实未清洁切屑反而影响有机物去除。

- 有效去除有机污染物与合理压实结合，双管齐下最大化回收效率。

助熔剂对氧化抑制与回收率的提升 [page::6][page::8][page::9]

• NaCl-KCl助熔剂及其含氟添加剂(3-7 wt% Na₃AlF₆、KF等)能破坏氧化物网络，促进铝滴聚合，减少白渣。

• 氟化物含量对助熔剂与铝液界面张力影响显著，合适浓度能降低氢含量和杂质比例，提升力学性能。

• 助熔剂含氟添加物显著优化组织结构，缩减收缩率和孔隙。

机械搅拌及温控优化熔炼质量 [page::7][page::11]

• 机械搅拌配合助熔剂可显著降低双膜缺陷与内孔密度。

• 熔炼温度需控制在740-750 ℃区间，温度过高加剧氧化且易产生有害杂质。

未来研究方向与绿色工艺展望 [page::0][page::4][page::9]

• 开发低氟或无氟助熔剂替代方案，降低环境风险。

- 整合清洗、压实与再熔炼工艺流程强度化，提高工艺连续性与能源效率。

• 推广采用液氮或$CO2$冷却的低污染冷加工技术，减少预处理污染。

- 系统进行回收工艺全生命周期碳足迹与资源利用评估，指导工业实现绿色转型。

金融研究报告深度分析报告

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一、元数据与概览

报告标题：Recent advances in the remelting process for recycling aluminium alloy chips: a critical review
作者：Xin Chen, Mariem Ben Saada, Bruno Lavisse, Amine Ammar
发布机构：Arts et Metiers Institute of Technology
发布日期：2025年4月24日（接受日期为4月12日，投稿日期为3月7日）
主题：铝合金切屑的回收再熔炼工艺的最新进展
关键词：铝合金，金属切屑，再熔炼回收过程，材料回收

核心论点：
报告系统性评述了当前铝合金切屑回收中预处理与再熔炼技术的进步，重点探讨了清洗与压实预处理技术及其对资源回收率和材料质量的提升效果。强调了NaCl-KCl基盐Flux合金添加氟化物的再熔炼工艺优化，机械搅拌与温度控制对降低孔隙率及提升熔体纯度的重要性。未来研究方向建议聚焦于低能耗清洗技术、Flux成分优化和大规模生产的工艺开发。

整体传达的信息是，铝合金切屑回收工艺需要整合高效清洗、适当压实和科学的熔炼过程，通过合理的工艺组合以提升回收率和材料性能，实现经济与环境可持续的优化路径。[page::0][page::1][page::4][page::6]

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二、逐节深度解读

1. 引言与背景

• 铝合金因其高机械性能和耐腐蚀性广泛应用于航空、汽车、海洋及模具制造行业。加工过程中大量材料以切屑形式被去除，部分行业切屑质量可占原始材料的80%。

- 铝回收的重要性源自于其显著节能和减排优势：原铝生产每公斤电耗约45 kWh、二氧化碳排放12公斤；而二次铝通过废料回收仅需2.8 kWh和0.6公斤二氧化碳排放，具有显著的经济及环保效益。

• 结合市场价格优势，二次铝具有显著的竞争力，且欧洲已将铝材料列为关键原材料，国际铝协会预测至2050年，二次铝生产比例将超过50%。（相关全球产量趋势见图1）

- 铝切屑回收研究成为重点，分为再熔炼方法和固态回收技术。再熔炼方法因其简单性而在工业中应用广泛，但存在金属回收率不理想及有害气体排放问题，清洗步骤成为必要。固态方法如热挤压、ECAP、CEC等虽提升性能，但面临工具磨损及高能耗问题。[page::0][page::1]

