（材料学专业论文）中国主要有色金属循环及价值分析.pdf

摘要 摘要 随着社会的高速发展，人们越来越深刻认识到经济发展、自然环境与人类自 身发展之间协调的重要性。为达到社会可持续发展目标，必须对人类发展基石的 材料的循环及其经济效能进行研究，为决策者制定相关政策时提供技术支持和理 论依据。有色金属材料是国民生活和国家安全的重要基础材料，现代高新技术的 发展更离不开有色金属材料的支撑。有色金属生产量和消费量与g d p 的线性相 关系数很高，所以其循环利用的价值量也最大。 本论文主要是开展有色金属强度与效率分析，铜、铝、铅、锌四大有色金属 循环现状及其价值分析。首先，运用物质流分析方法对有色金属总体状况进行了 分析。分析出我国有色金属行业从1 9 9 3 年到2 0 0 3 年中的输入输出量变化趋势。 以有色金属总体情况为基础，又分别进行了有色金属单位产量的输入输出分析、 强度与效率分析。值得指出的是，1 0 年中我国有色金属行业单位万元产值能源 消耗量和排放量总体趋势均为下降，说明我国有色金属生产效率大幅度提高，对 环境造成的单位负荷逐年降低。 紧接着本论文以2 0 0 3 年铜、铝、铅、锌各项经济与技术指标为依据，计算 出了生产这四大有色金属所消耗的能源、非生物资源物质总输入量以及带来的生 态包袱等；并计算出了当年的再生循环量生态包袱削减量和污染物削减量；循环 量带来的直接经济价值，四大有色金属再生循环的直接经济价值量占各行业价值 量的比重；并且通过环境经济学模型，计算出了该年再生循环量的连带经济价值 和再生循环价值量占有色金属总价值量的比重。 最后依据四倍、十倍跃进模式和我国“十一五”规划和中长远规划，计算得出 了我国再生铜、铝、铅、锌分别需要循环的次数。为达到四倍因子理论要求，铜、 铝、铅、锌分别要循环1 4 8 次、1 7 0 次、1 4 7 次和1 6 2 次：依据十倍因子理论 要求，铜、铝、铅、锌分别要循环5 9 2 次、6 8 0 次、5 8 8 次和6 4 7 次；依据我 国十一五”规划和中长远规划所提出的要求，2 0 1 0 年我国铜、铝、铅、锌循环次 数分别为1 5 7 、1 9 6 、2 3 7 和1 0 5 6 次。2 0 2 0 年我国铜、铝、铅、锌循环次数分 别为5 0 l 、6 7 6 、6 8 7 和3 1 5 0 次。 为了减少有色金属生产过程中带来的生态包袱，降低资源和能源的投入量， 北京工业大学工学硕士学位论文 应该提高有色金属的循环利用次数，但循环次数过高，又会带来杂质分离和杂质 无害化处理等相关问题，因此除了要适当提高循环再生次数外，还要延长材料的 使用寿命。通过开展和不断加深对再生循环技术、元素无害化添加技术以及材料 的长寿命设计等新技术的研究，使材料循环技术更加完善，使材料的使用寿命延 长，从而达到减少资源、能源的消耗，降低污染排放，进一步改善环境、减少环 境负荷的目的。 关键词有色金属：输入输出分析；再生循环量；生态包袱；价值 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i e t y ，p e o p l em o r ea n dm o r ep r o f o u n d l yr e a l i z e t h a tt h e i m p o r t a n c e o f c o o p e r a t i o n锄o n g e c o n o m i c d e v e l o p m e n t ， n a t u r a i e n v i r o n m e ma 1 1 dh u m a nb e i n gd e v e l o p m e m t bo b t a i nt h et a r g e to fs u s t a i ns o c i e t y ， w em u s tr e s e a r c ht h er e c y c l i n ga i l dv a l u eo fm a t e r i mw h i c hi s 也eb a s eo fh 1 i t l a l l b e i n gd e v e l o p m e n t i ta l s oc o u l dg u i d eg o v e m o ro r p o l i c ym a k e rt o m a k eu p r e a s o n a b l ec h o i c eo r p o l i c i e s f o rs u s t a i nd e v e l o p m e n to fs o c i e t y m o d e mn e w t e c h n 0 1 0 9 yi sf i n n l yr e l a t e dt ot 1 1 en o n f e r r o u sm e t a l s t h eo u t p u ta 1 1 dc o n s u m p t i o no f n o n f e r r o u sm e t a l sh a v ea h i 曲c o r r e l a t i v ec o