再生金属生态化开发技术体系研究∗

周永生，贺 旋，陈 亮，贺正楚

(1.桂林理工大学管理学院， 广西桂林市 541004；2.长沙理工大学经济与管理学院， 湖南长沙 410114)

再生金属生态化开发技术体系研究∗

周永生1，贺 旋1，陈 亮1，贺正楚2

(1.桂林理工大学管理学院， 广西桂林市 541004；2.长沙理工大学经济与管理学院， 湖南长沙 410114)

以再生金属开发总体流程为路线，构建了过程技术层、功能技术层、评估及监管技术层、支持技术层4层结构的再生金属技术体系框架。其中，过程技术层包括绿色回收技术、合理化处置技术、绿色再生技术、生态化利用技术；功能层则是上一层按各技术功能实现进一步细化；评估及监管技术层包括开发数据采集技术、开发过程监控技术、开发评估技术；支撑技术层包括相关人才培养技术、信息化支撑技术、相关政策规范与标准支持等。并从国外技术引进、国内技术研发两方面探讨了再生金属生态化开发技术实现问题。

城市矿产；再生金属；技术体系；生态化开发

0 引 言

金属资源是国民经济发展的重要基础，保障金属资源安全供给是关系到国家经济安全的大事。目前我国存在严重的金属资源短缺，在45种公认的工业化过程中不可缺少的矿产中，有接近20种金属资源处于短缺状态[1]，其中锌、铜、铝、钴、铂等金属处于极度短缺的状态[2-3]。随着经济高速发展，我国对金属资源需求与日俱增，然而国内主力矿山资源普遍进入中、晚期[4]，后续原生矿产资源供给乏力，国外金属资源争夺也日趋激烈，难以有稳定的供给。同时相关研究也表明:未来20～30年内，我国主要金属资源供需缺口将不断扩大[5]。未来我国金属资源安全供给将面临更加严峻的挑战。

再生金属作为原生资源的重要补充，可有效缓解我国金属资源短缺的压力。以2010年国家发改委、财政部联合下发《关于开展城市矿产示范基地建设的通知》为标志，国家加速推进资源循环产业发展，城市矿产产业发展进入快车道，再生金属相关产业作为城市矿产产业发展的重要组成部分，自然得到国家资金、政策等多方面的强力支持，这为再生金属相关产业发展提供了良好的历史机遇。然而再生金属相关产业在实践中的表现却不尽人意，存在主要问题有:一是废旧资源综合回收利用率较低。废旧电子产品、汽车、机电设备、家电等富含金属的废旧资源，有相当一部分以垃圾的形式大量堆积在人们周围，造成严重的资源浪费和极大的环境污染；二是回收市场不完善。大量走街串巷的个体户、手工作坊和低水平加工企业，通过非正规回收渠道，获取、占用大量废旧金属资源，并采用极其简单、粗暴的方式进行拆解、提取、加工，导致严重的“资源二次浪费”和“环境二次污染”；三是加工利用技术水平低下，相关企业多数只能进行简单的粗加工，创造高附加值的深加工、精加工技术和设备十分少见，导致整个再生资源行业难以规模化、产业化发展。这些问题的存在，显然违背了发展循环经济、走可持续发展道路的初衷，加剧了资源短缺和环境污染。

再生金属生态化开发是建立完备的废物回收网络，将富含金属的废旧资源，通过再生加工、再制造或其他合理处置方式，在最大限度减少对环境影响的基础上，实现金属资源的循环利用。在国家金属资源短缺不断加剧，金属资源安全供给面临严峻挑战的形势下，在资源浪费、环境污染日益严重的巨大压力下，面对国家大力发展循环经济，推动城市矿产产业发展的历史机遇，积极推进再生金属生态化开发是当务之急，也是大势所趋。

技术是产业发展的内在动力与重要基础，推动再生金属生态化开发，迫切需要再生金属相关领域的技术突破与创新。而目前再生金属相关产业由于缺乏较为系统的技术体系，导致产业技术导向不明，有效技术供给不足，相关技术难有突破与创新。因此，科学勾勒系统的再生金属生态化开发技术体系，具有重大现实意义。本文以循环经济、产业共生等理论为基础，在把握国内外行业现有技术水平和行业技术发展趋势的基础上，以再生金属生态化开发流程为研究路线，对再生金属生态化开发技术体系进行研究。

