全球镉资源现状与贸易格局分析

刘 超，赵 汀，刘胜前

（自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037）

镉作为一种稀散金属，主要赋存在锌矿石、铅锌矿石、铜矿石中[1]。镉与锌均为亲硫元素，在地质成矿过程中常常共存。闪锌矿是锌矿中最具有经济开采价值的矿物，镉在闪锌矿的晶格中经常替代锌，因此，镉常作为锌的副产品进行生产[2-6]。在工业中，镉具有不可替代的作用，被广泛应用于电池、合金、电镀、涂料、核工业、半导体电子产业等领域[7-9]。然而，镉是一种毒性很强且无法生物降解的金属，它对植物和人体极具危害性[2,7-8]。因其这一特性，近年来其在传统领域的消费及新兴行业的应用受到了不同程度的监管和限制。正因如此，专家学者的研究重点和成果主要集中在环境保护、污染机理以及镉的下游应用等方面，而从全球视角对镉资源情况、贸易格局等的深入分析研究较少。

随着中国对镉的使用实施了更加严格的环境保护政策，作为全球最大的镉生产国和消费国，近年来开始出现进口量降低而出口量持续上升的势头。作为镉资源大国，厘清全球镉资源现状及全球贸易格局，对未来镉资源需求和镉产业发展，以及维护和保障镉资源安全等具有重要意义。本文基于近些年全球镉资源储量、产量、消费量、贸易量等数据，对全球镉资源情况进行了分析。同时，采用复杂网络分析方法研究了镉资源贸易格局。鉴于镉资源相关数据的受限性，本文中镉资源分布和镉生产数据截至2022年底，镉消费数据截至2021年底，镉价格数据延伸至2023年。由于联合国商品贸易统计数据库（UN Comtrade）在2022年的镉贸易统计数据存在数量级的差异，不宜使用，因此，镉贸易数据的分析截至2021年底。另外，考虑到消费结构数据的难以获取，本文选用了3个关键时间点的数据进行分析。这一研究旨在为我国镉资源的高效利用、产业发展和环境监管保护等提供基础参考依据。

1 全球镉资源情况

1.1 全球镉资源现状

1.1.1 全球镉资源分布

美国地质调查局（USGS）对全球镉矿储量统计停留在2013年的50万t[9]。其中，约61%的储量集中在中国、秘鲁、俄罗斯、墨西哥、印度、美国6个国家。其伴生性、储量的不完全确定性，给全球镉资源的可持续供应带来风险，一定程度上制约镉资源配置利用，影响镉相关产业可持续发展。

根据中国自然资源部《2022年全国矿产资源储量统计表》[10]，中国镉资源储量约为37735 t，西南地区、西北地区和中部地区资源分布相对集中。排名前八位的广西、甘肃、江西、内蒙古、云南、贵州、新疆和四川镉资源储量约占全国储量的96%，其中，排名前三位的广西、甘肃、江西镉资源储量占全国储量的58%，分别为8323 t、7543 t和6119 t。

1.1.2 全球镉生产情况

根据USGS数据，2022年全球镉产量为22600 t，主要分布在中国（38%）、韩国（18%）、日本（8%）、哈萨克斯坦（4%）等亚洲国家，以及加拿大（8%）、墨西哥（5%）等美洲国家，其余国家镉产量仅占全球产量的19%（表1）。全球镉产量增量相对缓慢，整体表现为先增后降的变化趋势（表1）。

表1 2000—2022年全球各国镉产量情况Table 1 Cadmium production in various countries in global from 2000 to 2022 单位：t

2000年，全球镉产量为20300 t，主要集中在日本、中国、美国、加拿大、韩国、墨西哥等国家。由于镉的污染特性，欧盟、美国等发达国家（地区）陆续制定环境保护政策，导致全球镉产业向发展中国家及消费占比高的韩国和日本转移。随后，2008年的经济危机加速了镉产业的转移速度。到了2010年，全球初级镉产量23700 t，其中，中国、日本和韩国的产量占全球产量的一半以上，而北美、欧洲等发达国家（地区）的产量比重逐渐下降。

