美国矿产资源消费图谱初探

陈其慎，王安建，王高尚，杜学明，邢万里，3

（1.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037；

2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；

3.中国地质大学 （北京），北京 100083）

美国矿产资源消费图谱初探

陈其慎1，2，王安建1，2，王高尚1，2，杜学明1，3，邢万里1，2，3

（1.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037；

2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；

3.中国地质大学 （北京），北京 100083）

本文系统分析了美国54个矿种111年来的消费历史，初步分析，有46个矿种遵循人均矿产资源需求的“S”形规律。相同性质、用途的矿产资源人均消费顶点到来的时间相近，这些顶点同时与拉动该矿产消费的相关产业增加值占制造业比重的顶点到来时间也一致。并以此将这54个矿种分为九类，建立了美国矿产资源消费图谱。

矿产资源；需求规律；图谱

关于矿产资源需求规律的研究，中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心开展了大量研究，形成了系列研究成果。尤其是对能源、钢、铜、铝等大宗矿产资源的研究比较成熟，但是仍缺乏对于其他矿产消费规律的总结，为了不断推进研究的深度，本文采用中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心的分析方法，收集了美国1900年以来的54个矿种的历史消费数据进行分析，试图探寻更多矿产资源消费历史及其与经济发展的内在联系。

1 研究对象、方法与过程

1.1 研究对象的选区

相对于其他国家来说，美国最适合开展本项研究。第一，美国是一个典型的彻底完成工业化、近100年来没有出现过战乱影响的国家，其经济发展的完整性比较好，所有的经济发展阶段都走过了。第二，美国人口规模和国土面积大，是一个具有代表性的比较典型的国家。第三，美国矿产资源种类齐全，总量丰富，具有很强的代表性。第四，美国历史数据齐全，几乎所有矿种的近100多年来的消费数据都有，这是其他国家所不具备的。由于其他国家没有像美国一样齐全的数据记载，因此要开展该研究，就必须选择美国。

一个国家很难能总结出规律来，但是本研究将54个矿种111年的数据和美国111年的GDP、人口数据相关联，从时间尺度和矿种数量上来看，样本量也足够大。

1.2 研究方法及过程

本文采用人均GDP和人均矿产资源消费量相关性分析，对美国1900年以来的54个矿种均进行了研究。将美国54种矿产的人均消费量分别与人均GDP进行相关性分析，分析变化轨迹。总体来看，美国多数矿产资源消费呈”S”形轨迹，少数矿产资源呈持续增长趋势。本文根据美国各种矿产人均消费顶点到来的时间、用途和所涉及产业部门发展历史，将美国54种矿产划分为9类，并根据用途划分到了各个产业领域中，建立美国矿产资源消费图谱。

2 研究结果：美国9类54种矿产资源性质、消费规律及其关联产业

2.1 初级冶金相关矿产：钢、锰、铜、铅、锌、锡

用途：这类矿产资源主要用于建筑、基础设施建设、冶金、机械制造等领域（在美国，铜主要用于建筑行业，在中国主要用于电力行业）（表1）。

消费趋势：初步分析，这类资源的人均消费量轨迹符合人均矿产资源消费的“S”形规律，整体呈上升、到顶点、趋于稳定或缓慢下降的趋势。人均消费顶点到来时的人均GDP为8000～10000GK美元，为顶点第一波到来的矿种。美国铜消费到达顶点后仍保持高位趋稳，没有出现下降，主要原因是在电力领域用量开始加大，整体上使人均铜消费量保持稳定态势（图1）。因此，用途的多寡对矿产需求到顶点之后的趋势具有重要影响。

涉及产业：这类矿产所涉及产业主要是建筑业和初级冶金业，建筑业增加值占GDP比例顶点和初级冶金业增加值占制造业增加值的比例均在人均GDP为8000～10000GK美元时到来（图2），与这类矿产人均消费顶点到来时间一致，说明这2个产业的发展所占比例最大时，对矿产资源需求的拉动作用最大。这类矿产消费顶点到来的时间约为1940～1955年，是美国工业化中期稍靠前一点。

