2011～2016年中国铜实际消费量核算

2018-09-20文博杰李强锋

中国矿业 2018年9期

王欢，文博杰，代涛，李强锋,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(北京)地球科学与资源学院,北京 100083； 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(武汉)经济管理学院，湖北武汉 430074)

铜是我国最紧缺的大宗有色金属矿产，也是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属材料的消费中仅次于铝[1]。随着我国经济的快速发展，铜资源的社会需求量在不断增加。由于我国铜资源的短缺[2]，2011～2016年中国处于铜净进口状态，铜资源的对外依存度约为70%。因此，准确把握中国铜资源的实际消费量对国际贸易中的铜流量以及铜资源环境的管理具有重要意义。

元素流分析(SFA)以物质守恒定律为基础，是刻画物质或元素在给定时间和空间边界内存量和流量变化的定量分析方法，也是资源环境管理与环境系统分析最重要和基础的工具之一[3]。目前，国内外很多学者利用SFA对铁[4-6]、铝[7-8]、钼[9-10]、镉[11]、钕[12]、铟[13-14]、镍[15]、铅[16-17]等金属物质的流动进行研究分析，围绕铜进行的SFA研究也不在少数。Nakajima等[15]运用元素流分析方法确定全球范围内的铜流量，并比较了亚洲铜资源在不同时段的表观消费量。Bonnin等[18]对1974～2012年间的美国生产阶段的铜物质流动进行分析，展示了美国铜生产行业的演变。Amneklev等[19]监测了瑞典的斯德哥尔摩城市铜流量随时间的变化特征。相对于其他国家铜元素流研究的蓬勃发展，中国的铜元素流研究还处于起步阶段。Guo等[20]利用元素流分析方法，介绍了中国铜资源的消费和循环利用情况，并提出了相关建议。Zhang等利用SFA分析方法，量化了上海市、南京市的在用铜存量[21-22]，开展了1975～2010年中国铜全生命周期的物质流分析[23]，展示了1975～2015年中国国际贸易中的铜流量特征[24]，并基于铜流量和存量分析的观点，对中国铜代谢的未来进行了研究分析[25]。Han等[26]分析研究了铜生态工业园区的工业代谢，为铜冶炼行业的发展提供重要的参考依据。Wang等[27]根据前人研究的成果，利用元素流分析法，对中国潜在废铜进行评估并给出了相关政策建议。

前人的研究成果集中于铜生命周期的某一环节，不能整体把握国家层面的铜物质流情况，Zhang等虽然研究的是铜全生命周期流程，但是缺少对进出口贸易的铜物质流动详细的研究，也不能有效地整体把握中国铜物质实际流量情况[21-22]。而目前在研究表征铜的消费情况时，多采用精炼铜的表观消费量(即国内每年的精炼铜的产量加上净进口之和)这一容易计算获得的指标，而很少涉及铜的实际消费量，这不利于准确把握中国铜资源的实际利用情况。鉴于此，本文利用元素流分析法，在系统统计分析中国含铜商品进出口贸易数据的基础上，结合国内铜矿石开采、冶炼、铜二次资源回收等数据，对中国2011～2016年铜资源在生产、消费和贸易过程中铜物质的流动情况进行分析，测算出2011～2016年中国铜的实际消费量，并与精炼铜的表观消费量进行对比分析。

1 研究方法

1.1 系统边界

本文研究2011～2016年我国每年的铜物质流动情况。采用的研究框架与传统STAF研究框架不同(图1)，不分开测算铜生命周期各阶段的存量，而是将所有阶段的存量看作整体，通过测算出入空间边界的铜物质流量，来推算整个空间边界内的铜的存量(铜实际消费量)。铜实际消费量是系统边界内，消费的所有铜物质量的总和。本文所指的中国铜实际消费量是指一年内中国消费的所有铜物质量的总和。