2010年至今，全球移动电子产品消费迅速增长，由于镉的环境污染特性，其消费并未出现快速增加，反而被后来居上的锂电池取代了市场地位。2018年开始，印度在珠宝加工行业对镉的需求旺盛[11]，影响了全球镉产品的产量和价格，导致全球产量增加至26800 t。然而，2019年12月开始，新冠肺炎疫情对全球市场消费产生了不同程度的影响，镉产量出现震荡下滑。

自2003年起，中国开始取代日本成为全球最大的镉生产国，镉产量占全球镉总产量的比重从12%逐渐上升至40%左右，近几年基本稳定在这一水平。中国产量从2000年的2370 t连续增长至2018年的10349 t，但随后下降至2022年的8700 t。

1.1.3 全球镉消费情况

1.1.3.1 全球镉消费结构

目前，镉主要应用于电池、颜料、稳定剂、涂料、合金、珠宝加工、太阳能薄膜及核工业等领域（图1）。在不同的发展时期，全球镉消费结构发生了明显变化（图2）。

图2 全球镉消费结构Fig. 2 Consumption structure of cadmium in global

由于镉镍电池具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率、安全稳定等优点，2000年镉在便携式电子设备、应急照明、备用电源、电动工具、交通工具和军事装备等领域的消费占比为75%。随着手机、笔记本等移动电子产品的快速增长，2011年镉在电池领域的消费占比稳步增长至86%。随着电池技术的发展，以锂电池为代表的电池成本不断下降，对环境友好，且蓄电能力逐渐增强，逐渐在电子产品、备用电源等行业中取代了镍镉电池的优势地位。

欧盟、美国、中国等相继出台的环境保护法律加速了镍镉电池被锂电池取代的速度。至2019年底，镍镉电池在镉应用领域的消费占比快速下降至57%，仅在一些工业应用中依赖其高可靠性和稳定性的电源供应保持地位优势。

1.1.3.2 全球镉消费国家

根据USGS数据，2021年全球主要的镉消费国家为中国和印度，中国的表观消费量占比约54%，印度表观消费量占比约37%，二者全球表观消费量占比约91%（表2）。

表2 2000—2021年全球主要国家镉消费情况Table 2 Cadmium consumption in major countries in global from 2000 to 2021 单位：t

全球镉消费国在环境保护政策的限制下由欧美等发达国家向亚洲发展中国家转移。2000年及以前，镉消费主要位于比利时、日本、中国、美国等国家，2001年欧盟委员会发布了一项新提案，从2008年1月1日起禁止使用所有镉含量超过0.002%的镍镉电池，并在2003年12月31日之前将所有工业和汽车电池的收集率提高到95%。2003年，美国环境保护署（EPA）颁布了生物累积性有毒污染物的清单，镉是名单上的11种金属之一。这些环境监管法律改变了镉的生产格局和消费格局，使得许多发达国家对镉的生产量和消费量迅速减少，并且将镉产业转移到具有发展潜力的亚洲发展中国家。

中国作为当时最大的发展中国家，具有巨大的发展潜力，同时，在对外资引进有利政策的激励下，在2003年取代了比利时、日本在镉生产和消费领域的地位，成为全球最大的镉生产国和消费国。由于2006年欧盟通过了《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》（RoHS法规），全面禁止了镉产品，因此，中国在全球镉产品消费中的份额攀升至74%。与此同时，中国作为全球消费电子产品的主要加工地，2012年的表观消费量占比达到了88%。2014年，中国工业和信息化部宣布禁止生产、销售和使用镉含量超过0.002%的铅酸电池。随着锂电池在笔记本电脑、手机等移动电子设备中逐渐取代镍镉电池，中国镍镉电池产量下降，从而影响了全球镉的消费、需求和价格。

2017年，印度珠宝行业对镉的消费需求攀升迅速，成为镉的主要消费国。然而，由于珠宝制作中使用镉带来一定的健康问题，2021年，印度标准局（BIS）禁止了珠宝行业中镉的使用。尽管如此，印度监管不严格且快速增长的仿制品、服装和时尚珠宝市场仍在一定程度上使用镉，导致镉消费量的提升，增加了镉消费的不确定性[9]。若未来印度实施更严格的监管规定，镉消费将受到不同程度的影响。