图1 美国初级冶炼矿产人均消费与人均GDP

图2 美国初级冶炼产业占制造业增加值比例

2.2 建筑用非金属矿产：水泥、黏土、石膏、石棉、天然碱和沸石

用途：这类矿产资源主要用于建筑、基础设施、玻璃、陶瓷等领域。

消费趋势：初步分析，这类资源的消费遵循人均矿产资源消费的“S”形规律，整体呈上升、到顶点、趋于稳定或缓慢下降的趋势。人均消费顶点到来时的人均GDP为10000～13000GK美元，为顶点第二波到来的矿种（图3）。石棉由于污染问题，美国石棉消费量下降较快。

图3 美国建筑用非金属矿产人均消费与人均GDP

涉及产业：这类矿产所涉及产业主要是为建筑业提供建材的砂石、黏土、玻璃制造等非金属建材行业（该行业主要受建筑业影响），该行业增加值占制造业增加值的比例顶点也在人均GDP为10000～13000GK美元时到来，与该类矿产资源人均消费顶点到来的时间一直，说明这个产业的发展所占比例最大时，对矿产资源需求的拉动作用最大（图4）。该类矿产消费顶点到来的时间约为1950～1965年，正好位于美国工业化中期。

表1 美国56种矿产分类、用途、消费顶点时间等资料

图4 美国冶炼产业占制造业增加值比例

2.3 电子产品相关矿产：银、汞、镉、锂、硒

用途：这类矿产资源主要用电子元器件、感光、电池等领域。

消费趋势：初步分析，这类资源的人均消费量遵循人均矿产资源消费的“S”形规律，整体呈上升、到顶点、趋于稳定或缓慢下降的趋势。人均消费顶点到来时的人均GDP为13000～15000GK美元，为顶点第三波到来的矿种（图5）。

涉及产业：这类矿产所涉及产业是电子产业，美国电子产业增加值占制造业增加值的比例共出现过3次顶点，初步分析为电子行业的三次革命所带来的，第一次是收音机、电视机产业拉动的，第二次是手机、台式电脑拉动的，第三次是高端笔记本电脑和手机拉动的（图6）。第一次顶点出现时，该行业增加值占制造业增加值的比例顶点在人均GDP为13000～15000GK美元，与该类矿产人均消费顶点到来的时间一直，说明这个产业的发展所占比例最大时，对矿产资源需求的拉动作用最大。该类矿产消费顶点到来的时间约为1965～1970年，正好位于美国工业化集中完成时期。电子产业后期虽然增加值占制造业的比例出现了两次峰值，但主要是科技含量高，资源用量小的产品，因此对资源的拉动作用并不明显。

2.4 合金不锈钢涉及矿产：镍、铬、钒、钴、铋、钨、钼、硅、碲

用途：这类矿产资源主要用于不锈钢冶炼，高强度合金冶炼。

消费趋势：这初步分析，类资源的人均消费量遵循人均矿产资源消费的“S”形规律，整体呈上升、到顶点、趋于稳定或缓慢下降的趋势。人均消费顶点到来时的人均GDP为15000～17000GK美元，为顶点第四波到来的矿种（图7）。这类矿产在需求达到顶点后多数不会出现快速下降的趋势，较高需求会维持一段时间，一方面是与这类矿产的用途广泛有关，另一方面是由于这类矿产多数难以回收再利用。

图5 美国电子行业用矿产人均消费与人均GDP

图6 美国电子产业占制造业增加值比例

图7 美国电子行业用矿产人均消费与人均GDP

涉及产业：这类矿产所涉及产业是金属制品产业和机械制造产业，金属制品产业增加值占制造业增加值的比例顶点出现在人均GDP15000～18000GK美元，机械制造业出现在17000～20000GK美元，与该类矿产人均消费顶点到来的时间比较接近。该类矿产消费顶点到来的时间约为1970～1980年，正好位于美国工业化完成时期。

2.5 非金属矿产：石盐、萤石、硼、石灰、长石、重晶石、滑石叶蜡石、芒硝、石墨、溴、碘、钾盐、磷、硫、钛、硅灰石、锶

用途：这类矿产资源主要用于化工、颜料、涂料、建材、肥料、医药、药剂等。根据用途可分为三大类，第一类是一般非金属矿产，主要有石盐、萤石、硼、石灰、长石、重晶石、滑石叶蜡石、芒硝、石墨、溴、碘；第二类是化肥矿产，主要有钾盐、磷、硫；第三类是颜料、涂料矿产，主要有钛、硅灰石、锶。