2. 铝切屑预处理技术

2.1 清洗方法

• 去除切屑上的切削液残留是循环利用效率的关键，直接熔炼可能产生火焰或有毒气体。

- 主流清洗方式包含：
- 离心法：利用离心力分离油液，工业应用广泛，环保且可回收切削液，典型残留量<1%，适于需求快速处理但容忍一定杂质的汽车行业（图2及3）。
- 超声波配合溶剂清洗：通常用水、碱液或有机溶剂（乙酮、NaOH等）结合超声波增强脱脂效果，工业高性能级铝材如航空7050合金多采用此法，清洁度达<1%（图4），关注废溶剂的环境处置。
- 超临界CO₂溶剂萃取：利用CO₂临界点（31.1度，73.8 bar）以上的气液态混合特性分离油污，环保且溶解度接近传统有机溶剂，但需高压设备，规模化受限（图5）。
- 热法：通过加热蒸发分解切削液，工艺简单但时间长且能耗高，存在氧化损失加剧现象，适合低档废料处理。
- 蒸馏法：有效去除油水，达到99.7%的去除率，支持切削液回收及高端材料，但能耗及设备复杂度较大。[page::1][page::2][page::3][page::4]

• 表1对比了各种清洗方法的操作参数及主要成果，涵盖转速、温度、压力、超声波频率及时间等关键指标。

- 现存清洗技术难以在清洁效率、能耗与环保间取得最佳平衡。

• 新趋势聚焦无油或低污染冷却切削技术（如液氮、液态CO₂辅助冷却），以降低预处理需求，减少氧化，提高回收率。[page::4]

2.2 切屑压实

• 压实为关键前处理步骤，通过冷压可提高切屑密度（典型上升至约2.5 g/cm³），减少氧化损耗，提高金属回收效率，且便于搬运及熔炼装炉。

- 图6显示不同铝合金在不同冷压应力下的密度曲线，呈现渐近趋势，压力超出一定值后密度增益有限。

• 研究表明压实压力与回收率呈近线性关系（图7），但某些情况下低压+配料方案效果更佳，受熔炼时间等参数影响。

- 不过，未经充分清洗的有机污染物可能因过度压实包裹阻碍燃烧分解，导致产渣及回收率降低。

• 结论是压实需与高效有机污染物去除配合优化，以实现最高回收率和最低氧化损失，达到节能与环保双重目标。[page::5][page::6]

3. 再熔炼工艺优化

3.1 利用熔盐Flux减少氧化

• 铝的高亲氧性导致再熔炼过程中必然生成氧化膜（白色渣），降低产品性能且增加能耗。

- 熔盐Flux通过破坏氧化膜网状结构促进液态铝颗粒团聚并沉降，显著提升回收率和合金纯度（图8）。

• 以NaCl-KCl混合盐为基础，配合氟化物添加物（NaF、KF、Na₃AlF₆等）进一步提升熔盐活性，降低界面张力促进杂质去除。

- 图9展示了不同氟化物种类及含量对熔盐/铝液及熔盐/氧化物界面张力的影响，界面张力下降有益于氧化物剥离和杂质凝聚。

• 图10的显微结构明显显示氟盐添加减少组织中的缩孔和夹杂杂质，提高致密性和力学性能。

- 氟型添加剂须严格控制用量（一般3%-7%），过量易导致炉衬腐蚀及产生环境污染（氟化气体排放）。

• 商业实践中盐剂用量一般占废料重量的2%-5%，频繁再生应用以控制成本。[page::6][page::7][page::8]

3.2 机械搅拌与温度控制

• 机械搅拌在再熔炼中提高熔体流动性，减少夹气和夹杂物，提高合金致密度。

- 图11示意采用转子搅拌器促进熔融铝与熔盐充分混合。

• 图12数据体现搅拌与熔盐协同作用，显著降低铝合金中孔隙率及孔密度。

- 熔炼温度对熔盐活性关键，低温限制氧化膜破坏，温度过高加剧氧化和杂质反应。

• 研究建议Al-Si系合金适用温度区间约740°C，氟盐添加会提高流动温度至710-800°C范围（图13）。

- 精确控制温度以匹配合金类型和熔盐配比，能有效提升回收率，降低能耗和环境影响。[page::7][page::8][page::11]

