陳炯彤，王大瑞，吳佳樂，孫輔澤，徐龍隆，鄧 睿，嚴 康

（江西理工大學 綠色冶金與過程強化研究所，江西 贛州 341000）

物質(zhì)流分析（SFA,Substance Flow Analysis）是對不同區(qū)域的邊界系統(tǒng)范圍內(nèi)，對某一物質(zhì)的工業(yè)全生命周期所有過程進行定量化分析的一種方法，對于國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎物質(zhì)而言，它通過追蹤社會-經(jīng)濟系統(tǒng)中某一金屬從采掘、冶煉、生產(chǎn)、消費、循環(huán)使用、廢物處理進行全面核算，量化整個系統(tǒng)中各單元物質(zhì)流動、能源消耗，并明確物質(zhì)消耗與資源利用、環(huán)境效應三者間的聯(lián)系[1]。金屬資源的開發(fā)為經(jīng)濟發(fā)展提供原料保障，但同時開發(fā)過程中不可避免的會面臨物質(zhì)消耗、環(huán)境污染問題對社會造成巨大壓力。通過物質(zhì)流分析，對某特定金屬開展整個工業(yè)代謝過程分析，可以展示該類金屬進出某個生產(chǎn)工序的流動狀態(tài)、流量及強度等信息，進而評價在不同生產(chǎn)過程中元素生命周期對工藝、產(chǎn)品和環(huán)境產(chǎn)生的影響和負擔[2]。通過明確生產(chǎn)過程各股流動狀況及相互關(guān)系，尋求綠色環(huán)保、資源循環(huán)、生態(tài)平衡的道路，推動工業(yè)系統(tǒng)向可持續(xù)方向發(fā)展，為資源政策和環(huán)境政策的制定提供新思路，為優(yōu)化資源管理和環(huán)保監(jiān)管提供理論支持。

1 物質(zhì)流分析的研究進展

物質(zhì)流分析亦被稱之為工業(yè)代謝分析，旨為追蹤和量化某資源提取工藝、地方區(qū)域或國家層面的金屬原生資源或二次資源的使用情況。物質(zhì)流分析最早被德國、瑞士、奧地利等國用于探究某原生資源在國家層面的經(jīng)濟系統(tǒng)的物流情況，由此，經(jīng)濟系統(tǒng)物質(zhì)流分析方法在世界范圍內(nèi)廣泛應用，而后應用的范疇也逐步靠向資源的長期供需與可持續(xù)利用管理等領(lǐng)域[2]。早期，物質(zhì)流分析研究主要集中于不同區(qū)域，即國家層面、企業(yè)層面，由于數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)質(zhì)量等因素，研究更多的集中于國家宏觀層面，而對于企業(yè)的物質(zhì)流分析研究相對疏散且方法不一，當中對某一元素的分析較為突出。近年來，隨著國家對清潔生產(chǎn)的要求越來越高，物質(zhì)流分析研究更多地轉(zhuǎn)向?qū)δ硞€生產(chǎn)工藝，以厘清整個工藝流程的資源利用、環(huán)境影響效率及其影響因素。

Arena[3]等通過收集垃圾焚燒廠焚爐中的物質(zhì)元素數(shù)據(jù)，對碳、氫和重金屬等元素進行物質(zhì)流分析，通過核算相關(guān)指標，分析了廢棄物回收利用與其填埋減量化的潛在可能。萬斯[4]等對我國再生鉛工業(yè)代謝進行研究，構(gòu)建再生鉛冶煉過程鉛物質(zhì)流模型，計算并分析鉛的直收率、回收率及循環(huán)利用率等相關(guān)參數(shù)，揭示再生鉛冶煉過程廢物循環(huán)方式，為我國再生鉛領(lǐng)域資源管理與環(huán)保監(jiān)管提供理論支持。

2 物質(zhì)流分析方法概述

物質(zhì)的流動在生命周期內(nèi)由自然資源流向廢物，在過程中往往存在著某些性質(zhì)的改變，由于其與流體流動有著類似的特征及性質(zhì)，因此可將其分之為“定點觀察法”和“跟蹤觀察法”。其按研究范圍可分為宏觀（國家）、中觀（區(qū)域）和微觀（企業(yè)部門）3個層次。

物質(zhì)流分析研究按研究目的可以分為3類：一是對整個過程或某個工序的環(huán)境污染物遷移路徑進行跟蹤并作環(huán)境影響評估；二是對戰(zhàn)略物質(zhì)或某一特定資源物質(zhì)進行全生命周期代謝分析；三是對某些重要物質(zhì)進行社會積存量分析。

