文博杰，王 歡,3

(1.中國地質科學院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京100037；2.中國地質科學院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京100037；3.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083)

2015年中國銅物質流研究

文博杰1,2，王 歡1,2,3

(1.中國地質科學院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京100037；2.中國地質科學院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京100037；3.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083)

中國是銅資源消費大國，研究銅資源的利用和循環(huán)狀態(tài)對中國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文基于物質流研究方法，從銅資源的采礦、選礦、冶煉、加工制造、消費和回收處理等產(chǎn)業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)詳細闡述了2015年中國銅資源的流動情況，得到了2015年中國銅物質流圖，并厘定了銅資源的相關技術經(jīng)濟指標。結果顯示，銅生產(chǎn)階段中地采和選礦的損耗率比較高，分別為12.34%、14.81%；銅資源對外依存度高達74.63%。在減少能耗降低損失的同時，中國還應加強國內資源勘查和提高再生銅的利用率。

銅資源；物質流分析；損耗；對外依存度

0 引 言

廣義的物質流分析(Material Flow Analysis,MFA)是指在一定時空范圍內關于特定系統(tǒng)的物質流動和儲存的系統(tǒng)性分析或評價[1]。狹義的物質流分析，又被稱為“元素流分析”。這種物質流分析(Substance Flow Analysis，SFA)指的是在一個國家或者一個地區(qū)范圍內，針對特定的某種物質(如銅)的流動狀況進行定量的工業(yè)代謝研究的分析工具[2-3]。通過物質流分析可以定量化描述礦產(chǎn)資源(產(chǎn)品)在采礦-選礦-冶煉-加工制造-消費-廢物回收全過程物質的流量、流向、存量以及各環(huán)節(jié)的效率、效益和環(huán)境效應，為資源有效利用、環(huán)境保護及經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供有效支撐。有色金屬工業(yè)是以開發(fā)礦產(chǎn)資源為基礎的原材料工業(yè)，礦產(chǎn)資源的不可再生性，對有色金屬工業(yè)實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略影響尤為重大。因此，把物質流分析方法帶入到我國銅資源分析研究領域，以定量化的研究成果為依據(jù)，以經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展為目標，制定銅資源合理開發(fā)和利用的政策和方針，具有更強的可操作性和重要意義。

近二十年來，金屬物質流研究方法不斷完善，重點逐漸深入。1988年，荷蘭萊頓大學的Udo de Haes首次提出了元素流分析(substance flow analysis)的概念。1994年，美國生態(tài)經(jīng)濟學家Robet Ayres提出了工業(yè)代謝(industrial metabolism)的概念。這一時期的金屬物質流研究對象主要集中在對重金屬遷移路徑的追蹤及環(huán)境影響分析方面。2000年左右，美國耶魯大學工業(yè)生態(tài)研究中心Thomas Graedel領導了金屬存量與流量分析項目(Stocks and Flows Analysis,STAF)，較為系統(tǒng)地分析了鐵、銅、鋅、鉻、鐵、銀、鉛、鎳等多種金屬在國家、區(qū)域和全球尺度上的流動情況，產(chǎn)出了一系列成果。2005年前后，以挪威科技大學、維也納技術大學、耶魯大學、日本國立環(huán)境研究所等為代表的一批西方研究機構，又將動態(tài)物質流和金屬存量分析推向了高峰。2010～2015年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)集成金屬物質流研究成果，支持金屬礦產(chǎn)戰(zhàn)略。2014年，歐盟分析了28國21種關鍵性戰(zhàn)略金屬資源的流動狀況，支持稀缺金屬供應安全戰(zhàn)略[4]。

圍繞銅物質流，國外已開展大量研究工作。瑞士聯(lián)邦理工學院Rechberger H等，應用統(tǒng)計熵的方法調查和評價了20世紀90年代歐洲經(jīng)濟一年期間銅的流量和庫存[5]。美國耶魯大學工業(yè)生態(tài)中心、林學和環(huán)境研究學院Graedel T E等指出當代綜合性銅的庫存和銅流的循環(huán)具有的特征，包含著提取、加工、裝配和制造、使用、丟棄、回收利用、最終處置，耗盡等信息[6]。美國耶魯大學工業(yè)生態(tài)中心、林學和環(huán)境研究學院Kapur A等對亞洲銅循環(huán)進行了分析[7]，Spatari S等對歐洲的銅循環(huán)進行了研究[1]，Van Beers D等對非洲的銅循環(huán)進行了研究[8]。后三位學者研究時采用的是一種“Stocks And Flow”方法，研究一定時間段內某區(qū)域銅的庫存和流量情況。