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三、图表深度解读

图1（page 1）

展示了1980年至2050年全球铝产量中原铝与二次铝的年产量及总量趋势。

• 从图中看，二次铝产量自2000年后快速增长，预计2050年将超过50%。

- 这一转变反映了国际铝业对再生利用的重视及技术进步，支撑了报告强调二次铝经济环保优势的论点。

图2（page 2）

离心分离系统结构示意图。

• 该装置通过高速旋转产生离心力使切屑中的切削液分离排出。

- 设备结构简单，工业普及度高，适合大规模低成本切屑清洗。

图3（page 2）

不同去除切削液方法的残留率比较柱状图。

• 离心法残留最少（0.86%），热处理极低残留（0.1%-0.16%），而高压压制残留较高（最高6.4%）。

- 结果支持离心清洗的高效性及经济性。

图4（page 3）

超声波清洗示意及不同溶剂的清洁效率条形图。

• Na₂CO₃和乙酮清洁效率均超过80%，明显优于纯水及环己烷。

- 机器超声提高了清洗彻底性，适合高性能合金的应用，对比图强化了超声波联合溶剂清洗的优势。

图5（page 3）

CO₂相图显示临界点温度与压力。

• 说明采用超临界CO₂乐于采纳气体性质与液体密度的双重优点，实现高效切削液萃取。

图6（page 5）

不同铝合金在冷压应力作用下密度变化曲线。

• 各类铝合金密度随着压力增加快速上升，至约2.5 g/cm³后趋于平稳。

- 可作为选择冷压工艺参数的指导依据。

图7（page 5）

冷压应力和金属回收率关系曲线。

• 一般回收率随着压力增加线性提升，但存在因熔炼时间不同或混料比例差异导致的偏差。

- 明确表明压实在回收效率中扮演重要角色。

图8（page 7）

氧化物从铝基体分离剥离的五步示意图。

• 清晰展示熔盐渗透、腐蚀、氯离子扩散和氧化层剥离过程。

- 支持熔盐中氧化物清除机理与铝滴合并的科学基础。

图9（page 8）

不同氟化物含量对熔盐/熔铝及熔盐/氧化铝界面张力的影响曲线。

• 显示氟化物添加降低熔盐与氧化物界面张力，提升氧化物从铝液中剥离效率，且不同氟化物效果不同。

图10（page 9）

铝合金微观组织对比图。

• 工艺变量为不同氟型盐Flux及含量，显示盐Flux处理有效减少孔隙和杂质组分，优化材料结构，提升机械性能。

图11（page 10）

机械搅拌过程示意。

• 强调搅拌促进熔盐和熔铝混合，支持氧化膜破坏与杂质去除。

图12（page 11）

搅拌与Flux对铝合金样品孔隙率及孔密度随时间变化影响。

• 搅拌和Flux合用优于仅搅拌或仅Flux，显示双重措施协同减孔效果。

图13（page 11）

不同Flux类型铝熔炼铸造温度对比散点分布。

• NaCl-KCl基Flux支持低温熔炼，添加氟化物涨高温度，范围从710°C-800°C不等。

- 不同合金熔炼温度建议不同，明确工艺参数的重要性。

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四、估值分析（工艺效果分析）

报告未涉及具体财务估值模型，但可归纳为技术“价值评估”：

• 通过回收率(R)定义及公式说明回收效率衡量：

$$
R = \frac{m1}{m0} \times 100\%
$$
其中$m1$为回收金属质量，$m0$为投入原料质量。

• 金属回收率受清洗效率、压实密度、熔盐种类及添加剂浓度、机械搅拌及熔炼温度多因素调控。

- 清洗技术提升减少杂质殘留，压实提高密度降低氧化损耗，熔盐及添加剂促使铝滴团聚减少渣产率，机械搅拌均质熔体减少缺陷。这些协同作用提升最终回收纯度与总产率。

• 报告通过对比实验数据与图表（如图7、图12、图13）验证工艺参数对提升回收效率的定量贡献，指导生产工艺的经济效益优化。

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五、风险因素评估

