赤泥——电解铝的副产品，带来灾难的罪魁祸首

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2010年10月4日下午1点30分，匈牙利阿伊卡小镇的人们刚刚吃完午饭，地面突然轰隆隆地涌起近百万立方米的红色泥石流，许多人猝不及防被卷入其中，浓烈的恶臭刺鼻而来。

此次事故导致100多人遭受化学灼伤，8人重伤或死亡。泥石流所到之处，森林、河流生态彻底崩溃，800公顷土地受到污染，至今无法耕种。

而造成这场灾难的罪魁祸首，就是“电解铝”的副产品——“赤泥”。

自1886年电解铝发明以来，铝已大量取代我们生活中的其他金属制品，从门窗到厨房用具，从罐头到手机壳，从航空航天到船舶汽车到建筑材料。美观、轻便、坚固且易于加工的铝合金随处可见。

然而，鲜为人知的是，每生产一吨电解铝，就会产生1.5至3.5吨赤泥。

这种物质含有氢氧化钠和氟化物，渗滤液的pH值在12.1至13之间，腐蚀性极强，由于混杂了氧化铁等多种金属化合物而呈现红色。

由于成分复杂，赤泥回收难度极大，即便不惜一切代价提取金属，也只会造成更多污染。若放任不管，会严重污染土壤、地下水和河流，导致生物灭绝、农作物减产，严重时甚至导致水坝溃坝，从而发生类似匈牙利小镇阿伊卡那样的“赤泥”惨剧。

长期以来，铝产品的优势与赤泥的污染成为不可调和的矛盾。

今天我想讲的是，一批中国科技人正在试图用一种看似“怪异”的方式解决这个矛盾——用钢代替铝。

电解铝顾名思义是一个极其耗电的行业，因此在本轮俄乌战争引发的能源危机中，欧洲电解铝行业首当其冲受到冲击。

欧洲最大的铝冶炼厂敦刻尔克铝业今年年初和9月底分别减产15%和22%，将原本28.5万吨的产能缩减至仅剩18万吨；另一家欧洲铝业巨头德国斯佩拉则直接宣布减产50%。

欧洲电解铝总产能约1035万吨，占全球的13%，过去一年铝厂产能已减少近一半，产量降至上世纪70年代以来的最低水平。

其背后的主要原因当然是高昂的电价。

据中汇期货统计，欧洲工业电价已经高得离谱，法国、德国电解铝的用电成本分别为48104元/吨、47061元/吨，仅此一项成本就接近伦敦金属交易所铝价的3倍、上海期货交易所铝价的2.5倍。

国内外电解铝成本的巨大差距，对于中国铝行业增产、增加出口无疑是一个重大利好。

目前，我国铝产能占全球一半，有出口创汇的实力，但即便能出口创汇，电解铝行业本身的高能耗、高污染也是难以承受的负担。

2020年，我国全社会用电量7.51万亿千瓦时，其中近70%为工业用电，耗能最多的电解铝占全国用电量近7%。整个铝行业的碳排放占全国碳排放总量的10%！赤泥年新增量超4000万吨，总存量已达10亿吨以上，但回收率不足1%。

露天储存的代价是毁坏数万英亩的土地。

电解铝是我们牺牲环境换取发展最明显的例子，至少是最明显的例子之一。

而且，在“双碳”已经定为国策的今天，铝型材的广泛使用已经明确表示，很多致力于碳中和的行业，并没有大家想象的那么低碳。

比如中国光伏产业强势回归，光伏板用的是硅，原材料是沙子，污染极低，但考虑到运输、加工成本，边框组件只能使用高碳排放、高污染的铝合金，2021年光伏行业耗铝200万吨，而且每年还在以30-40%的速度增长。

电动汽车也如火如荼地发展，车身、车轮等采用的都是亮晶晶的铝合金，每辆电动汽车耗铝量约250公斤，预计到2030年，电动汽车年耗铝量将达到1000万吨。

所以，虽然铝看上去轻、易加工、价格低廉，但实际上，我们却为“赤泥”之围和不均衡的碳排放签下了一张天价欠条。

把产品送给别人，把污染留给自己，铝行业污染的长期积累将成为一个必须面对的非常复杂的问题。

能否从根本上解决这个问题？

直观感受起来会非常困难，因为铝合金在生活中的存在就像空气一样，自然到你根本察觉不到。它现在的生态位显然是长期市场竞争的结果，如果有东西可以替代它，那它早就被替代了。

