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(東北大學國家環(huán)境保護生態(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)量的年均增長率達到了11.21%(見表1)[1].可見，隨著2000年以來我國經(jīng)濟增長速度的提高，我國銅產(chǎn)量的增長速度也進一步加快.

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，我國銅資源嚴重不足[2].由于銅具有優(yōu)良的延展性、導熱性和導電性，銅被廣泛應用于各行各業(yè)，主要集中于電力、建筑、家電、交通運輸?shù)刃袠I(yè).可以預見，隨著我國這些領域的進一步發(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)供應至關重要.本文將開展銅的物質流分析，并將在物質流分析的基礎上，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》和相關文獻等資料[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; (d)—計算; (m)—經(jīng)驗模型; (e)—估計; (c)—質量守恒

由圖1可見，我國2015年從國外凈進口銅的量很大，其數(shù)量達到了833.88萬t，其中凈進口銅精礦332.64萬t，遠遠超過了我國銅精礦產(chǎn)量.除了銅精礦之外，精煉銅(含合金)的凈進口量也很大，此外，廢雜銅、粗銅等也有較大數(shù)量的凈進口.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，其增量達到了967.67萬t.

2 我國1990-2015年銅工業(yè)物質投入-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)的物質流進行了分析，由于篇幅所限，這里不再列出.根據(jù)銅的物質流分析結果，開展了我國銅工業(yè)的物質投入-產(chǎn)出分析.

2.1 物質投入計算

物質投入量由國內物質開采、進口、再生利用物質三方面組成.

(1)國內物質開采

目前，國內銅工業(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，國內物質開采主要包含國產(chǎn)銅精礦和尾礦兩部分.1990-2015年我國國內銅工業(yè)物質開采的具體數(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)進口含銅產(chǎn)品

進口含銅產(chǎn)品主要包括進口銅精礦、進口粗銅、進口精煉銅、進口銅材和進口廢雜銅.我國1990-2015年凈進口銅產(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，我國各種凈進口銅產(chǎn)品的量都在逐年增加；2005-2015年，我國凈進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，我國進口銅產(chǎn)品的結構自此發(fā)生了巨大變化，進口銅精礦的量突然遠超進口廢雜銅，為了滿足國內銅的需求，精煉銅的進口量有明顯增加，這說明國內銅的需求開始由廢雜銅向銅精礦和精煉銅轉變.

(3)再生物質利用

再生物質在銅工業(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束后報廢的折舊廢銅[9].1990-2015年我國銅工業(yè)再生物質利用的數(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，我國再生物質利用量逐年增加，2015年的再生利用量已達到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入快速增長階段，而這些銅制品并未進入到報廢期，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投入量，如表4所示.

表4 我國1990-2015年銅工業(yè)含銅物質投入量(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年我國含銅物質投入量處于較低水平，2000年以來，我國產(chǎn)業(yè)結構得到調整，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銅礦開采，并促使銅資源進口量激增來填補國內需求，我國銅工業(yè)的物質投入也進入了一個迅猛發(fā)展的階段.2015年，我國含銅物質投入達1 279.51萬t.

我國1990-2015年銅工業(yè)物質投入結構如圖3所示.2000年以來，進口銅產(chǎn)品的比例在我國含銅物質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，其增長幅度遠不及進口銅產(chǎn)品.對進口產(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)含銅物質投入結構Fig.3 Structure of Cu-containing materials used in copper industry in China during 1990-2015

2.2 物質產(chǎn)出計算

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

(1)國內物質產(chǎn)出

根據(jù)我國銅行業(yè)的物質流分析結果，本文將國產(chǎn)的精煉銅(除去出口量)納入國內物質產(chǎn)出項.

1990-2015年我國國內物質產(chǎn)出量如表5所示.

表5 我國1990-2015年銅工業(yè)國內物質產(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)濟系統(tǒng)排放到土壤、水域或大氣等自然環(huán)境中的物質.針對銅工業(yè)的物質流循環(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)的物質產(chǎn)出結構.

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

從圖5中可以看出，在總物質產(chǎn)出中，我國銅產(chǎn)品國內物質產(chǎn)出占了最大的份額，2015年，占物質產(chǎn)出總量的83.2%，這表明我國生產(chǎn)的銅產(chǎn)品主要作用于國內經(jīng)濟需求.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.在銅元素的總物質產(chǎn)出中，廢棄物排放的總量在不斷增加，但在直接物質產(chǎn)出中所占比例變化幅度不大.

3 結 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，進口銅產(chǎn)品的比例在我國含銅物質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，其增長幅度遠不及進口銅產(chǎn)品.

(3)在總物質產(chǎn)出中，我國銅產(chǎn)品國內物質產(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，但在直接物質產(chǎn)出中所占比例變化幅度不大.