再生金屬生態化開發技術體系研究?

周永生，賀 旋，陳 亮，賀正楚

(1.桂林理工大學管理學院， 廣西桂林市 541004；2.長沙理工大學經濟與管理學院， 湖南長沙 410114)

再生金屬生態化開發技術體系研究?

周永生1，賀 旋1，陳 亮1，賀正楚2

(1.桂林理工大學管理學院， 廣西桂林市 541004；2.長沙理工大學經濟與管理學院， 湖南長沙 410114)

以再生金屬開發總體流程為路線，構建了過程技術層、功能技術層、評估及監管技術層、支持技術層4層結構的再生金屬技術體系框架。其中，過程技術層包括綠色回收技術、合理化處置技術、綠色再生技術、生態化利用技術；功能層則是上一層按各技術功能實現進一步細化；評估及監管技術層包括開發數據采集技術、開發過程監控技術、開發評估技術；支撐技術層包括相關人才培養技術、信息化支撐技術、相關政策規范與標準支持等。并從國外技術引進、國內技術研發兩方面探討了再生金屬生態化開發技術實現問題。

城市礦產；再生金屬；技術體系；生態化開發

0 引 言

金屬資源是國民經濟發展的重要基礎，保障金屬資源安全供給是關系到國家經濟安全的大事。目前我國存在嚴重的金屬資源短缺，在45種公認的工業化過程中不可缺少的礦產中，有接近20種金屬資源處于短缺狀態[1]，其中鋅、銅、鋁、鈷、鉑等金屬處于極度短缺的狀態[2-3]。隨著經濟高速發展，我國對金屬資源需求與日俱增，然而國內主力礦山資源普遍進入中、晚期[4]，后續原生礦產資源供給乏力，國外金屬資源爭奪也日趨激烈，難以有穩定的供給。同時相關研究也表明:未來20～30年內，我國主要金屬資源供需缺口將不斷擴大[5]。未來我國金屬資源安全供給將面臨更加嚴峻的挑戰。

再生金屬作為原生資源的重要補充，可有效緩解我國金屬資源短缺的壓力。以2010年國家發改委、財政部聯合下發《關于開展城市礦產示范基地建設的通知》為標志，國家加速推進資源循環產業發展，城市礦產產業發展進入快車道，再生金屬相關產業作為城市礦產產業發展的重要組成部分，自然得到國家資金、政策等多方面的強力支持，這為再生金屬相關產業發展提供了良好的歷史機遇。然而再生金屬相關產業在實踐中的表現卻不盡人意，存在主要問題有:一是廢舊資源綜合回收利用率較低。廢舊電子產品、汽車、機電設備、家電等富含金屬的廢舊資源，有相當一部分以垃圾的形式大量堆積在人們周圍，造成嚴重的資源浪費和極大的環境污染；二是回收市場不完善。大量走街串巷的個體戶、手工作坊和低水平加工企業，通過非正規回收渠道，獲取、占用大量廢舊金屬資源，并采用極其簡單、粗暴的方式進行拆解、提取、加工，導致嚴重的“資源二次浪費”和“環境二次污染”；三是加工利用技術水平低下，相關企業多數只能進行簡單的粗加工，創造高附加值的深加工、精加工技術和設備十分少見，導致整個再生資源行業難以規模化、產業化發展。這些問題的存在，顯然違背了發展循環經濟、走可持續發展道路的初衷，加劇了資源短缺和環境污染。

再生金屬生態化開發是建立完備的廢物回收網絡，將富含金屬的廢舊資源，通過再生加工、再制造或其他合理處置方式，在最大限度減少對環境影響的基礎上，實現金屬資源的循環利用。在國家金屬資源短缺不斷加劇，金屬資源安全供給面臨嚴峻挑戰的形勢下，在資源浪費、環境污染日益嚴重的巨大壓力下，面對國家大力發展循環經濟，推動城市礦產產業發展的歷史機遇，積極推進再生金屬生態化開發是當務之急，也是大勢所趨。

技術是產業發展的內在動力與重要基礎，推動再生金屬生態化開發，迫切需要再生金屬相關領域的技術突破與創新。而目前再生金屬相關產業由于缺乏較為系統的技術體系，導致產業技術導向不明，有效技術供給不足，相關技術難有突破與創新。因此，科學勾勒系統的再生金屬生態化開發技術體系，具有重大現實意義。本文以循環經濟、產業共生等理論為基礎，在把握國內外行業現有技術水平和行業技術發展趨勢的基礎上，以再生金屬生態化開發流程為研究路線，對再生金屬生態化開發技術體系進行研究。

