四川省再生铜物质流分析

王茂强，寇丁桀，胡子涵，罗子豪，陈梦君，牟子申,

(1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.西南科技大学，四川 绵阳 621010)

铜作为有色金属与人类的关系非常密切，广泛应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，常用于各种电缆和导线、电机的绕阻、开关以及印刷线路板等。四川省是人口大省，随着经济的发展，人民生活水平和工业化水平的相继提高，铜的需求量也越来越大。

铜存储量是指自然界中存在的铜矿资源量，潜在再生铜存量是指未来再生铜可能回收的量。再生铜是指以废杂铜作为原料炼制成的再生金属，主要指再生黄铜和再生青铜，其原材料主要来自于铜及其合金的生产、加工和消费过程中所产生的废品、边角屑末、废仪器设备部件和生活用品等。废杂铜的种类有两种：一种是新废铜(新料)，是铜加工生产过程中产生的废料，其中，冶炼厂在生产加工过程中产生的废料叫本厂废铜或周转废铜，铜加工厂产生的废铜屑及直接返回供应厂的叫做工业废杂铜、现货废杂铜或新废杂铜；另一种是旧废铜(旧料)，是含铜产品报废后的统称，如从旧汽车散热片、空调冷却管等拆卸出来的叫做旧废杂铜。两种废铜统称为废杂铜。

对于含铜材料来说，由于本身的金属特性，在产品寿命周期的所有阶段都是可以回收利用的。经国务院批准，2016年3月1日起开始实施《废弃电器电子产品处理目录(2014年版)》，处理目录中包括电视机、电冰箱、洗衣机、空气调节器、吸油烟机、电热水器、燃气热水器、打印机、复印机、传真机、监视器、移动通信手持机、电话单机及微型计算机。2018年，四川省官方核定废弃电器电子处理总量为8.435×106台，实际回收处理量为核定总量的70%～80%；四川全省废弃电器电子数约1.300×107台/a，2018年第三季度产生废弃电器电子数约为4×106台，但大部分未进行专业回收处理，直接流入了二手市场售卖。四川省企业都有各自的回收途径，但要将废弃电器电子进行标准化回收还存在一定难度，最大的困难是回收价格不均，而回收交易价格隶属商务部有关单位管理。因此，还需要加强各政府职能部门之间的协调沟通，制定回收价格标准，避免废弃电器电子流入地下交易市场。

“四机一脑”是指电视机、电冰箱、洗衣机、空调器和微型计算机5类电器电子产品。这5类产品社会保有量大、废弃量大，随意丢弃污染环境严重、处理难度大，是现阶段产生的主要电子废物[1]。规范我国废弃电器电子产品回收处理活动，对于建立促进废弃电器电子产品回收处理的长效机制，防止和减少环境污染，促进资源综合利用，发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。

1 金属铜生产与再生铜能源消耗比较

1.1 金属铜生产能源消耗

由于实地调研过程中未得到企业的能耗数据，无法对再生铜与原生铜冶炼的能源消耗进行对比，故本文采用国家标准进行对比。

1.1.1 铜精矿冶炼工业

根据《铜冶炼企业单位产品能源消耗限额》(GB 21248—2014)，铜精矿冶炼工业及能耗情况见表1。由表1可知，铜冶炼工业(铜精矿-阴极铜)的能耗最高，电解工序的能耗最低，新建企业的能耗比以前的企业普遍要低一些。

表1 铜精矿冶炼工艺及能耗表Table 1 Table of copper concentrate smelting industryand energy consumption

1.1.2 粗、杂铜冶炼工艺

根据《铜冶炼企业单位产品能源消耗限额》(GB 21248—2014)，粗铜、杂铜冶炼工艺及能耗见表2。由表2可知，铜精炼工艺(杂铜→阴极铜)的能耗最高，粗铜工艺(杂铜→粗铜)的能耗最低，新建企业的能耗比以前的企业普遍要低一些。

表2 粗铜、杂铜冶炼工艺及能耗表Table 2 Table of crude and miscellaneous copper smeltingprocess and energy consumption

1.2 再生铜生产能源消耗

根据《再生铜冶炼企业单位产品能源消耗限额》(DB 36/772—2013)，再生铜生产工艺及能耗情况见表3。由表3可知，在再生铜生产工艺中，黑铜工艺(低品位杂铜→黑铜)的能耗最高，阳极铜工艺(高品位杂铜→阳极铜)的能耗最低，新建企业的能耗比以前的企业普遍要低一些。

表3 再生铜生产工艺及能耗表Table 3 Table of recycled copper production process andenergy consumption

