王 歡，文博杰，代 濤，李強(qiáng)鋒,4

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083； 3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037； 4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 武漢 430074)

銅是我國(guó)最緊缺的大宗有色金屬礦產(chǎn)，也是與人類關(guān)系非常密切的有色金屬，被廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機(jī)械制造、建筑工業(yè)、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，在中國(guó)有色金屬材料的消費(fèi)中僅次于鋁[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，銅資源的社會(huì)需求量在不斷增加。由于我國(guó)銅資源的短缺[2]，2011～2016年中國(guó)處于銅凈進(jìn)口狀態(tài)，銅資源的對(duì)外依存度約為70%。因此，準(zhǔn)確把握中國(guó)銅資源的實(shí)際消費(fèi)量對(duì)國(guó)際貿(mào)易中的銅流量以及銅資源環(huán)境的管理具有重要意義。

元素流分析(SFA)以物質(zhì)守恒定律為基礎(chǔ)，是刻畫(huà)物質(zhì)或元素在給定時(shí)間和空間邊界內(nèi)存量和流量變化的定量分析方法，也是資源環(huán)境管理與環(huán)境系統(tǒng)分析最重要和基礎(chǔ)的工具之一[3]。目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者利用SFA對(duì)鐵[4-6]、鋁[7-8]、鉬[9-10]、鎘[11]、釹[12]、銦[13-14]、鎳[15]、鉛[16-17]等金屬物質(zhì)的流動(dòng)進(jìn)行研究分析，圍繞銅進(jìn)行的SFA研究也不在少數(shù)。Nakajima等[15]運(yùn)用元素流分析方法確定全球范圍內(nèi)的銅流量，并比較了亞洲銅資源在不同時(shí)段的表觀消費(fèi)量。Bonnin等[18]對(duì)1974～2012年間的美國(guó)生產(chǎn)階段的銅物質(zhì)流動(dòng)進(jìn)行分析，展示了美國(guó)銅生產(chǎn)行業(yè)的演變。Amneklev等[19]監(jiān)測(cè)了瑞典的斯德哥爾摩城市銅流量隨時(shí)間的變化特征。相對(duì)于其他國(guó)家銅元素流研究的蓬勃發(fā)展，中國(guó)的銅元素流研究還處于起步階段。Guo等[20]利用元素流分析方法，介紹了中國(guó)銅資源的消費(fèi)和循環(huán)利用情況，并提出了相關(guān)建議。Zhang等利用SFA分析方法，量化了上海市、南京市的在用銅存量[21-22]，開(kāi)展了1975～2010年中國(guó)銅全生命周期的物質(zhì)流分析[23]，展示了1975～2015年中國(guó)國(guó)際貿(mào)易中的銅流量特征[24]，并基于銅流量和存量分析的觀點(diǎn)，對(duì)中國(guó)銅代謝的未來(lái)進(jìn)行了研究分析[25]。Han等[26]分析研究了銅生態(tài)工業(yè)園區(qū)的工業(yè)代謝，為銅冶煉行業(yè)的發(fā)展提供重要的參考依據(jù)。Wang等[27]根據(jù)前人研究的成果，利用元素流分析法，對(duì)中國(guó)潛在廢銅進(jìn)行評(píng)估并給出了相關(guān)政策建議。

前人的研究成果集中于銅生命周期的某一環(huán)節(jié)，不能整體把握國(guó)家層面的銅物質(zhì)流情況，Zhang等雖然研究的是銅全生命周期流程，但是缺少對(duì)進(jìn)出口貿(mào)易的銅物質(zhì)流動(dòng)詳細(xì)的研究，也不能有效地整體把握中國(guó)銅物質(zhì)實(shí)際流量情況[21-22]。而目前在研究表征銅的消費(fèi)情況時(shí)，多采用精煉銅的表觀消費(fèi)量(即國(guó)內(nèi)每年的精煉銅的產(chǎn)量加上凈進(jìn)口之和)這一容易計(jì)算獲得的指標(biāo)，而很少涉及銅的實(shí)際消費(fèi)量，這不利于準(zhǔn)確把握中國(guó)銅資源的實(shí)際利用情況。鑒于此，本文利用元素流分析法，在系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析中國(guó)含銅商品進(jìn)出口貿(mào)易數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)銅礦石開(kāi)采、冶煉、銅二次資源回收等數(shù)據(jù)，對(duì)中國(guó)2011～2016年銅資源在生產(chǎn)、消費(fèi)和貿(mào)易過(guò)程中銅物質(zhì)的流動(dòng)情況進(jìn)行分析，測(cè)算出2011～2016年中國(guó)銅的實(shí)際消費(fèi)量，并與精煉銅的表觀消費(fèi)量進(jìn)行對(duì)比分析。