對于不同區(qū)域的戰(zhàn)略性金屬資源循環(huán)現(xiàn)狀進行全生命周期代謝定量分析，旨在了解金屬的全生命周期過程識別各庫存與流，評估流向環(huán)境的耗散流及廢物流，以識別污染物的排放形式、強度與總量，以減少污染物排放，同時提高資源利用效率，不僅可以為制定相關(guān)管理政策提供必要信息，對資源、環(huán)境、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展亦有深刻而長遠的重要意義。STAF研究框架如圖1所示。

圖1 STAF研究框架

3 物質(zhì)流分析在有色金屬資源循環(huán)中的應用

有色金屬資源循環(huán)是從可回收的廢舊資源中回收可用金屬進行材料的再生產(chǎn)，為金屬產(chǎn)業(yè)生態(tài)化轉(zhuǎn)型、走持續(xù)發(fā)展之路提供了可能。復雜的資源循環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)分為兩個部分：物質(zhì)流動和能量流動，兩者共同決定了資源循環(huán)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效益、環(huán)境效應。因此，物質(zhì)流分析方法應用于有色金屬資源分析研究領(lǐng)域，以定量化的研究成果為依據(jù)，以經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展為目標，制訂冶金資源管理和環(huán)保監(jiān)管的方針和條例，具有很大的潛力；同時對有色金屬生產(chǎn)全流程進行物質(zhì)流分析可以得出資源、能源和環(huán)境效率的影響因素，為從事有色金屬資源循環(huán)生產(chǎn)企業(yè)指出節(jié)能工藝改進方向。

有色金屬資源提取過程存在資源利用率、能耗、環(huán)境影響與生態(tài)破壞程度不明等問題，導致資源化利用過程缺乏科學管理，造成資源過度開發(fā)、環(huán)境污染和生態(tài)平衡失調(diào)。同時，由于我們未建立金屬資源基礎信息數(shù)據(jù)庫，導致對金屬二次資源儲量、二次資源中金屬的開采潛力等基礎信息缺失；存在對其所含的金屬量在全社會金屬使用量的占比情況認識不足的問題，基于物質(zhì)流分析方法，通過構(gòu)建金屬資源典型提取工藝物質(zhì)流分析模型，明確各階段物質(zhì)流、循環(huán)流及廢物流流量，明確金屬資源提取過程的生態(tài)效率；構(gòu)建國家層面的金屬二次資源的物質(zhì)流分析模型，明確其產(chǎn)生量、分布情況、資源儲量等信息，為“原生資源”和“二次資源”，兩種資源統(tǒng)籌使用提供基礎數(shù)據(jù)，基于國家資源安全角度，可以提出完善“兩種資源”使用的總體戰(zhàn)略，以促進形成金屬資源開發(fā)利用的保障體系。

物質(zhì)流分析其核心是定量化分析社會經(jīng)濟活動中物流，通曉社會經(jīng)濟體系中物質(zhì)的流動方向與流量；通過調(diào)節(jié)控制兩者，以實現(xiàn)綜合利用效率的顯著提升。物質(zhì)流分析的目的是為了在資源消耗最低的前提下，找到增大資源利用率并改善環(huán)境的途徑，使得經(jīng)濟收益、環(huán)境效應最優(yōu)化，促成環(huán)境建設與國民經(jīng)濟的雙贏。物質(zhì)流分析不僅在冶金企業(yè)中占有重要地位，而且對冶金企業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟具有一定參考價值，同時也是循環(huán)經(jīng)濟工作開展實行的核心調(diào)控手段。

為了提高金屬資源及能源的利用效率，通過管理技術(shù)改進整個生產(chǎn)工藝流程，減少冶金生產(chǎn)過程中的物質(zhì)和能量的進入；產(chǎn)品多次使用、翻新、重制后再使用或降級使用，以增長產(chǎn)品的使用期限；將有色金屬二次資源最大限度的轉(zhuǎn)化為有用資源，節(jié)約資源的同時又保護了環(huán)境。

4 結(jié)語

通過在有色金屬資源循環(huán)領(lǐng)域開展物質(zhì)流分析，基于物質(zhì)流分析指標體系及評價模型可進行量化研究并以定量化研究成果為依據(jù)，通過關(guān)聯(lián)物質(zhì)流、能量流等參數(shù)，在不影響正常工序運轉(zhuǎn)的情況下有計劃地對物質(zhì)與能量進行交換，尋求以最小物質(zhì)投入量獲得最大資源收益的途徑，并減少廢物產(chǎn)生量，達到資源利用最優(yōu)化的目標。物質(zhì)流分析方法在有色金屬資源循環(huán)領(lǐng)域的應用充分體現(xiàn)了綠色發(fā)展理念，是促成建設和諧社會的重要方法，是實現(xiàn)冶金產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，推動資源型產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變的強力手段，對有色金屬資源循環(huán)利用、生態(tài)環(huán)境保護均具有十分重要的意義。