1949～2015年中国铁存量分析

李强峰，王高尚，成金华，代 涛，钟维琼，文博杰，梁 靓

(1.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2.中国地质大学(武汉)经济管理学院，湖北 武汉430074；3.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037；4.中国地质大学(北京)人文经管学院，北京 100083)

1949～2015年中国铁存量分析

李强峰1,2,3，王高尚1,3，成金华2，代 涛1,3，钟维琼1,3，文博杰1,3，梁 靓4

(1.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037；2.中国地质大学(武汉)经济管理学院，湖北 武汉430074；3.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京100037；4.中国地质大学(北京)人文经管学院，北京100083)

铁是社会经济发展的重要基础资源，未来铁二次资源的利用是解决中国的资源、环境问题的关键。本文运用物质流动态分析法(MFA)，对中国建国以来铁存量进行了核算，以期为未来铁二次资源的回收利用提供数据支撑。研究结果发现：经过沉寂期、缓慢增长期和飞速增长期三个阶段后，中国铁存量达到65.06亿t，人均铁存量达到4.73t/人，但尚未达到发达国家的水平，有很大的进步空间。建国以来进入中国经济系统的铁物质高达117.72亿t，出口的铁物质为20.51亿t，作为不能利用的废弃物逸散至生态系统的铁物质为32.15亿t。在所有铁存量中，以建筑用钢的铁存量为主(55%)，且增长速度最快。

铁存量；铁二次资源；物质流分析；铁资源

0 引 言

铁是国民经济发展的基础性资源，广泛应用于工业生产和人民生活[1-2]。随着中国经济的快速发展，中国铁资源的进口量和消费量不断增大，2000～2015年期间，中国铁矿石(标矿)进口量从0.7亿t增长到9.53亿t，铁矿石(标矿)消费量从1.75亿t增长到11.9亿t，对外依存度也从40.0%增长到了80.1%。大量、快速消费铁资源，给中国的铁资源、环境带来了一系列的问题与挑战，主要表现在两个方面一是中国铁资源需求量大，供不应求，对外依存度高；二是铁资源生产加工过程中排放大量温室气体，严重破坏生态环境等。铁二次资源的利用不仅能解决上述资源环境问题，而且在实现循环经济中具有重要作用。铁以建筑、机械设备和交通工具等实物形式在其生命周期内积蓄于社会经济系统，形成铁存量，是未来铁二次资源的潜在来源[3]。因此，对中国建国以来铁存量的分析研究不仅能为二次资源的回收与使用提供科学依据，还能为循环经济和可持续发展提供数据基础。

近年来，众多国内外学者利用物质流分析法(MFA)对各国铁资源的社会存量进行了一系列的研究。这些研究可分为静态分析和动态分析两类[4](表1)，静态分析主要研究空间边界内某一时点的铁物质流动情况[1-2,5-7]；动态分析是研究一段时间内(至少以一个铁产品的生命周期为时间段)，空间边界内各铁物质流动的变化情况[8-13]。动态分析的基本是相似“具有时间概念的产品生命周期物质流图”，这种方法建立起今年产生的铁二次资源与若干年前投入社会的铁产品之间的内在联系，是整个生命周期中的铁物质流是连续的。从研究方法上看，动态分析更能反映出若干年前铁物质投入与铁存量之间的关系。

表1 现有铁物流分析的简要文献综述

国家层面的铁存量研究需要计算国家进出口含铁商品铁含量，前人研究在统计进出口含铁商品铁含量的时候均只考虑铁矿石、生铁、粗钢和钢材的进出口量，而并不统计含铁终端产品的进出口量，主要原因是含铁终端产品种类众多(包括汽车、轮船、机械和家电等)，各类产品的铁含量难以计算。本文将包括含铁终端产品在内的所有含铁商品纳入铁物质流研究，保证了研究的全面性。

本文运用物质流动态分析法，在系统统计分析中国含铁商品进出口贸易数据的基础上，结合中国国内铁矿石开采、铁冶炼、铁产品消费结构等数据，对中国1949～2015年铁存量进行核算分析。

1 系统边界和数据计算

1.1 系统边界和研究范围

本研究的时间边界为1949～2015年，空间边界为中国大陆，研究范围是所有含铁商品(包括铁矿石、生铁、粗钢、铁和铁终端产品(如车辆、机械、船舶等)的在中国大陆的铁存量。

