钢铁工业循环经济发展模式研究

马迁利

（北京服装学院商学院，北京100029）

钢铁工业循环经济发展模式研究

马迁利

（北京服装学院商学院，北京100029）

面对资源和环境的双重约束，传统钢铁制造业应向生态化转型，将其高投入、高消耗、高排放的线性模式转变为循环经济发展模式。利用循环经济中的工业共生原理，探讨了钢铁产业实现循环经济发展模式的可行性，并分析了其产生的经济和生态效益。

钢铁；工业共生原理；循环经济

改革开放后，借助于30多年经济的高速发展，我国的钢铁产业实现了快速成长，由20世纪的五六十年代的依靠土法炼铁，一跃到今天全球最大产钢国和耗钢国。近年来，由于我国的资源环境问题日益突出，作为传统高投入、高污染、高能耗的典型性代表产业，国内钢铁工业也面临着资源和环境的双重压力。而循环经济中的工业共生理论，对促进我国钢铁工业的可持续发展具有重要指导意义。

1 工业共生与循环经济模式构建

1.1工业共生的内涵和本质

在生态学中，共生是一种常见现象，是指两种不同生物之间所形成的紧密互利关系，是生物之间相互关系的高度发展（图1）。在共生关系中，一方为另一方提供有利于生存的帮助，同时也获得对方的帮助，称之为互利共生；如对其中一方有益，对另一方没有影响，称之为偏利共生；共生的结果是给共生的物种带来惊人的好处。

图1 生物共生关系模型

受生物界中共生现象的启示，在20世纪80年代末，一些学者开始研究工业系统中存在的共生关系，并将工业共生定义为一种工业组织形式。在其中某一生产过程的废物可以用作另一生产过程的原料，从而最高效地利用资源和最大限度地减少工业废物[1]。显然，工业共生的本质就是模仿自然生态系统物质循环方式，使不同企业之间形成共享资源和互换副产品的产业共生组合，使上游生产过程中产生的废物成为下游生产的原料，达到相互间资源的最优化配置。

1.2循环经济发展模式与工业共生

在自然生态系统中，物质和能量通过食物链在生物圈和外界环境之间形成循环、流动和充分利用（图2），其整个过程不产生任何绝对意义上的废物[2]。

图2 自然生态系统的简易食物链模型

循环经济模式是按照自然生态系统物质循环和能量流动规律重构经济系统，把传统的依赖资源消耗的线性增长的经济，转变为依靠生态型资源循环来发展的经济。即建立起“资源—产品—消费—再生资源”

的物质闭环流动型经济（图3），循环经济发展模式是对能源及其废弃物实行综合利用的生产活动过程，而不同企业（产业）之间形成相互共享资源和利用副产品的关系，正是前述工业共生的题中之义。

图3 中：V代表天然材料；M代表加工材料；P代表产品；S代表残留物；I代表回收材料；R代表未加收集的残留物；其下角的e、m、c、w分别代表采掘者、生产者、消费者和废物处理者；与表示产业内部的物质循环与流动。

2 基于工业共生的钢铁循环经济发展模式构建

资源耗竭和环境恶化已构成我国钢铁工业生产持续增长的重要瓶颈，这与钢铁工业长期沿用的“资源—产品—废弃物”单向线性工业发展模式密切相关。要突破这个瓶颈，摆脱资源和环境对我国钢铁工业发展的束缚，就必须对钢铁工业传统模式进行改造，构建以工业共生为基础的钢铁循环经济发展模式。

2.1钢铁工业循环经济发展模式的可行性分析

钢铁工业属于资源密集型产业，开发的主要对象是各种粉状、块状黑色金属和非金属矿物，生产规模大，工艺过程复杂，包括矿石的采选以及金属的冶炼、冶金产品的加工等，其生产需要输入大量自然资源，在冶炼出成品生铁和轧制钢材的同时，也向外界大量排放废气（汽）、废水和废渣等副产品。这使得钢铁工业有可能与一些其他的工业发生原料、能量、产品和副产品的交换，通过纵向和横向的系统耦合形成共生关系（图4）。