1.1.4 全球镉价格情况

近年来，镉价格逐步上涨，得益于其在战略新兴产业的应用。碲化镉太阳能电池在美国、欧盟等国家（地区）需求强劲，核能、红外设备等产业展现广阔前景，为镉消费寻找到了新的增长点。以欧洲现货价格为例，到2023年，其镉锭价格稳定在1.5美元/镑左右（图3）。

图3 欧洲镉锭现货价格走势Fig. 3 Chart of spot prices of cadmium ingots in Europe

2005—2023年，镉锭价格经历了先增后降再增的趋势。2006年，欧盟在有害物质使用限制（RoHS法规）中明确规定，自2006年7月1日起，禁止含镉的电气和电子设备在欧盟销售。早在2003年，美国就颁布了一份持久性和生物累积性有毒污染物的清单，镉是该清单上的11种金属之一。2006年下半年，由于移动电子产品对镍镉电池的高度依赖，镉供应短缺导致镉锭价格快速攀升。至2007年上半年，受镉供应紧缺、需求旺盛和投机炒作影响，镉锭价格达到了历史高位。随后，2007年中，镉锭价格开始从高位快速回落，消费商逐步消化在高位囤积下来的货物，没有及时将镉抛出的供应商降价出售，导致镉整体市场成交非常惨淡。随着市场趋于理性，并且日益严格的环境保护法律法规的出台，各行业开始积极开发可替代的含镉产品，这在一定程度上压缩了镉产品的应用领域，导致了镉锭价格的波动下跌。2014年，中国作为最大的消费国家，对电池行业的镉含量进行了限制，进一步压缩了镉产品的需求空间，导致2015年镉锭价格下跌。之后，镉锭价格逐步上涨，除了在战略新兴产业的应用外，印度珠宝行业的强劲需求也推动了镉锭价格上涨。

1.1.5 镉回收利用

日本、北美、欧洲、澳大利亚、中国、韩国等国家（地区），均采取了措施促进镍镉电池的回收利用，从而提高镉的整体回收率。镍镉电池中75%的材料可以回收用于生产新的镍镉电池，二次利用或回收的镉约占镉总供应量的23%。碲化镉薄膜光伏组件中90%以上的光伏组件可用于新的太阳能、玻璃和橡胶产品的材料。而镉基PVC稳定剂已被危险性较小的替代品所取代，这种分散、耗散和相对小众应用的镉产品将会随着可替代品的出现从回收循环中消失。

1.2 未来全球镉供需形势

镉在传统产业如颜料、稳定剂、涂料等的应用已经相对成熟。但随着环境保护政策的影响，其市场消费比重逐渐降低。镉颜料逐步被硫化铈取代，在柔性PVC应用中钡锌稳定剂或钙锌稳定剂逐步替代钡镉稳定剂，在电镀应用中，锌、锌镍、铝或锡涂层可替代镉。整体而言，镉在传统产业的消费比重逐渐降低。虽然印度在合金产业的镉消费量有所增加，但从长远看，不足以成为镉的主要消费增长引擎。

相反，在战略新兴产业，镉消费量有逐渐增加的趋势。近年来，碲化镉光伏材料在中国“双碳”政策及全球绿色低碳转型的背景下迅速发展，全球对清洁能源的需求日益增加。以美国为首的CdTe光伏产业需求增长迅速，成为镉消费的新增长点。未来，光伏电站和光伏建筑一体化（BIPV）将是碲化镉光伏材料的主要应用领域。此外，第三代钙钛矿光伏材料作为新型薄膜技术的潜在替代物，可能影响镉在光伏材料中的使用地位[13-15]。在战略新兴产业如MCT红外探测材料及核工业，镉作为不可替代的材料需求也在逐步增加。然而，由于这些产业的发展尚处初期阶段，镉在这些产业的消费量相对较少。

整体而言，镉在战略新兴产业的消费量存在很大的不确定性，主要因为这些产业还处于发展初期。同时，技术的进步、政策的制定和调整也对镉的市场需求产生不确定性。因此，尽管存在一定的消费量增长趋势，但其具体未来发展趋势仍受多种因素影响。在未来一段时间内，可能无法显著影响镉在传统产业的消费地位。

