铝代铜真的要来了?未来将应用全球,铜:有色金属王跌落神坛

挖个脑洞子 2024-12-31 22:06:40

铝代铜时代即将来临?中国开始用铝金属来替代铜,以往称霸电气行业的铜或将地位不保,那么这一战略到底可行吗?

有色金属之王—铜

铜是一种呈紫红色光泽的柔软金属,表面切开后为我们常见的红橙色。它的熔点为1083.4℃,沸点为2567℃,具有很好的导热性和导电性,热导率为401W/(m.K)。具体来讲,铜的导电性仅次于银,导热性仅次于银和金。

金银的价格我们都知道,以2024年12月30日为基准,黄金价约为615元/克,白银原料价为7.1元/克,而铜则为74280元/吨,也就是0.07428元/克。相较之下,显然铜更有性价比。

再加上,铜还具有很好的延展性,易于加工成各种形状。也因此,被广泛应用在电力行业,用于制造各种电缆、导线、变压器、开关设备等等。数据显示,电力行业用铜占全球铜消费的48.5%,可谓是直接包揽半壁江山。

此外,在‌空调制冷行业、‌交通运输行业、建筑行业分别占比15.5%、9.3%、8.1%,均有一席之地那么,既然铜作为有色金属之王有如此重要的作用,为何我国还要实行铝代铜呢?

为何实行“铝代铜”?

实际上,中国之所以采取这样的措施,其实也是防患未然,做长远打算。

根据预测,全球铜需求量持续增长,到2050年用量将达到5000万吨以上。而2023年,中国铜矿的保有储量也才4064.79万吨,仅占全球总储量的4.1%,排在世界第八。

而铜又是一种不可再生能源,因此,为了维护国内的原材料安全,我国就只能不断进口,这也无异于等同将自身在电力、建筑、交通领域的命脉交到别人手中,受制于人。

再加上,铜的价格也水涨船高,2024年上半年,电解铜市场均价同比增长17.06%。并且预计全年均价8625美元/吨,同比增长大约6%。同时,价格的波动势必也将影响其上下产业链。因此,为了维稳企业和市场,我国就开始寻找铜的替代品—铝。

那么,铝真的能成功取代铜吗?

铝能成功取代铜吗?

其实,所谓铝代铜是指将铜电缆替换为铝电缆。

首先,全球已探明的铝矿总量约为550亿-750亿吨,相比下来,铜矿10亿吨的储量确实是九牛一毛。并且其中,中国的铝产量稳居全球第一,2023年铝产量高达4100万吨,占全球产量的60%。因此,资源问题也就不用担心。

其次,铝的生产成本也远低于铜,相比于铜导线,铝导线能节约20%-50%的成本。

但同时,铝也存在着一些弊端。虽说铝资源丰富且成本低,但它的导电性确实也不及铜。金属导电率从高到低依次为银、铜、金、铝、铁、锡,其中银的电阻率最高,为15.86Ω·m(欧姆·米)。铜、金、铝依次为16.78Ω·m、24Ω·m、26.54Ω·m,铜和铝数值相差并不算低。

并且,电阻率的概念是物质的电阻与横截面积的乘积与长度的比值,因此,为了增强导电性,铝电缆就要采用更粗的导线,来达到与铜相同的传输效果,这无疑也进一步增加了电缆的重量和成本。

此外,铝在空气中会产生氧化反应,表面生成一层致密的氧化铝薄膜,会进一步导致电阻增加以及使导线发热。

所以说,目前铝电缆并不适用于高导电的场合,只能用在一些低压输电线路。

那么,铝代铜到头来还是空欢喜一场吗?

既然铝本身的导电性差,那就给它做成合金。通过给铝添加锌、铟、锡、镁等元素,就能改变铝的电极电位。

例如,铝-锌-铟合金,锌和铟能降低铝阳极的极化,增加其牺牲阳极的保护能力,从而提高电化学活性。

而在铝-镁-硅合金中,镁的固溶度较高,能提高合金的塑性和强度‌。‌硅则可以形成细小的颗粒,促进晶粒细化和强度提高。由此,这种铝-镁-硅合金(Al-Mg-Si)甚至能用于制造航空发动机旁路比和涡轮组件等高温部件‌。

此外,微观结构调控、热处理工艺,以及电化学氧化法和电沉积法等表面处理技术都能提高铝的导电性。

随着我国科技的发展,许多资源问题都将进一步得到解决。

【参考文献】‌

[1]赵越,黄聿川,左铁军.实现铝代铜是制冷行业发展的必然趋势[J].家电科技, 2007.

[2]燕来荣.铝代铜或开辟线缆材料行业新市场[J].电器工业, 2013.

[3]林子应,董晓红,赵子牛,等.干式变压器绕组以铝代铜可行性研究[J].铝加工, 2024(1):3-6.‌‌

[4]张文联.铝合金电缆在工程中的应用[C]//上海市电气工程设计研究会2017年学术年会.;上海市电气工程设计研究会;;, 2017.

[5]鲁正荣.一种通信电缆用铜包铝镁导体线.2011.

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