e m c i e n t 、v i t hg dp ，s oi t sr e c y c l i n gv a l u e i sv e r yr e m a r k 出l e t h i st h e s i si sm a i nt od ot h er e s e a r c ho fa n a l y s i sa b o u tn o n f e r r o u sm e t a i s i n t e n s i t ya i l de f f i c i e n c y ，a n da n a l y s i sa b o u tt h er e c y c l i n gs t a t l l sa i l d 也ev a l u eo f c o p p e r ，a l u m i n i u m ，l e a d ，z i n c a n a l y s i n gt h ec h a l l g e a b l et r e n do fi n p u ta 工l do u t p u to f n o n f b 玎o u sm e t a l si n d u s 酊疗o m1 9 9 3t o2 0 0 3i nc h i n a b a s e do nm et o t a ls t a t u so f n o n f e r r o u sm e t a l s ，w ea n a l y s et h ei n p u ta n do u t p u tp e rq u a n t i t yi n t e n s i t ya n d e f f i c i e n c yo fn o n f e h o u sm e t a l s w en e e dt op o i mo u tt h a tt h ee n e 唱yc o n s u m p t i o n a n de m i s s i o np e rr m bo f n o n f e r r o u sm e t a l si n d u s t r yi nc h i n ad 1 1 r i n gr e c e n tl oy e a r s a r er e d u c e d i ti 1 1 u m i n a t e st h a tt h ee m c i e n c yo fp r o d u c i n gn o n - f b r r o u sm e t a l si s o b v i o u s l yi n c r e a s e di nc h i n a ，a n dt h ei n d u s t r ym a k e s1 i 曲t l ye n v i r o n m e n t a lb u r d e n t h e n ，w ea c c o r d i n ga se a c ht e c h n i c a la n de c o n o m i cd a t ao fc o p p e r ，a l u m i n i u m ， l e a d ，z i n ci n2 0 0 3t 0c a l c u l a t et h ee n e r g yc o n s u m p t i o n ，t o t a li n p u to fa b i o t i cm a t e r i a l a 1 1 d e c o i o g i c a lm c k s a c ko fm em a i nn o n - f e r r o u sm e t a l s w ea l s o c a l c u l a t et h e r e d u c i n gv o l u m eo fe c o l o g i c a ln l c k s a c kw h e nt h en o n f 宅r r o u sm e t a l sa r er e c y c l e d ，m e r e d u c i n gv o l 眦eo fp o l l u t i o na l l dt h ed i r e c tv a l u et l l r o u 曲r e c y c l i n g w es t u d yt h e p r o p o r t i o no fd i r e c tv a l u em r o u g hr e c y c l i n gt ot h eg m s sv a l u eo f e a c hi n d u s t r i e s a n d w ec a l c u l a t em ei n d i r e c tv a l u et h r o u 曲r e c y c l i n gt h r o u 曲e n v i r o 啪e n t a le c o n o m i c s m o d e l sa i l di t sp r o p o r t i o nt ot h eg r o s sv a l u eo f n o n f e r r o u sm e t a