國內對廢雜銅的研究頗多，但是對銅整個產(chǎn)業(yè)鏈的研究較少。東北大學國家環(huán)境保護生態(tài)工業(yè)重點實驗室岳強、陸鐘武指出了研究我國銅循環(huán)的重要性，并得到了2002年的銅流圖[9]，同時介紹了“具有時間概念的銅產(chǎn)品生命周期銅流分析方法”，并運用這種方法分析了我國銅的流動狀況[10]。東北大學材料與冶金學院岳強，首次運用定點觀察法和跟蹤觀察法分析了我國1998～2003年的銅循環(huán)現(xiàn)狀，得到了一些關鍵的指標[11]。中南大學冶金科學與工程學院郭學益等以歐洲“STAF”模型為基礎，對我國2004年銅資源的物質流動狀況進行了詳細的闡述和分析[12]。成都理工大學王俊博等運用動態(tài)物質流分析(MFA)方法、Weibull分布方法和生命周期方法并結合Minitab軟件計算了1990～2013年中國銅產(chǎn)品的報廢量和銅資源的社會存量[13]。目前國內對銅循環(huán)的研究大都是十年前的指標數(shù)據(jù)，因此，本文將參照歐洲的“STAF”模型[1]，從銅的采礦、選礦、冶煉、加工制造、消費和廢物回收六個階段，詳細闡述和分析中國2015年的銅資源物質流動狀況，以期實現(xiàn)中國銅資源流動脈絡及資源利用效率的定量化描述，并針對目前銅資源產(chǎn)業(yè)存在的問題提出具體政策建議。

1 銅物質流分析

本文所使用的數(shù)據(jù)主要來源于中國有色金屬工業(yè)協(xié)會[14-15]、世界金屬統(tǒng)計年鑒2017[16]等。銅資源各階段的銅含量是通過行業(yè)標準計算、專家咨詢以及參考前人研究成果等方式確定的。文中數(shù)據(jù)除特別說明外均指含銅量。

2015年我國銅精礦產(chǎn)量為166.71萬t，精煉銅產(chǎn)量為796.36萬t。精煉銅、粗銅、銅廢碎料和銅材等的進出口數(shù)據(jù)見表1。2015年我國精煉銅進口量為367.84萬t，出口量僅為進口量的6%；粗銅的進口量是53.02萬t，出口量僅為0.64萬t。從中可以看出，精煉銅和粗銅的進口數(shù)量很大，而出口數(shù)量都很小，說明2015年我國精煉銅和粗銅處于凈進口狀態(tài)。

表1 2015年中國精煉銅、粗銅、銅廢碎料及銅材的進出口情況

1.1 銅的生產(chǎn)階段

1.1.1 采礦

銅的生產(chǎn)首先是采礦環(huán)節(jié)，采出銅礦石，分為地下采礦和露天采礦兩種方式。2015年我國露采銅礦出礦品位是0.44%，地采銅礦出礦品位為0.75%。經(jīng)計算可得2015年我國自采銅礦石的產(chǎn)量為195.69萬t。

1.1.2 選礦

選礦是整個礦產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)，主要是選出銅精礦和尾礦。銅精礦可以用來熔煉出粗銅，粗銅又可以精煉出含銅量99%的高純銅(包括火法和濕法)。2015年我國自產(chǎn)銅精礦166.71萬t，尾礦品位0.07%，尾礦中的含銅量為28.98萬t。

1.1.3 冶煉

銅的冶煉是一種提煉技術，分為火法和濕法，最終的產(chǎn)出物是精煉銅及少量的熔渣。我國精煉銅的產(chǎn)量主要依靠的是火法冶煉，過程主要分為4個步驟：熔煉-吹煉-精煉-電解精煉。2015年我國精煉銅產(chǎn)量為796.89萬t，熔渣中的銅含量為13.45萬t。其中，國內回收及進口的銅廢料用于冶煉精煉銅的量為247.2萬t。

2010～2015年我國銅的生產(chǎn)階段中各種物質的投入量見表2。銅物質流流出生產(chǎn)階段的主要方式為精煉銅、尾礦和熔渣，以及在過程中產(chǎn)生的金屬損耗。