消费趋势：初步分析，这类资源的人均消费量遵循人均矿产资源消费的“S”形规律，整体呈上升、到顶点、趋于稳定或缓慢下降的趋势（图8）。人均消费顶点到来的时间有较大差异，一般非金属矿产在人均GDP16000～17000GK美元，化肥类矿产在人均GDP18000～19000GK美元，颜料、涂料矿产在人均GDP24000～26000GK美元。

涉及产业：这类矿产所涉及产业主要是化工产业。化工产业增加值占制造业增加值比例共出现过两次峰值，第一次是人均GDP16000～17000GK美元，该顶点与普通非金属矿产消费顶点到来的时间接近，第一类普通非金属矿产的品种多、数量大，这类矿产需求顶点的到来使得化工产业增加值占制造业增加值的比例出现了第一次顶点。化工产业占制造业增加值的比例第二次峰值出现在23000～25000GK美元，与高级颜料、涂料矿产消费峰值较为接近，两者是否有一定关系，仍不清楚。

需要说明的是，虽然本文找到了美国各类非金属矿产的人均消费顶点，但是由于非金属矿产涉及品种多、数量和价值量大、用途广泛、因素复杂，真正找到影响这些矿产消费的因素仍需进一开展相关研究。

图8 美国化工矿产人均消费量与人均GDP关系及化工产业占制造业增加值的比例

2.6 汽车、飞机制造涉及矿产：铝、稀土和镁

用途：这类矿产资源主要用于汽车、飞机制造以及汽车尾气催化剂。

消费趋势：初步分析，这类资源的人均消费量轨迹遵循人均矿产资源消费的“S”形规律，整体呈上升、到顶点、趋于稳定或缓慢下降的趋势。人均消费顶点到来时的人均GDP为20000～22000GK美元（图9）。需要说明的是，这类矿产的用途仍在不断扩展，其消费量仍有上升的可能。

涉及产业：这类矿产主要用于交通运输设备制造产业。运输设备产业占制造业增加值的比例经历了三个顶点，第一个顶点位于人均GDP10000GK美元左右，第二个顶点位于人均GDP21000GK美元左右，第三个顶点位于人均GDP27000GK美元左右（图10）。初步分析，第一次顶点出现在以铁为原材料的传统运输工具生产达到峰值时期，第二个顶点出现在大量使用铝来制造汽车的时期，第三个顶点出现在飞机等其他高端飞行器产业的高峰期。美国铝、稀土等矿产主要用于汽车产业，因此这类矿产资源消费量顶点出现时间与交通运输设备制造业发展的第二个顶点相关。

图9 美国交通运输所需矿产人均消费与人均GDP

图10 美国交通设备制造业增加值比例

2.7 高端仪器所需稀散矿产：铂族、铌、镓、铟、铼、铯、金刚石和铪

用途：这类矿产资源具有较好的物理化学性质，一般用于高端设备制造或高性能材料，比如镓用于光电子元件，铯用于真空器件等，详见表。

消费趋势：这类矿产资源性能好，用途广泛，需求量大，但是比较稀缺，因此人类对这些资源的需求短期内不会饱和（图11）。

涉及产业：这类矿产主要涉及高端金属冶炼、高端装备、高新技术产业，比如航空航天、生物科技、新能源、新材料等。这些产业一般是新兴产业，未来前景比较广泛，因此对这些资源的需求潜力较大。另外，这些矿产的很多优越性能尚未被人类发现，因此未来需求前景广阔。

3 美国矿产资源消费图谱的构建及理论意义

本文以这9类54种矿产人均消费顶点时的量作为纵坐标，以顶点时的人均GDP水平为横坐标，将这9类54种矿产绘制在同一图符中，找寻这些矿产的特点。初步分析，这些矿产在该图符上的分布具有一定的规律（图12），那就是这些矿产的分布多集中于同一人均GDP区间。本文将这9类矿产划分为9个区域，分别用 A、B、C、D、E、F、G、H、I来代表不同的区域。位于A区的为建筑、冶金矿产，B区为建筑用非金属矿产，C区为电子产品相关矿产，D区为合金不锈钢涉及矿产，E区为一般非金属矿产，F区为化肥类矿产，G区为交通运输所需矿产，H区为颜料、涂料矿产，I区为新兴产业所需稀有、稀散矿产。