l si n d u s t u f i n a l ly w ec a l c u l a t et h er e c y c l i n gt i m e so fc o p p e r ，a l u m i n i 啪，l e a da n dz i n c u s e db yf a c t o r4 ，f a c t o r1 0 ，m e “e l e v e n t h - f i v ey 色a r s ”p r o 酽猢i n ga 1 1 d2 0 2 0 t t t 北京丁业大学t 学硕士学位论文 p r o g r 锄m i n gi nc h i n a t ba c h i e v et h eg o a lo f t h et h e o r yo ff a c t o r4 ，w es h o u l dm a k e c o p p e r ，a l u m i n i u m ，l e a da n dz i r l cr e c y c l e d1 4 8 ，1 7 0 ，1 4 7a n d1 6 2t i m e s ；t og e tt h e g o a lo ft h et h e o r yo ff a c t o r1 0 ，w es h o u l dm a k ec o p p e r ，a l u m i n i u m ，l e a d a 1 1 dz i n c r e c y c l e d5 9 2 ，6 8 0 ，5 8 8a n d6 4 7t i m e s ；t oo b t a i nt h et a r g e to fm e “e l e v e n t h f i v e y 色a r s p r o 昏a m m i n ga n d2 0 2 0p r o g r a m m i n w es h o u l dm a k ec o p p e r a l u m i n i u m ， l e a da n dz i n cr e c y c l e d1 5 7 ，1 9 6 ，23 7 ，1 05 9t i m e sa n d5 0 1 ，6 7 6 ，6 8 7 ，3 1 5 0t i m e s t or e d u c et h ee c o i o g i c a lr u c k s a c kt h r o u 啦p r o d u c i n gt h en o n f e r r o u sm e t “sa n d d e c r e a s et h eo u t p u to f r e s o w c e sa n de n e r g y ，w es h o u l di m p r o v et h er e c y d i n gt 王m e so f n o n f e r r o u sm e t a l s b u te x o r b i t a l l tr e c y c l i n gt i m e sw i l lb r i n gs o m ei n t e r r e l a t e d p m b i e m ss u c ha st h et e c h n o l o g yo fs e p a r a t i n gi m p u r i t i e sa n dt r e a t m e n to fi r 印1 1 r m e s i i l i l o c u i t v s ow en e e dt oe x t e n dt h el i f eo fm a t e r i mb e s i d e si n c r e a s i n gm er e c y d i n g t i m e s t bc o n s u m m a t em er e c y c l i n gt e c h n o l o g ya i l de x t e n dt l l em a t e r i a ll i f e ，w e s h o u l dd od e e p l yr e s e a r c ho fr e c y c l i n gt e c h n 0 1 0 9 y ，t e c h n o l o g yo fe l e m e n t s i i l l l o c u i t y a c c e s s i o n ，d e s i g nt h e1 0 n g1 i f em a t e r i a la i l ds oo n s o 廿l a tw ec o u l d o b t a i nm eg o a l so f d e c r e a s i n g t h e c o n s u m p t i o no fr c s o u r c e sa n de n e 唱y ， r e d u c i n g 也e p o l l u t i o n ， i m p r o v i n gt h ee n v i r o n m e ma 1 1 dc u t t i n gd o w n t h ee n v i r o m e n t a lb u r d e n k e yw o r d s n o n f e r r o u sm e t a l s ；a n a i y s i so fi n p u ta 1 1 do u t p u t ；r e c y c l i n g ；e c 0 1 0 9 i c a l r u c k s a c k ：v a l u e i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：叠选日期：碰竺：! ! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名： 蓥盎 导师签名 日期：型：! ：塑虹 第1 童绪论 第1 章绪论 1 1 引言 有色金属工业足国家重要的原材料工业，它的发展可以有效地推动冶金、军 工、国防、航空航大、建筑、机械、电子、农业等相关部门的发展，有色金属材 判是国民经济、人民生活及国防上业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要 的战略物资，它不仅作为功能材料而且也作为结构材料渗入到了生产和生活的各 个领域。一个国家有色金属的消费水平已成为衡量该国社会进步的重要标志。尤 其是产量占有色金属总产量9 0 以上的铜、锱、铅、锌的需求更大，铜、铝、铅 、锌等主要有色金属牛产量和消费量与g d p 的线性相关系数均超过了09 峨 12 中国材料工业概况 至2 0 0 3 年，生铁、钢、水泥、平板玻璃、化学纤维以及铝、锌、铅、钨、 铝、稀土等年产量均跃居世界首位吐如表1 t 所示 3 q ，我国已成为基础原材料 生产大国。 表1 12 0 0 3 年我国主要原材料产量与世界排名 1 铀l el 一1o u 七p u t sa n do r d e n n g si nm ew o r do f t h em a j nr a wm 硝e r i a l si nc h j n a 进入2 l 世纪，我国每年进入经济循环的直接物质投入量和直接物质消耗量 进入2 1 世纪，我国每年进入经济循环的直接物质投入量和直接物质消耗量 北京工业大学工学硕士学位论文 均已超过6 0 亿吨【5 】。由于国民经济持续稳定的发展，在今后较长的时间内，我 国对原材料的需求还将继续保持增长趋势。 作为世界上第二大能源生产国和能源消费国，2 0 0 3 年我国能源生产总量和 消费总量均超过1 6 亿吨标准煤 3 。钢铁冶金和有色金属工业大都是以品位很低 的矿产资源为对象进行提取和生产，2 0 0 3 年生产耗能占全国能源消费总量的 1 5 【6 j 。整个建材产业也以矿产资源为原料，2 0 0 3 年生产能耗占全国能源消费总 量的7 9 】。由表1 2 所列出我国8 种主要原材料工业的能源消耗 6 】2 0 0 3 年 我国材料产业的能耗高达5 l4 9 6 万吨标煤，占当年工业总能耗的4 3 ，其中黑 色金属冶炼，主要是钢铁冶炼，所消耗的能源占整个工业能耗的l 5 ；其次是非 金属矿物制造，如水泥、瓷砖等，能源消耗超过工业总能耗的1 1 0 。 表1 22 0 0 3 年我国主要原材料工业的能源消耗 t 曲1 el 一2 e n e r g yc o n s u m p t i o no f m a i nr a wm a t e r i a l si n d u s t r i e so f c h i n a 我国材料产业的高能耗主要是因为设备陈旧、生产工艺落后、科技含量低和 产业结构不合理而造成的。高能耗不仅消耗了大量的资源，而且增加成本，造成 经济效益低下。表1 3 列出2 0 0 3 年我国与日本吨钢可比能耗、水泥综合能耗和 乙烯综合能耗的比较情况1 ”。能够看出，我国材料产业与世界水平的差距依然比 较明显。 第1 章绪论 表1 32 0 0 3 年中日典型原材料产业单位产品能耗的比较 t 拍l e1 3 c o m p a r i s o no f e n e 喀yc o n s u m p t i o no f r a wm a 七e r i a l sb e t w e e nc h i n aa n dj a p a n 尽管我国矿产资源的总量还比较丰富，但长期的过度甚至掠夺式开发，资源 短缺、某些资源枯竭已成现实。在1 4 种最重要能源和金属矿产中，除煤和锑外， 我国的人均占有量都低于世界平均水平，人均占有量不及美国的1 ，1 0 【9 j 。现阶段， 我国4 5 种主要矿产的探明储量已有相当部分不能满足经济发展的需求，而到 2 0 2 0 年，资源保证程度就更低，特别是绝对需求量大的石油、铁、铜、铝、硫、 磷等重要矿产。在我国现已探明的4 5 种主要矿产资源中，目前可以保证需求的 有2 9 种；到2 0 l o 年将下降到2 4 种；而到2 0 2 0 年则仅有6 种【” 1 “。但直至今日， 全国范围内对矿产资源进行掠夺式开采、乱采乱挖的现象并没有得到有效的遏 制。由于资金、技术、管理等原因，我国自然资源不合理开发和利用的问题相当 严重，共生、伴生矿产资源的利用只占总量的1 3 ，综合回收率不到2 0 【1 3 1 ”。 