1 再生金屬生態化開發流程及主要原則

1.1 再生金屬生態化開發總體流程

再生金屬來源廣泛，蘊藏于工業金屬廢料、廢舊機電、廢舊電子產品、廢電線電纜、廢舊包裝、廢舊家電等多種形態的廢棄物中。廢棄物形態不同，開發處理方式和難度迥異，其總體開發流程可分為回收、預處理、再生、利用四大環節。

回收環節是將含有廢舊金屬且具回收利用價值的廢舊資源進行有效集中的過程，它是再生金屬生態化開發的基礎環節，主要包括廢舊資源回收、分類存儲及運輸等活動。

預處理環節是廢舊金屬再生的準備環節。整個預處理環節的主要活動包括:對整機或零部件進行報廢和損耗檢測，并依據檢測進行分選；對分選后無潛在再次使用價值的廢舊物質，進行拆解、特殊無害化、破碎、分選、凈化等處理。

再生環節是實現廢舊金屬可再次利用的過程。該過程包括兩個方面:一是對含金屬的零部件及設備產品進行直接高科技修復與改造，使其煥發新的生命活力；二是在廢舊資源中提取并實現廢舊金屬到再生金屬的轉變。

利用環節包括再生金屬利用及資源再生過程中產生的污染物的再利用。主要涉及再生金屬的深加工、副產物及污染物處理等活動。

1.2 再生金屬生態化開發主要原則

再生金屬生態化開發是一個關系到國家資源安全、經濟可持續發展的重大問題，需要立足于基本國情，結合行業實際現狀，以減量化、再利用、再循環等循環經濟理念為指導，做到經濟效益、環境效益、社會效益的有機統一。結合上述總體要求，在再生金屬生態化開發實踐中應遵循的主要原則有:

(1)可行性原則。一方面是指現實的可行性，要立足于我國再生金屬開發企業普遍規模小、資金薄弱的現狀，對技術進行有序的現代化改造，不顧現實情況的強行引進先進技術或大型設備，一則會造成企業財務不堪重負，二則不利于企業發揮我國廉價勞動力資源優勢，從而使再生金屬企業發展舉步維艱。另一方面是指技術的可行性，要充分考慮到我國再生金屬企業普遍技術水平低下的現狀，采用自主研發與技術適度引進相結合的方式，在實踐中不斷消化、吸收并創新，逐步建立一套適合我國國情、具有中國特色的技術體系。

(2)環境友好原則。再生金屬開發作為發展循環經濟，構建生態文明的重要組成部分，除了緩解資源短缺壓力外，另一重要作用是避免含廢舊金屬的廢棄物隨意丟棄而造成資源浪費和環境污染。而再生金屬開發過程若沒有充分考慮環境因素，極易造成嚴重的“二次污染”和“二次浪費”，這顯然違背了開發再生金屬的初衷。因此，在再生金屬整個開發過程中，要以環境友好為前提優先考慮環境，要在工藝技術及設備選擇、再生加工過程、再生金屬利用等各方面考慮對環境的影響，在保證環境的基礎上，開發再生金屬資源。

(3)經濟合理原則。經濟利益是市場經濟主體參與的前提，再生金屬開發要充分保證參與各方合理的經濟收益。一方面要做到對廢舊金屬資源進行合理化處置，按損耗程度不同，選擇再生加工、再制造或簡單修復后流入二手市場，以最大限度的挖掘廢舊金屬資源的潛在價值；另一方面采用合適的工藝技術和設備，在最大限度降低企業生產成本的基礎上，對再生金屬進行深加工、精加工，以提高產品附加值。

2 再生金屬生態化開發技術體系框架

以再生金屬生態化開發總體流程為基礎，借鑒劉飛等提出的4層結構的技術體系框架[6]，并加以完善，構建再生金屬生態化開發技術體系框架(見圖1)，整個框架分為過程技術層、功能技術層、評估及監管技術層、支持技術層。

2.1 再生金屬生態化開發過程技術層

過程技術層是對再生金屬生態化開發過程所需技術的總括。該技術層以再生金屬開發流程為標準共劃分出四大類技術，包括綠色回收技術、合理處置化技術、綠色再生技術、生態化利用技術。

綠色回收技術，僅指在廢舊資源回收環節所涉及的技術，與廣義的概念有所差別[7]。該技術系統采用先進的技術設備、規劃理念，旨在提高資源回收效率的同時，最大限度減少廢舊資源在回收過程中對環境的污染與破壞，實現經濟效益與環境保護的有機統一。合理化處置技術，指廢舊資源預處理環節所涉及的技術。預處理過程所使用技術需保證:通過技術檢測、分選等處理，實現廢舊資源處置選擇的合理化；通過對需不同處置的廢舊資源進行前期處理，使其滿足后續處理工藝的要求。綠色再生技術，是指再生環節所涉及的技術，包括綠色再生技術與再制造技術。前者是在再生過程中采用先進工藝和技術，提高資源再生率，減少廢氣、廢渣等污染物產生，實現廢舊金屬到再生金屬的綠色轉變。后者是充分挖掘廢舊資源潛在價值，提高資源利用率，而對廢舊資源進行的再修復，實現廢舊資源到再生產品的綠色轉變。生態化利用技術，包括再生金屬利用、副產物及污染物再利用所涉及的技術。再生金屬不僅要考慮利用的經濟性及利用過程的環保性，更要考慮再生金屬利用后的循環回收問題。