2 全球镉资源贸易格局

以2000—2021年联合国商品贸易统计数据库（UN Comtrade）中镉（HS编码：8107）国际贸易数据为基础，运用复杂网络理论构建了镉国际贸易有向加权网络模型，并测度了其相应的网络指标。在构建过程中，以贸易国家为节点、贸易关系为边、贸易流向为方向、贸易量为权重来构建网络可用邻接矩阵集合，可表示为G=（V，E）；其中，V={V1，V2，······，Vn}，n为网络中的贸易节点；E={E1，E2，······，Em}，m为网络中的边数量[16-20]。计算了复杂网络的相关指标，包括节点度、平均加权度、模块度、网络密度、平均路径长度、平均集聚系数等网络特征量指标[20-23]，以评价全球镉贸易网络结构特征（表3）。

表3 网络指标说明Table 3 Explanation of network indicators

2.1 全球镉贸易网络特征演化

从贸易国数量、贸易关系数量看，2000—2021年，参与镉贸易的国家（地区）从54个下降到33个，全球贸易关系数量从148条下降到92条，结合全球镉的相关政策来看，全球参与镉贸易的国家（地区）和贸易关系呈下降趋势，全球镉贸易网络国家（地区）之间贸易相对低迷。从网络密度来看，镉贸易网络密度关系有增加的趋势，这表明虽然贸易关系数量下降，但是网络之中的贸易联系越来越密切，主要的出口国家（地区）和进口国家（地区）的集中度高。从平均路径长度和平均聚类系数分析，全球镉贸易网络的可达性逐渐提升，贸易社团相对不稳定，贸易网络具有小世界性特征（表4）。

表4 2000—2021年全球镉贸易网络特征量Table 4 Characteristics of cadmium trade network in global from 2000 to 2021

2.2 全球镉贸易流向演化

通过选择2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和2021年共6个时间节点进行贸易进出口分析（表5和图4）。

图4 镉全球贸易流向Fig. 4 Trade flow of cadmium in global

表5 全球进出口排名前5位国家集中度情况Table 5 Concentration of import and export rankings of top 5 countries in global 单位：%

从出口角度看，韩国、加拿大、日本、中国、澳大利亚等是近年来主要的出口国，上述国家2021年镉出口贸易量约占全球镉出口贸易量的57%。亚洲作为全球重要的镉生产地和消费区域，在全球镉贸易网络中占据重要地位。韩国作为全球最大的镉出口国，从2010年开始，镉出口量均占全球出口量的20%以上，年均出口量在5100 t左右，主要的进口国家为中国、比利时、日本、印度等。作为韩国最大的镉进口国，中国对镉的需求下降，会对韩国的镉出口产生较大影响，而由于印度的镉需求增加，一定程度上稳定了韩国的镉出口情况；随着中国对镉的消费持续下降，中国国内的镉需求过剩，将会对韩国的镉出口国地位形成一定冲击。日本在全球贸易网络中由净进口国转化为净出口国，近年来主要出口国家为中国和印度。中国作为镉最大的消费国，近年来随着环境保护日益严格，镉出口量逐渐增加，主要向印度出口。美洲主要镉出口国为加拿大和墨西哥，主要向北美、欧盟、中国和印度等国家（地区）出口。比利时、法国、美国等国家在2006年前是重要的出口国，但随着环境保护法律的实施，其在贸易网络中的地位已经不再重要。澳大利亚作为全球第一大锌精矿储备国，其镉出口地位正逐渐增加。

从进口角度看，2000年全球主要镉进口国为比利时、日本、中国、印度和法国，随着欧盟的镉消费减少，印度、中国、比利时、瑞典、韩国成为近年来重要的镉进口国。印度于2017年超过中国成为全球镉进口量最大的进口国，其2021年进口量约占全球镉进口量的49%。中国作为全球最大的镉生产国和消费国，每年需要从韩国、哈萨克斯坦、俄罗斯等国家进口大量的镉，以满足国内的消费需求。比利时每年大量进口镉，主要用于出口的工业化合物产品的消费。瑞典进口镉则主要用于镍镉电池制造，满足工业电池的需求。

