综述：Metal 2.0：通过源头设计、过程修复和末端处理实现金属循环的综合模式

（编辑推荐）本文提出"Metal 2.0"创新模式，突破传统金属被动回收（End-of-pipe treatment）局限，构建涵盖源头可回收设计、服役过程修复（Remanufacturing）及含杂质废金属分级处理的全生命周期主动调控体系。该模式通过开发通用合金减少牌号数量、修复损伤部件降低废料产生、创新杂质资源化技术，实现金属循环经济与环境效益双赢，为全球可持续发展提供新范式。

　　

Abstract
面对自然资源需求激增与储量有限的根本矛盾，金属循环新模式亟待建立。"城市矿山"中废金属的金属元素浓度显著高于原生矿石——整机报废飞机中铝合金占比达80%，远超铝土矿的28%。再生铝的能耗仅为原铝生产的5%，温室气体排放仅4.6%，成本可节约90%。然而传统回收模式被动关注末端处理，忽视前端信息导致再生金属低值化应用。

Introduction
全球工业化进程加速使1970-2020年资源开采量增长三倍。预计2040年中国可从城市矿山回收约810万吨铜、7116万吨铁等金属。当前研究集中于火法冶金（Pyrometallurgy）、湿法冶金（Hydrometallurgy）等工艺优化，但孤立的研究视角难以解决合金牌号繁杂、杂质污染等系统性难题。Metal 2.0模式通过哲学范式转变——从"消耗资源"转向"使用资源"，实现全生命周期主动控制。

Unavoidable impurities
金属在高温、腐蚀等服役环境中会引入杂质，既加速材料老化（Aging/Fatigue），又增加后续分离难度。例如铝合金表面氧化层和钢中铜元素积累会显著影响再加工性能。传统分选技术难以应对复杂成分废料，即使采用涡电流分选（Eddy current separation）等先进手段，仍存在15-20%的金属损失率。

Future ideas of Metal 2.0 mode
Sorting at low level
通过源头设计减少合金牌号多样性，开发具有"回收友好型"特征的通用合金。采用激光诱导击穿光谱（LIBS）结合机器学习，实现废金属成分的快速识别与分级。对含铁杂质铝废料，创新性提出"铁调控"策略——将有害铁元素转化为增强相Al₃
Fe，反而提升再生铝力学性能。

Conclusion and outlook
Metal 2.0构建了"设计-服役-再生"三位一体的金属循环体系：在源头设计阶段采用模块化结构便于拆解；服役期开发冷喷涂（Cold spray）等修复技术延长寿命；末端处理中建立杂质数据库指导精准分选。该模式预计可使金属循环利用率提升40%，但需突破标准化体系构建、跨产业链协同等挑战。

CRediT authorship contribution statement
研究团队获得中国国家重点研发计划（2022YFE0138000）和国家自然科学基金（51604173）支持。特别致谢提出Metal 2.0概念雏形的Zhongyun Fan教授。多学科交叉合作将推动该模式在航空航天、医疗器械等高端领域的应用落地。