趙奎濤，張艷松，叢殿閣，王曉磊

(1.《中國礦業(yè)》雜志社有限公司，北京 100029； 2.中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京 100048； 3.中國航天工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究院，北京 100048； 4.青海大學地質(zhì)工程系，寧夏 西寧 810016； 5.內(nèi)蒙古工業(yè)大學經(jīng)濟管理學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

以往國內(nèi)對硫資源需求預(yù)測主要是依據(jù)統(tǒng)計資料，通過參考消費領(lǐng)域、行業(yè)規(guī)劃等因素利用描述方法單方面分析。比如有學者根據(jù)消費結(jié)構(gòu)，通過磷肥產(chǎn)量對硫資源需求簡單描述[1]；或通過對相關(guān)行業(yè)未來發(fā)展前景，以此為依據(jù)對硫需求進行預(yù)測[2]；通過參考簡單的統(tǒng)計規(guī)律，對硫資源未來需求進行預(yù)測[3]，以上研究更多側(cè)重于數(shù)據(jù)分析或者行業(yè)經(jīng)驗描述，未能深入進行科學研究。

本文在全面分析硫資源來源及消費領(lǐng)域，運用中國地質(zhì)科學院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心提出的人均資源消費的“S”模型[4]，對需求及演化規(guī)律進行了科學預(yù)測，充分參考“人均化肥施用量”“單位耕地面積化肥施用量”，全面考慮不同國家地區(qū)、不同時期的影響因素，以此為依據(jù)來判斷未來全球硫資源需求趨勢。

1 全球硫資源供應(yīng)形勢分析

2015年全球各種形式的硫資源總產(chǎn)量為8 240萬t，目前全球已形成五大產(chǎn)區(qū)，即東亞地區(qū)(32%)、北美地區(qū)(19%)、獨聯(lián)體地區(qū)(13%)、中東地區(qū)(12%)及歐洲地區(qū)(10%)，接近總產(chǎn)量的90%(圖1(a))。

目前全球硫資源主要有4種來源：一是從石油、天然氣冶煉中回收的硫；二是金屬硫化物礦床共生、伴生的硫；三是煤、油頁巖和富含有機質(zhì)的頁巖中所含的硫；四是硫鐵礦和自然硫。受技術(shù)和經(jīng)濟條件限制，前兩種來源的硫最有工業(yè)商業(yè)價值，是世界用硫的主要來源。目前，回收硫占世界硫磺總產(chǎn)量88%，其中，石油天然氣回收占60%，冶金回收占28%(圖1(b))。

近年來，面對生態(tài)環(huán)境遭受越來越嚴重的污染，世界各國不斷加強節(jié)能減排的合作。隨著能源生產(chǎn)大國在石油煉化廠和天然氣凈化廠配置了高效回收裝置，全球資源回收能力將持續(xù)增加，硫產(chǎn)量也將穩(wěn)步提高(表1)。

圖1 全球硫資源主要產(chǎn)地及來源(資料來源：文獻[5])

表1 全球主要地區(qū)硫產(chǎn)量預(yù)測

地區(qū)20142015202020252030東亞地區(qū)/萬t2 9153 1484 1694 8325 393增長率/%8.04.52.42.0北美地區(qū)/萬t1 4191 3411 0911 0501 071增長率/%-5.5-3.00.20.3獨聯(lián)體地區(qū)/萬t1 0551 0551 0651 0731 091增長率/%0.00.30.20.3中東地區(qū)/萬t1 0291 0911 4291 6761 870增長率/%6.05.03.02.0其他地區(qū)/萬t3424921 3602 1192 975增長率/%43.86176.4255.8140.40

東亞地區(qū)是第一大產(chǎn)硫地區(qū)，未來隨著經(jīng)濟增速的降低，能源及礦產(chǎn)需求增速必將放緩，這將造成東亞地區(qū)硫回收產(chǎn)量難以保持當前高增長率。預(yù)計東亞地區(qū)硫產(chǎn)量增幅逐年降低， 2030年硫產(chǎn)量5 400萬t左右。

