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(東北大學(xué)國家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點實驗室, 沈陽110819)

我國1990年以來精煉銅產(chǎn)量快速增長，1990年時為55.87萬t，2015年時已達(dá)到796.20萬t.1990-2000年間我國精煉銅產(chǎn)量的年均增長率為9.39%，1990-2015年銅產(chǎn)量的年均增長率達(dá)到了11.21%(見表1)[1].可見，隨著2000年以來我國經(jīng)濟(jì)增長速度的提高，我國銅產(chǎn)量的增長速度也進(jìn)一步加快.

表1 我國1990-2015精煉銅產(chǎn)量變化 Table 1 Refined copper production in China during 1990-2015

數(shù)據(jù)來源：中國有色金屬工業(yè)年鑒1991-2016.

注: a, b, c—9.39%, 11.10%和11.21%,分別為1990-2000, 1990-2010和1990-2015年間精煉銅產(chǎn)量的年均增長率.

我國近兩年銅消費量已接近全世界消費量的50%，但我國的銅資源只有全世界的4%，作為銅的消費大國，我國銅資源嚴(yán)重不足[2].由于銅具有優(yōu)良的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，銅被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，主要集中于電力、建筑、家電、交通運輸?shù)刃袠I(yè).可以預(yù)見，隨著我國這些領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，銅的需求量仍將處于快速增長過程中.可見，銅資源短缺是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的一個比較突出的問題，如何保證銅資源的可持續(xù)供應(yīng)至關(guān)重要.本文將開展銅的物質(zhì)流分析，并將在物質(zhì)流分析的基礎(chǔ)上，開展銅工業(yè)的投入-產(chǎn)出分析，以期為提高銅工業(yè)的資源使用效率提供一定的參考.

1 我國2015年銅物質(zhì)流分析

銅產(chǎn)品的整個生命周期包括四個階段：精煉銅的生產(chǎn)，銅制品的加工制造，銅制品的使用和報廢,銅制品的回收利用.基于銅產(chǎn)品的生命周期，查閱《中國有色金屬工業(yè)年鑒》和相關(guān)文獻(xiàn)等資料[1,3-8]，獲得生命周期各個階段的銅流數(shù)據(jù)，得到了我國2015年的銅流圖，如圖1所示.

圖1 我國2015年的銅流圖 (單位: 104 t/a)Fig.1 Copper flow diagram in China in 2015 (unit: 104 t/a)括號中的字母表示數(shù)據(jù)的來源: (1)—參考文獻(xiàn); (d)—計算; (m)—經(jīng)驗?zāi)Ｐ? (e)—估計; (c)—質(zhì)量守恒

由圖1可見，我國2015年從國外凈進(jìn)口銅的量很大，其數(shù)量達(dá)到了833.88萬t，其中凈進(jìn)口銅精礦332.64萬t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我國銅精礦產(chǎn)量.除了銅精礦之外，精煉銅(含合金)的凈進(jìn)口量也很大，此外，廢雜銅、粗銅等也有較大數(shù)量的凈進(jìn)口.說明我國對于國外銅資源的依賴度是很大的.我國2015年自產(chǎn)折舊廢銅的量(即經(jīng)過使用流出銅金屬社會積蓄量的報廢銅制品)為158萬t，而流入社會積蓄量的銅達(dá)到了1 125.67萬t，可見，我國2015年銅金屬的社會積蓄量快速提升，其增量達(dá)到了967.67萬t.

2 我國1990-2015年銅工業(yè)物質(zhì)投入-產(chǎn)出分析

采用同樣的方法對我國1990，1995，2000，2005和2010年銅工業(yè)的物質(zhì)流進(jìn)行了分析，由于篇幅所限，這里不再列出.根據(jù)銅的物質(zhì)流分析結(jié)果，開展了我國銅工業(yè)的物質(zhì)投入-產(chǎn)出分析.

2.1 物質(zhì)投入計算

物質(zhì)投入量由國內(nèi)物質(zhì)開采、進(jìn)口、再生利用物質(zhì)三方面組成.