圖1 再生金屬生態化開發技術體系框架

2.2 再生金屬生態化開發功能技術層

在過程技術層各大類技術描述與定位的基礎上，結合國內外技術現狀及未來發展趨勢[8-14]，以具體活動的功能實現為標準，將四大類技術進一步細化，即構成再生金屬生態化開發的功能技術層。

2.2.1 綠色回收技術系統

按照回收的具體過程，致力于建立環境友好、高效完整、信息共享的廢棄物逆向物流體系，將綠色回收技術體系細分為高效回收技術、綠色存儲技術、現代運輸技術3個小類。其中高效回收技術，解決廢棄物從消費者到回收網點過程所涉及的技術問題；綠色存儲技術，解決回收網點廢棄物環境友好型存儲所涉及的技術問題；現代運輸技術，解決廢棄物從回收網點高效、安全運輸到再生處置場所過程所涉及的技術問題。整個綠色回收技術體系見圖2。

2.2.2 合理化處置技術系統

以合理化處置技術的總體要求為指導，按廢棄物預處理環節具體流程，可將合理化處置技術體系細化為處置判別技術、加工預處理技術2個小類，其中處置判別技術，解決廢舊物資處置方式選擇問題所涉及的技術問題，具體地說是解決廢舊物質應簡單翻新、修復后流入二手市場，還是應通過再制造徹底修復后流入產品消費市場，亦或是應通過資源再生工藝處理后進入消費流通市場，以使廢舊資源利用價值最大化。加工預處理技術，解決廢舊資源進入再生工藝或再制造工藝前期處理所涉及的技術問題，以滿足后續處理要求。不同工藝對廢舊物資要求不同，不同形態廢舊物資，所需前期處理方式也有所差別，因此加工預處理所涉及的技術較為復雜。整個合理化處置技術體系見圖3。

2.2.3 綠色再生技術系統

綠色再生技術是實現再生金屬開發的核心技術，主要包含廢舊金屬再生與綠色再制造2個方面的技術，按照功能實現可將這2方面的技術進一步細化，具體分為生產管理與控制、再生工藝技術、質量控制技術、生產系統技術4個小類。其中生產管理與控制技術主要包括生產信息化技術、流程優化改造、清潔生產技術、庫存管理等技術；再生工藝技術是指實現綠色再生的技術方式，如金屬再生工藝技術，包括火法再生、濕法再生、干濕結合再生、微生物再生工藝技術等[15]；再生質量控制技術是對整個生產過程及最終產品質量控制所涉及的技術，一般包括檢測與調控2方面的技術；生產系統技術是指某個工藝技術生產所需設備及生產環境設計所涉及的技術，一般包括設備制造技術、車間、控制室等生產環境的設計與優化。整個綠色再生技術體系見圖4。

圖2 綠色回收技術系統

圖3 合理化處置技術系統

圖4 綠色再生技術系統

2.2.4 生態化利用技術系統

生態化利用是指再生金屬及其副產物的生態化利用，所涉及的技術可細分為再生金屬利用技術、副產物再利用技術、資源循環與產業共生技術3個小類(見圖5)。其中再生金屬利用技術包括新型先進的加工工藝技術，對傳統深加工技術的綠色改進技術、面向循環再生的加工設計；副產物再利用技術是加工過程中產生的廢料、污染物的再次利用所涉及的技術，主要包括副產物回收技術、副產物資源化處理技術、污染物無害化處理技術等；資源循環與產業共生技術是涉及到產業發展層面的技術，主要包括生態產業鏈建設相關技術、生態產業園區相關建設技術、區域共生網絡建設相關技術等。

2.3 再生金屬生態化開發評估及監管技術層

再生金屬生態化開發評估及監管技術層是對開發全過程進行控制監管并對開發質量進行綜合評估所涉及的技術。該技術層是再生金屬生態化開發順利進行的重要技術保障，可按開發過程流程分為數據采集技術、過程監控技術、綜合評估技術3個大類(見圖6)。

圖5 生態化利用技術

圖6 再生金屬生態化開發評估及監管技術系統

2.4 再生金屬生態化開發支持技術層

支持技術層是對整個再生金屬生態化開發所涉及技術的基礎支持，對相關技術的研發及應用具有重大意義。該技術層主要分為相關人才培養技術、信息化支持技術、相關政策規范與標準支持等3類(見圖7)。