1 再生金属生态化开发流程及主要原则

1.1 再生金属生态化开发总体流程

再生金属来源广泛，蕴藏于工业金属废料、废旧机电、废旧电子产品、废电线电缆、废旧包装、废旧家电等多种形态的废弃物中。废弃物形态不同，开发处理方式和难度迥异，其总体开发流程可分为回收、预处理、再生、利用四大环节。

回收环节是将含有废旧金属且具回收利用价值的废旧资源进行有效集中的过程，它是再生金属生态化开发的基础环节，主要包括废旧资源回收、分类存储及运输等活动。

预处理环节是废旧金属再生的准备环节。整个预处理环节的主要活动包括:对整机或零部件进行报废和损耗检测，并依据检测进行分选；对分选后无潜在再次使用价值的废旧物质，进行拆解、特殊无害化、破碎、分选、净化等处理。

再生环节是实现废旧金属可再次利用的过程。该过程包括两个方面:一是对含金属的零部件及设备产品进行直接高科技修复与改造，使其焕发新的生命活力；二是在废旧资源中提取并实现废旧金属到再生金属的转变。

利用环节包括再生金属利用及资源再生过程中产生的污染物的再利用。主要涉及再生金属的深加工、副产物及污染物处理等活动。

1.2 再生金属生态化开发主要原则

再生金属生态化开发是一个关系到国家资源安全、经济可持续发展的重大问题，需要立足于基本国情，结合行业实际现状，以减量化、再利用、再循环等循环经济理念为指导，做到经济效益、环境效益、社会效益的有机统一。结合上述总体要求，在再生金属生态化开发实践中应遵循的主要原则有:

(1)可行性原则。一方面是指现实的可行性，要立足于我国再生金属开发企业普遍规模小、资金薄弱的现状，对技术进行有序的现代化改造，不顾现实情况的强行引进先进技术或大型设备，一则会造成企业财务不堪重负，二则不利于企业发挥我国廉价劳动力资源优势，从而使再生金属企业发展举步维艰。另一方面是指技术的可行性，要充分考虑到我国再生金属企业普遍技术水平低下的现状，采用自主研发与技术适度引进相结合的方式，在实践中不断消化、吸收并创新，逐步建立一套适合我国国情、具有中国特色的技术体系。

(2)环境友好原则。再生金属开发作为发展循环经济，构建生态文明的重要组成部分，除了缓解资源短缺压力外，另一重要作用是避免含废旧金属的废弃物随意丢弃而造成资源浪费和环境污染。而再生金属开发过程若没有充分考虑环境因素，极易造成严重的“二次污染”和“二次浪费”，这显然违背了开发再生金属的初衷。因此，在再生金属整个开发过程中，要以环境友好为前提优先考虑环境，要在工艺技术及设备选择、再生加工过程、再生金属利用等各方面考虑对环境的影响，在保证环境的基础上，开发再生金属资源。

(3)经济合理原则。经济利益是市场经济主体参与的前提，再生金属开发要充分保证参与各方合理的经济收益。一方面要做到对废旧金属资源进行合理化处置，按损耗程度不同，选择再生加工、再制造或简单修复后流入二手市场，以最大限度的挖掘废旧金属资源的潜在价值；另一方面采用合适的工艺技术和设备，在最大限度降低企业生产成本的基础上，对再生金属进行深加工、精加工，以提高产品附加值。

2 再生金属生态化开发技术体系框架

以再生金属生态化开发总体流程为基础，借鉴刘飞等提出的4层结构的技术体系框架[6]，并加以完善，构建再生金属生态化开发技术体系框架(见图1)，整个框架分为过程技术层、功能技术层、评估及监管技术层、支持技术层。

2.1 再生金属生态化开发过程技术层

过程技术层是对再生金属生态化开发过程所需技术的总括。该技术层以再生金属开发流程为标准共划分出四大类技术，包括绿色回收技术、合理处置化技术、绿色再生技术、生态化利用技术。

绿色回收技术，仅指在废旧资源回收环节所涉及的技术，与广义的概念有所差别[7]。该技术系统采用先进的技术设备、规划理念，旨在提高资源回收效率的同时，最大限度减少废旧资源在回收过程中对环境的污染与破坏，实现经济效益与环境保护的有机统一。合理化处置技术，指废旧资源预处理环节所涉及的技术。预处理过程所使用技术需保证:通过技术检测、分选等处理，实现废旧资源处置选择的合理化；通过对需不同处置的废旧资源进行前期处理，使其满足后续处理工艺的要求。绿色再生技术，是指再生环节所涉及的技术，包括绿色再生技术与再制造技术。前者是在再生过程中采用先进工艺和技术，提高资源再生率，减少废气、废渣等污染物产生，实现废旧金属到再生金属的绿色转变。后者是充分挖掘废旧资源潜在价值，提高资源利用率，而对废旧资源进行的再修复，实现废旧资源到再生产品的绿色转变。生态化利用技术，包括再生金属利用、副产物及污染物再利用所涉及的技术。再生金属不仅要考虑利用的经济性及利用过程的环保性，更要考虑再生金属利用后的循环回收问题。