(1)國內(nèi)物質(zhì)開采

目前，國內(nèi)銅工業(yè)的生產(chǎn)主要來源于銅礦.選礦過程是通過物理和化學(xué)等一系列方法令金屬元素富集的一個過程，在這個過程后會產(chǎn)生一定的含銅廢棄物，稱之為“尾礦”.因此在本文中，國內(nèi)物質(zhì)開采主要包含國產(chǎn)銅精礦和尾礦兩部分.1990-2015年我國國內(nèi)銅工業(yè)物質(zhì)開采的具體數(shù)據(jù)如表2所示.

表2 我國1990-2015年銅礦開采(單位：104 t)Table 2 Copper mining in China during 1990-2015 (unit:104 t)

(2)進(jìn)口含銅產(chǎn)品

進(jìn)口含銅產(chǎn)品主要包括進(jìn)口銅精礦、進(jìn)口粗銅、進(jìn)口精煉銅、進(jìn)口銅材和進(jìn)口廢雜銅.我國1990-2015年凈進(jìn)口銅產(chǎn)品的含銅量如圖2所示.

圖2 我國1990-2015年銅產(chǎn)品凈進(jìn)口量Fig.2 Net imported copper products in China during 1990-2015

從圖2可以看出，1990到2005年，我國各種凈進(jìn)口銅產(chǎn)品的量都在逐年增加；2005-2015年，我國凈進(jìn)口的銅材和廢雜銅有所下降，其他銅產(chǎn)品仍在增加.1990-2000年期間，各種銅產(chǎn)品凈進(jìn)口量穩(wěn)定增長.2000年以后，各類產(chǎn)品增長趨勢大幅度上升，中國銅工業(yè)正式邁入高速發(fā)展時期.2005年以后，我國進(jìn)口銅產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)自此發(fā)生了巨大變化，進(jìn)口銅精礦的量突然遠(yuǎn)超進(jìn)口廢雜銅，為了滿足國內(nèi)銅的需求，精煉銅的進(jìn)口量有明顯增加，這說明國內(nèi)銅的需求開始由廢雜銅向銅精礦和精煉銅轉(zhuǎn)變.

(3)再生物質(zhì)利用

再生物質(zhì)在銅工業(yè)中指的是廢雜銅的回收再利用.本文的再生物質(zhì)利用項包括在加工制造過程中產(chǎn)生的加工廢銅和使用壽命結(jié)束后報廢的折舊廢銅[9].1990-2015年我國銅工業(yè)再生物質(zhì)利用的數(shù)據(jù)如表3所示.

表3 我國1990-2015年廢雜銅利用(單位：104 t)Table 3 Utilization of copper scrap resources in China during 1990-2015 (unit: 104 t)

從數(shù)據(jù)可以看出，我國再生物質(zhì)利用量逐年增加，2015年的再生利用量已達(dá)到1990年的15.1倍.但是，由于銅制品的平均使用壽命較長，約為30 a[4,6,7,10]，我國只是在2000年之后銅的消費量才比較大并進(jìn)入快速增長階段，而這些銅制品并未進(jìn)入到報廢期，因此，目前我國廢雜銅使用比率仍相對較低.

根據(jù)上文計算，可以得出1990-2015年我國銅元素的物質(zhì)投入量，如表4所示.

表4 我國1990-2015年銅工業(yè)含銅物質(zhì)投入量(單位：104 t)Table 4 Cu-containing materials input of copper industry in China during 1990-2015 (unit: 104 t)

由表4可以看出，1990-1995年我國含銅物質(zhì)投入量處于較低水平，2000年以來，我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，銅工業(yè)下游的輕工業(yè)、電子行業(yè)等開始高速發(fā)展，銅資源消耗量增加，巨大的銅需求拉動了國內(nèi)銅礦開采，并促使銅資源進(jìn)口量激增來填補(bǔ)國內(nèi)需求，我國銅工業(yè)的物質(zhì)投入也進(jìn)入了一個迅猛發(fā)展的階段.2015年，我國含銅物質(zhì)投入達(dá)1 279.51萬t.