根据美国111年来这54种矿产消费历史总结出来的矿产资源消费图谱可以说明以下几个问题。

1）初步分析，矿产资源消费具有一定的规律性，多数矿产消费符合人均矿产资源消费的“S”形规律，即经历缓慢增长、快速增长、到达顶点、缓慢下降或趋于稳定，即便是目前人均消费量没有达到顶点的矿产，伴随经济不断发展也很有可能会达到顶点。

2）相同性质用途的矿产资源，其人均消费顶点到来的时间比较一致，这为分析其他与其类似的矿产的消费趋势奠定了良好的基础。

3）多数矿产资源的消费都与某些产业或者用途有关，每一个产业都有自己的生命周期，伴随该产业完整的生命周期，矿产资源消费也呈周期性变化。当该产业快速发展的时候，与其相关的矿产资源需求量会持续攀升，当该产业发展到一定规模后，该类矿产资源消费量达到最高值，伴随该产业的衰退，该类矿产的消费量会出现下降。

4）从经济学角度来看，较为典型的工业部门产业演进顺序为：轻工业→初级冶炼→建筑→电子→机械设备→化工→交通运输设备制造→高新科技产业，一个典型的走工业化道路的国家的产业演进基本遵循该规律，当然也存在一定差异，但总体上变化不会大。根据这种产业发展的顺序，矿产资源消费顶点到来的时间也应具有相应的顺序。

图11 高新产业所需矿产人均消费与人均GDP

图12 美国矿产资源消费图谱

5）根据矿产资源需求的递进顺序，进而可以分析矿业的发展顺序，因为资源需求带动了矿业发展，资源的需求形势会决定矿业的发展形势。以美国矿产资源消费图谱为例，可以得出美国矿业发展的基本顺序是：建筑、初级冶金用金属矿业，建筑用非金属矿业，电子产品涉及矿产矿业、合金、不锈钢冶炼相关矿产的矿业，非金属材料矿业，化肥原料矿业、交通运输设备所需矿产矿业和高端仪器相关矿业。

美国矿产资源图谱的意义：根据不同产业的性质，厘定了与产业相关的矿产资源种类，这种分类适用于所有国家。即便是不知道某种矿产的消费特点，只要将与其性质和用途相似的矿产进行类比，即可得出改种矿产的消费趋势。根据产业的发展趋势，能够分析与该产业相关的矿产资源的需求趋势。

值得注意的是，同一种矿产资源，其性质用途在发生着变化；同一个产业，其对资源需求的种类在发生着变化。因此，美国矿产资源消费图谱大致反映了矿产资源消费的轨迹，但存在较大的不确定性，在适用该图谱分析矿产资源消费趋势时，应根据具体情况具体分析。

［1］ 王安建，王高尚，等.矿产资源与国家经济发展［M］.北京：地震出版社，2002.

［2］ 王安建，王高尚，陈其慎，等.能源与国家经济发展［M］.北京：地质出版社，2008.

［3］ 王安建，王高尚，陈其慎，等.矿产资源需求与模型预测［J］.地球学报，2010，31（2）：137-147.

Discussion on mineral resources consumption atlas of American

CHEN Qi-shen1，2，3，WANG An-jian1，2，WANG Gao-shang1，2，DU Xue-ming1，3，XING Wan-li1，2，3
（1.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；2.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；3.China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100083，China）

This article analyzes the consumption history of 54minerals for 111years in the United States，46of which follow the“S”-shaped law of per capita mineral resource demand，finds that the peaks of per capita consumption of the mineral resource of the same usage arrive at the same time and establishes an atlas for mineral resource consumption by dividing these 54kinds of minerals into nine 9categories on the basis of arrival time of their climax，established Mineral Resources Consumption Atlas of American.

mineral resources；demand rule；atlas

F416.1

A

1004-4051（2013）05-0008-07

2013-01-05

陈其慎（1979－），男，汉族，山东泰安人，助理研究员，硕士，主要研究方向：全球矿产资源战略研究，E-mail：chenqishen＠126.com。