中國(guó)金屬礦產(chǎn)的消費(fèi)強(qiáng)度與回收潛力分析

李新++崔獻(xiàn)丹++梁亞楠++王敏晰++代濤++柳群義

摘要

從中國(guó)金屬資源安全的角度來(lái)看，優(yōu)化戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)的供應(yīng)結(jié)構(gòu)，降低一次礦產(chǎn)的對(duì)外依存度，通過(guò)合理的政策導(dǎo)向有效地增加中國(guó)城市礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)效率，挖掘廢舊金屬的回收和利用潛力，是實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源安全保障的重要前提。本文以鐵、銅、鋁等三種金屬礦產(chǎn)為例，采用美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本等五個(gè)工業(yè)化國(guó)家及中國(guó)1949—2015年的面板數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建消費(fèi)強(qiáng)度、回收密度和壽命分布函數(shù)分析了工業(yè)化五國(guó)金屬消費(fèi)和報(bào)廢金屬回收的歷史規(guī)律，預(yù)測(cè)了2016—2030年中國(guó)三種金屬消費(fèi)和報(bào)廢回收的變化趨勢(shì)。結(jié)果顯示：①五個(gè)工業(yè)化國(guó)家鐵、銅、鋁金屬的消費(fèi)強(qiáng)度經(jīng)歷了快速上升、平臺(tái)緩降和較快下降的過(guò)程，而回收密度則經(jīng)歷了緩慢上升、較快增長(zhǎng)和快速增長(zhǎng)的三個(gè)階段，在消費(fèi)強(qiáng)度與回收密度的第三階段呈現(xiàn)“脫鉤”特征；②中國(guó)鐵、銅、鋁三種金屬的消費(fèi)強(qiáng)度大幅增加主要是集中在2000年以后，2015年我國(guó)鐵、銅、鋁的消費(fèi)強(qiáng)度分別為540 kg/人、8 kg/人和23 kg/人，回收密度分別只有100 kg/人、0.5 kg/人和3 kg/人，除鐵、鋁的消費(fèi)強(qiáng)度進(jìn)入平臺(tái)下降期外，銅消費(fèi)強(qiáng)度和三種金屬回收密度仍處于增長(zhǎng)的第一階段；③預(yù)計(jì)2030年，中國(guó)鐵、銅、鋁的消費(fèi)強(qiáng)度將分別為450 kg/人、9 kg/人和20 kg/人，仍處在平臺(tái)緩慢下降階段，回收密度將分別增加到220 kg/人、3 kg/人和5 kg/人，回收密度與消費(fèi)強(qiáng)度比例分別達(dá)到49%、33%和25%。通過(guò)對(duì)比可知，中國(guó)未來(lái)社會(huì)報(bào)廢金屬回收潛力巨大，如果能加以有效政策引導(dǎo)，加快回收利用，可大大緩解中國(guó)戰(zhàn)略性金屬的安全保障壓力。

關(guān)鍵詞金屬礦產(chǎn)；消費(fèi)強(qiáng)度；回收潛力；預(yù)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)F062.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1002-2104（2017）07-0053-07DOI：10.12062/cpre.20170463

鐵、銅、鋁等大宗金屬是我國(guó)工業(yè)化過(guò)程中的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性資源，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、交通運(yùn)輸、電力電器、機(jī)器設(shè)備、包裝容器等領(lǐng)域[1]，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要礦物元素，對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有關(guān)鍵性作用[2]。2015年中國(guó)鐵、銅、鋁等金屬一次礦產(chǎn)的產(chǎn)量分別占其總產(chǎn)量的82%、65%和81%，對(duì)外依存度分別高達(dá)84%、80%和60%，中國(guó)大宗金屬礦產(chǎn)資源稟賦的先天不足，使得其高度對(duì)外依存和一次礦產(chǎn)為主的礦產(chǎn)資源供應(yīng)格局短時(shí)間內(nèi)難以改變。本文統(tǒng)計(jì)，1996—2015年中國(guó)大約累計(jì)消費(fèi)粗鋼80億t、精煉銅1億t、原鋁2.2億t，大宗金屬社會(huì)消費(fèi)蓄積量較大，但其中80%以上的消費(fèi)量都集中在近10年，現(xiàn)階段達(dá)到生命周期的報(bào)廢金屬可回收量仍有限，未來(lái)金屬產(chǎn)品的報(bào)廢回收潛力尚待定量化測(cè)算。城市礦產(chǎn)變廢為寶，可有效替代原生礦產(chǎn)，減少能源消耗，是重要的戰(zhàn)略資源[3]。探明金屬社會(huì)消費(fèi)、蓄積和回收間的投入產(chǎn)出規(guī)律，預(yù)測(cè)中國(guó)城市礦產(chǎn)中廢舊金屬的回收潛力，提高金屬二次資源的回收和利用效率，對(duì)解決中國(guó)戰(zhàn)略性金屬的資源安全和地緣政治下的資源戰(zhàn)略問(wèn)題具有重大現(xiàn)實(shí)意義?；诖?，本文通過(guò)對(duì)1949—2015年美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本等工業(yè)化國(guó)家和中國(guó)的金屬產(chǎn)品消費(fèi)、蓄積和回收的歷史經(jīng)驗(yàn)分析，對(duì)2016—2030年中國(guó)鐵、銅、鋁等大宗金屬的報(bào)廢回收潛力進(jìn)行測(cè)算，以期為政府資源安全保障決策和促進(jìn)金屬二次資源利用提供依據(jù)。