未來幾年北美地區(qū)硫產(chǎn)量與當前持平。北美地區(qū)是世界重要的硫產(chǎn)區(qū)，近年來產(chǎn)量小幅下降，但全球占比卻大幅下降，2015年產(chǎn)量占全球17.14%，較2001年下降15個百分點。隨著加拿大重質(zhì)富硫油砂的開發(fā)及精煉量的不斷增長，北美地區(qū)仍將是全球重要的硫供應(yīng)地。

中東地區(qū)硫產(chǎn)量增長潛力較大。近年來，中東地區(qū)硫磺產(chǎn)量持續(xù)增加且前景較好，到2018年將增至1 600萬t，2030年有望達到2 000萬t。

獨聯(lián)體地區(qū)硫產(chǎn)量略有增長。獨聯(lián)體地區(qū)是重要的油氣富集區(qū)，其巨大的油氣產(chǎn)量及冶煉能力決定了該地區(qū)硫回收量的巨大，未來隨著俄羅斯油氣冶煉裝置的更新及里海地區(qū)油氣資源的開采，獨聯(lián)體地區(qū)將繼續(xù)保持世界硫出口地位。

2 全球硫資源需求形勢分析

全球硫資源主要消費領(lǐng)域為農(nóng)業(yè)。當前全球每年約有80%的硫資源以硫酸的形式消費，20%的硫資源以硫磺的形式直接消費。在硫酸的消費中，有56%用于生產(chǎn)磷肥、10%用于金屬冶煉、清洗、酸化加工等、10%用于生產(chǎn)鈦白粉氫氟酸等化工產(chǎn)品、24%用于炸藥核工業(yè)等其他工業(yè)領(lǐng)域(圖2)?？梢娏追视昧蚴怯绊懥蛸Y源需求的主要因素。

圖2 世界硫資源消費結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)來源：文獻[5])

2.1 磷肥需求形勢分析

化肥消費量受多種因素影響，不同國家由于其氣候、人口密度、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平等不同，而同一國家由于不同經(jīng)濟發(fā)展階段其資源條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、肥料利用率及環(huán)境保護政策的不同，化肥施用量受到很大限制[6]。所以對化肥消費規(guī)律研究極其復雜，本文參考“人均化肥施用量——人均GDP預(yù)測法”及“單位耕地面積化肥施用量——人均GDP預(yù)測法”兩種預(yù)測方法[7]，對全球及我國磷肥未來消費量進行預(yù)測，以期為全球磷肥供需形勢判斷提供依據(jù)。

利用“人均化肥施用量——人均GDP預(yù)測法”可以準確地反映化肥消費起飛點及頂點對應(yīng)的經(jīng)濟發(fā)展水平，而“單位耕地面積化肥施用量——人均GDP預(yù)測法”則可以反映出對應(yīng)的耕地面積消費水平。從發(fā)達國家化肥消費軌跡來看，在經(jīng)濟社會發(fā)展初期，隨著經(jīng)濟的增長，各國磷肥消費均出現(xiàn)了快速增長。然而不同國家其磷肥消費軌跡呈現(xiàn)出不同的樣式，通過對發(fā)達國家磷肥消費歷史軌跡的系統(tǒng)分析，我們發(fā)現(xiàn)，伴隨經(jīng)濟發(fā)展，單位耕地面積磷肥消費量首先呈快速增長態(tài)勢，當人均GDP達到某一值時，單位耕地面積磷肥消費達到峰值，之后長期穩(wěn)定在一定水平(北美模式)，或者當單位耕地面積磷肥施用量達到峰值后開始快速下降，當人均GDP到達一定水平后，磷肥施用量趨于穩(wěn)定(歐洲模式和日韓模式)。以上三種表現(xiàn)形式，北美地區(qū)當人均GDP達到18 000美元時，磷肥施用量達到頂峰，之后基本維持在這一水平；而日韓地區(qū)和歐洲地區(qū)磷肥施用量頂峰時對應(yīng)的人均GDP要較北美地區(qū)提前，歐洲地區(qū)為13 000～15 000美元，日韓地區(qū)為12 000～14 000美元，且日韓地區(qū)峰值跨度較長(圖3)。以上三種模式磷肥施用量穩(wěn)定值除日韓地區(qū)相對較高，在60～80 kg/hm2之間外，歐洲地區(qū)和北美地區(qū)在20～40 kg/hm2的水平。