图1 中国铜物质流分析框架

1.2 数据来源

本文数据主要来源于中国有色金属工业协会和联合国商品贸易统计数据库(UN Comtrade)。由于各项铜物质流数据中，原材料加工损失量和进出口贸易中铜物质的量不易计算且十分繁杂，本文先对这两项数据进行计算，再结合国内产出铜矿石的铜含量和年度社会回收的铜二次资源铜含量核算铜实际消费量。本文铜物质的量除特别说明外，均指含铜量。

1.3 分析和测算方法

元素流分析(SFA)是用于分析矿产资源(产品)在开采→冶炼→加工→消费→回收全过程物质的流量、流向、存量，以及各环节的效率、效益和环境效应[12]。

1.3.1 原材料加工损失量

铜矿石在选矿中会产生尾矿，铜精矿在冶炼中也会产生熔渣[28]。因此，在核算中国铜的实际消费量时应把生产阶段的损失量考虑进去。据中国有色金属工业协会统计，2011～2016年中国铜冶炼的损失率已达到发达国家的工业水平，为1.66%，而选矿的技术尚有提高的空间(表1)。

由此，可计算出2011～2016年中国铜原材料的加工损失量，见表2。

1.3.2 进出口贸易中铜物质的量

为了测算中国与世界其他各国之间的含铜商品物质流量，本文将含铜商品分成了6大类(铜矿砂及其精矿、粗铜、精炼铜、铜材、废杂铜、铜制品)以及29小类(图2)，筛选了360多项中国进出口含铜商品的6位海关编码，每项编码代表一组含铜商品，对应进出口含铜商品的名称、数量和质量等信息，共涉及进出口贸易数据量约4 300项。

表1 2011～2016年中国铜工业选矿损失率

资料来源：文献[29]。

表2 2011～2016中国铜原材料加工损失量

注：图中废杂铜进口是0.35，出口是0.8 图2 海关含铜商品数据分类及含铜系数设定

通过分层抽样统计方法，向专家咨询并查阅了约360种不同小类的主要含铜商品样本的含铜质量、材料成分等参数，结合中国有色金属工业协会的数据以及各相关行业的产品参数，对不同的含铜商品设置了不同的含铜系数，再对这些含铜系数进行加权平均计算，得到每一类含铜商品的含铜系数(图2)。

本文将含铜商品的重量乘以其相应的含铜系数以获得产品中铜的含量，计算见式(1)。

Cimport/export=Wimport/export×R

(1)

式中：Cimport /export为贸易中的含铜商品铜含量；Wimport/export为贸易中的含铜商品重量；R为贸易中的含铜商品的含铜系数。部分含铜商品由于其自身的特殊原因不能以重量来统计，本文根据小类含铜商品的6位海关编码，查找出相应型号或者相近型号产品参数，得出其一件进出口商品的重量Z，再根据其进出口商品的数量S，并配合相应的含铜系数R，得到进出口含铜商品的铜含量，故用式(2)来计算其商品贸易的含铜量。

Cimport/export=Simport/export×Z×R

(2)

根据图2中的分类，利用式(1)和式(2)，测算出中国2011～2016年各类商品进出口的铜含量，见表3。

表3 2011～2016中国进出口含铜商品的铜含量

1.3.3 中国铜实际消费量核算

根据物质守恒定理，中国每年国家界面的铜物质输出量和输入量相等，中国国家界面的铜物质流输入端的数据为本年度国内产出铜矿石的铜含量、净进口含铜商品的铜含量、本年度社会回收铜二次资源铜含量和上年度末库存的含铜商品铜含量；输出端为本年度铜实际消费量、原材料加工损失量以及本年度末库存的含铜商品铜含量。假设输入端的上年度末库存的含铜商品铜含量和输出端本年度末库存的含铜商品铜含量相等，那么中国铜实际消费量S计算见式(3)。

S=S1+S2+S3-S4

(3)