1研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1消費(fèi)強(qiáng)度（CI）與回收密度（RD）

礦產(chǎn)品使用強(qiáng)度是Wilfred[4]首先提出的一個(gè)概念，即每一種礦產(chǎn)被發(fā)現(xiàn)后，其使用都有一個(gè)上升、到達(dá)頂峰、最后緩慢下降的過(guò)程。它測(cè)度的是人均GDP下的礦產(chǎn)品消費(fèi)量，用來(lái)表征一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中的階段性的礦產(chǎn)品消費(fèi)指標(biāo)，同工業(yè)化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)成熟度密切相關(guān)[5]。本文的消費(fèi)強(qiáng)度（consumption intensity，CI）是指人均GDP下的人均金屬資源消費(fèi)量，反映金屬資源需求與一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的相關(guān)程度及其內(nèi)在聯(lián)系。消費(fèi)強(qiáng)度CI的計(jì)算如式（1）所示：

本文設(shè)定的“回收密度”（recycling density，RD）是指人均GDP下的社會(huì)報(bào)廢金屬人均回收量（不包含金屬冶金和生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢渣和邊角料），金屬產(chǎn)品的生命周期決定了社會(huì)報(bào)廢金屬回收相對(duì)于金屬產(chǎn)品消費(fèi)存在一定的時(shí)間滯后性，其同樣與一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段密切相關(guān)?；厥彰芏仍诓煌A段的不同表征，表明了報(bào)廢金屬資源回收潛力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的內(nèi)在聯(lián)系。報(bào)廢金屬回收密度RD的計(jì)算如式（2）所示：

1.2報(bào)廢金屬回收潛力預(yù)測(cè)模型

1.2.1金屬產(chǎn)品壽命分布確定

根據(jù)產(chǎn)品生命周期理論，不同類(lèi)別的金屬產(chǎn)品，有不同的使用壽命間隔。含有鐵、銅、鋁等金屬元素的產(chǎn)品在理論上達(dá)到其生命周期后將退出社會(huì)使用，轉(zhuǎn)化為報(bào)廢金屬品。而生命周期內(nèi)的金屬產(chǎn)品，逐年蓄積，在使用過(guò)程中不斷增加存量，這些使用中產(chǎn)品的社會(huì)存量將轉(zhuǎn)化為未來(lái)潛在的報(bào)廢金屬流量。已有研究成果中主要有4種壽命分布函數(shù)被用來(lái)計(jì)算和模擬金屬產(chǎn)品的社會(huì)存量和報(bào)廢金屬的產(chǎn)生量，不同的數(shù)學(xué)模型對(duì)社會(huì)存量和廢料產(chǎn)生量的預(yù)測(cè)會(huì)有一定的差異。4種分布主要包括：①針對(duì)既定壽命的δ分布[6]；②高斯分布[7]；③對(duì)數(shù)分布[8]；④韋伯分布[9-10]。由于具有極大的靈活性，在4種壽命模擬中的韋伯分布是最適用的方法[11]。本文在歷史金屬消費(fèi)量的基礎(chǔ)上，采用韋伯分布模擬報(bào)廢金屬理論產(chǎn)生量。韋伯分布取決于位置參數(shù)“a”、比例參數(shù)“α”和形狀參數(shù)“β”，“t”表示測(cè)算期間內(nèi)的任意一年，則產(chǎn)品壽命分布函數(shù)f（t）可以表示為式（3）：

1.2.2金屬產(chǎn)品報(bào)廢預(yù)測(cè)模型

金屬產(chǎn)品的報(bào)廢是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，報(bào)廢金屬的產(chǎn)生量與金屬產(chǎn)品的消費(fèi)量及其消費(fèi)蓄積時(shí)間密切相關(guān)。由于數(shù)據(jù)獲取難度的原因，本文使用粗鋼、精煉銅和原鋁的消費(fèi)量用于替代金屬產(chǎn)品中的當(dāng)年金屬元素消費(fèi)量，并采用至上而下（topdown）的方法測(cè)算報(bào)廢金屬的產(chǎn)生量。參考前期研究成果[12-14]，假設(shè)第n年金屬累計(jì)報(bào)廢率為F（n），則該年金屬產(chǎn)品報(bào)廢率為從F（n）到F（n-1）的單位變化，即F′（n）。