1 研究方法

1.1 系統(tǒng)邊界

本文研究2011～2016年我國(guó)每年的銅物質(zhì)流動(dòng)情況。采用的研究框架與傳統(tǒng)STAF研究框架不同(圖1)，不分開(kāi)測(cè)算銅生命周期各階段的存量，而是將所有階段的存量看作整體，通過(guò)測(cè)算出入空間邊界的銅物質(zhì)流量，來(lái)推算整個(gè)空間邊界內(nèi)的銅的存量(銅實(shí)際消費(fèi)量)。銅實(shí)際消費(fèi)量是系統(tǒng)邊界內(nèi)，消費(fèi)的所有銅物質(zhì)量的總和。本文所指的中國(guó)銅實(shí)際消費(fèi)量是指一年內(nèi)中國(guó)消費(fèi)的所有銅物質(zhì)量的總和。

圖1 中國(guó)銅物質(zhì)流分析框架

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)和聯(lián)合國(guó)商品貿(mào)易統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)(UN Comtrade)。由于各項(xiàng)銅物質(zhì)流數(shù)據(jù)中，原材料加工損失量和進(jìn)出口貿(mào)易中銅物質(zhì)的量不易計(jì)算且十分繁雜，本文先對(duì)這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，再結(jié)合國(guó)內(nèi)產(chǎn)出銅礦石的銅含量和年度社會(huì)回收的銅二次資源銅含量核算銅實(shí)際消費(fèi)量。本文銅物質(zhì)的量除特別說(shuō)明外，均指含銅量。

1.3 分析和測(cè)算方法

元素流分析(SFA)是用于分析礦產(chǎn)資源(產(chǎn)品)在開(kāi)采→冶煉→加工→消費(fèi)→回收全過(guò)程物質(zhì)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(yīng)[12]。

1.3.1 原材料加工損失量

銅礦石在選礦中會(huì)產(chǎn)生尾礦，銅精礦在冶煉中也會(huì)產(chǎn)生熔渣[28]。因此，在核算中國(guó)銅的實(shí)際消費(fèi)量時(shí)應(yīng)把生產(chǎn)階段的損失量考慮進(jìn)去。據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2011～2016年中國(guó)銅冶煉的損失率已達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)水平，為1.66%，而選礦的技術(shù)尚有提高的空間(表1)。

由此，可計(jì)算出2011～2016年中國(guó)銅原材料的加工損失量，見(jiàn)表2。

1.3.2 進(jìn)出口貿(mào)易中銅物質(zhì)的量

為了測(cè)算中國(guó)與世界其他各國(guó)之間的含銅商品物質(zhì)流量，本文將含銅商品分成了6大類(銅礦砂及其精礦、粗銅、精煉銅、銅材、廢雜銅、銅制品)以及29小類(圖2)，篩選了360多項(xiàng)中國(guó)進(jìn)出口含銅商品的6位海關(guān)編碼，每項(xiàng)編碼代表一組含銅商品，對(duì)應(yīng)進(jìn)出口含銅商品的名稱、數(shù)量和質(zhì)量等信息，共涉及進(jìn)出口貿(mào)易數(shù)據(jù)量約4 300項(xiàng)。

表1 2011～2016年中國(guó)銅工業(yè)選礦損失率

資料來(lái)源：文獻(xiàn)[29]。

表2 2011～2016中國(guó)銅原材料加工損失量

注：圖中廢雜銅進(jìn)口是0.35，出口是0.8 圖2 海關(guān)含銅商品數(shù)據(jù)分類及含銅系數(shù)設(shè)定

通過(guò)分層抽樣統(tǒng)計(jì)方法，向?qū)＜易稍儾⒉殚喠思s360種不同小類的主要含銅商品樣本的含銅質(zhì)量、材料成分等參數(shù)，結(jié)合中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)以及各相關(guān)行業(yè)的產(chǎn)品參數(shù)，對(duì)不同的含銅商品設(shè)置了不同的含銅系數(shù)，再對(duì)這些含銅系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，得到每一類含銅商品的含銅系數(shù)(圖2)。

本文將含銅商品的重量乘以其相應(yīng)的含銅系數(shù)以獲得產(chǎn)品中銅的含量，計(jì)算見(jiàn)式(1)。

Cimport/export=Wimport/export×R

(1)

式中：Cimport /export為貿(mào)易中的含銅商品銅含量；Wimport/export為貿(mào)易中的含銅商品重量；R為貿(mào)易中的含銅商品的含銅系數(shù)。部分含銅商品由于其自身的特殊原因不能以重量來(lái)統(tǒng)計(jì)，本文根據(jù)小類含銅商品的6位海關(guān)編碼，查找出相應(yīng)型號(hào)或者相近型號(hào)產(chǎn)品參數(shù)，得出其一件進(jìn)出口商品的重量Z，再根據(jù)其進(jìn)出口商品的數(shù)量S，并配合相應(yīng)的含銅系數(shù)R，得到進(jìn)出口含銅商品的銅含量，故用式(2)來(lái)計(jì)算其商品貿(mào)易的含銅量。