圖3 人均磷肥施用量與人均GDP關(guān)系圖(資料來源：文獻[8]；文獻[9])

不同的國家單位耕地面積的磷肥消費量變化軌跡呈現(xiàn)不同的特征。除美國單位耕地面積的磷肥施用量呈現(xiàn)出總體維持在30 kg/hm2左右的較低水平之外，大部分發(fā)達國家磷肥施用量普遍呈現(xiàn)先增長后減少的趨勢。其中，西歐發(fā)達國家單位耕地面積磷肥施用量到達頂點后迅速下降，且下降幅度較大，法國和意大利等國家甚至呈倒V形的軌跡。目前發(fā)達國家除日本和韓國之外的單位耕地面積磷肥施用量基本上都維持在20～40 kg/hm2的水平，而日本的單位耕地面積磷肥施用量整體較高，呈先增加后減少的倒U型趨勢，目前維持在80 kg/hm2左右(圖4)。

圖4 單位耕地面積磷肥施用量與人均GDP關(guān)系圖(資料來源：文獻[8]；文獻[9])

中國為全球磷肥主要消費國，單位耕地面積磷肥施用量已經(jīng)基本穩(wěn)定在100 kg/hm2，未來隨著有機肥施用量的增加及對磷肥施用對環(huán)境的污染，中國磷肥需求將呈下降趨勢，年均下降速率為1.7%，到2030年單位耕地面積磷肥施用量為76 kg/hm2，磷肥需求量為830萬t。

目前，印度和巴西為人口眾多、農(nóng)業(yè)水平較低的發(fā)展中國家，未來隨著印度和巴西經(jīng)濟的發(fā)展，磷肥需求將呈快速增長趨勢，巴西磷肥需求頂點將在2022年左右到來，單位耕地面積磷肥施用量達80 kg/hm2，磷肥需求量為592萬t，隨著機械化程度、有機肥施用量的增加及施用磷肥對環(huán)境造成污染的問題，磷肥施用量減少，到2030年單位耕地面積磷肥施用量達76 kg/hm2，磷肥施用量為561萬t；印度耕地面積居世界首位，未來磷肥需求將呈快速增長趨勢，年均增速達4.3%，到2030年單位耕地面積磷肥施用量達73 kg/hm2，磷肥需求量達1 160萬t。

美國與歐洲地區(qū)單位耕地面積磷肥施用量基本維持在20～40 kg/hm2，未來美國及歐洲地區(qū)磷肥需求量也將保持穩(wěn)定。

綜合全球主要國家和區(qū)域磷肥需求預(yù)測結(jié)果，2020年和2030年全球磷肥需求量將分別達到4 522萬t和4 830萬t。2013～2020年和2021～2030年需求平均增速分別為1.9%和0.6%。

隨著中國磷肥施用量的減少及印度和巴西磷肥施用量的增加，未來磷肥需求將向南亞及南美地區(qū)轉(zhuǎn)移，2020年南亞及南美地區(qū)磷肥需求全球占比達37.7%，東亞地區(qū)占全球比為23.0%；2030年南亞及南美地區(qū)將達到44.5%，進一步向南亞及南美地區(qū)轉(zhuǎn)移[10](表2)。