这就引出了我们今天要讲的故事，中国确实有一群人在尝试用钢来代替铝。

从理论上来说，这是可能的。

从成本角度，据10月27日上海期货交易所的数据，钢卷价格为3641元/吨，铝价格为18550元/吨，相差5倍以上。

从环境成本看，生产一吨钢铁的碳排放量仅为生产一吨氧化铝的二十分之一，且难处理的危险废弃物极少，而铝和钢铁行业整体碳排放差距高达20至30倍。

此外，钢材强度更高、更安全。虽然钢材更重，但可以在保持相同结构强度的情况下，做得更薄、使用更少的材料，这意味着更低的成本和更少的碳排放。

铝为何在全球如此受欢迎？关键在于，与钢铁相比，铝更容易加工。

铝的熔点更低，超过600度。用柴火就可以熔化成铝水。可以建一个炉子来熔化罐头和铸造铝盆和锅。铝也更软。铝窗和框架可以用简单的工具甚至手动调整角度。

此外，铝还有一种非常高效的精密成型技术，叫做热熔挤压。就像擀面条一样，铝棒被加热挤压到机器的一端，从另一端的模具中会得到各种毫米级复杂精细的材料。它特别适合制作占铝合金使用量60%以上的建筑型材。

钢的熔点在1500度以上，熔化后的流动性很差，用类似的方法就会造成便秘，挤不出来。

这就是为什么我们在生活中见到的钢铁制品要么是又粗又重的钢管、钢筋、铸铁，要么是廉价的不锈钢板，而那些既需要结构强度，又需要外观漂亮精致的金属部件，往往都是铝合金材质。

让钢至少部分取代铝的关键是找到低成本精密成型钢的技术。

故事要从2010年说起，当时湖南的几位工程技术人员去参观一个国际幕墙窗展，惊讶地发现，从中国进口到欧洲的廉价钢卷，可以加工成各种精密复杂的幕墙型材，每吨能卖到20万元。

同时，国产钢材能卖到五六千元一吨就已经很不错了，他们公司金威也是做钢材的，当时金威的主打产品锌钢护栏能卖到八九千元一吨，这让他们很得意。

相比之下，手里的米饭突然就没那么好吃了。

特别是当他们听到欧洲公司负责人说精密钢型材产品的性能是铝型材的4至5倍，而碳排放量仅为二十分之一时，他们彻底不安了。

“碳排放”早已框定了未来几十年产业竞争的底层逻辑，高污染、高能耗的铝型材终究要付出巨大的碳排放交易成本。普通人对此可能不太敏感，但这是行业常识。如果能掌握精密钢型材的制造技术，这是一个短期能赚大钱、有长远发展，甚至利国利民的职业！

虽然是栏杆生产企业，但金伟对技术的尊重却是发自内心的，因为每一次技术进步，都能为他带来几十亿的收入。

早年，他们为了完成客户订单，设计了各种造型、结构的栏杆，本以为申请专利只是为了面子，没想到竟然有人为此付专利费，这让他们深刻体会到从纯制造转型做技术研发的“好处”。

于是金伟和几个理工科的小伙子，押上所有的研发资源：老板的表哥，985大学化学专业本科生，一个养猪场改建的工厂车间，咬着牙，用几年做栏杆的利润300多万元买了设备。

就这样，他们踏上了研制中国第一根精密钢型材的征程。

然后，正如所料，意外发生了。

当时金威的“工程师们”们还不明白这个东西是怎么做的，只知道欧洲人用了一种叫冷弯的技术，专业上叫连续辊压成型，就是直接把钢卷弯曲成所需要的复杂形状。

他们也尝试过，但结果发现钢材并不是那么容易弯曲的，不是控制力就能弯曲成一定角度的，精密型材意味着几十厘米的材料要弯曲七、八个甚至十多个角度，总角度有三四千度。

在这个过程中，你得考虑折弯角度的准确度，折弯过头会不会断裂，折弯后会不会反弹等等。而且，在折弯十几个角的过程中，这些问题都会相互叠加，需要一次性解决，而没有回头补救的机会。

