2015年中国铜物质流研究

文博杰，王 欢,3

(1.中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037；2.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京100037；3.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083)

2015年中国铜物质流研究

文博杰1,2，王 欢1,2,3

(1.中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037；2.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京100037；3.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083)

中国是铜资源消费大国，研究铜资源的利用和循环状态对中国经济的可持续发展具有重要意义。本文基于物质流研究方法，从铜资源的采矿、选矿、冶炼、加工制造、消费和回收处理等产业链关键环节详细阐述了2015年中国铜资源的流动情况，得到了2015年中国铜物质流图，并厘定了铜资源的相关技术经济指标。结果显示，铜生产阶段中地采和选矿的损耗率比较高，分别为12.34%、14.81%；铜资源对外依存度高达74.63%。在减少能耗降低损失的同时，中国还应加强国内资源勘查和提高再生铜的利用率。

铜资源；物质流分析；损耗；对外依存度

0 引 言

广义的物质流分析(Material Flow Analysis,MFA)是指在一定时空范围内关于特定系统的物质流动和储存的系统性分析或评价[1]。狭义的物质流分析，又被称为“元素流分析”。这种物质流分析(Substance Flow Analysis，SFA)指的是在一个国家或者一个地区范围内，针对特定的某种物质(如铜)的流动状况进行定量的工业代谢研究的分析工具[2-3]。通过物质流分析可以定量化描述矿产资源(产品)在采矿-选矿-冶炼-加工制造-消费-废物回收全过程物质的流量、流向、存量以及各环节的效率、效益和环境效应，为资源有效利用、环境保护及经济可持续发展提供有效支撑。有色金属工业是以开发矿产资源为基础的原材料工业，矿产资源的不可再生性，对有色金属工业实施可持续发展战略影响尤为重大。因此，把物质流分析方法带入到我国铜资源分析研究领域，以定量化的研究成果为依据，以经济的可持续发展为目标，制定铜资源合理开发和利用的政策和方针，具有更强的可操作性和重要意义。

近二十年来，金属物质流研究方法不断完善，重点逐渐深入。1988年，荷兰莱顿大学的Udo de Haes首次提出了元素流分析(substance flow analysis)的概念。1994年，美国生态经济学家Robet Ayres提出了工业代谢(industrial metabolism)的概念。这一时期的金属物质流研究对象主要集中在对重金属迁移路径的追踪及环境影响分析方面。2000年左右，美国耶鲁大学工业生态研究中心Thomas Graedel领导了金属存量与流量分析项目(Stocks and Flows Analysis,STAF)，较为系统地分析了铁、铜、锌、铬、铁、银、铅、镍等多种金属在国家、区域和全球尺度上的流动情况，产出了一系列成果。2005年前后，以挪威科技大学、维也纳技术大学、耶鲁大学、日本国立环境研究所等为代表的一批西方研究机构，又将动态物质流和金属存量分析推向了高峰。2010～2015年，联合国环境规划署(UNEP)集成金属物质流研究成果，支持金属矿产战略。2014年，欧盟分析了28国21种关键性战略金属资源的流动状况，支持稀缺金属供应安全战略[4]。

围绕铜物质流，国外已开展大量研究工作。瑞士联邦理工学院Rechberger H等，应用统计熵的方法调查和评价了20世纪90年代欧洲经济一年期间铜的流量和库存[5]。美国耶鲁大学工业生态中心、林学和环境研究学院Graedel T E等指出当代综合性铜的库存和铜流的循环具有的特征，包含着提取、加工、装配和制造、使用、丢弃、回收利用、最终处置，耗尽等信息[6]。美国耶鲁大学工业生态中心、林学和环境研究学院Kapur A等对亚洲铜循环进行了分析[7]，Spatari S等对欧洲的铜循环进行了研究[1]，Van Beers D等对非洲的铜循环进行了研究[8]。后三位学者研究时采用的是一种“Stocks And Flow”方法，研究一定时间段内某区域铜的库存和流量情况。