Cimport/export=Simport/export×Z×R

(2)

根據(jù)圖2中的分類，利用式(1)和式(2)，測(cè)算出中國(guó)2011～2016年各類商品進(jìn)出口的銅含量，見(jiàn)表3。

表3 2011～2016中國(guó)進(jìn)出口含銅商品的銅含量

1.3.3 中國(guó)銅實(shí)際消費(fèi)量核算

根據(jù)物質(zhì)守恒定理，中國(guó)每年國(guó)家界面的銅物質(zhì)輸出量和輸入量相等，中國(guó)國(guó)家界面的銅物質(zhì)流輸入端的數(shù)據(jù)為本年度國(guó)內(nèi)產(chǎn)出銅礦石的銅含量、凈進(jìn)口含銅商品的銅含量、本年度社會(huì)回收銅二次資源銅含量和上年度末庫(kù)存的含銅商品銅含量；輸出端為本年度銅實(shí)際消費(fèi)量、原材料加工損失量以及本年度末庫(kù)存的含銅商品銅含量。假設(shè)輸入端的上年度末庫(kù)存的含銅商品銅含量和輸出端本年度末庫(kù)存的含銅商品銅含量相等，那么中國(guó)銅實(shí)際消費(fèi)量S計(jì)算見(jiàn)式(3)。

S=S1+S2+S3-S4

(3)

式中：S1為國(guó)內(nèi)產(chǎn)出銅礦石的銅含量；S2為年度社會(huì)回收的銅二次資源銅含量；S3為凈進(jìn)口含銅商品的銅含量；S4為銅資源原材料的加工損失量。

2011～2016年中國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的銅礦石的含銅量及社會(huì)回收二次資源的銅含量，見(jiàn)表4。

表4 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)銅礦石銅含量和社會(huì)回收二次資源銅含量

結(jié)合表4，利用式(3)，計(jì)算得出2011～2016年中國(guó)銅的實(shí)際消費(fèi)量，如圖3所示。

圖3 2011～2016年中國(guó)銅的實(shí)際消費(fèi)量

2 結(jié)果與討論

2.1 銅原材料加工損失量變化

2011～2016年中國(guó)銅資源加工損失量變化，如圖4所示。國(guó)產(chǎn)銅礦石選礦損失量從2011年的10.20萬(wàn)t增加到2014年的16.86萬(wàn)t，2014～2016年保持穩(wěn)定，這主要是因?yàn)?011～2014年國(guó)內(nèi)銅礦石產(chǎn)量在不斷上升，2014～2016年產(chǎn)量趨于平穩(wěn)，且相對(duì)于2011～2013年，2014～2016年銅選礦損失率有所下降。近些年，國(guó)內(nèi)銅精礦的產(chǎn)量和凈進(jìn)口量均在不斷上升，在銅冶煉損失率達(dá)到先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家水平的同時(shí)，銅精礦冶煉損失量卻在不斷增加，從2011年的5.12萬(wàn)t增加到2016年的10.90萬(wàn)t；銅物質(zhì)總損失量呈逐年上升趨勢(shì)，從2011年的15.32萬(wàn)t增加到2016年的27.23萬(wàn)t。其中，損失占比最多的為國(guó)產(chǎn)銅礦石選礦損失，每年的損失量占總損失的60%左右。

2.2 進(jìn)出口貿(mào)易銅物質(zhì)流變化

由于我國(guó)銅資源國(guó)內(nèi)供應(yīng)能力不足，2011～2016年中國(guó)銅凈進(jìn)口總量呈逐年上升趨勢(shì)，從2011年的521.62萬(wàn)t增加到2016年的847.63萬(wàn)t(圖5)。2011～2016年中國(guó)6大類含銅物質(zhì)凈進(jìn)口結(jié)構(gòu)中，銅礦砂及其精礦占據(jù)主要地位，約為25%，精煉銅占20%左右，2012年之后，銅價(jià)下跌，再生銅企業(yè)利潤(rùn)微薄，甚至虧損，因此廢雜銅的凈進(jìn)口量逐年降低，從2011年的168.37萬(wàn)t降低到2016年的117.16萬(wàn)t，占比也從20%降低到10%；中國(guó)一直是銅加工制造業(yè)基地以及銅制品的輸出國(guó)，2011～2016年6大類含銅商品中處于凈出口狀態(tài)的只有銅制品，且6年來(lái)保持穩(wěn)定狀態(tài)，平均凈出口量約為125萬(wàn)t(圖6)。

