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(xué)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(xué)地質(zhì)工程系，寧夏 西寧 810016； 5.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

以往國內(nèi)對(duì)硫資源需求預(yù)測主要是依據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，通過參考消費(fèi)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(xué)者根據(jù)消費(fèi)結(jié)構(gòu)，通過磷肥產(chǎn)量對(duì)硫資源需求簡單描述[1]；或通過對(duì)相關(guān)行業(yè)未來發(fā)展前景，以此為依據(jù)對(duì)硫需求進(jìn)行預(yù)測[2]；通過參考簡單的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)硫資源未來需求進(jìn)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(yàn)描述，未能深入進(jìn)行科學(xué)研究。

本文在全面分析硫資源來源及消費(fèi)領(lǐng)域，運(yùn)用中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心提出的人均資源消費(fèi)的“S”模型[4]，對(duì)需求及演化規(guī)律進(jìn)行了科學(xué)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(shí)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(shì)。

1 全球硫資源供應(yīng)形勢(shì)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(dú)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(jī)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(jì)條件限制，前兩種來源的硫最有工業(yè)商業(yè)價(jià)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(duì)生態(tài)環(huán)境遭受越來越嚴(yán)重的污染，世界各國不斷加強(qiáng)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(xiàn)[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(dú)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(jì)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(dāng)前高增長率。預(yù)計(jì)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(dāng)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(gè)百分點(diǎn)。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(dá)到2 000萬t。

獨(dú)聯(lián)體地區(qū)硫產(chǎn)量略有增長。獨(dú)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(dú)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(shì)分析

全球硫資源主要消費(fèi)領(lǐng)域?yàn)檗r(nóng)業(yè)。當(dāng)前全球每年約有80%的硫資源以硫酸的形式消費(fèi)，20%的硫資源以硫磺的形式直接消費(fèi)。在硫酸的消費(fèi)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)。可見磷肥用硫是影響硫資源需求的主要因素。

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

2.1 磷肥需求形勢(shì)分析

化肥消費(fèi)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(jì)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(hù)政策的不同，化肥施用量受到很大限制[6]。所以對(duì)化肥消費(fèi)規(guī)律研究極其復(fù)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(duì)全球及我國磷肥未來消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測，以期為全球磷肥供需形勢(shì)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(zhǔn)確地反映化肥消費(fèi)起飛點(diǎn)及頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)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(duì)應(yīng)的耕地面積消費(fèi)水平。從發(fā)達(dá)國家化肥消費(fèi)軌跡來看，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展初期，隨著經(jīng)濟(jì)的增長，各國磷肥消費(fèi)均出現(xiàn)了快速增長。然而不同國家其磷肥消費(fèi)軌跡呈現(xiàn)出不同的樣式，通過對(duì)發(fā)達(dá)國家磷肥消費(fèi)歷史軌跡的系統(tǒng)分析，我們發(fā)現(xiàn)，伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展，單位耕地面積磷肥消費(fèi)量首先呈快速增長態(tài)勢(shì)，當(dāng)人均GDP達(dá)到某一值時(shí)，單位耕地面積磷肥消費(fèi)達(dá)到峰值，之后長期穩(wěn)定在一定水平(北美模式)，或者當(dāng)單位耕地面積磷肥施用量達(dá)到峰值后開始快速下降，當(dāng)人均GDP到達(dá)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(dāng)人均GDP達(dá)到18 000美元時(shí)，磷肥施用量達(dá)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(shí)對(duì)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(duì)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(xiàn)[8]；文獻(xiàn)[9])

不同的國家單位耕地面積的磷肥消費(fèi)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(dá)國家磷肥施用量普遍呈現(xiàn)先增長后減少的趨勢(shì)。其中，西歐發(fā)達(dá)國家單位耕地面積磷肥施用量到達(dá)頂點(diǎn)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(dá)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(shì)，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(xiàn)[8]；文獻(xiàn)[9])

中國為全球磷肥主要消費(fèi)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(jī)肥施用量的增加及對(duì)磷肥施用對(duì)環(huán)境的污染，中國磷肥需求將呈下降趨勢(shì)，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(jì)的發(fā)展，磷肥需求將呈快速增長趨勢(shì)，巴西磷肥需求頂點(diǎn)將在2022年左右到來，單位耕地面積磷肥施用量達(dá)80 kg/hm2，磷肥需求量為592萬t，隨著機(jī)械化程度、有機(jī)肥施用量的增加及施用磷肥對(duì)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(dá)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(shì)，年均增速達(dá)4.3%，到2030年單位耕地面積磷肥施用量達(dá)73 kg/hm2，磷肥需求量達(dá)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(dá)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(dá)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(dá)到44.5%，進(jìn)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(shì)，預(yù)計(jì)2013～2020年需求年均增速為1.9%，2020～2030年年均增速進(jìn)一步降低，為0.6%。預(yù)計(jì)2020年和2030年磷肥需求將分別達(dá)到4 522萬t和4 830萬t，屆時(shí)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(yán)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(dá)到頂點(diǎn)。隨著國家對(duì)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(shì)。南亞及南美地區(qū)磷肥需求較大，是未來主要增長點(diǎn)，硫消費(fèi)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(xiàn)[10]。

圖5 全球磷肥對(duì)硫需求變化趨勢(shì)

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(shì)分析

磷肥生產(chǎn)對(duì)硫磺的需求拉動(dòng)有限，硫需求的拉動(dòng)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(fèi)量的38.4%左右。中國金屬精煉用硫增速逐漸放緩[11]，未來對(duì)硫消費(fèi)拉動(dòng)作用有限。而南亞、東南亞、南美等地區(qū)金屬精煉對(duì)硫的需求有較大的增長潛力，但用量增幅不會(huì)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(shì)，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(jì)2030年消費(fèi)需求1.15億t，硫資源需求接近頂點(diǎn)。

未來硫需求領(lǐng)域中，磷肥用硫?qū)⒃?025年達(dá)到頂點(diǎn)，對(duì)硫需求增量貢獻(xiàn)有限。金屬精煉行業(yè)用硫量將持續(xù)增長，且其消費(fèi)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(yán)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(dá)1.25億t；硫資源需求增長有限，未來供大于求已成定勢(shì)。