1.2 铁物质流数据来源与核算

物质流分析(MFA)是物质守恒为理论基础，如果将整个系统边界内的铁存量当做一个蓄水池，则整个国家界面的铁物质输出量和存量之和应当等于铁物质的输入量[14]，见式(1)。

Finput+Fimport=Foutput+Fexport+Floss+Fstock

(1)

式中：Finput、Fimport、Foutput、Fexport、Floss和Fstock分别是指铁物质流某一环节或整个国家界面的总体铁物质流的物质输入量、进口量、输出量、出口量、损失量和存量。

根据式(1)，得出中国某一年的铁物质输出量、存量和输入量等式，见式(2)。

St+Et+Lt+Dt+Rt=St-1+Pt+It

(2)

式中：t代表年份；S代表社会铁总存量；E代表出口的铁量；L代表铁矿石的选、冶损失；D代表钢铁产品在使用过程中的耗散量；R代表钢材的库存量变化；P代表国内生产铁矿石所含铁量；I代表进口的铁量。

在式(2)的左侧，本应加上铁二次资源的回收量，但考虑到在本文中，研究时间尺度长达67年，每年都有一定的铁二次资源回收利用量，被回收利用的二次资源会再次进入到铁产业链中，并最终成为含铁产品积蓄于经济社会中，再次形成铁存量。因此，为了便于统计计算，本文在核算1949～2015年中国铁存量的时候，将每年回收利用的铁二次资源视为研究系统内循环，不做统计计算。

将式(2)变形得到式(3)。

St=St-1+Pt+It-(Et+Lt+Dt+Rt)

(3)

各项铁物质流数据中，进、出口的铁量、矿石的选冶损失以及铁产品的耗散量不易计算且十分繁杂。因此，本文先对这三项数据进行计算，再结合其他数据核算铁库存量。本文中各项铁物质流量均为纯铁的质量。

1.2.1 进出口贸易中铁物质流量

中国进出口含铁商品数据均来自中国海关。为了测算中国与世界各国之间的铁物质流，本文从钢铁产业链的角度将收集到的含铁商品数据分归为5大类以及33小类，铁矿石、生铁、粗钢和钢材的种类较少，本文根据其材料成分确定了他们的含铁系数。含铁终端产品数据种类众多，本文采用分层抽样统计[15]方法对这些数据进行处理。本文查阅了540多种不同小类含铁终端产品样本的重量、材料成分等参数，结合各相关行业的产品参数，对不同小类的含铁终端产品设置了不同的含铁系数，在确定每一小类含铁终端产品的含铁系数的基础上，对小类含铁终端产品的含铁系数进行加权平均计算，得到每一大类含铁终端产品的含铁系数(表2)。最后根据含铁商品的重量和其含铁系数其铁物质量。本文中各项铁物质流量均为纯铁的质量。

进出口含铁商品的铁物质量计算公式见式(4)和式(5)。

(4)

(5)

式中：p表示进出口贸易中不同类别的含铁商品；CP和Xp分别表示p类别进口和出口含铁商品的重量；RP表示p类别含铁商品的含铁系数；Mp和Ep分别表示p类别进口和出口含铁商品铁含量。

1.2.2 矿石的选冶损失量

中国生产的铁矿石原矿平均品位31.3%左右，不能达到炼铁的要求，还需要经过选矿工序。铁矿石在选矿过程中会产生尾矿；铁精矿在炼铁、炼钢过程中会产生炼铁废渣、炼钢炉渣、炉尘、污泥等含铁的副产品。矿石的选冶损失应当包括三个方面：一是国产铁矿石在选矿过程中的铁物质损失；二是铁矿石炼铁过程中的铁物质损失；三是生铁等在炼钢过程中的铁物质损失。因此，矿石的选冶损失量计算公式见式(6)。

L=L′+L″+L‴

(6)

式中：L′为国产铁矿石在选矿过程中的铁物质损失，计算公式见式(7)；L″为铁矿石炼铁过程中的铁物质损失，计算公式见式(8)；L‴为生铁等在炼钢过程中的铁物质损失，计算公式见式(9)。

L′=P×γ1

(7)