1.3 能源消耗比较

精铜矿冶炼工业平均消耗能源300 kgce/t，新建精铜矿冶炼企业消耗205 kgce/t。粗杂铜冶炼工艺平均能源消耗342 kgce/t，新建粗杂铜冶炼工艺平均能源消耗302 kgce/t。再生铜冶炼企业平均能源消耗238 kgce/t，新建再生铜冶炼企业平均能源消耗218 kgce/t。再生铜冶炼平均比精铜矿冶炼少消耗62 kgce/t，比粗杂铜冶炼工艺少消耗104 kgce/t。新建再生铜冶炼平均比新建精铜矿冶炼多消耗13 kgce/t，比新建粗杂铜冶炼少消耗84 kgce/t。不同铜生产企业能源消耗见图1。由图1可知，再生铜冶炼企业比精铜矿冶炼企业节约20.7%的能源，比粗杂铜冶炼企业节约30.4%的能源。新建再生铜冶炼企业比新建精铜矿冶炼企业多消耗6.3%的能源，比新建粗杂铜冶炼企业节约27.8%的能源。

图1 不同铜生产企业能源消耗Fig.1 Energy consumption of various copperproduction enterprises

2 四川省重点再生铜行业情况及分析

2.1 重点再生铜行业的铜流量、流向分析

目前，四川省重点产金属铜行业主要包括5个：①再生铜冶炼：中国金属资源利用有限公司(以下简称“中国金属”)；②电子垃圾处理：四川中再生资源开发有限公司(以下简称“四川中再生”)、四川长虹格润再生资源有限责任公司(以下简称“长虹格润”)、成都仁新科技股份有限公司(以下简称“成都仁新”)、四川省中明再生资源综合利用有限公司(以下简称“四川中明”)、什邡大爱感恩环保科技有限公司(以下简称“什邡大爱”)；③PCB板材：主要包括遂宁市一些板材厂等；④含铜污泥：主要来源于PCB板材废水中含铜污泥及其他含铜废物(如冶炼厂等产生的含铜污泥)；⑤铜存量：铜存量主要来源于四川省常住人口使用家电(洗衣机、电视机、冰箱、空调、电脑)，以及汽车保有量。

根据实地调研收集的数据，对四川省部分再生铜行业的年处理量及产金属铜量进行总结，见表4。其中，中国金属生产再生铜的来源主要是回收市场上的金属铜，主要来源于个体垃圾回收站，年产铜量1×105～1.1×105t；2018年四川省其他行业所产含铜污泥约为1.23×104t，其中，泸州市所产含铜污泥(HW22含铜废物)为5.752 71×103t，泸州市占该类废物四川省总量的46.77%。四川中再生、长虹格润、成都仁新、四川中明、什邡大爱主要是回收传统“四机一脑”中废旧含铜原料，废旧含铜原料废铜预处理后再进行售卖。

传统“四机一脑”中再生金属铜主要来源于废旧电视机中偏转线圈、消磁线圈，冰箱中压缩机、铜管，洗衣机的电机，空调中的冷凝器、压缩机和铜管，以及电脑拆解出的线路板。中国金属主要收集线路板、冰箱铜管以及汽车拆解下来的铜等原材料(要进行筛选和除杂，除去非金属、塑料等，只收购废铜，主要来源于大型个体废品收购站)。原料进行拆解、处理后加工成电缆、线缆，生产的金属铜20%用于内部消耗，80%出售至川渝地区的电缆、线缆企业。四川中再生通过网络平台收集废弃电子垃圾(“四机一脑”)，原料按标准分类拆解后直接售卖至天津等沿海地区。长虹格润通过成熟的网络收储平台收购废弃电子垃圾，拆解后将其销售给有处理资质的企业，或是下游冶炼企业。成都仁新的原材料主要来源于私人收购老板，电子垃圾拆解后将部件分类销售至下游企业，按铜纯度来计算，以价值最大化出售。四川中明的原料来源于小商贩和小型私企，电子垃圾分类拆解后直接销售，一般固废售往对应处理企业，危废则运输至有资质的企业付费处理，再生铜售往下游冶炼厂、电线电缆企业等。什邡大爱90%原料来源于个体小商贩，10%来源于大型供货商，收集到的废弃电子垃圾拆解后直接销售至有资质的处理企业，很大一部分直接卖给长虹格润，部分售往冶炼企业。