表2 2010～2015年中國銅生產(chǎn)階段各種原料的投入量

1.2 加工制造階段

銅的加工制造階段分為中間產(chǎn)物的生產(chǎn)和最終產(chǎn)品的制造兩部分。銅及銅材是在加工制造階段產(chǎn)生的，主要有板材、管材和連接件等，而最終產(chǎn)品將應用于電力、電子通訊、建筑業(yè)、交通運輸、機械制造、日用消費品及其他領域。該過程中產(chǎn)生的廢雜銅經(jīng)回收處理之后會再次應用于銅的加工制造階段，還有一部分國內回收的廢雜銅以及國外進口的銅廢料也直接用于銅產(chǎn)品的加工制造。

2015年我國銅物質流循環(huán)中投入銅的加工制造階段的各種原料分別為自產(chǎn)精煉銅796.36萬t，進口精煉銅(包括銅合金3.91萬t，按含銅量80%)370.97萬t，另外還有進口的銅材(按含銅量78%)43.97萬t。廢銅的回收處理階段分為用于二次精煉銅的生產(chǎn)和制造商直接使用的廢料。2015年我國廢銅的回收處理階段中用于生產(chǎn)和加工制造的總量共計362.33萬t，其中制造商直接使用的廢料含銅量為115.13萬t。

1.3 銅的消費階段

銅的使用階段包括產(chǎn)品的使用和積存。制造階段產(chǎn)生的含銅的最終產(chǎn)品或組裝產(chǎn)品被應用于電力、電子通訊、建筑業(yè)、交通運輸、機械制造、日用消費品等領域。2015年我國銅制品產(chǎn)量為1 618.83萬t，假設銅制品含銅量為78%，那么2015年我國生產(chǎn)的銅制品含銅量為1 262.69萬t(圖1)。根據(jù)《2015年中國再生金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告——再生銅篇》[14]中所得的數(shù)據(jù)，2015年國內回收的廢銅料含銅量為158萬t。

圖1 2010～2015年中國銅的消費情況

1.4 廢銅的處理階段

廢雜銅的處理分為兩個部分，即廢銅的收集和分離。所有的廢銅都可以再生，再生工藝也很簡單。首先把收集的廢銅進行分揀。沒有受污染的廢銅或成分相同的銅合金，可以回爐熔化后直接利用；被嚴重污染的廢銅要進一步精煉處理去除雜質；對于相互混雜的銅合金廢物，則需熔化后進行成分調整。通過這樣的再生處理，銅的物理和化學性質不受損害，使它得到完全的更新。

Spatari S等[1]將銅產(chǎn)品使用后產(chǎn)生的廢物分為七類：城市生活垃圾(MSW)，施工和拆除的廢物(C&D)，電氣和電子設備的廢物(WEEE)，污泥和污水廢物(SS)，廢舊的交通工具(ELV)，有害的工業(yè)廢物(HIW)以及無害的工業(yè)廢物(NH&IW)。

2015年國內回收的廢銅料含銅量158萬t。全球廢銅利用總量為860萬t，間接利用和直接利用量分別為392.8萬t和467.2萬t。中國2015年廢銅利用總量、間接利用量和直接利用量分別占全世界的33.72%、56%和14.9%[15]。2015年中國回收的用于冶煉精煉銅的廢雜銅量為247.2萬t。由表3可知2015年銅廢料實物的總進口量為365.85萬t，折合為含銅量大約為256.10萬t。經(jīng)計算可得，在回收階段流失到生物圈的廢料含銅約51.77萬t。

2 2015年中國銅物質流圖

由以上數(shù)據(jù)整理可得到2015 年中國的銅物質流圖，如圖2所示。

表3 2010～2015年中國回收及進口的廢雜銅利用狀況

圖2 2015年中國銅物質流圖

根據(jù)圖2和整理的數(shù)據(jù)可以計算出銅資源的一些技術經(jīng)濟指標。

2.1 銅資源對外貿易依存度計算

對外貿易依存度是衡量一個國家國民經(jīng)濟對對外貿易的依賴程度的重要指標，它以該國對外貿易總額在該國國內對外貿易依存度生產(chǎn)總值中所占的比重表示。一般來說，對外貿易依存度越高，表明該國經(jīng)濟發(fā)展對外貿的依賴程度越大，同時也表明對外貿易在該國國民經(jīng)濟中的地位越重要。本文中銅資源的對外貿易依存度用式(1)來表示。

銅資源的對外貿易依存度=(凈進口銅精礦冶煉成精煉銅的量+凈進口精煉銅+凈進口廢銅冶煉成精煉銅的量)/(精煉銅的總消費量+熔渣的量)

(1)