L″=[P×(1-γ1)+IOre]×γ2

(8)

L‴=[P×(1-γ1)+IOre]×(1-γ2)×γ3

(9)

式中：γ1为国内铁矿石选矿过程中金属回收率；γ2为铁矿石炼铁过程中金属回收率；γ3为炼钢过程中金属回收率；P为国内生产铁矿石所含铁量；IOre为进口铁矿石所含铁量。将式(7)～(9)代入到式(6)，得到式(10)。

L=P×γ1+[P×(1-γ1)+IOre]×γ2+

[P×(1-γ1)+IOre]×(1-γ2)×γ3

(10)

根据中国钢铁工业协会提供的数据，本文选择γ1、γ2和γ3的数据分别为74.01%、91.37%和96.65%。

1.2.3 钢铁产品使用耗散量

钢铁产品在使用中会出现一定量的损失和耗散，最终使用用途不同，钢铁产品的使用损耗比率亦有不同。Hatayama等[16]估算了各种最终使用用途的钢铁产品的使用损耗比率，其中建筑用钢使用损耗比率为0.06，机械用钢使用损耗比率为0.14，交通运输设备用钢使用损耗比率0.19，其他用钢使用损耗比率0.05。

表2 含铁产品分类以及其含铁系数

1.2.4 钢材的库存量变化

每年生产的钢材不能全部即时消费形成存量，有一部分作为库存量存在于各铁企业。由于历史数据获取困难，本文将1949年钢材的库存量视作0处理，并将2015年底的库存量按照研究时间边界内(1949～2015年)每年钢材的生产量占比分配到每一历史年份。根据中国铁工业协会提供的数据，2015年底中国钢材的库存量为7 848.0万t。

2 结果和讨论

2.1 建国以来中国铁存量分析

2.1.1 中国铁物质流量分析

本文以1949年为计算起点,不考虑1949年之前铁存量的影响，1949年当年的消费量产生了本文的初始存量。通过计算得知1949～2015年中国铁累计存量达到65.06亿t(图1)；累计进口铁矿石5.09亿t，国内生产铁矿石4.98亿t，选冶损失为2.50亿t，含铁产品耗散为6.38亿t，钢材库存变量为0.78亿t。在研究的时空边界内，进入系统的铁物质高达117.72亿t，而最终作为铁存量累计于中国经济系统的只有65.06亿t，出口的铁物质为20.51亿t，作为不能利用的废弃物逸散至生态系统的铁物质为32.15亿t。

2.1.2 中国铁存量与人均GDP变化趋势

1949～2015年铁年存量不断增加，2015年达到65.06亿t。根据人均GDP值和铁存量的变化趋势，可将建国以来铁存量情况分为3个阶段来讨论(图2)。第一阶段：沉寂期(1949～1978年)。该阶段国民经济和社会发展落后，人均GDP持续在800盖凯美元/人以内，中国铁存量非常小，建国初期铁年消费量不足100万t，而1978年铁存量也仅为3.17亿t。第二阶段：缓慢增长期(1979～2001年)。该阶段国民经济水平提高，2001年人均GDP达2 909盖凯美元/人。中国铁年存量不断增大，2001年底铁存量达到17.80亿t，以铁为代表的物质资源财富进一步积累。第三阶段：激增期(2002～2015年)。该阶段人民生活富裕度进一步提高，2015年人均GDP已达10 509盖凯美元/人。中国铁年存量飞速增长，2015年为65.06亿t，是2001年的3.7倍多。

图1 1949～2015年中国铁资源物质流图

图2 1949～2015年中国铁存量及人均GDP增长情况

2.1.3 四种不同最终用途钢铁存量情况

根据文献资料以及中国钢铁工业协会提供的数据，得出中国钢材历史年份四种不同最终用途钢的消费结构见表3(根据表3中的数据，等差推出其他历史年份的消费结构)。

1949～2015年中国建筑用钢、机械制造用钢、交通运输设备和其他用钢的铁存量分别为39.51亿t、13.25亿t、8.73亿t和9.95亿t(图3)，其中建筑用钢占比为55%。为了满足基本生产、生活的需要，中国不断兴建土木工程建筑和住房工程建筑且建筑物的寿命一般超过30年，寿命周期较长，因而，建筑物中蓄积了大量的铁存量。