3 再生金屬生態化開發技術實現

再生金屬生態化開發技術體系涉及大量的先進工藝與技術，而目前我國再生金屬行業普遍技術水平低下，顯然難以滿足再生金屬生態化開發的要求。為此，需建立有效的技術實現路徑，逐步提高再生金屬行業技術水平，推進再生金屬生態化開發。技術主要從國外技術引進、國內技術研發兩方面著手。

3.1 國外技術引進方面

國外再生資源產業起步較早，相關工藝技術先進。早在20世紀90年代，以德國、美國為代表的發達國家，就把再生資源產業作為國家戰略性產業進行發展[16]，目前已發展成為支撐國家經濟發展的重要產業，在廢舊資源回收、加工、利用等方面有較為先進、成熟的工藝技術體系。我國由于長期缺乏對經濟增長質量的重視，導致污染處理、循環利用等方面相關技術發展嚴重落后。合理適當地從國外引進先進技術，是迅速提升我國再生金屬產業技術水平的捷徑。

圖7 再生金屬生態化開發支持技術系統

引進國外技術的主要方式有直接購買和合作開發2種。直接購買包括成套設備、關鍵零部件等硬件購買和工藝技術、顧問咨詢等軟件技術購買；合作開發是指國內外企業通過某種形式合作，共同進行再生金屬開發，合作的關鍵是獲得國外先進技術及設備的支持。其中直接購買引進方式，一方面要充分考慮到我國具體國情，減少造價昂貴的全自動設備進口，盡量引進綠色高效的人機結合設備，一則可有效發揮我國低廉、豐富的勞動力資源優勢，二則可創造大量工作崗位，緩解我國就業壓力。另一方面要在引進的基礎上，注重對先進工藝技術及設備設計理念的有效消化、吸收，不僅利用國外技術設備創造更高經濟效益和環境效益，還要促進國內技術研發能力的提升。合作開發引進方式，一方面要充分利用國外綠色工藝技術，防止國外資本因逐利行為轉而用較為粗糙的工藝技術，造成國內環境污染和資源浪費。另一方面加強相關專業人才的培養和專業知識的交流，充分利用并吸收國外相關先進軟技術，進而加速國內技術水平提高。

3.2 國內技術研發方面

再生金屬產業發展的關鍵是國內相關技術的研發，僅僅依靠國外技術的引進，始終受制于人，不利于產業長遠快速發展。國內技術的研發要立足于現狀，充分利用現有技術水平，不斷促進再生金屬產業發展，在發展中謀創新，以創新促發展。再生金屬技術實現方式主要有技術的整合與改造、新技術開發、技術應用開發與轉移。

3.2.1 技術整合與改造

技術整合與改造，是將現有技術進行有機地整合，并按實際需求進行針對性改造。實踐早已證明，對現有技術進行有效整合與改造是加快產業技術水平提高的有效方法。尤其在再生金屬生態開發過程中，所需技術多樣，且開發具體情況復雜，通用式的工藝技術、設備及生產流程，難以滿足開發要求，需根據具體情況對已引進或自身已研發技術進行整合與改造，如考慮到我國民眾普遍垃圾分類意識較差，對垃圾回收裝置進行獨特的設計與改造；考慮到勞動力資源優勢，整合、改造出合適的綠色高效的人機結合設備系統；諸如此類等等。

3.2.2 技術應用與轉移

技術應用開發與轉移，一方面充分利用現有技術成果，不斷開發現有技術在再生金屬開發中的應用領域；另一方面促進發達地區向欠發達地區進行技術轉移。前者可有效挖掘現有技術成果的潛在價值，以較低研發成本，為再生金屬生態化開發提供近期所需技術，以促進再生金屬產業持續發展。后者針對沿海等發達地區較落后的再生金屬技術，相對于西部等欠發達地區仍有很大的發展空間，可通過有效的技術轉移，實現再生金屬產業不同層次的發展，這也是加快再生金屬產業發展的有效途徑。

3.2.3 新技術開發

新技術開發，要在把握國內外再生金屬行業技術發展趨勢的基礎上，立足于解決關鍵問題，有針對性地對相關領域的核心技術進行開發，只有掌握核心技術，才能引領行業發展，避免受制于人。同時要注重新技術研發效益，加強對科技成果的轉化，以產學研一體化，不斷推進再生金屬產業發展。此外，還需加速后續相關技術研發能力的提高，不斷培養創新性人才，并積極營造良好的科研環境。

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2015-11-02)

周永生(1963－)，男，湖南永州人，教授，博士生導師，主要從事城市礦產發展研究。

國家社科基金項目(12BJY057，11AJL008).