由于銅選礦的實際回收率是85.19%，可計算出凈進口銅精礦冶煉成精煉銅的量為283.40萬t。由圖2可知，凈進口廢銅的含銅量是256.10萬t，那么理想化的凈進口廢銅冶煉成精煉銅的量為224.09萬t，則2015年中國銅資源對外貿易依存度計算過程見式(2)(表4)。

(2)

2.2 生產(chǎn)階段的損耗率

銅的生產(chǎn)階段主要是銅的采礦、選礦和冶煉。采礦主要分為地采和露采兩種方式。各個環(huán)節(jié)的損耗率越大，消耗的成本也就越高，對廠家越不利(表5)。

表4 2010～2015年中國銅資源的對外依存度

表5 2015年中國銅資源生產(chǎn)階段的損耗率

數(shù)據(jù)來源：文獻[14]。

3 討 論

中國的精煉銅的消費量早在2002年就已經(jīng)躍居世界榜首，成為世界上最大的精煉銅消費國。中國精煉銅的消費量仍在持續(xù)增長，由圖3和圖4可知，2015年中國精煉銅的消費量為1 135.31萬t，是整個歐洲國家精煉銅消費量的3倍多，占世界精煉銅總消費量的50%左右，驅動著全球銅資源的消費。中國精煉銅的消費量將會持續(xù)增長，預計在2020～2025年達到消費量的峰值即1 500萬～1 800萬t[17]。由表2可知，2015年中國自產(chǎn)銅礦量為195.69萬t，約占本國精煉銅消費量的17.24%，這說明中國銅資源供應緊缺，人均占有量還是低于世界平均水平。隨著精煉銅消費量的持續(xù)增加，中國的銅資源還是需大量進口。由表4可知，2010～2015年中國銅的對外依存度的平均值是69.53%，這說明中國銅資源的對外依存度很高，銅資源的進口量仍在持續(xù)增長。值得一提的是，由表5可知，2015年中國銅資源生產(chǎn)階段中地采和選礦的損耗率比較大，分別達到了12.34%和14.81%。這嚴重影響了銅資源的利用率，同時也增加了成本。

圖3 2015年全球精煉銅消費量比較

圖4 2007～2015年中國精煉銅的消費量

由圖1可知，在銅的消費階段我國近些年來消費結構沒有發(fā)生大的變化，銅制品最多的還是用于電力方面，但電力消費潛在增速呈現(xiàn)逐漸回落的態(tài)勢。而國外發(fā)達國家銅的消費都是在建筑業(yè)上占有很大比例，這說明我國距離發(fā)達國家還有很長的一段路要走。在廢物回收階段，近年來我國自產(chǎn)的廢銅量有了很大的提升[18]。同時，我國廢銅的進口量也很大，2015年的廢銅進口量相當于整個歐洲國家的3倍，進口的廢銅在生產(chǎn)和加工制造階段投入的量也很大。而在銅材方面，我國是凈進口國，這說明我國對銅制品的需求量很大，已經(jīng)超過了我國的自給能力。不過，最近幾年銅材的凈進口量在下降，這說明我國銅制品的自給能力在逐步上升，國內的銅生產(chǎn)正在和經(jīng)濟的快速發(fā)展保持同步狀態(tài)。

4 結論及建議

面對日益激烈的國家間銅資源競爭，需要在立足國內銅礦資源，增強國內銅資源保障程度的基礎上，關注在中國經(jīng)濟新常態(tài)、全球經(jīng)濟新前景下，國外新興工業(yè)化國家的銅資源需求增長情況，實現(xiàn)我國銅工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級、產(chǎn)品結構的調整，完成資源型產(chǎn)業(yè)生態(tài)化轉型，促進我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1) 加強銅礦的勘探，增加國內的銅資源儲量。我國銅資源短缺，應堅定信念，立足國內，繼續(xù)加大地質調查投入，實施銅礦增儲計劃，提高可開采銅礦儲量的保障程度。

2) 減少能耗，降低損失。在生產(chǎn)和加工階段應減小各種損失，同時加強對尾礦和熔渣的回收利用，以達到資源、能源、投資最優(yōu)利用的目的。

3) 制定相關政策，開展銅資源外交。完善相關法律和政策促進我國對銅精礦、精煉銅及廢雜銅等的進口。積極開展資源外交，實現(xiàn)銅礦來源的多元化。

4) 加強再生銅的回收利用，建立資源節(jié)約型社會。銅二次資源的回收利用是緩解資源供需矛盾的重要方面。因此，應大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，加大廢銅回收力度，出臺多種有利政策支持銅回收產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1] Spatari S,Bertram M,Fuse K,et al.The contemporary European copper cycle:1 year stocks and flows[J].Ecological Economics,2002,42(1-2):27-42.