国内对废杂铜的研究颇多，但是对铜整个产业链的研究较少。东北大学国家环境保护生态工业重点实验室岳强、陆钟武指出了研究我国铜循环的重要性，并得到了2002年的铜流图[9]，同时介绍了“具有时间概念的铜产品生命周期铜流分析方法”，并运用这种方法分析了我国铜的流动状况[10]。东北大学材料与冶金学院岳强，首次运用定点观察法和跟踪观察法分析了我国1998～2003年的铜循环现状，得到了一些关键的指标[11]。中南大学冶金科学与工程学院郭学益等以欧洲“STAF”模型为基础，对我国2004年铜资源的物质流动状况进行了详细的阐述和分析[12]。成都理工大学王俊博等运用动态物质流分析(MFA)方法、Weibull分布方法和生命周期方法并结合Minitab软件计算了1990～2013年中国铜产品的报废量和铜资源的社会存量[13]。目前国内对铜循环的研究大都是十年前的指标数据，因此，本文将参照欧洲的“STAF”模型[1]，从铜的采矿、选矿、冶炼、加工制造、消费和废物回收六个阶段，详细阐述和分析中国2015年的铜资源物质流动状况，以期实现中国铜资源流动脉络及资源利用效率的定量化描述，并针对目前铜资源产业存在的问题提出具体政策建议。

1 铜物质流分析

本文所使用的数据主要来源于中国有色金属工业协会[14-15]、世界金属统计年鉴2017[16]等。铜资源各阶段的铜含量是通过行业标准计算、专家咨询以及参考前人研究成果等方式确定的。文中数据除特别说明外均指含铜量。

2015年我国铜精矿产量为166.71万t，精炼铜产量为796.36万t。精炼铜、粗铜、铜废碎料和铜材等的进出口数据见表1。2015年我国精炼铜进口量为367.84万t，出口量仅为进口量的6%；粗铜的进口量是53.02万t，出口量仅为0.64万t。从中可以看出，精炼铜和粗铜的进口数量很大，而出口数量都很小，说明2015年我国精炼铜和粗铜处于净进口状态。

表1 2015年中国精炼铜、粗铜、铜废碎料及铜材的进出口情况

1.1 铜的生产阶段

1.1.1 采矿

铜的生产首先是采矿环节，采出铜矿石，分为地下采矿和露天采矿两种方式。2015年我国露采铜矿出矿品位是0.44%，地采铜矿出矿品位为0.75%。经计算可得2015年我国自采铜矿石的产量为195.69万t。

1.1.2 选矿

选矿是整个矿产品生产过程中最重要的环节，主要是选出铜精矿和尾矿。铜精矿可以用来熔炼出粗铜，粗铜又可以精炼出含铜量99%的高纯铜(包括火法和湿法)。2015年我国自产铜精矿166.71万t，尾矿品位0.07%，尾矿中的含铜量为28.98万t。

1.1.3 冶炼

铜的冶炼是一种提炼技术，分为火法和湿法，最终的产出物是精炼铜及少量的熔渣。我国精炼铜的产量主要依靠的是火法冶炼，过程主要分为4个步骤：熔炼-吹炼-精炼-电解精炼。2015年我国精炼铜产量为796.89万t，熔渣中的铜含量为13.45万t。其中，国内回收及进口的铜废料用于冶炼精炼铜的量为247.2万t。

2010～2015年我国铜的生产阶段中各种物质的投入量见表2。铜物质流流出生产阶段的主要方式为精炼铜、尾矿和熔渣，以及在过程中产生的金属损耗。

表2 2010～2015年中国铜生产阶段各种原料的投入量

1.2 加工制造阶段

铜的加工制造阶段分为中间产物的生产和最终产品的制造两部分。铜及铜材是在加工制造阶段产生的，主要有板材、管材和连接件等，而最终产品将应用于电力、电子通讯、建筑业、交通运输、机械制造、日用消费品及其他领域。该过程中产生的废杂铜经回收处理之后会再次应用于铜的加工制造阶段，还有一部分国内回收的废杂铜以及国外进口的铜废料也直接用于铜产品的加工制造。