图1 再生金属生态化开发技术体系框架

2.2 再生金属生态化开发功能技术层

在过程技术层各大类技术描述与定位的基础上，结合国内外技术现状及未来发展趋势[8-14]，以具体活动的功能实现为标准，将四大类技术进一步细化，即构成再生金属生态化开发的功能技术层。

2.2.1 绿色回收技术系统

按照回收的具体过程，致力于建立环境友好、高效完整、信息共享的废弃物逆向物流体系，将绿色回收技术体系细分为高效回收技术、绿色存储技术、现代运输技术3个小类。其中高效回收技术，解决废弃物从消费者到回收网点过程所涉及的技术问题；绿色存储技术，解决回收网点废弃物环境友好型存储所涉及的技术问题；现代运输技术，解决废弃物从回收网点高效、安全运输到再生处置场所过程所涉及的技术问题。整个绿色回收技术体系见图2。

2.2.2 合理化处置技术系统

以合理化处置技术的总体要求为指导，按废弃物预处理环节具体流程，可将合理化处置技术体系细化为处置判别技术、加工预处理技术2个小类，其中处置判别技术，解决废旧物资处置方式选择问题所涉及的技术问题，具体地说是解决废旧物质应简单翻新、修复后流入二手市场，还是应通过再制造彻底修复后流入产品消费市场，亦或是应通过资源再生工艺处理后进入消费流通市场，以使废旧资源利用价值最大化。加工预处理技术，解决废旧资源进入再生工艺或再制造工艺前期处理所涉及的技术问题，以满足后续处理要求。不同工艺对废旧物资要求不同，不同形态废旧物资，所需前期处理方式也有所差别，因此加工预处理所涉及的技术较为复杂。整个合理化处置技术体系见图3。

2.2.3 绿色再生技术系统

绿色再生技术是实现再生金属开发的核心技术，主要包含废旧金属再生与绿色再制造2个方面的技术，按照功能实现可将这2方面的技术进一步细化，具体分为生产管理与控制、再生工艺技术、质量控制技术、生产系统技术4个小类。其中生产管理与控制技术主要包括生产信息化技术、流程优化改造、清洁生产技术、库存管理等技术；再生工艺技术是指实现绿色再生的技术方式，如金属再生工艺技术，包括火法再生、湿法再生、干湿结合再生、微生物再生工艺技术等[15]；再生质量控制技术是对整个生产过程及最终产品质量控制所涉及的技术，一般包括检测与调控2方面的技术；生产系统技术是指某个工艺技术生产所需设备及生产环境设计所涉及的技术，一般包括设备制造技术、车间、控制室等生产环境的设计与优化。整个绿色再生技术体系见图4。

图2 绿色回收技术系统

图3 合理化处置技术系统

图4 绿色再生技术系统

2.2.4 生态化利用技术系统

生态化利用是指再生金属及其副产物的生态化利用，所涉及的技术可细分为再生金属利用技术、副产物再利用技术、资源循环与产业共生技术3个小类(见图5)。其中再生金属利用技术包括新型先进的加工工艺技术，对传统深加工技术的绿色改进技术、面向循环再生的加工设计；副产物再利用技术是加工过程中产生的废料、污染物的再次利用所涉及的技术，主要包括副产物回收技术、副产物资源化处理技术、污染物无害化处理技术等；资源循环与产业共生技术是涉及到产业发展层面的技术，主要包括生态产业链建设相关技术、生态产业园区相关建设技术、区域共生网络建设相关技术等。

2.3 再生金属生态化开发评估及监管技术层

再生金属生态化开发评估及监管技术层是对开发全过程进行控制监管并对开发质量进行综合评估所涉及的技术。该技术层是再生金属生态化开发顺利进行的重要技术保障，可按开发过程流程分为数据采集技术、过程监控技术、综合评估技术3个大类(见图6)。

图5 生态化利用技术

图6 再生金属生态化开发评估及监管技术系统

2.4 再生金属生态化开发支持技术层

支持技术层是对整个再生金属生态化开发所涉及技术的基础支持，对相关技术的研发及应用具有重大意义。该技术层主要分为相关人才培养技术、信息化支持技术、相关政策规范与标准支持等3类(见图7)。