[2] Seyhan D.Country-scale phosphorus balancing as a base for resources conservation[J].Resources Conservation and Recycling,2009,53(12):698-709.

[3] Chen W Q,Graedel T E.Anthropogenic cycles of the elements:A critical review[J].Environmental Science and Technology,2012,46(16):8574-8586.

[4] 王高尚,劉剛.國外金屬物質流研究進展、應用及其對中國的啟示[R].中國科學院地理科學與資源研究所,2016.

[5] Rechberger H.The contemporary European copper cycle:statistical entropy analysis[J].Ecological Economics,2002,42(1):59-72.

[6] Graedel T E.Multilevel Cycle of Anthropogenic Copper[J].Environmental Science and Technology,2004,38(4):1242-1252.

[7] Kapur A,Bertram M,Spatari S,et al.The Contemporary Copper Cycle of Asia[J].Mater Cycles Waste Management,2003(5):143-156.

[8] Van Beers D,Bertram M,Fuse K et al.The Contemporary Flows[J].The South African Institute of Mining and Metallurgy,2003(4):1-6.

[9] 岳強,陸鐘武.中國銅循環(huán)現(xiàn)狀分析(Ⅰ)——“STAF”方法[J].中國資源綜合利用,2005(4):6-11.

[10] 岳強,陸鐘武.中國銅循環(huán)現(xiàn)狀分析(Ⅱ)——具有時間概念的產(chǎn)品生命周期物流分析方法[J].中國資源綜合利用,2005(5):4-8.

[11] 岳強.物質流分析、生態(tài)足跡分析及其應用[D].沈陽：東北大學,2006.

[12] 郭學益,宋瑜,王勇.我國銅資源物質流分析研究[J].自然資源學報,2008,23(4):665-673.

[13] 王俊博,范蕾,李新,等.基于物質流方法的中國銅資源社會存量研究[J].資源科學,2016,38(5):939-947.

[14] 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.2016年中國有色金屬工業(yè)年鑒[J].2016.

[15] 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會再生金屬分會.2015年中國再生有色金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告[R].2016.

[16] World Bureau of Metal Statistics.WORLD METAL STATISTICS YEARBOOK 2017[R].2017.

[17] 陳其慎,王高尚,王安建.銅、鋁需求“S”形規(guī)律的三個轉變點剖析[J].地球學報,2010,31(5):659-665.

[18] 劉欣,王學軍,徐盛明.再生銅行業(yè)污染監(jiān)測、物質流分析及其防控策略[J].有色金屬工程,2017,7(1):87-96.

StudyoncoppermaterialflowinChinain2015

WEN Bojie1,2,WANG Huan1,2,3

(1.Ministry of Land and Resources Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,Chinese Academy Geological Sciences,Beijing100037,China;2.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China;3.School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing100083,China)

China is a big consuming country of copper resources.It is of great significance to study the utilization and circulation of copper resources for the sustainable development of China’s economy.Based on the material flow research method,this paper expatiates on the flow of copper resources in2015in China from the key aspects of mining,mineral processing,smelting,processing,consumption and recycling of copper resources in detail.The copper material flow map of China is determined in2015,the relevant technical and economic indexes of copper resources are also determined.The results show that,during the copper production stage,the loss rate of ground mining and dressing is relatively high,12.34% and14.81% respectively;the external dependence of copper resources is as high as74.63%.While reducing energy consumption and reducing losses,China should also strengthen domestic resource exploration and increase the utilization rate of reclaimed copper.

copper resources;material flow analysis;loss;external dependence

F407.32

A

1004-4051(2017)12-0105-06

2017-10-10責任編輯趙奎濤

中國地質調查局地質調查項目“中國鐵銅鋁等資源循環(huán)調查評價”資助(編號：121201103000150015)；國家自然科學基金重點項目“經(jīng)濟新常態(tài)下的國家金屬資源安全管理及其政策研究”資助(編號：71633006)

文博杰(1986-)，男，河北石家莊人，助理研究員，主要從事資源經(jīng)濟與資源戰(zhàn)略研究，E-mailwenbj@cags.ac.cn。

王歡(1992-)，男，江蘇徐州人，碩士研究生，主要從事資源產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟研究，E-mail：herrick1@126.com。