2.1.1机械工业

通过生铁、粗钢和钢材这个媒介与钢铁工业建立起共生关系的主要是工业设备、农业机械和运输机械制造业，这些工业形成了钢铁工业传统的下游产业链。钢铁工业与其下游产业的共生关系主要体现两个方面：一是钢铁工业依据下游机械制造业的需要，或与下游机械制造业一起对钢材进行深加工和灵巧设计，提升钢材质量，延长其寿命周期；下游机械制造业同时也向钢铁业提供冶金设备和矿山机械；二是与下游制造业加强信息交换，对其生产过程中所产生边角废料以及使用末期的废旧机械产品实施回收再生钢材。下游机械制造业主要与钢铁工业形成产品代谢（回收）共生关系。

图4 钢铁循环经济发展模式可能性分析图

2.1.2能源工业和化学工业

通过废气（汽）这个媒介与钢铁工业建立起共生关系的是能源和化学工业。钢铁生产过程是将煤炭转换为热能、电能、压力能、可燃气、H2等能源形式的过程，这些能源在钢铁生产过程中并未被充分利用，存在较大的浪费和污染，这些未被利用的能源可被用于发电和制备新能源，新产生的电力还可以返输回钢铁厂使用。钢铁生产过程同时也是一种化合反应过程，煤炭在炼焦、冶炼钢铁的过程中生成大量的CO，H2，CH4和SO2，经过提纯加工后可用作许多化工产品的投入原料。能源与化学工业主要与钢铁工业形成废物（副产品）代谢共生关系。

2.1.3建材工业和化学工业

通过钢渣和高炉渣这个媒介与钢铁工业建立起共生关系的是建材工业和化学工业。钢铁生产过程中产生的钢渣经过粉碎处理后，其含铁部分可以返回再用，而剩余的尾渣和尾粉可以作为优良的筑路材料和基地用碎石；高炉水渣则可用来作为生产各种标号水泥的投入原料，降低水泥的生产制造成本[3]。此外，钢渣中含有多种对农作物有利的微量元素，经过高温后更容易被作物吸收利用，因此可用作土壤改良剂，或是作为生产钙磷肥的原料[4]。建材和化学工业主要与钢

铁工业形成废物（副产品）代谢共生关系。

通过前述分析，不难发现钢铁工业与机械工业、能源工业、化学工业以及建材工业可以通过相互利用产品和废物（副产品）展开合作，形成密切的工业共生关系，实现各种资源的循环流动或充分利用。

2.2钢铁工业循环经济发展模式构建

钢铁工业循环经济发展模式可分为初级的链状耦合结构和高级的网状耦合结构两种，下面对这两种结构分别进行描述。

2.2.1链状耦合结构

链状耦合结构是一种一维结构链，是钢铁工业与其他相关纵向共生工业的直接耦合。模仿自然生态系统中的纵向食物链，以代谢钢铁工业产品和废物为主要目的，可以形成多条纵向的钢铁生态产业链。主要有以下几种（图5中的实线部分）。