没有欧洲人精良的模具和设备，没有几十年几百年积累的数据，最初制造出来的东西可以用一句话来描述：很难描述它们是什么。

正是因为对中国实施了半个世纪的相关技术专利封锁，连国内的院士级材料专家都束手无策，欧洲人才好意思将其卖到每吨几十万甚至几万的价格。

不得不说，当时金威的创始人们实在是太过理想化了，其实，欧洲只有德国一家公司和瑞士一家公司拥有这项技术，美国人早就觊觎已久，并列入国家科学基金多年，国内一些大型国企也研究了十几年，却始终没能搞出来……

他们一开始根本不知道这些，就一头扎了进去，据老板自己说，要是早知道的话，他根本就不敢这么做。

但养猪场已经改造完毕，投入了数百万，如果放弃，围栏就白卖了，这时候湖南人的暴政上来了，送掉首血之后，难道还不能过塔吗？

所以，他们做出了一个非常固执的选择，并且坚持了下去！

问题是这个领域并不热门，欧洲技术封锁非常严密，我甚至找不到相关论文和技术资料，联系了国内几所大学，教授们自己都没听说过，没办法，只能从头学起。

这个过程中发生了很多不专业，甚至可笑的故事。

比如为了研究一种可以精准控制钢材弯曲过程的算法，他们配备了手头最强的设备：一台X星游戏笔记本，毕竟这台笔记本的配置太低，运行工程软件大概十五分钟就会卡死。

他们家的技术总监，也是老板的堂兄，工作很勤奋，给自己定了闹钟，每天只睡十五分钟，到了时间就起来检查电脑有没有死机，所以老婆叫他“十五分钟先生”。

还有一次，金威的老板在厂里检查产品，堆在那里的钢材居然“爆炸”了，这怎么会爆炸呢？

其实他们不懂这个原理，断出来的材料是有反弹应力的，一大堆材料堆在那里，说不定某一块钢铁材料就反弹了，引发连锁反应，一瞬间整个厂房都在那里弹跳，就像地震一样，导致上面的钢铁都掉下来，直接把老板右手的食指和无名指的最后一个关节都砸烂了。

老板捡起来送到医院治疗，当时医生建议算了，因为都摔烂了。危急时刻，老板金伟还是保持清醒的头脑，“你说这个没用，我说有用”，最后还真把它拿了回去。

正是在这个看似荒诞的背景下，探索持续了九年。

然后，自然而然的，常规剧情就开始了，资金链濒临断裂，创始人卖房，房子卖掉之后，家庭关系破裂……

按照正常剧情，接下来就应该是破产、跑路了，但是2018年的某一天，工厂传来了好消息：成功了，而且实现的方式和欧洲不一样。

金威把这种独特的钢材精密加工技术称为冷流变学，其特点是通过冷加工实现热加工才能达到的晶体流动效果，对金属晶体进行精确控制，就像擀面条一样，你想擀厚就擀薄，你想擀薄就擀薄，在常温条件下，就能实现钢材晶体的精确可控流动，效率高，成本低。

这个冷流变的具体实现方法，涉及关键技术秘密，不方便展示，但我可以给你们看一下完成的钢材型材。

左边是欧洲公司的内扩槽料头，注意这里的转角，有没有明显的凹陷区域？原因很好理解，因为转角要求厚度是平方根的两倍，但是这个型材是用厚度均匀的钢卷折成的，所以转角处自然是凹陷的。这样的缺陷势必会削弱整体的结构强度。

我们看右边金威的产品，也是有向内扩的凹槽，边角非常圆滑，这个是冷流，可以精准控制金属晶体的流动，按照想要的厚度来变厚或者变薄。

而且一块材料在传统折弯工艺折弯时，外侧会受到拉伸，即使肉眼看不出来，但拉伸后里面的材料会变得疏松，强度也会降低。所以传统钢材冷弯工艺中有一个“折弯系数”的概念，就是要平衡折弯角度和材料拉伸，不要拉伸过度。