这不仅进一步加剧了资源的短缺，对环境的污染与破坏也与日俱增。 2 0 0 3 年，我国黑色金属冶炼及压延加工业排放的废气和废水分别占到全国工 业总排放量的1 7 o 和8 4 ；而有色金属工业产生的以尾矿和废渣为主的工业 固体废物超过30 0 0 万吨，年贮存量超过l0 0 0 万吨m 1 ，其生产过程中排放的二 氧化硫、氟化氢、砷等废气，则是有毒废气的主要源头之一。2 0 0 3 年全国水泥 工业粉尘年排放量高达4 6 0 万吨，是整个工业粉尘排放的最主要来源。表1 4 列 出2 0 0 3 年我国8 种主要原材料工业的废物排放统计数据f 1 4 】。由表可知，以当年 工业废物排放总量为基础，这8 种主要原材料工业的废物排放分别占工业废水和 废气排放量的1 7 7 和4 4 7 ，占固体废弃物堆放总量的1 3 5 。 如上分析，我国与发达国家相比，在开发利用的技术水平、广度和深度及资 源效益、经济效应和环境效应上，都有相当大的差距。从总体上说，我国经济的 快速增长在很大程度上仍然是依靠物质资源的高消耗来实现的，没有从根本上改 变“高投入、高消耗、高排放、不协调、难循环、低效率”的粗放式增长方式。 北京工业大学工学硕十学位论文 表1 42 0 0 3 年我国主要原材料工业污染物排放情况 t h b l el 一4 i n d u s t r i a lp 0 1 1 u t a n t so f m a t e n a l sj n d u s t r i e so f c h j n ai n2 0 0 3 从有色金属产业来看，我国有色金属工业主要产品产量逐年增加，1 9 8 0 年 为1 2 4 9 7 万吨，1 9 8 5 年为1 5 5 7 7 万吨，1 9 9 0 年为2 3 9 3 2 万吨，1 9 9 5 年为4 9 6 6 2 万吨，2 0 0 0 年为7 8 3 8 1 万吨，2 0 0 1 年为8 8 3 7 1 万吨，2 0 0 2 年为1 0 1 2 0 0 万吨。 从1 9 8 0 年到2 0 0 3 年这2 3 年间，有色金属主要产品产量增长了近1 0 倍【1 6 1 。同时 有色金属冶炼所排放的“三废”量，也逐年增加，仅以工业废气为例，1 9 9 8 年产 生的工业废气为7 4 0 9 亿立方米，1 9 9 9 年为8 0 3 6 亿立方米，2 0 0 0 年为8 5 3 3 亿立 方米，2 0 0 1 年为9 9 5 8 亿立方米 1 7 】。从世界水平来看，有色金属所带来的环境生 态包袱也相当的大，比如：每吨铝生产所造成的资源直接和间接消费总和为3 3 8 吨，资源效率仅仅为2 9 6 ，即3 4 吨原料才能生产1 吨铝，剩余的3 3 吨作为废 物被排放到环境中，造成了沉重的环境负担。 2 0 0 3 年全国有色金属工业规模以上企业实现现价工业总产值3 6 0 3 4 亿元， 比上年增长3 0 9 4 】，实现利税大幅度增长，规模以上有色金属工业企业实现利 税2 8 7 9 亿元，同比增长5 4 。同年，我国的国内生产总值为1 1 7 2 5 1 9 亿元，比 上年增长1 1 4 9 【3 】，其增长率低于我国有色金属工业，由此可见，我国的有色金 属工业并未为我国的g d p 增长做出应有的贡献。而我国有色金属材料产业究竟 为我国g d p ，乃至世界的g d p 贡献了多少价值，在我国并为见到相关的专门研 究或报道。 第1 章绪论 由于有色金属行业的这样一种状况：生产效率不高、资源利用率低、留给环 境的生态包袱大，所以我们要将资源循环再利用，这样不仅可以改善上述情况， 而且可以使有色金属产业的经济效益提高。比如：近几年全世界铝的年消费量为 2 5 0 0 万吨，其中原铝为1 9 0 0 万吨，再生铝为6 0 0 万吨，再生铝占铝消费量的2 4 。 再生铝的应用，减少了自然资源的开采量，相对延长了矿物开采年限，节约了矿 物资源。以铝土矿为原料生产1 吨铝锭，约需耗电1 5 万k w h ，电力消耗约占铝 锭生产成本的l 3 。以废铝为原料，生产再生铝的能耗，仅为原铝生产能耗的3 5 。节约电能达9 5 9 7 。另外，废铝冶炼再生铝的设备成本只是通常炼铝 设备的1 1 0 ，节约了大量的制造材料和矿产原料，降低了投资成本，也节约了设 备制造过程中的能耗。铝由于其回收节能效果甚佳，与最具有回收再生利用价值 的工程金属和钢铁等金属材料相比，可以多次回收再生、反复使用、多次节约能 源。废铝的再生利用可大大减少c 0 2 气体排放量，用废铝冶炼再生铝，可比用 水电生产原铝减少c 0 2 气体排放量的9 1 以上。比用燃油发电、电解生产原铝 减少c 0 2 气体排放量的9 7 以上。另外，铝的废弃物品如果不回收利用，其本 身也有碍于环境保护。世界各国都在努力促进废铝的回收利用，减少废品对环境 的污染。9 0 年代以后，废铝回收的意义已普遍为社会各方面接受n 针。 所以对于有色金属产业带来的环境包袱、再生循环技术、再生循环价值等一 系列问题的研究，有很现实的意义。