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摘要：铝一般被认为是一种可有效回收的金属材料，但这是从量的观点来看的。事实上每回收利用一次，铝的质量就会下降，因此其回收属于降级回收。目前，再生铝的最终用途多为汽车用发动机缸体等铸造产品，但如果汽车加速向EV转型的话，发动机的需求量将会锐减，因此有可能破坏铝的循环结构。如果不采取任何措施的话，未来将会产生大量无法使用的铝（死金属）。这种“铝危机”是发达国家的共同课题，但如果有精炼技术的话，则有望避免这一危机。本文中，日本的研究小组开发出世界上唯一能够将含有大量杂质元素的铝废料再生为纯铝的技术。该技术所需的能量还不到制造铝锭时的一半。

关键字：铝、可持续回收技术、固体铝电解法、铝废料再生、新型回收工艺

要点

新技术可以解决因汽车加速向EV转型而放弃发动机所导致的铝循环结构破坏问题
开发出世界上唯一可以从混合有杂质元素的铝废料中再生出高纯度铝的技术，可以满足各种铝需求
颠覆“熔融再生”这一传统观念，通过固体处理实现高纯度的再生，工艺简单且节能

开发背景

铝（Al）质轻且加工性好，因此作为社会发展不可缺少的材料常用于汽车零部件或飞机零部件。但是，从矿石中冶炼铝金属的过程会消耗大量能量，环境负荷大。例如，生产1kg的不锈钢需要消耗56MJ的能量，而生产1kg的铝却需要消耗162MJ的能量。由于冶炼过程会消耗大量的电力，因此铝被称为“电力罐头”。目前，日本不生产新铝锭，所有新铝锭都来源于海外进口。

全球高度重视可持续、低能耗且低环境负荷的铝供应，铝的回收利用在全球范围内进行。根据供需预测，随着废弃铝产品产生量的增加，预计未来废铝供应比例将会大幅提升。然而，目前的铝回收属于降级回收，其中含有杂质，导致品质下降。这是因为我们日常使用的铝制品并非纯铝，而是含有硅（Si）和铜（Cu）等合金元素的铝合金。由于铝是一种活性金属，因此通过目前的重熔工艺进行回收时，难以去除合金元素，并且回收过程中会混入或积累合金元素。因此，再生铝的最终用途仅限于汽车用发动机缸体等允许含有大量合金元素的铸造产品。然而，由于电动汽车的迅速普及，预计对发动机缸体的需求将会大幅下降，降级回收而得到的再生铝面临失去最终用途的风险。

为此，研究小组致力于开发一种从铝废料中去除合金元素的新型回收工艺。

新技术的概念图

技术优点

迄今为止，在从含有杂质的废料中精炼纯铝时，普遍在熔融状态下处理铝。如果有仅允许铝离子通过的隔膜（固体电解质）的话，则可以实现废料的电解精炼。然而令人遗憾的是，目前尚未开发出可工业使用的合适固体电解质。

目前的精炼技术之一是三层液电解精炼法。该方法是在铝中添加铜以增加其密度，在其上层放置比铝重的氟化钡基熔融盐，并在其上形成供精炼铝移动的三层夹层结构来精炼铝。所有层都处于熔融状态。该方法用于进一步精炼纯度约为99.5%的铝锭，在处理废料时，电解分离的硅等轻合金元素会不可避免地漂浮在熔融盐中并再次混入精炼铝中。

针对该问题，研究小组认为，如果在熔融盐中将铝废料以固体形式电解的话，则基本上只有铝从阳极转移到阴极，从而得到精炼铝；废料中的合金元素则像空壳一样残留在阳极，或者直接沉积到阳极正下方，可以对其回收并作为金属资源进行再利用。本项技术的启发点是通过在水溶液中电解铜、铅和锌等粗金属来获得高纯度金属的技术。

作为实证实验，在固体状态下电解含有11质量%的Si、2质量%的Cu和0.8质量%的铁（Fe）的铝合金作为阳极，成功地在阴极处以96%的收率回收到纯度为99.9%的铝。硅残留在阳极的空壳中，可以有效地与铝分离。采用现有电解精炼法（霍尔赫劳尔特电解炼铝法）制造铝锭时所需的能耗约为162MJ·(kg-Al)^-1，而采用本技术制造再生铝时所需的能耗不到其一半，预计仅为58～80MJ·(kg-Al)^-1。

未来展望

本次研究小组所开发的固体铝电解法是世界唯一能够将含有大量Cu、Si等合金元素的铝废料再生为纯铝的技术，而且其能耗仅为制造新铝锭的一半。研究小组认为，该项技术有助于避免铝循环结构的破坏。此外，从经济和节能的角度来看，该方法可以仅用于再生过程中避免铝品质下降，以再用于延展材料等用途，而无需对所有铝废料都采用本方法进行精炼。

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