• 切屑污染与有机残余：未充分清洗导致的有机物阻碍回收，产生有毒气体和大量炉渣，降低回收率和安全。需综合清洗和预处理策略规避。

- 过度压实风险：未除污染物过度压实会封闭有机物，导致燃烧不完全，生成更多渣。

• 氟添加剂风险：氟化物在提升回收效率同时带来炉体腐蚀及环境污染风险，氟添加剂浓度须严格限制。

- 热处理氧化加剧：高温热清洗可加剧氧化损耗，影响回收率。

• 工艺复杂度与能耗：先进萃取及蒸馏工艺因设备高端及能耗制约，工厂难大规模采用。

- 环保法规遵循：溶剂清洗废液处理及氟化废气排放需符合环境安全标准。

• 工艺规模化挑战：某些高效工艺尚缺乏工业规模验证，经济性不明。

报告在风险介绍中强调需综合考虑环境、安全、成本及产出质量，建议通过技术集成与控制保障回收工艺可持续发展。[page::1][page::4][page::6][page::8]

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六、批判性视角与细微差别

• 报告作为综述，推崇主流技术，强调清洗和压实流程的重要性，但对能耗和全生命周期环境影响数据详尽分析有限，表1虽列参数但未深入比较能耗/碳排指标。

- 某些实验数据存在时间、材料成分或实验设备差异，对压实与回收率关系的普适性解释需谨慎，部分反例说明需多因素协同调控。

• 高效萃取及超临界CO₂技术虽环境优势明显，工业应用受限，报告未充分讨论其经济门槛与操作安全风险。

- 氟添加剂的使用存在“效率-环境”双刃剑问题，虽然指出用量限制，但长期生态影响及排放控制措施需更审慎。

• 报告提出液氮及碳二氧化冷却的前沿思想，但并未具体量化相关技术对回收工艺及成本结构的影响，具探索性质。

总体上，报告系统全面但仍需更深入生命周期经济与环境定量评估数据支撑，部分新兴技术需后续工业实践验证。

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七、结论性综合

本次文献综述围绕铝合金切屑的回收工艺进行了系统详尽的解构与分析，核心发现包括：

• 切屑预处理：结合了离心、超声波+溶剂清洗、超临界流体提取及热、蒸馏多种技术，离心与超声波结合方法因效率高且操作简便在工业中应用最广。未来绿色冷却技术的兴起有望减少预处理能耗和污染。

- 压实工艺：冷压显著提升切屑密度和熔炼效率，压实力度达到约200 MPa时，密度趋于稳定约2.5 g/cm³，正向促进金属回收率提升，前提是需结合有效清洗去除有机残留。

• 熔炼优化：以NaCl-KCl熔盐介质为基础，通过添加3-7%氟化盐Na₃AlF₆、KF等降低铝液与氧化膜界面张力，实现氧化膜剥离，促进液态铝团聚，减少渣生成。机械搅拌结合精准温控，在730~750°C区间内优化熔盐流动性，促进夹杂物去除和孔隙控制。

- 环境与安全考量：氟盐摄入需平衡其提升回收效率与对炉材腐蚀及环境污染的潜在风险。溶剂清洗废液处理与有机残渣燃烧前处理是关键环保环节。

• 未来方向：重点研发低氟或无氟熔盐配方，探索冷却辅助切屑成形技术和整体工艺集成，发展规模化、经济效益高且环保的回收流程。加强生命周期碳足迹和能耗对比研究，指导工艺工业落地。

图表数据高度支持论述，清晰表明工艺参数与材料回收率、熔炼性能及微观结构的内在联系。报告内容充分展现出作者对铝合金切屑回收领域的深刻理解和前瞻性，提供了工业技术路线及科研重点的有力指引。[page::0][page::1][page::4][page::5][page::6][page::9][page::11]

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总结：
本报告细致分析了铝合金切屑循环再利用全过程的预处理与再熔炼关键技术，系统评估了清洗、压实、熔盐辅助回收以及熔炼机械搅拌等环节的技术进展及工业应用，依据详实实验和文献数据，提供了切屑回收工艺优化的科学依据与未来研发方向，对推动铝回收产业绿色高效发展具有重要参考价值。

报告