2015年我国铜物质流循环中投入铜的加工制造阶段的各种原料分别为自产精炼铜796.36万t，进口精炼铜(包括铜合金3.91万t，按含铜量80%)370.97万t，另外还有进口的铜材(按含铜量78%)43.97万t。废铜的回收处理阶段分为用于二次精炼铜的生产和制造商直接使用的废料。2015年我国废铜的回收处理阶段中用于生产和加工制造的总量共计362.33万t，其中制造商直接使用的废料含铜量为115.13万t。

1.3 铜的消费阶段

铜的使用阶段包括产品的使用和积存。制造阶段产生的含铜的最终产品或组装产品被应用于电力、电子通讯、建筑业、交通运输、机械制造、日用消费品等领域。2015年我国铜制品产量为1 618.83万t，假设铜制品含铜量为78%，那么2015年我国生产的铜制品含铜量为1 262.69万t(图1)。根据《2015年中国再生金属产业发展报告——再生铜篇》[14]中所得的数据，2015年国内回收的废铜料含铜量为158万t。

图1 2010～2015年中国铜的消费情况

1.4 废铜的处理阶段

废杂铜的处理分为两个部分，即废铜的收集和分离。所有的废铜都可以再生，再生工艺也很简单。首先把收集的废铜进行分拣。没有受污染的废铜或成分相同的铜合金，可以回炉熔化后直接利用；被严重污染的废铜要进一步精炼处理去除杂质；对于相互混杂的铜合金废物，则需熔化后进行成分调整。通过这样的再生处理，铜的物理和化学性质不受损害，使它得到完全的更新。

Spatari S等[1]将铜产品使用后产生的废物分为七类：城市生活垃圾(MSW)，施工和拆除的废物(C&D)，电气和电子设备的废物(WEEE)，污泥和污水废物(SS)，废旧的交通工具(ELV)，有害的工业废物(HIW)以及无害的工业废物(NH&IW)。

2015年国内回收的废铜料含铜量158万t。全球废铜利用总量为860万t，间接利用和直接利用量分别为392.8万t和467.2万t。中国2015年废铜利用总量、间接利用量和直接利用量分别占全世界的33.72%、56%和14.9%[15]。2015年中国回收的用于冶炼精炼铜的废杂铜量为247.2万t。由表3可知2015年铜废料实物的总进口量为365.85万t，折合为含铜量大约为256.10万t。经计算可得，在回收阶段流失到生物圈的废料含铜约51.77万t。

2 2015年中国铜物质流图

由以上数据整理可得到2015 年中国的铜物质流图，如图2所示。

表3 2010～2015年中国回收及进口的废杂铜利用状况

图2 2015年中国铜物质流图

根据图2和整理的数据可以计算出铜资源的一些技术经济指标。

2.1 铜资源对外贸易依存度计算

对外贸易依存度是衡量一个国家国民经济对对外贸易的依赖程度的重要指标，它以该国对外贸易总额在该国国内对外贸易依存度生产总值中所占的比重表示。一般来说，对外贸易依存度越高，表明该国经济发展对外贸的依赖程度越大，同时也表明对外贸易在该国国民经济中的地位越重要。本文中铜资源的对外贸易依存度用式(1)来表示。

铜资源的对外贸易依存度=(净进口铜精矿冶炼成精炼铜的量+净进口精炼铜+净进口废铜冶炼成精炼铜的量)/(精炼铜的总消费量+熔渣的量)

(1)

由于铜选矿的实际回收率是85.19%，可计算出净进口铜精矿冶炼成精炼铜的量为283.40万t。由图2可知，净进口废铜的含铜量是256.10万t，那么理想化的净进口废铜冶炼成精炼铜的量为224.09万t，则2015年中国铜资源对外贸易依存度计算过程见式(2)(表4)。

(2)