表3 中国钢的消费结构

图3中各图的横坐标均为人均GDP，纵坐标均为钢铁存量。通过对比，四种不同最终用途钢的铁存量相对于人均GDP的增长斜率并不相同。建筑用钢、机械制造用钢、交通运输设备和其他用钢铁存量相对人均GDP的增长斜率分别为0.0033、0.0011、0.0008和0.0008，反映出随着人均GDP的增长，建筑用钢铁存量增长速度最快，机械制造用钢增长速度次之。

2.2 人均铁存量变化分析

1949年至今，中国人均铁存量不断增长，1993年人均铁存量首次超过1 t/人，2005年人均铁存量首次超过2 t/人，2010年人均铁存量首次超过3 t/人，人均钢存量增长速度不断加快(图4)。通过对比发达国家人均铁存量的历史情况，只要人均铁存量达到2 t/人的临界值，该国家就进入了工业化进程的核心阶段，经济将处于持续的强增长状态[7]。2005年中国人均铁存量达到2 t/人，标志着中国的社会建设高速发展，进入了工业化阶段。然而，众多发达国家的工业化进程比中国快很多。日本和法国分别在1965年和1920年人均铁存量达到2 t/人；英国和美国在1900年以前就超过了此数值[7]。

2015年中国人均铁存量达到4.73 t/人，尚未达到工业化国家8～12 t/人饱和存量水平[7]，与发达国家相比，中国人均铁存量还有一定的积蓄空间。

图3 四种不同最终用途钢铁存量与人均GDP增长趋势

图4 1949～2015中国人均铁存量情况

3 结 论

通过运用物质流动态分析法，在系统统计分析中国含铁商品进出口贸易数据的基础上，结合中国国内铁矿石开采、铁冶炼、铁产品消费结构等数据，对中国1949～2015年铁存量进行核算分析，得到如下结论。

建国以来，中国经济高速发展，铁存量也不断增长，经过沉寂期、缓慢增长期和飞速增长期三个阶段后，中国铁存量达到65.06亿t；期间，进入中国经济系统的铁物质高达117.72亿t，出口的铁物质为20.51亿t，作为不能利用的废弃物逸散至生态系统的铁物质为32.15亿t。在所有铁存量中，以建筑用钢的铁存量为主(55%)，其次是机械制造用钢、交通运输设备和其他用钢。随着人均GDP的不断提高，四类不同最终用途的钢铁存量也在不断增长，其中建筑用钢的铁存量增长速度最快，机械制造用钢次之。2015年中国人均铁存量达到4.73 t/人，尚未达到工业化国家8～12 t/人饱和存量水平，与发达国家相比，中国人均铁存量还有一定的积蓄空间。

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AnalysisofChina’sironstocksfrom1949to2015

LI Qiangfeng1,2,3,WANG Gaoshang1,3,CHENG Jinhua2,DAI Tao1,3,ZHONG Weiqiong1,3,WEN Bojie1,3,LIANG Liang4

(1.Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China;2.School of Economics and Management of China University of Geosciences(Wuhan),Wuhan430074,China;3.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China;4.School of Humanities and Economic Management,China University of Geosciences(Beijing),Beijing100083,China)

Iron is important basis resource for the development of social and economic,and the use of secondary resource is the key to solve China’s resources and environmental problems in the future.In this paper,the material flow analysis (MFA) is used to calculate the iron stock since the founding of the People’s Republic of China in order to provide data support for the recycling of secondary iron resources.The results show that after three stages,China’s iron stocks reached6.506billion tons,per capita iron stock reached4.73t/person,but not yet reached the level of developed countries,it has great progress space.Since the founding of the country,the iron material flow into the Chinese economic system is up to11.772billion tons,the export of iron material is2.051billion tons,iron material escape to the ecosystem as waste is3.155billion tons.In all iron stocks,the construction steel stocks is the major stock(55%),and grows the fastest.

iron stock;secondary iron resources;material flow analysis;iron resource

F407.32

A

1004-4051(2017)12-0111-06

2017-10-09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)

李强峰(1989-)，男，博士研究生，主要从事资源产业经济研究，E-mailliqiangfeng1989@163.com。

代涛，男，副研究员，主要从事资源经济学和矿产资源战略研究，E-mail：eagledai@126.com。