金威材料头角外侧做工非常干净利落，就像刀刃一样，也就是说冷流变技术其实可以做出任意大小的外圆角，而不用考虑折弯系数。

下面我们来看看T型料头的内部，里面有很多的曲折，这样做的原因是为了形成支撑结构，并在这里连接其他部件，让它具备功能属性。

要制作这种结构，意味着一块钢板必须在极窄的距离内反复弯曲，弯曲过程不言而喻，必须非常精确，关键是如果采用传统的弯曲技术，金属会疲劳，晶体会开裂，很容易断裂。

冷流变可以实现钢板180°折弯，晶体流动使单板在拐角处由3mm增厚到5mm，而外角可以保持90度，任何一个拐角放大500倍时，不但无晶体损伤，而且晶体更加集中。

这使得冷流在折角方面很有信心，一次性成型总角度可达8000-9000度，不超过30道工序，而欧洲一次性成型最高角度为4000-5000度，需60-80道工序。

在更强的角钢结构支撑下，金威的T型头单靠腔体就能支撑高达9米的玻璃，如果是实心的，14米高也是没问题的，而且视觉效果非常修长。

边框变窄意味着玻璃占比增大，站在窗前，感觉就像是一部全面屏手机。

更神奇的是，钢材经过冷流变加工之后，因材料回弹而产生的应力大部分被消除，堪比热加工后放置数月自然释放应力的效果，而欧洲的精密冷弯技术却只能消除一小部分。

这一打破常识的现象引起了核物理材料专家欧阳小平院士的关注，他认为这项技术十分实用，遂担任金威与高校联合成立的“钢材冷流变技术”研发中心首席技术顾问。

一旦掌握精密加工技术，钢材的优势就会显现出来。

钢的熔点是铝合金的三倍，刚度（弹性模量）也是三倍，强度是铝合金的3-5倍，导热系数只有铝合金的1/3，同等重量下，性能碾压铝合金，简单来说就是不易起火，更坚固，更安全。

相比欧洲技术只能加工1-3mm较软钢材，冷流变可以实现0.3-5mm厚度范围内普通钢、高强钢、特殊钢、不锈钢等几乎所有钢材的精密复杂成形，覆盖了铝合金型材几乎所有的应用场景。

钢本身的密度比铝大，但可以做得更薄，因此在很多场景下用钢替代铝时，相对铝合金的重量增加可以控制在5%以内。

采用同样的轻钢型材，玻璃幕墙与钢龙骨不仅为防火轧铝合金，而且可以支撑高达9米的玻璃外墙，使大型建筑整体呈现自然通透的效果，美观度加倍，同时更加安全和成本低廉。

因此，金威成立不到三年的时间，已参与了一大批国家和地方幕墙及消防领域的重点工程，如：北京大兴国际机场、雄安高铁、冬奥会场馆、温州奥体中心、杭州亚运村、南京园博园等。

除了建筑材料，冷流变技术还可用于制造光伏防腐钢框架，重量不比铝合金重多少，成本却降低30%。此外，昼夜温差作用下的热胀冷缩影响也小了一半，让位于沙漠、戈壁的光伏阵列更加坚固耐用。碳排放量仅为铝合金的二十分之一，对铝合金有降维效果。

2022年6月，中国空间在轨建造专家韩景涛教授找到金伟洽谈合作，因为中国有在轨建造千米级空间站的概念。制造这么大的空间站，很多材料需要现场加工，而且必须是高强度、精密、特殊的金属材料。能在常温、低温下加工复杂金属形状的冷流变技术，成为空间基础设施时代的重要选择。

也就是说，金威从一个养猪场做起，实现了型钢低成本精密成型，完美平衡了钢材“精度造型、力学性能、成本”的不可能三角，填补了国内空白，并将欧洲精密钢材价格降至几万元每吨，打开了“钢代铝”的大门。

很多年以后，金炜带着他的冷流变材料参加了那年令他们震惊的国际幕墙展，欧洲厂商的负责人默默地看着金炜的展位许久，然后退出了展会，再也没有来参展。

封锁中国半个世纪的科技神话终于崩塌。

我第一次听到这个故事的时候，并没有太在意，因为他们的一个经理是我的朋友，他跟我讲过很多次这个故事，但我并没有太在意。毕竟创业者吹牛很正常，我绝对不能信以为真。

现在做这种高科技项目的团队都是清华北大的，都是海外博士，都是大厂研究院的，都是政府几千万甚至几亿的资助，你一个本科生能带一个临时团队吗？

我没当众揭发你，算是给你面子了，你还跳来跳去，你当我是智障吗？最后，顾及关系，我就自己去了长沙翔印厂。

直到最后，我亲眼看见了，被打了脸，让我的想法和以前不一样了。

我们知道，所谓隐形冠军企业数量众多，遍布供应链上下游，是发达国家制造业的基石，是终端产品性能优势的基础，也是他们能够享受高利润、高福利，而我们只能增加成本的根本原因。但隐形冠军企业到底是什么呢？