圖4 2011～2016年中國(guó)銅原材料加工損失量

圖5 2011～2016年中國(guó)銅凈進(jìn)口總量

圖6 2011～2016年6大類含銅物質(zhì)凈進(jìn)口趨勢(shì)占比圖

2.3 中國(guó)銅的實(shí)際消費(fèi)量與表觀消費(fèi)量的對(duì)比

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)的銅需求量在不斷增長(zhǎng)，2011～2016年中國(guó)銅的實(shí)際消費(fèi)量逐年遞增(圖3)。

本文所測(cè)算的銅實(shí)際消費(fèi)量?jī)?yōu)勢(shì)在于涵蓋范圍更廣，涵蓋了銅精礦、精煉銅、銅材及成千上萬(wàn)的銅制品的進(jìn)出口，結(jié)果更加準(zhǔn)確科學(xué)。而精煉銅的表觀消費(fèi)量的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)易得，容易測(cè)算。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料整理得到表5。

表5 2011～2016中國(guó)銅實(shí)際消費(fèi)量與 精煉銅表觀消費(fèi)量對(duì)比

資料來(lái)源：文獻(xiàn)[30]。

由表5可知，中國(guó)銅的實(shí)際消費(fèi)量約是精煉銅表觀消費(fèi)量的90%。據(jù)分析主要原因如下所述。

一是因?yàn)橹袊?guó)每年凈出口大量銅制品。由精煉銅加工成銅材，再由銅材轉(zhuǎn)化成銅制品，銅制品再被出口到世界各地。而精煉銅的表觀消費(fèi)量則沒(méi)有計(jì)算銅材和銅制品的進(jìn)出口量，所以精煉銅的實(shí)際消費(fèi)量和文中計(jì)算的銅實(shí)際消費(fèi)量有差別。

二是因?yàn)榫珶掋~在加工成銅材時(shí)產(chǎn)生的年度新廢銅導(dǎo)致的。年度新廢銅是指精煉銅在加工成銅材、銅制品的時(shí)候所產(chǎn)生的廢棄邊角料或殘次品。新廢銅不算作社會(huì)二次資源，且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后回到產(chǎn)業(yè)鏈上游重新進(jìn)入冶煉環(huán)節(jié)。按照本文構(gòu)建的模型來(lái)看，新廢銅的銅含量是排除在銅實(shí)際消費(fèi)量之外的，但卻沒(méi)有被排除在精煉銅表觀消費(fèi)量之外。所以，年度新廢銅的存在是導(dǎo)致中國(guó)銅實(shí)際消費(fèi)量和精煉銅表觀消費(fèi)量有差異的另一個(gè)原因。

3 結(jié)論及建議

本文通過(guò)對(duì)中國(guó)2011～2016年6年內(nèi)中國(guó)銅物質(zhì)流的貿(mào)易、消費(fèi)、損失和社會(huì)回收的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，所得結(jié)論如下所述。

1) 2011～2016年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)銅礦石的銅含量為66.89萬(wàn)～109.91萬(wàn)t，銅實(shí)際消費(fèi)量為669.29萬(wàn)～1127.11萬(wàn)t，含銅商品凈進(jìn)口量為521.62萬(wàn)～847.63萬(wàn)t。

2) 2011～2016年中國(guó)銅資源原材料加工損失量為15.32萬(wàn)～27.23萬(wàn)t，其中損失占比最多的為國(guó)產(chǎn)銅礦石選礦損失，每年的損失量占總損失的60%左右。

3) 本文所測(cè)銅實(shí)際消費(fèi)量和目前統(tǒng)計(jì)的精煉銅表觀消費(fèi)量相比，優(yōu)勢(shì)在于涵蓋范圍更廣，結(jié)果更科學(xué)；劣勢(shì)在于數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，不容易測(cè)算。2011～2016年中國(guó)銅實(shí)際消費(fèi)量約是精煉銅表觀消費(fèi)量的90%。

為了解決中國(guó)大量、快速消耗銅資源帶來(lái)的資源環(huán)境等問(wèn)題，優(yōu)化對(duì)銅資源的管理，具體給出以下四條建議。

1) 我國(guó)銅資源國(guó)內(nèi)供應(yīng)不足，應(yīng)加大國(guó)內(nèi)銅資源地質(zhì)調(diào)查與勘探，增加國(guó)內(nèi)銅資源儲(chǔ)量。

2) 在銅的生產(chǎn)加工階段應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，最大化地減小銅資源損失，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)尾礦和熔渣中銅資源的回收利用，推進(jìn)銅資源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3) 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(yīng)出臺(tái)相關(guān)政策支持廢銅回收行業(yè)的發(fā)展，加大廢銅回收力度，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

4) 積極響應(yīng)國(guó)家“一帶一路”倡議，開(kāi)展銅資源外交，與沿線國(guó)家開(kāi)展銅資源領(lǐng)域合作，實(shí)現(xiàn)銅資源來(lái)源多元化。