中国金属矿产的消费强度与回收潜力分析

李新++崔献丹++梁亚楠++王敏晰++代涛++柳群义

摘要

从中国金属资源安全的角度来看，优化战略性金属矿产的供应结构，降低一次矿产的对外依存度，通过合理的政策导向有效地增加中国城市矿产开发效率，挖掘废旧金属的回收和利用潜力，是实现矿产资源安全保障的重要前提。本文以铁、铜、铝等三种金属矿产为例，采用美国、英国、法国、德国、日本等五个工业化国家及中国1949—2015年的面板数据，通过构建消费强度、回收密度和寿命分布函数分析了工业化五国金属消费和报废金属回收的历史规律，预测了2016—2030年中国三种金属消费和报废回收的变化趋势。结果显示：①五个工业化国家铁、铜、铝金属的消费强度经历了快速上升、平台缓降和较快下降的过程，而回收密度则经历了缓慢上升、较快增长和快速增长的三个阶段，在消费强度与回收密度的第三阶段呈现“脱钩”特征；②中国铁、铜、铝三种金属的消费强度大幅增加主要是集中在2000年以后，2015年我国铁、铜、铝的消费强度分别为540 kg/人、8 kg/人和23 kg/人，回收密度分别只有100 kg/人、0.5 kg/人和3 kg/人，除铁、铝的消费强度进入平台下降期外，铜消费强度和三种金属回收密度仍处于增长的第一阶段；③预计2030年，中国铁、铜、铝的消费强度将分别为450 kg/人、9 kg/人和20 kg/人，仍处在平台缓慢下降阶段，回收密度将分别增加到220 kg/人、3 kg/人和5 kg/人，回收密度与消费强度比例分别达到49%、33%和25%。通过对比可知，中国未来社会报废金属回收潜力巨大，如果能加以有效政策引导，加快回收利用，可大大缓解中国战略性金属的安全保障压力。

关键词金属矿产；消费强度；回收潜力；预测

中图分类号F062.1

文献标识码A文章编号1002-2104（2017）07-0053-07DOI：10.12062/cpre.20170463

铁、铜、铝等大宗金属是我国工业化过程中的基础性和战略性资源，被广泛应用于基础设施、建筑、交通运输、电力电器、机器设备、包装容器等领域[1]，是社会经济发展的重要矿物元素，对经济增长具有关键性作用[2]。2015年中国铁、铜、铝等金属一次矿产的产量分别占其总产量的82%、65%和81%，对外依存度分别高达84%、80%和60%，中国大宗金属矿产资源禀赋的先天不足，使得其高度对外依存和一次矿产为主的矿产资源供应格局短时间内难以改变。本文统计，1996—2015年中国大约累计消费粗钢80亿t、精炼铜1亿t、原铝2.2亿t，大宗金属社会消费蓄积量较大，但其中80%以上的消费量都集中在近10年，现阶段达到生命周期的报废金属可回收量仍有限，未来金属产品的报废回收潜力尚待定量化测算。城市矿产变废为宝，可有效替代原生矿产，减少能源消耗，是重要的战略资源[3]。探明金属社会消费、蓄积和回收间的投入产出规律，预测中国城市矿产中废旧金属的回收潜力，提高金属二次资源的回收和利用效率，对解决中国战略性金属的资源安全和地缘政治下的资源战略问题具有重大现实意义。基于此，本文通过对1949—2015年美国、英国、法国、德国、日本等工业化国家和中国的金属产品消费、蓄积和回收的历史经验分析，对2016—2030年中国铁、铜、铝等大宗金属的报废回收潜力进行测算，以期为政府资源安全保障决策和促进金属二次资源利用提供依据。

1研究方法与数据来源

1.1消费强度（CI）与回收密度（RD）

矿产品使用强度是Wilfred[4]首先提出的一个概念，即每一种矿产被发现后，其使用都有一个上升、到达顶峰、最后缓慢下降的过程。它测度的是人均GDP下的矿产品消费量，用来表征一个国家经济发展过程中的阶段性的矿产品消费指标，同工业化进程和产业成熟度密切相关[5]。本文的消费强度（consumption intensity，CI）是指人均GDP下的人均金属资源消费量，反映金属资源需求与一个国家的经济发展阶段的相关程度及其内在联系。消费强度CI的计算如式（1）所示：

本文设定的“回收密度”（recycling density，RD）是指人均GDP下的社会报废金属人均回收量（不包含金属冶金和生产制造环节产生的废渣和边角料），金属产品的生命周期决定了社会报废金属回收相对于金属产品消费存在一定的时间滞后性，其同样与一个国家的经济发展阶段密切相关。回收密度在不同阶段的不同表征，表明了报废金属资源回收潜力与经济发展阶段的内在联系。报废金属回收密度RD的计算如式（2）所示：

1.2报废金属回收潜力预测模型

1.2.1金属产品寿命分布确定

根据产品生命周期理论，不同类别的金属产品，有不同的使用寿命间隔。含有铁、铜、铝等金属元素的产品在理论上达到其生命周期后将退出社会使用，转化为报废金属品。而生命周期内的金属产品，逐年蓄积，在使用过程中不断增加存量，这些使用中产品的社会存量将转化为未来潜在的报废金属流量。已有研究成果中主要有4种寿命分布函数被用来计算和模拟金属产品的社会存量和报废金属的产生量，不同的数学模型对社会存量和废料产生量的预测会有一定的差异。4种分布主要包括：①针对既定寿命的δ分布[6]；②高斯分布[7]；③对数分布[8]；④韦伯分布[9-10]。由于具有极大的灵活性，在4种寿命模拟中的韦伯分布是最适用的方法[11]。本文在历史金属消费量的基础上，采用韦伯分布模拟报废金属理论产生量。韦伯分布取决于位置参数“a”、比例参数“α”和形状参数“β”，“t”表示测算期间内的任意一年，则产品寿命分布函数f（t）可以表示为式（3）：

1.2.2金属产品报废预测模型

金属产品的报废是一个随机过程，报废金属的产生量与金属产品的消费量及其消费蓄积时间密切相关。由于数据获取难度的原因，本文使用粗钢、精炼铜和原铝的消费量用于替代金属产品中的当年金属元素消费量，并采用至上而下（topdown）的方法測算报废金属的产生量。参考前期研究成果[12-14]，假设第n年金属累计报废率为F（n），则该年金属产品报废率为从F（n）到F（n-1）的单位变化，即F′（n）。