以前我们说隐形冠军，经常会想到百年老厂，三代人专攻一个领域，生产螺丝、螺母、圆珠笔芯等产品，背后是德国人对卓越的追求和日本人的工匠精神。

这两家德国和瑞士的钢铁加工企业，一个有八十年历史，一个创立于清朝，看他们的宣传册，给人的感觉是货真价实的隐形冠军。

我觉得这些都是非常有效的提升民族工业形象的方式，我们也需要这样的方式。

但如果我们按照他们宣传的方式去理解世界，那我们是不是需要几十年甚至几百年的经验积累，才能成为真正的制造强国？

从金炜的案例来看，我觉得应该简单理解一下，隐形冠军就是字面意思，在不为大众所知的领域做到世界第一，在这个过程中，这群人解决了前人解决不了甚至没有发现的问题，成为了一个独一无二的团队。

比如，玻璃里加点铅，能不能让玻璃变得像水晶一样透明呢?这就是施华洛世奇。

比如，内燃机能不能做得更小，用在汽车上？这就是戴姆勒。

比如，钢材能否弯曲而不脆化或反弹？我是金伟。

过去，中国没有那么多隐形冠军，是因为缺乏工匠精神吗？还是因为我们的行业没有百年历史？其实都不是。

说白了，我们主要是在吸取西方工业革命的教训，我们遇到的问题别人也遇到过，能直接转让就直接转让，别人就算封锁我们的技术，我们也只是跟在后面，通过自主研发把别人已经做过的事情完成，怎么可能成为第一呢？

所以过去我们做大公司一般都是靠规模，那一代的创业者要懂人性、懂市场、懂政策，要能快速复制、推广技术产品。

但现在时代变了，我们的产业也赶上了，能转让的技术几乎全部转让了，前面没有人铺路，我们前进的阻力一下子就变大了。

所以有些人就疑惑了，怎么可能做一些以前没有人做过的事情呢，那为什么不直接投机房地产呢？

但当一些倔强的人真的机缘巧合之下介入进来，年复一年一点一滴地努力之后，突然发现，很多事情并没有那么难。

中国确实是当今世界工业基础最好的国家，不缺原材料、基础设施、也不缺科技人才。我们美国的竞争对手基本已经自行消亡，而我们欧洲、日本的竞争对手，正如他们自己宣称的那样，有着很强的工匠精神，或者说，他们真的老了。

就拿金炜做的事情来说，为何欧洲人看上去遥遥领先，但实际上却一无所获呢？

我的理解是，他们的整套技术都是40年前形成的，当时没有计算机的计算能力，没有有限元分析模型。不管他们的模具有多精密，生产线有多复杂，都只是第二次工业革命的产物，并没有充分利用第三次工业革命的成果。而且他们的创始团队早已不在了，现在的团队是一群职业经理人，他们只是坐在那里无所事事，根本没有研发能力。

对于那些能够真正从物理学底层，或者马斯克所说的第一原理来思考工程问题的人来说，这是一个机会。

一方面，随着这一代受过正规大学教育的企业家和工程师的崛起，我估计在未来的十到二十年里，中国会以压倒性的力量推翻欧美日本的隐形冠军，而在这个过程中，也会涌现出成千上万个我们自己的隐形冠军。

另一方面，这些隐形冠军改变了供应链底层逻辑之后，很多事情，从建房子、飞机，到做衣服、做饮料，都值得重新思考，值得重新做。比如前两天我在7-11买了一瓶饮料，里面竟然有一整根人参。这意味着人参经过工业化量产后，可以做到这么便宜。

我们必须了解，现在只能这样做，而不是因为物理上的局限性，而是因为我们已经接管了相关行业，我们希望将它们推向新的高度。

我的经济非常糟糕，我认为包括我的人都不是很难了。国际关系的重新平衡和流行都是短期因素。

真正重要的是，我们的每个中国企业，大学和研究机构是否都可以努力超越自己的业务中的欧洲和美国同行，并成为世界上最好的。

我一直尊重他们，他们甚至是最小的事情中都可以成为第一个的人，因为这些小的第一人的累积效应是中国的经济将继续上升，这也是中国下一阶段发展阶段的驱动力。

由Coolplay Lab编辑