式中：S1为国内产出铜矿石的铜含量；S2为年度社会回收的铜二次资源铜含量；S3为净进口含铜商品的铜含量；S4为铜资源原材料的加工损失量。

2011～2016年中国国内生产的铜矿石的含铜量及社会回收二次资源的铜含量，见表4。

表4 国内生产铜矿石铜含量和社会回收二次资源铜含量

结合表4，利用式(3)，计算得出2011～2016年中国铜的实际消费量，如图3所示。

图3 2011～2016年中国铜的实际消费量

2 结果与讨论

2.1 铜原材料加工损失量变化

2011～2016年中国铜资源加工损失量变化，如图4所示。国产铜矿石选矿损失量从2011年的10.20万t增加到2014年的16.86万t，2014～2016年保持稳定，这主要是因为2011～2014年国内铜矿石产量在不断上升，2014～2016年产量趋于平稳，且相对于2011～2013年，2014～2016年铜选矿损失率有所下降。近些年，国内铜精矿的产量和净进口量均在不断上升，在铜冶炼损失率达到先进发达国家水平的同时，铜精矿冶炼损失量却在不断增加，从2011年的5.12万t增加到2016年的10.90万t；铜物质总损失量呈逐年上升趋势，从2011年的15.32万t增加到2016年的27.23万t。其中，损失占比最多的为国产铜矿石选矿损失，每年的损失量占总损失的60%左右。

2.2 进出口贸易铜物质流变化

由于我国铜资源国内供应能力不足，2011～2016年中国铜净进口总量呈逐年上升趋势，从2011年的521.62万t增加到2016年的847.63万t(图5)。2011～2016年中国6大类含铜物质净进口结构中，铜矿砂及其精矿占据主要地位，约为25%，精炼铜占20%左右，2012年之后，铜价下跌，再生铜企业利润微薄，甚至亏损，因此废杂铜的净进口量逐年降低，从2011年的168.37万t降低到2016年的117.16万t，占比也从20%降低到10%；中国一直是铜加工制造业基地以及铜制品的输出国，2011～2016年6大类含铜商品中处于净出口状态的只有铜制品，且6年来保持稳定状态，平均净出口量约为125万t(图6)。

图4 2011～2016年中国铜原材料加工损失量

图5 2011～2016年中国铜净进口总量

图6 2011～2016年6大类含铜物质净进口趋势占比图

2.3 中国铜的实际消费量与表观消费量的对比

随着中国经济的不断发展，国内的铜需求量在不断增长，2011～2016年中国铜的实际消费量逐年递增(图3)。

本文所测算的铜实际消费量优势在于涵盖范围更广，涵盖了铜精矿、精炼铜、铜材及成千上万的铜制品的进出口，结果更加准确科学。而精炼铜的表观消费量的数据优势在于数据易得，容易测算。根据现有数据资料整理得到表5。

表5 2011～2016中国铜实际消费量与精炼铜表观消费量对比

资料来源：文献[30]。

由表5可知，中国铜的实际消费量约是精炼铜表观消费量的90%。据分析主要原因如下所述。

一是因为中国每年净出口大量铜制品。由精炼铜加工成铜材，再由铜材转化成铜制品，铜制品再被出口到世界各地。而精炼铜的表观消费量则没有计算铜材和铜制品的进出口量，所以精炼铜的实际消费量和文中计算的铜实际消费量有差别。

二是因为精炼铜在加工成铜材时产生的年度新废铜导致的。年度新废铜是指精炼铜在加工成铜材、铜制品的时候所产生的废弃边角料或残次品。新废铜不算作社会二次资源，且经过一段时间后回到产业链上游重新进入冶炼环节。按照本文构建的模型来看，新废铜的铜含量是排除在铜实际消费量之外的，但却没有被排除在精炼铜表观消费量之外。所以，年度新废铜的存在是导致中国铜实际消费量和精炼铜表观消费量有差异的另一个原因。