3 再生金属生态化开发技术实现

再生金属生态化开发技术体系涉及大量的先进工艺与技术，而目前我国再生金属行业普遍技术水平低下，显然难以满足再生金属生态化开发的要求。为此，需建立有效的技术实现路径，逐步提高再生金属行业技术水平，推进再生金属生态化开发。技术主要从国外技术引进、国内技术研发两方面着手。

3.1 国外技术引进方面

国外再生资源产业起步较早，相关工艺技术先进。早在20世纪90年代，以德国、美国为代表的发达国家，就把再生资源产业作为国家战略性产业进行发展[16]，目前已发展成为支撑国家经济发展的重要产业，在废旧资源回收、加工、利用等方面有较为先进、成熟的工艺技术体系。我国由于长期缺乏对经济增长质量的重视，导致污染处理、循环利用等方面相关技术发展严重落后。合理适当地从国外引进先进技术，是迅速提升我国再生金属产业技术水平的捷径。

图7 再生金属生态化开发支持技术系统

引进国外技术的主要方式有直接购买和合作开发2种。直接购买包括成套设备、关键零部件等硬件购买和工艺技术、顾问咨询等软件技术购买；合作开发是指国内外企业通过某种形式合作，共同进行再生金属开发，合作的关键是获得国外先进技术及设备的支持。其中直接购买引进方式，一方面要充分考虑到我国具体国情，减少造价昂贵的全自动设备进口，尽量引进绿色高效的人机结合设备，一则可有效发挥我国低廉、丰富的劳动力资源优势，二则可创造大量工作岗位，缓解我国就业压力。另一方面要在引进的基础上，注重对先进工艺技术及设备设计理念的有效消化、吸收，不仅利用国外技术设备创造更高经济效益和环境效益，还要促进国内技术研发能力的提升。合作开发引进方式，一方面要充分利用国外绿色工艺技术，防止国外资本因逐利行为转而用较为粗糙的工艺技术，造成国内环境污染和资源浪费。另一方面加强相关专业人才的培养和专业知识的交流，充分利用并吸收国外相关先进软技术，进而加速国内技术水平提高。

3.2 国内技术研发方面

再生金属产业发展的关键是国内相关技术的研发，仅仅依靠国外技术的引进，始终受制于人，不利于产业长远快速发展。国内技术的研发要立足于现状，充分利用现有技术水平，不断促进再生金属产业发展，在发展中谋创新，以创新促发展。再生金属技术实现方式主要有技术的整合与改造、新技术开发、技术应用开发与转移。

3.2.1 技术整合与改造

技术整合与改造，是将现有技术进行有机地整合，并按实际需求进行针对性改造。实践早已证明，对现有技术进行有效整合与改造是加快产业技术水平提高的有效方法。尤其在再生金属生态开发过程中，所需技术多样，且开发具体情况复杂，通用式的工艺技术、设备及生产流程，难以满足开发要求，需根据具体情况对已引进或自身已研发技术进行整合与改造，如考虑到我国民众普遍垃圾分类意识较差，对垃圾回收装置进行独特的设计与改造；考虑到劳动力资源优势，整合、改造出合适的绿色高效的人机结合设备系统；诸如此类等等。

3.2.2 技术应用与转移

技术应用开发与转移，一方面充分利用现有技术成果，不断开发现有技术在再生金属开发中的应用领域；另一方面促进发达地区向欠发达地区进行技术转移。前者可有效挖掘现有技术成果的潜在价值，以较低研发成本，为再生金属生态化开发提供近期所需技术，以促进再生金属产业持续发展。后者针对沿海等发达地区较落后的再生金属技术，相对于西部等欠发达地区仍有很大的发展空间，可通过有效的技术转移，实现再生金属产业不同层次的发展，这也是加快再生金属产业发展的有效途径。

3.2.3 新技术开发

新技术开发，要在把握国内外再生金属行业技术发展趋势的基础上，立足于解决关键问题，有针对性地对相关领域的核心技术进行开发，只有掌握核心技术，才能引领行业发展，避免受制于人。同时要注重新技术研发效益，加强对科技成果的转化，以产学研一体化，不断推进再生金属产业发展。此外，还需加速后续相关技术研发能力的提高，不断培养创新性人才，并积极营造良好的科研环境。

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2015-11-02)

周永生(1963－)，男，湖南永州人，教授，博士生导师，主要从事城市矿产发展研究。

国家社科基金项目(12BJY057，11AJL008).