我國1990-2015年銅工業(yè)物質(zhì)投入結(jié)構(gòu)如圖3所示.2000年以來，進(jìn)口銅產(chǎn)品的比例在我國含銅物質(zhì)投入總量中一直占有最主要的份額.再生銅資源量也有一定程度的增加，但是從數(shù)量和比例來看，其增長幅度遠(yuǎn)不及進(jìn)口銅產(chǎn)品.對進(jìn)口產(chǎn)品的過度依賴成為我國銅工業(yè)目前所面臨的一個重要問題.

圖3 我國1990-2015年銅工業(yè)含銅物質(zhì)投入結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of Cu-containing materials used in copper industry in China during 1990-2015

2.2 物質(zhì)產(chǎn)出計算

物質(zhì)產(chǎn)出包括國內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)出、出口、廢棄物排放三個方面.

(1)國內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)出

根據(jù)我國銅行業(yè)的物質(zhì)流分析結(jié)果，本文將國產(chǎn)的精煉銅(除去出口量)納入國內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)出項.

1990-2015年我國國內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)出量如表5所示.

表5 我國1990-2015年銅工業(yè)國內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)出(單位：104 t)Table 5 Output of copper industry in China during 1990-2015 (unit: 104 t)

(2)出口含銅產(chǎn)品

出口含銅產(chǎn)品主要包括出口粗銅、出口廢雜銅、出口精煉銅、出口銅合金和出口銅材.我國1990-2015年出口銅產(chǎn)品的數(shù)量如圖4所示.

圖4 我國1990-2015年出口銅產(chǎn)品的量Fig.4 Exported copper products in China during 1990-2015

與進(jìn)口銅量相比，我國出口銅產(chǎn)品的量普遍較低.1990年以來，我國出口銅產(chǎn)品一直以銅材和精煉銅為主，2000年以來，銅材的出口量有了大幅的提升，銅精礦、粗銅和廢雜銅的出口量非常小，幾乎可以忽略不計.

(3)廢棄物排放

廢棄物產(chǎn)出指從經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)排放到土壤、水域或大氣等自然環(huán)境中的物質(zhì).針對銅工業(yè)的物質(zhì)流循環(huán)，本文把銅的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾礦、熔渣和在回收階段損失的銅納入廢棄物項.1990-2015年中國銅工業(yè)的廢棄物排放如表6所示.

表6 我國1990-2015年銅工業(yè)廢棄物排放(單位：104 t)Table 6 Waste emission of copper industry in China during 1990-2015 (unit: 104 t)

圖5給出了1990-2015年我國銅工業(yè)的物質(zhì)產(chǎn)出結(jié)構(gòu).

圖5 我國1990-2015年銅工業(yè)的物質(zhì)產(chǎn)出結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of Cu-containing materials used in copper industry in China during 1990-2015

從圖5中可以看出，在總物質(zhì)產(chǎn)出中，我國銅產(chǎn)品國內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)出占了最大的份額，2015年，占物質(zhì)產(chǎn)出總量的83.2%，這表明我國生產(chǎn)的銅產(chǎn)品主要作用于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)需求.其次，雖然我國已經(jīng)步入銅產(chǎn)品出口大國的行列，但是從銅工業(yè)整體輸出來看，出口部分僅占了很小的比例.在銅元素的總物質(zhì)產(chǎn)出中，廢棄物排放的總量在不斷增加，但在直接物質(zhì)產(chǎn)出中所占比例變化幅度不大.

3 結(jié) 論

(1)目前，我國對于國外銅資源的依賴度是很大的；與此同時，我國銅金屬的社會積蓄量處于快速提升階段.

(2)2000年以來，進(jìn)口銅產(chǎn)品的比例在我國含銅物質(zhì)投入總量中一直占有最主要的份額.再生銅資源量也有一定程度的增加，但是從數(shù)量和比例來看，其增長幅度遠(yuǎn)不及進(jìn)口銅產(chǎn)品.

(3)在總物質(zhì)產(chǎn)出中，我國銅產(chǎn)品國內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)出占了最大的份額.出口部分僅占了很小的比例.廢棄物排放的總量在不斷增加，但在直接物質(zhì)產(chǎn)出中所占比例變化幅度不大.