2.2 生产阶段的损耗率

铜的生产阶段主要是铜的采矿、选矿和冶炼。采矿主要分为地采和露采两种方式。各个环节的损耗率越大，消耗的成本也就越高，对厂家越不利(表5)。

表4 2010～2015年中国铜资源的对外依存度

表5 2015年中国铜资源生产阶段的损耗率

数据来源：文献[14]。

3 讨 论

中国的精炼铜的消费量早在2002年就已经跃居世界榜首，成为世界上最大的精炼铜消费国。中国精炼铜的消费量仍在持续增长，由图3和图4可知，2015年中国精炼铜的消费量为1 135.31万t，是整个欧洲国家精炼铜消费量的3倍多，占世界精炼铜总消费量的50%左右，驱动着全球铜资源的消费。中国精炼铜的消费量将会持续增长，预计在2020～2025年达到消费量的峰值即1 500万～1 800万t[17]。由表2可知，2015年中国自产铜矿量为195.69万t，约占本国精炼铜消费量的17.24%，这说明中国铜资源供应紧缺，人均占有量还是低于世界平均水平。随着精炼铜消费量的持续增加，中国的铜资源还是需大量进口。由表4可知，2010～2015年中国铜的对外依存度的平均值是69.53%，这说明中国铜资源的对外依存度很高，铜资源的进口量仍在持续增长。值得一提的是，由表5可知，2015年中国铜资源生产阶段中地采和选矿的损耗率比较大，分别达到了12.34%和14.81%。这严重影响了铜资源的利用率，同时也增加了成本。

图3 2015年全球精炼铜消费量比较

图4 2007～2015年中国精炼铜的消费量

由图1可知，在铜的消费阶段我国近些年来消费结构没有发生大的变化，铜制品最多的还是用于电力方面，但电力消费潜在增速呈现逐渐回落的态势。而国外发达国家铜的消费都是在建筑业上占有很大比例，这说明我国距离发达国家还有很长的一段路要走。在废物回收阶段，近年来我国自产的废铜量有了很大的提升[18]。同时，我国废铜的进口量也很大，2015年的废铜进口量相当于整个欧洲国家的3倍，进口的废铜在生产和加工制造阶段投入的量也很大。而在铜材方面，我国是净进口国，这说明我国对铜制品的需求量很大，已经超过了我国的自给能力。不过，最近几年铜材的净进口量在下降，这说明我国铜制品的自给能力在逐步上升，国内的铜生产正在和经济的快速发展保持同步状态。

4 结论及建议

面对日益激烈的国家间铜资源竞争，需要在立足国内铜矿资源，增强国内铜资源保障程度的基础上，关注在中国经济新常态、全球经济新前景下，国外新兴工业化国家的铜资源需求增长情况，实现我国铜工业的产业升级、产品结构的调整，完成资源型产业生态化转型，促进我国经济的可持续发展。

1) 加强铜矿的勘探，增加国内的铜资源储量。我国铜资源短缺，应坚定信念，立足国内，继续加大地质调查投入，实施铜矿增储计划，提高可开采铜矿储量的保障程度。

2) 减少能耗，降低损失。在生产和加工阶段应减小各种损失，同时加强对尾矿和熔渣的回收利用，以达到资源、能源、投资最优利用的目的。

3) 制定相关政策，开展铜资源外交。完善相关法律和政策促进我国对铜精矿、精炼铜及废杂铜等的进口。积极开展资源外交，实现铜矿来源的多元化。

4) 加强再生铜的回收利用，建立资源节约型社会。铜二次资源的回收利用是缓解资源供需矛盾的重要方面。因此，应大力发展循环经济，加大废铜回收力度，出台多种有利政策支持铜回收产业的发展。

[1] Spatari S,Bertram M,Fuse K,et al.The contemporary European copper cycle:1 year stocks and flows[J].Ecological Economics,2002,42(1-2):27-42.

[2] Seyhan D.Country-scale phosphorus balancing as a base for resources conservation[J].Resources Conservation and Recycling,2009,53(12):698-709.