2.3 全球镉贸易国地位演化

表6展示了全球主要镉贸易国家中心性排名。由表6可知，2000年，对全球镉贸易的主要影响国家为比利时、法国、中国、德国等国家，此时欧盟国家是全球最大的镉贸易集散地，对全球镉贸易的影响大。随着欧盟环境保护条例的限制，中国逐渐成为全球镉贸易中心。2005—2015年，中国一直是全球镉贸易的核心国家，2014年开始，中国的环境保护政策对镉的消费进行了限制，取而代之的是大力发展以锂电池为代表的清洁能源技术，对镍镉电池的需求逐渐减少。近年来，随着薄膜光伏产业、近红外设备等战略新兴产业的发展，德国、俄罗斯、印度等成为了全球镉贸易的核心节点，对镉贸易的影响突出。印度作为新兴的镉贸易国，对全球镉贸易格局将产生重要作用。

表6 全球主要镉贸易国家中心性排名Table 6 Centrality ranking of major cadmium trading countries in global

2.4 全球镉贸易团体演化

2000年，全球镉贸易网络分为比利时社团、日本社团、印度社团和英国社团，其中，比利时社团主要以比利时为中心，与地理环境较近的法国、意大利、加拿大、瑞士等17个国家凝聚成一个子团体；日本社团主要以日本为中心，通过发达的电子产业凝聚了中国、韩国、澳大利亚等10个国家；印度社团则由印度、马来西亚、阿拉伯联合酋长国等国家作为一个凝聚团体；英国社团是以英国、德国、荷兰等6个国家作为一个团体。

随着日益强烈的环境保护法律政策，一些新兴产镉国家和消费国家快速兴起，社团国家稳固性和凝聚力一直处于动态变化的过程，经过整合分裂，2021年演化成中国社团、加拿大社团、印度社团3个社团。中国社团主要依靠中国的巨大需求和地缘关系，与韩国、哈萨克斯坦、巴基斯坦、俄罗斯等国家形成贸易社团。加拿大社团则供应瑞典、挪威和以色列等国家。印度作为新兴的镉消费大国，与日本、德国等全球27个国家形成社团，满足其日益增长的镉消费需求。

3 结 论

1）全球镉资源储量和产量虽然分布集中，但储产分离现象较为显著，中国在全球镉储量和产量方面占据首位。全球镉资源储量主要集中在中国、秘鲁、俄罗斯、墨西哥等国家，全球主要产镉国家为中国、韩国、日本、哈萨克斯坦和加拿大等。全球镉产量受环境保护政策的影响增速缓慢，作为全球第一产镉大国，近年来中国镉产量占全球产量的40%左右。

2）全球镉消费结构已经发生转变，从电池、颜料、稳定剂、涂料等传统产业向珠宝合金、太阳能薄膜、红外设备和核工业等战略新兴产业延伸。消费国家也从比利时、日本等发达国家向印度、中国转移。近年来，镉价格逐步上涨，主要受碲化镉太阳能电池和其他战略新兴产业需求增加影响。尽管镍镉电池回收率较高，但随着替代品的出现，部分镉产品可能会逐渐从回收循环中消失。受其环境污染特性的限制，未来镉在传统产业的消费占比进一步降低。尽管在战略新兴产业存在一定消费增长趋势，但其未来发展趋势仍受多种因素影响。在未来一段时间内，可能无法显著影响镉在传统产业的消费地位。

3）全球参与镉贸易的国家呈下降趋势，镉贸易网络国家之间贸易相对低迷，但处于网络中的贸易量相对增加，主要出口国家和进口国家的集中度高。贸易地位由比利时、法国、中国、德国等国家主导逐渐转变为由中国、韩国、日本、印度等亚洲国家主导。从出口角度看，韩国、加拿大、日本、中国、澳大利亚等是近年来主要的镉出口国。从进口角度看，随着欧盟的镉消费减少，印度、中国、比利时、瑞典、韩国成为近年来重要的镉进口国。印度作为新兴的镉贸易国，将对全球镉贸易格局产生重要影响。