为此国内外学者开展了相关的研究，研究的 重点主要放在物质的循环利用，建立完善的法规条例，减少物质的输入，提高物 质的使用效率和循环次数，最大限度的减少排放到环境中的废弃物，最终建立整 个社会的物质大循环。其中虽然也有有色金属的研究，但只是个别有色金属，如 铝等的分析，并没有将有色金属行业整体的再生循环进行研究，也较少的将有色 金属整体循环从金属循环甚至是材料循环分离出来，进行独立的探讨和分析。 1 3 国内外研究进展 为解决这种“高投入、高消耗、高排放、低效率”的传统经济模式给生态环境 带来越来越严重的负担，各界学者开始探索一种能合理利用自然资源和环境容 量，可以充分考虑到自然界承载能力和净化能力的经济模式。以低投入、高利用 和废弃物的低排放甚至零排放为特点的循环经济的出现，能有效的解决可持续发 展的两大障碍环境污染和资源短缺。循环经济倡导一种建立在物质不断循环 北京工业大学工学硕士学位论文 利用基础上的经济发展模式，使得整个经济系统以及生产和消费的过程基本上不 产生或者只产生很少的废弃物。物质循环做的比较完善的国家有德国、日本等。 1 3 1 德国循环状况 德国是最早进行循环经济立法的国家，这些立法措施极大地推动了德国循环 经济的发展。根据德国联邦统计局的统计数据，1 9 9 3 年生产过程中产生的废物 为7 7 0 0 万吨，约占全部废物的2 3 。全部废物量比1 9 9 0 年减少了1 0 ( 从3 7 4 亿吨降至3 3 7 4 亿吨) ，利用率从2 0 提高到2 5 ；生产过程中产生的废物减少 2 0 ，利用率达到6 0 6 ( 1 9 9 0 年仅为4 5 8 ) ：垃圾利用率从1 3 8 提高到 2 9 8 19 1 。自颁布实施循环经济和废弃物处置法以来，废弃物的循环利用率 在2 0 世纪9 0 年代初2 5 的基础上，又有了明显提高，其中家庭废弃物循环利用 率1 9 9 6 年约为3 5 ，1 9 9 7 年约为4 1 ，1 9 9 8 年约为4 3 ，2 0 0 0 年已达到4 9 。 2 0 0 0 年生化废弃物循环利用律估计已达到约7 0 【2 0 】。 据d s d 公司统计，德国一年产生的固体废弃物总量约为4 亿吨( 包括工业、 建筑、矿山、生活垃圾) ，其中在生活居民区产生的生活垃圾4 0 0 0 万吨，可回收 再利用的约为1 1 6 0 万吨。德国法规规定对各类包装废气物回收利用率从6 0 到 7 5 ，由于d s d 公司的卓越运作，2 0 0 1 年各类包装废弃物回收利用指标均超过 法规规定完成的要求，如：对于铝质包装物的回收，法规要求回收率达到6 0 ， 实际回收利用率高达1 0 5 ：对于塑料包装物的回收，法规要求回收率达到6 0 ， 实际回收利用率达到8 7 ；对于纸类包装物的回收，法规要求回收率达到7 0 ， 实际回收利用率高达1 6 6 ；对于马口铁包装物的回收，法规要求回收率达到 7 0 ，实际回收利用率高达11 4 。欧盟的回收率的平均水平为8 2 2 2 1 ，可见 德国在欧洲处于领先水平。目前废弃物处理已成为德国经济中的一个重要产业， 每年营业额约4 1 0 亿欧元，创造了约二十多万个就业机会【2 3 1 。 1 3 2 日本循环状况 目前日本的循环经济立法是世界上最完备的，这也保证日本成为了资源循环 利用率最高的国家。据日本清洁中心资料显示，2 0 0 0 年各类废弃物循环利用量 为1 9 2 亿吨，循环利用率约为4 2 ，其中一般废弃物循环利用量为8 0 0 万吨， 产业废弃物循环利用量为1 8 1 亿吨，循环利用率分别为1 5 和4 5 ；各类废弃 物堆存或焚烧2 1 亿吨，约占4 6 ；填埋o 5 6 亿吨，约占1 2 。 第l 章绪论 2 0 0 0 2 0 0 1 年度日本各类废弃物循环利用率分别为：铝易拉罐再生资源利 用率为8 0 6 ，钢易拉罐再生利用率为8 4 2 ，废纸利用率为5 7 3 ，废碎玻璃 利用率为7 7 8 ，空调再商品化率为7 8 o ，电视机再商品化率为7 3 o ，镍氢 电池再资源化率为6 9 o ，台式主机再资源化率为7 8 5 ，建筑废弃物利用率为 8 5 0 。 日本的铝再生锭行业历史较悠久，近1 0 年来，年产量维持在1 1 5 万1 2 5 万吨，大致相当于日本国内总需求的3 0 。利用铝合金的下游产业主要是压铸件 生产业及汽车生产业，比例过半。2 0 0 2 年日本用于铸件及压铸件铝锭的总量约 1 5 0 万吨，7 5 使用了再生铝锭1 2 4 】。2 0 0 3 年日本回收率量达1 4 0 万吨，利用废铝 生产再生铝与从铝矿石生产相比，前者耗用能源只是后者的1 3 0 。该年回收的废 料中，废铜约为7 4 3 万吨，铜合金废料约为9 2 万吨，合计约1 6 0 万1 7 0 万吨。 对此再次利用，制造电线1 9 3 万吨，铜加工1 0 6 万吨，精练1 5 万吨f 2 5 】。 1 3 3 其他国家循环状况 美国是一个环保主义流行的国家，不仅重视对废品和垃圾进行处理和加工， 使其成为再生资源，而且十分重视循环消费。美国的再生铝产量已经达到了2 0 0 万吨 2 6 】。