[3] Chen W Q,Graedel T E.Anthropogenic cycles of the elements:A critical review[J].Environmental Science and Technology,2012,46(16):8574-8586.

[4] 王高尚,刘刚.国外金属物质流研究进展、应用及其对中国的启示[R].中国科学院地理科学与资源研究所,2016.

[5] Rechberger H.The contemporary European copper cycle:statistical entropy analysis[J].Ecological Economics,2002,42(1):59-72.

[6] Graedel T E.Multilevel Cycle of Anthropogenic Copper[J].Environmental Science and Technology,2004,38(4):1242-1252.

[7] Kapur A,Bertram M,Spatari S,et al.The Contemporary Copper Cycle of Asia[J].Mater Cycles Waste Management,2003(5):143-156.

[8] Van Beers D,Bertram M,Fuse K et al.The Contemporary Flows[J].The South African Institute of Mining and Metallurgy,2003(4):1-6.

[9] 岳强,陆钟武.中国铜循环现状分析(Ⅰ)——“STAF”方法[J].中国资源综合利用,2005(4):6-11.

[10] 岳强,陆钟武.中国铜循环现状分析(Ⅱ)——具有时间概念的产品生命周期物流分析方法[J].中国资源综合利用,2005(5):4-8.

[11] 岳强.物质流分析、生态足迹分析及其应用[D].沈阳：东北大学,2006.

[12] 郭学益,宋瑜,王勇.我国铜资源物质流分析研究[J].自然资源学报,2008,23(4):665-673.

[13] 王俊博,范蕾,李新,等.基于物质流方法的中国铜资源社会存量研究[J].资源科学,2016,38(5):939-947.

[14] 中国有色金属工业协会.2016年中国有色金属工业年鉴[J].2016.

[15] 中国有色金属工业协会再生金属分会.2015年中国再生有色金属产业发展报告[R].2016.

[16] World Bureau of Metal Statistics.WORLD METAL STATISTICS YEARBOOK 2017[R].2017.

[17] 陈其慎,王高尚,王安建.铜、铝需求“S”形规律的三个转变点剖析[J].地球学报,2010,31(5):659-665.

[18] 刘欣,王学军,徐盛明.再生铜行业污染监测、物质流分析及其防控策略[J].有色金属工程,2017,7(1):87-96.

StudyoncoppermaterialflowinChinain2015

WEN Bojie1,2,WANG Huan1,2,3

(1.Ministry of Land and Resources Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,Chinese Academy Geological Sciences,Beijing100037,China;2.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China;3.School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing100083,China)

China is a big consuming country of copper resources.It is of great significance to study the utilization and circulation of copper resources for the sustainable development of China’s economy.Based on the material flow research method,this paper expatiates on the flow of copper resources in2015in China from the key aspects of mining,mineral processing,smelting,processing,consumption and recycling of copper resources in detail.The copper material flow map of China is determined in2015,the relevant technical and economic indexes of copper resources are also determined.The results show that,during the copper production stage,the loss rate of ground mining and dressing is relatively high,12.34% and14.81% respectively;the external dependence of copper resources is as high as74.63%.While reducing energy consumption and reducing losses,China should also strengthen domestic resource exploration and increase the utilization rate of reclaimed copper.

copper resources;material flow analysis;loss;external dependence

F407.32

A

1004-4051(2017)12-0105-06

2017-10-10责任编辑赵奎涛

中国地质调查局地质调查项目“中国铁铜铝等资源循环调查评价”资助(编号：121201103000150015)；国家自然科学基金重点项目“经济新常态下的国家金属资源安全管理及其政策研究”资助(编号：71633006)

文博杰(1986-)，男，河北石家庄人，助理研究员，主要从事资源经济与资源战略研究，E-mailwenbj@cags.ac.cn。

王欢(1992-)，男，江苏徐州人，硕士研究生，主要从事资源产业经济研究，E-mail：herrick1@126.com。