世界硫的需求增量主要來源于磷肥生產(chǎn)和化工用酸。就磷肥而言，未來全球磷肥需求呈緩慢上升趨勢，預(yù)計2013～2020年需求年均增速為1.9%，2020～2030年年均增速進一步降低，為0.6%。預(yù)計2020年和2030年磷肥需求將分別達到4 522萬t和4 830萬t，屆時磷肥生產(chǎn)用硫?qū)? 000萬t和4 400萬t。目前，中國磷肥產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的40%，是第一大生產(chǎn)國。磷肥產(chǎn)業(yè)多年的快速發(fā)展已經(jīng)造成產(chǎn)能嚴重過剩、磷資源匱乏等一系列問題，中國磷肥施用量已經(jīng)達到頂點。隨著國家對環(huán)保及磷礦資源的重視，我國磷肥產(chǎn)業(yè)調(diào)整在所難免，未來我國磷肥產(chǎn)量將呈下降趨勢。南亞及南美地區(qū)磷肥需求較大，是未來主要增長點，硫消費量有所上升(圖5)。

表2 主要地區(qū)磷肥需求預(yù)測表

資料來源：文獻[10]。

圖5 全球磷肥對硫需求變化趨勢

表3 銅、鉛、鋅和鎳四種金屬精煉總產(chǎn)量未來預(yù)測及需硫量

地區(qū)201020142015202020252030東亞地區(qū)/萬t183230241305369432精煉增長率/%8.85.85.04.53.53.0精煉需硫/萬t276368410537737800歐洲地區(qū)/萬t838586868787精煉增長率/%0.30.60.50.20.10.1精煉需硫/萬t126137146152173161北美地區(qū)/萬t514948464544精煉增長率/%-3.0-1.0-1.0-1.0-0.5-0.5精煉需硫/萬t767882818981南美地區(qū)/萬t484544454749精煉增長率/%1.6-1.9-0.90.50.81.2精煉需硫/萬t737275799391南亞地區(qū)/萬t192121252833精煉增長率/%9.02.42.52.83.03.2精煉需硫/萬t293336435762東南亞地區(qū)/萬t5.35.75.86.57.48.5精煉增長率/%3.81.72.02.52.82.8精煉需硫/萬t8910111516其他地區(qū)/萬t435154668198精煉增長率/%1.74.54.54.04.04.0精煉需硫/萬t658291117161182

2.2 金屬冶煉硫資源需求形勢分析

磷肥生產(chǎn)對硫磺的需求拉動有限，硫需求的拉動主要來自于金屬酸洗等金屬精煉行業(yè)。就全球而言，銅、鉛、鋅、鎳等金屬精煉是主要的耗硫礦產(chǎn)，目前這些礦種主要產(chǎn)地是中國，占到全球總消費量的38.4%左右。中國金屬精煉用硫增速逐漸放緩[11]，未來對硫消費拉動作用有限。而南亞、東南亞、南美等地區(qū)金屬精煉對硫的需求有較大的增長潛力，但用量增幅不會很大(表3)。

3 結(jié) 論

綜上所述，未來全球硫資源需求仍呈上升趨勢，2020年需求量首次超過1億t，隨后需求增幅逐漸趨緩。預(yù)計2030年消費需求1.15億t，硫資源需求接近頂點。

未來硫需求領(lǐng)域中，磷肥用硫?qū)⒃?025年達到頂點，對硫需求增量貢獻有限。金屬精煉行業(yè)用硫量將持續(xù)增長，且其消費占比有所加大；目前中國占到全球氫氟酸產(chǎn)量的45%左右，近年來產(chǎn)能過剩十分嚴重，伴隨著國家相關(guān)調(diào)控政策，未來我國氫氟酸行業(yè)增長潛力有限。除此之外的其他行業(yè)中隨著新材料及蓄電池的快速發(fā)展和普及，硫用量將有所增長。

全球硫資源主要來自工業(yè)回收，未來產(chǎn)量穩(wěn)步上升，2030年產(chǎn)量達1.25億t；硫資源需求增長有限，未來供大于求已成定勢。