图5 钢铁循环经济发展模式示意图

（1）钢铁厂—（钢材）—制造企业—（制造废钢）—钢铁厂；钢铁厂—（钢材）—制造企业—（钢材制品）—社会消费—（使用末期钢铁制品）—钢铁厂；

（2）钢铁厂—（煤气）—发电厂—（电力）—钢铁厂；

（3）钢铁厂—（工业污水）—污水处理厂—（工业用水）—钢铁厂；

（4）钢铁厂—（炉渣）—水泥建材厂；

（5）钢铁厂—（矿渣）—化肥厂；

（6）钢铁厂—（CO，CH4，H2）—化工厂；

（7）钢铁厂—（H2）—氢能源厂；

（8）钢铁厂—（暖气、煤气）—周围社区；

（9）钢铁厂—（暖气）—温室大棚。

2.2.2网状耦合结构

仅形成纵向的钢铁共生产业链还不够，因为链状耦合结构上各共生企业（产业）之间物质供应、能量流动和信息交换仍然是线性开放系统，各产业链、共生部门之间的相互联系还很少。同自然界中的食物链会相互交错连接成复杂营养关系的食物网一样，钢铁共生产业链在其结构形成和发展过程中，也会彼此交错，相互联系，形成新的共生链状结构，最终使整个链状结构按共生代谢关系构成一个多元复杂的网状耦合结构，成为一个相互联系、利用和依存的有机整体。比如使用末期的某些机械产品零部件的损坏仅仅是在局部出现了磨损、腐蚀等情况，通过再制造工程设计，采用一系列相关的高新先进再制造技术，完全可以使其脱胎换骨，形成全新的再制造品，在性能还是质量上都不亚于原先的新品[5]，这就无需将其回收形成原材料再用；污水处理厂可以同时处理钢铁厂和周围社区的污水，并向钢铁厂和周围社区提供工业和生活用中水；发电厂既可以向钢厂供电，也可以向社区供电，其燃煤产生的粉煤灰收集后可用于生产各种建材；利用钢厂副产品生产的化肥可用于周围的农产品生产，而周边社区产生的垃圾可用于焚烧发电，其中的高热值成分如塑料还可用于钢厂的喷吹燃料。这种网状耦合结构主要是通过对多条链式结构横向耦合（图5中的实线部分加上虚线部分）而形成。网状结构使得相关产业系统内的物质循环利用更加充分，资源和环境承载压力显著缩小，可持续发展能力大幅增强。

2.3钢铁工业循环经济发展模式的效益分析

实现钢铁工业循环经济发展模式，可以使投入到钢铁工业中的物质流、能量流得到合理配置和优化利用，并且给相关共生单位带来共生效益（表1）。

表1 钢铁循环经济发展模式经济效益分析

对于钢铁循环经济发展模式来说，经济效益只是是共生效益的一个方面，资源消耗降低以及废物排放减少等环境方面的效益，也是其共生效益的一个方面，而且是非常突出的一个重要方面，对降低当前钢铁工业所在地的环境负荷，化解生产和生活矛盾，打造宜居生态社区，提升民众生活质量具有重要意义。

3 结语

钢铁工业循环经济发展模式，是对传统钢铁工业“高投入—高消耗—高排放”发展模式的根本变革，其特点是“低投入—高利用—低排放”，是以尽可能小的资源消耗和环境成本，获取尽可能大的经济和社会效益，从而使钢铁工业经济系统与自然生态系统的物质循环过程和谐共生，是一种符合可持续发展理念的良性增长模式。

[1]Frosch R A，Gallopoulos N E.Strategies for manufacturing[J]. Scientific American，1989，261(3):144-152.

[2]金涌，李有润，冯久田.生态工业:原理与应用[M].北京:清华大学出版社，2003.

[3]张国忠，李广军.浅析高炉矿渣的综合利用[J].价值工程，2014，(15):145-146.

[4]王爱华.钢渣的综合利用研究[J].中国资源综合利用，2009，27 (12):8-9.

[5]朱胜.再制造技术创新发展的思考[J].中国表面工程，2013，26 (5):1-5.

Circular economic development mode for iron and steel industry on the basis of industrial symbiosis

MA Qianli
（School of Business,Beijing Institute of Fashion Technology,Beijing 100029,China）

Being faced with resource shortage and environment pollution,the traditional iron and steel industry has to follow the ecological laws and turn its development pattern from unilateral linearity mode to circular economy mode. Based on the industrial symbiosis theory,imitating the food chain in natural ecological system,this paper designed an eco-industrial chain for iron and steel industry,and further more,analyzed the economic benefits and the ecological benefits.

iron and steel industry,industrial symbiosis,circular economy

F124.5；X757

A

1674-0912（2015）03-0004-04

2014－12－04）

北京市教委人文社科面上项目（AJ2014-13）；北京市教师队伍建设——青年英才项目（YETP1417）

马迁利（1976-），男，山西晋城人，博士，讲师，研究方向：可持续经济、创意产业经济。