将循环理念贯彻执行比较好的，是世界化学制造业的龙头老大杜邦化学 公司，其创造性的把3 r 原则发展成为与化学工业实际相结合的“3 r 制造法”，以 达到少排放甚至零排放的环境保护目标 2 7 。 据丹麦环保部提供的资料和介绍，2 0 0 2 年丹麦全国各类废弃物排放总量约 1 3 0 0 万吨，其中工业废弃物、建筑废弃物和市政及生活垃圾大体各占1 3 。而循 环利用量达到了8 3 0 万吨，占处理废弃物总量的6 4 ：作为能源焚烧利用的废弃 物达3 4 0 万吨，占处理废弃物总量的2 6 【2 8 】。丹麦的卡伦堡生态园区是世界上 最早和目前国际上运行最为成功的生态工业园，截止到2 0 0 0 年已有5 家大企业 与十余家小型企业通过废物联系在一起，形成一个举世瞩目的工业共生系统【2 9 】。 在法国8 5 的包装废弃物得到循环使用po 】；荷兰的废弃物循环使用率达到 6 0 【3 l 】；在奥地利8 0 回收包装材料必须进行再循环处理或再利用【3 2 】。 1 3 4 中国循环情况 循环经济在我国学术界已受到较为广泛的关注，引起有关部门和企业界的一 些重视，已开展了某些试点和研究。如北京工业大学的左铁镛院士，人大常委会 北京工业大学工学硕士学位论文 环境资源委员会主任毛如柏同志等，都对循环经济的问题进行了研究和探讨。 9 0 年代末以来，我国在借鉴发达国家发展循环经济经验的基础上，结合实际 情况，进行了理论的探索和实践的尝试。在国家环保总局的指导下，不同的地区 和行业进行了生态工业、循环经济示范区建设的试点。通过试点，探索适合中国 国情的发展循环经济的道路，为在更大的范围内全面推行循环经济模式奠定了良 好的基础。同时，通过立法促进循环经济的发展。1 9 9 5 年我国颁布的固体废物 污染防治法，2 0 0 2 年我国颁布了清洁生产促进法，展开了对循环经济法的 实践探索刚。 无论从循环经济的理论还是实践来看，我国都还处于起步阶段，缺乏进行应 用实施的具体推动措施，与之相关的法律法规还远未形成体系。 从有色金属行业来看，有色金属工业是资源型产业，是发展和实施循环经济 中最重要最关键的环节之一。资源( 含水源、土矿产和能源等) 开发、利用的节 约，将为社会带来巨大的物质财富，确保可持续发展的顺利实施，既能造福我们 现在的社会又能为我们的子孙后代的发展，留下充足的财富和生活的空间。就目 前而言，我国离节约型社会还相差甚远。例如：在有色金属企业中，单位产品能 耗，我国为o ，6 0 6 吨标煤，而先进国家为o 5 0 吨标煤，多耗1 2 1 2 。在冶炼企 业中，铅冶炼能耗比国外高出8 4 2 0 ，锌冶炼也高出3 3 4 0 3 9 9 0 。如果按每 万美元g d p 有色金属消耗量进行对比，则差距更大，见表1 5 【3 “。 表1 5 每万美元g d p 有色金属消耗量对比 t 曲l e l - 5 c o m p a r j s o no f c o n s u m p t i o no f n o n - f e r r o u sm e t a l sp e rg d p 从上表每万美元g d p 所消耗的有色金属数量可以明显看出，日本和美国在 发展经济的同时，在资源的节约方面，在资源的利用率方面，都是做得最好的， 有色金属消耗量是最低的。而我国与发展中国家的巴西、墨西哥和印度相比，资 源的消耗量也是他们的好几倍，远远地落后于他们。如果不抓紧进行研究，不严 加控制和调整，那么随着我国经济进一步的发展，有色金属消耗量将是难以满足 的，可持续发展也就形同纸上谈兵d 。 第l 章绪论 所以计算我国生产有色金属材料所带来的环境包袱、再生循环价值等，有一 定的意义。国外的学者并没有将其分离出来，进行独立的研究，而国内的一些学 者，如东北大学的陆钟武院士研究的黑色金属的循环问题，因此我们研究我国国 民经济的主要贡献部门有色金属材料的循环，尤其是铜、铝、铅、锌这四种 主要的有色金属材料的循环及价值分析，对于我们更好的从整体上把握我国有色 金属材料的发展趋势，再生循环带来的经济效益等一系列问题有一定的帮助，并 且为实现可持续发展的近、中期目标提供科学依据。 1 4 研究方法综述 研究有色金属总体状况及再生循环所要运用的方法有很多，如：物质流分析 方法、强度与效率分析方法、单位输入与输出分析方法、四倍因子理论、八倍因 子理论、十倍因子理论、可持续发展理论、环境经济学、环境污染经济损失分析 方法、工业污染经济学等。本论文主要运用了物质流分析方法、强度与效率分析 方法、单位输入与输出分析方法、四倍因子理论、十倍因子理论、可持续发展理 论、环境经济学、工业污染经济学。 1 4 1 物质流分析、强度与效率分析方法 物质的循环利用作为社会的可持续发展的基础之一，得到了世界范围的广泛 关注，如何衡量一个行业的可持续发展水平，选取什么指标以及建立怎样的指标 体系来评估可持续发展的状态和进程，是可持续发展理论与方法研究的一项重要 课题【3 6 。到目前为止，有关国际组织、各国政府和科研记过都在这方面进行了深 入的研究，对建立可持续发展指标体系提出了许多方案。其中，物质流指标及其 分析方法，为可持续发展研究提供了一种新颖而简洁的思维方式与研究手段，具 有重要的借鉴价值【” 。