中國金屬礦產的消費強度與回收潛力分析

李新++崔獻丹++梁亞楠++王敏晰++代濤++柳群義

摘要

從中國金屬資源安全的角度來看，優化戰略性金屬礦產的供應結構，降低一次礦產的對外依存度，通過合理的政策導向有效地增加中國城市礦產開發效率，挖掘廢舊金屬的回收和利用潛力，是實現礦產資源安全保障的重要前提。本文以鐵、銅、鋁等三種金屬礦產為例，采用美國、英國、法國、德國、日本等五個工業化國家及中國1949—2015年的面板數據，通過構建消費強度、回收密度和壽命分布函數分析了工業化五國金屬消費和報廢金屬回收的歷史規律，預測了2016—2030年中國三種金屬消費和報廢回收的變化趨勢。結果顯示：①五個工業化國家鐵、銅、鋁金屬的消費強度經歷了快速上升、平臺緩降和較快下降的過程，而回收密度則經歷了緩慢上升、較快增長和快速增長的三個階段，在消費強度與回收密度的第三階段呈現“脫鉤”特征；②中國鐵、銅、鋁三種金屬的消費強度大幅增加主要是集中在2000年以后，2015年我國鐵、銅、鋁的消費強度分別為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、鋁的消費強度進入平臺下降期外，銅消費強度和三種金屬回收密度仍處于增長的第一階段；③預計2030年，中國鐵、銅、鋁的消費強度將分別為450 kg/人、9 kg/人和20 kg/人，仍處在平臺緩慢下降階段，回收密度將分別增加到220 kg/人、3 kg/人和5 kg/人，回收密度與消費強度比例分別達到49%、33%和25%。通過對比可知，中國未來社會報廢金屬回收潛力巨大，如果能加以有效政策引導，加快回收利用，可大大緩解中國戰略性金屬的安全保障壓力。

關鍵詞金屬礦產；消費強度；回收潛力；預測

中圖分類號F062.1

文獻標識碼A文章編號1002-2104（2017）07-0053-07DOI：10.12062/cpre.20170463

鐵、銅、鋁等大宗金屬是我國工業化過程中的基礎性和戰略性資源，被廣泛應用于基礎設施、建筑、交通運輸、電力電器、機器設備、包裝容器等領域[1]，是社會經濟發展的重要礦物元素，對經濟增長具有關鍵性作用[2]。2015年中國鐵、銅、鋁等金屬一次礦產的產量分別占其總產量的82%、65%和81%，對外依存度分別高達84%、80%和60%，中國大宗金屬礦產資源稟賦的先天不足，使得其高度對外依存和一次礦產為主的礦產資源供應格局短時間內難以改變。本文統計，1996—2015年中國大約累計消費粗鋼80億t、精煉銅1億t、原鋁2.2億t，大宗金屬社會消費蓄積量較大，但其中80%以上的消費量都集中在近10年，現階段達到生命周期的報廢金屬可回收量仍有限，未來金屬產品的報廢回收潛力尚待定量化測算。城市礦產變廢為寶，可有效替代原生礦產，減少能源消耗，是重要的戰略資源[3]。探明金屬社會消費、蓄積和回收間的投入產出規律，預測中國城市礦產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，對解決中國戰略性金屬的資源安全和地緣政治下的資源戰略問題具有重大現實意義。基于此，本文通過對1949—2015年美國、英國、法國、德國、日本等工業化國家和中國的金屬產品消費、蓄積和回收的歷史經驗分析，對2016—2030年中國鐵、銅、鋁等大宗金屬的報廢回收潛力進行測算，以期為政府資源安全保障決策和促進金屬二次資源利用提供依據。

1研究方法與數據來源

1.1消費強度（CI）與回收密度（RD）

礦產品使用強度是Wilfred[4]首先提出的一個概念，即每一種礦產被發現后，其使用都有一個上升、到達頂峰、最后緩慢下降的過程。它測度的是人均GDP下的礦產品消費量，用來表征一個國家經濟發展過程中的階段性的礦產品消費指標，同工業化進程和產業成熟度密切相關[5]。本文的消費強度（consumption intensity，CI）是指人均GDP下的人均金屬資源消費量，反映金屬資源需求與一個國家的經濟發展階段的相關程度及其內在聯系。消費強度CI的計算如式（1）所示：

本文設定的“回收密度”（recycling density，RD）是指人均GDP下的社會報廢金屬人均回收量（不包含金屬冶金和生產制造環節產生的廢渣和邊角料），金屬產品的生命周期決定了社會報廢金屬回收相對于金屬產品消費存在一定的時間滯后性，其同樣與一個國家的經濟發展階段密切相關。回收密度在不同階段的不同表征，表明了報廢金屬資源回收潛力與經濟發展階段的內在聯系。報廢金屬回收密度RD的計算如式（2）所示：

1.2報廢金屬回收潛力預測模型

1.2.1金屬產品壽命分布確定

根據產品生命周期理論，不同類別的金屬產品，有不同的使用壽命間隔。含有鐵、銅、鋁等金屬元素的產品在理論上達到其生命周期后將退出社會使用，轉化為報廢金屬品。而生命周期內的金屬產品，逐年蓄積，在使用過程中不斷增加存量，這些使用中產品的社會存量將轉化為未來潛在的報廢金屬流量。已有研究成果中主要有4種壽命分布函數被用來計算和模擬金屬產品的社會存量和報廢金屬的產生量，不同的數學模型對社會存量和廢料產生量的預測會有一定的差異。4種分布主要包括：①針對既定壽命的δ分布[6]；②高斯分布[7]；③對數分布[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量的基礎上，采用韋伯分布模擬報廢金屬理論產生量。韋伯分布取決于位置參數“a”、比例參數“α”和形狀參數“β”，“t”表示測算期間內的任意一年，則產品壽命分布函數f（t）可以表示為式（3）：

1.2.2金屬產品報廢預測模型

金屬產品的報廢是一個隨機過程，報廢金屬的產生量與金屬產品的消費量及其消費蓄積時間密切相關。由于數據獲取難度的原因，本文使用粗鋼、精煉銅和原鋁的消費量用于替代金屬產品中的當年金屬元素消費量，并采用至上而下（topdown）的方法測算報廢金屬的產生量。參考前期研究成果[12-14]，假設第n年金屬累計報廢率為F（n），則該年金屬產品報廢率為從F（n）到F（n-1）的單位變化，即F′（n）。