本论文采用物质流分析方法就我国有色金属总体情况进行 分析。 由于经济环境系统是一个多相的非线性系统，其行为很难预测，因此， 穷其变化的结果( 如自然资本的当前存量) 和机理( 如影响自然资本存量变化的 因素) 的研究是挂一漏万的。人类避免这个系统的功能迅速退化的办法之一是减 少经济子系统动用自然物质的数量。初步估计表明，目前人类每年搬运的物质总 量已超过自然过程搬运物质的总量，这种对自然界进化过程的快速扰动，必将会 产生对经济环境系统短期的或长期的负面效应，从而危及人类的生存和可持 北京工业大学工学硕士学位论文 续发展。因此，可以利用进入经济子系统的物质流作为环境压力和可持续发展程 度的一种示踪指标 3 ”。这种指标采用物理量作为单位，弥补了使用某种货币单位 不易进行不同地区或行业和不同时期可持续性比较的缺陷，使可持续性度量建立 在自然科学分析的基础上。物质通过经济系统的流动包括输入量、输出量和储存 量3 个部分。根据质量守恒定律，一定时期内经济系统的物质输入量应等于物质 输出量与储存量之和。在储存量变化不大的情况下，物质输入量越大，则废物产 生量就越多，用于废物处理的物质( 能量) 消耗相应增加；物质输入量越小，则 废物产生量就越少，用于废物处理的物质( 能量) 消耗则相应减少。可见，物质 输入量是衡量经济性同运行可持续性的基本指标，用它可以定量的确定一个区域 或行业在不同阶段的可持续发展目标。 所以物质流分析的基本思想是，人类活动所产生的环境影响在很大程度上取 决于进入经济系统的自然资源和物质的数量与质量，以及从环境系统排入环境的 资源和废弃物质的数量与质量。前者产生对环境的扰动，引起环境的退化；后者 则引起环境的污染口9 】。它从实物的质量出发，通过追踪人类对自然环境和物质的 开发、利用与遗弃过程，研究可持续发展问题，即通过对自然资源和物质的开采、 生产、转移、消耗、循环、废弃等过程的分析，揭示物质在某一区域或行业内的 流动特征和转化效率，找出环境压力的直接来源，作为评价该区域或行业发展的 可持续性指标，进而提出相应的减少环境压力的解决方案，为实现可持续发展的 近、中期目标提供科学依据4 ”。 强度与效率分析方法分别指的是计算单位人口的物质输入与输出分析；计算 单位万元产值的物质输入与输出量分析。单位产量输入与输出分析指的是基于产 量( 吨) 的计算。单位输入与输出分析可以表现物质利用状况和产出情况。 1 4 2 四倍因子与十倍因子理论 物质流分析研究资源效率和环境影响具有代表性的理论是四倍因子、八倍因 子、十倍因子理论。 四倍因子理论( f a c t o r4 + ) 是德国w u p p e n a l 研究所的所长w e i z s a e c k e r 教授 首先提出来的。1 9 9 0 年代以来，占全世界总人口2 0 的发达国家人口，每年消 耗全世界8 0 以上的能源和资源，而其他8 0 的人每年消耗的能源和资源还不 到世界总消耗量的2 0 。为了既保持已有的高质量的生活，又努力消除贫富之 第】章绪论 间的差异，w j i z s a c c k e r 教授根据计算得出，若能采取技术措施，将现有的资源 和能源效率提高4 倍，就有可能达到上述的目标。这就是四倍因子理论提出的依 据。因此，最初建立的四倍因子理论主要是针对消除社会的贫富悬殊，实现各国 间健康、平等发展的一种技术目标。 经过努力和发展，w e i z s a e c k e r 教授将四倍因子理论实现科学化。1 9 9 5 年， 其专著4 倍因子：半份消耗，倍数产出出版，使该理论有了明确的科学含义， 书中列举了许多提高4 倍以上效率的事例。其宗旨是在社会经济和生产活动中， 通过采取各种技术措施，将能源消耗、资源消耗降低一半，同时将生产效率提高 一倍，即在同样能源消耗和资源消耗的水平上，得到了4 倍的产出【4 “。 八倍因子理论是根据东京大学山本良一教授对全球环境影响问题进行的材 料流分析得出的。依据物质流分析，2 0 0 0 年全人类已超过可持续发展水准( s ) 的 4 0 ，1 2 亿发达国家人口的人均环境影响( b ) 是4 8 亿发展中国家人口的人均环境 影响( a ) 的1 6 倍( 2 0 的人口消耗8 0 ) ，预计发展中国家人口到2 0 5 0 年净增3 0 亿，为了保持2 0 5 0 年可持续发展的世界人均环境影响( c ) 应该： 4 8 1 0 8 a + 1 2 x 1 0 8 b = 1 4 s( 1 1 ) 7 8 1 0 8 c + 1 2 1 0 8 c = s( 1 2 ) 由式( 1 1 ) 和( 1 2 ) 计算可得： c a z 2 ， 而： c b z1 8 ； 即为了保证全球可持续发展，发达国家目前的人均资源效率须提高8 倍。这 就是八倍因子理论的核心【4 3 。 十倍因子理论( f a c t o r1 0 ) 是由德国s c h m i d t b 1 e e k 教授率先提出的，他是 w u p p e r t a l 研究所的副所长，极力推进材料流的研究。十倍因子的概念与环境保 护直接相关，在4 倍因子理论的基础上，十倍因子理论认为，为了保持现有的生 态环境水