表4为重点金属铜企业年处理量及再生铜产量情况。由表4可知，中国金属再生铜产量最高，为10×106～11×106t/a，其次为PCB板材含铜污泥，再生铜产量为1.85×106～4.31×106t/a。四川中明和什邡大爱产量最低，分别为0.26～0.44 t/a和0.23～0.33 t/a。

表4 重点金属铜企业年处理量及再生铜产量汇总表Table 4 Summary table of annual processing capacity and recycled copper output of key metal copper enterprises

2.2 家电拆解行业处理情况与铜流向、铜流向分析

四川省主要电子垃圾拆解企业实际处理比例见图2。由图2可知，长虹润格的实际处理量所占比重最大，为27.58%，且长虹格润是全国首批获得废旧家电拆解资质的企业，年拆解量在西南地区排名第1位，在全国排名第3位。

图2 四川省主要电子垃圾拆解企业实际处理比例Fig.2 Actual disposal ratio of major E-waste dismantlingenterprises in Sichuan province

图3分别为四川省五家主要企业再生铜流量、流向分析图。由图3可知，家电拆解公司一般每年回收电视机台数最多，空调台数最少，家电来源于专门的网络平台和个体商户。家电经过拆解分类后售出，拆解后一般采用分类后售卖的方式，危险废物一般堆放在库房专用地或者付费给有资质的企业处理。如四川中再生每年回收电视机台数最多，空调台数最少，家电的一般来源是网络平台和个体商户，其优势是可以从空调中的铜管中提取出铜，劣势是无法从电视机的变压器里提取出铜，家电经过拆解分类和粗加工后直接售卖。

图3 不同金属铜流量、流向分析图Fig.3 Flow rate and flow direction of various metal copper

2.3 PCB板材生产企业铜产量分析

通过实地调研了解到，四川省PCB板材用量约为8.55×105张/月，每年用量大约1.026×107张，一张PCB板面积为1.2～1.4 m2，1.0 m2板材3 kg左右，含铜废料约占3%，由此可知，PCB板材废角料含铜量为1 108.08～1 292.76 t/a；另外，四川省生产PCB板材产生的含铜污泥，根据有关资料统计，污泥产生因子(污泥产生数量与线路板产量之比)一般在1.5～3.0 kg/m2之间，通过计算可以得出四川省PCB板材生产过程中含铜污泥量为1.847～4.309×104t/a。

2.4 家电回收行业再生铜产量分析

由于不同电视机、冰箱、洗衣机、空调和电脑的型号不同，每台回收家电中铜含量不稳定，通过对五家企业的调研，按企业统计数据进行计算：电视机中主要为偏转和消磁线圈含铜，每台电视机含铜量为0.14～0.16 kg；冰箱中主要为压缩机和铜管含铜，每台含铜量为0.9～1.2 kg；洗衣机中主要为电机含铜，每台含铜量为0.35～0.70 kg；空调中主要为冷凝器、压缩机和铜管，每台含铜量为8～10 kg；电脑中主要为线路板含铜，每台含铜量可达0.3～0.5 kg。由此可估算，四川中再生、长虹润格、成都仁新、四川中明、什邡大爱年产铜量分别为728～1 001 t、588～806 t、849.5～1 068 t、263～440 t和228～333 t。上述再生铜冶炼行业、电子垃圾拆解行业、含铜污泥行业、PCB板材行业所涉及的公司只能代表四川省80%含铜行业。因此，按照上述企业集中度80%计算，四川省的再生铜总量为2.055×105～2.509×105t/a。

2.5 铜物质流分析桑基图

四川省重点金属铜企业年处理量及再生铜产量桑基图见图4。长虹润格的家电处理量最大，什邡大爱的家电处理量最小，总共处理量为7.151×106～7.252×106台/a。PCB板材行业的铜再生产量最高，四川中明和什邡大爱的铜再生产量最低，总金属铜再生产量为1.498×105～2.007×105t/a。其中，中国金属和PCB板材的再生铜产量远远大于其他企业的再生铜产量。四川中再生、长虹润格、成都仁新、四川中明、什邡大爱的家电年处理量差距不大，只有什邡大爱未达到100 000台/a。

图4 金属铜企业年处理量及再生铜产量桑基图Fig.4 Sankey diagram of annual treatment amountof regenerated copper in copper enterprises

3 四川省潜在再生铜存量分析

3.1 四川省潜在再生铜存量潜力分析

2018年四川省常住人口为8 302万，依据目前四川省基本生活水平，平均5人拥有1台电视机和1台洗衣机，每50人拥有1台空调，每10人拥有1台冰箱，每100人拥有1台电脑。推算出四川省人均“四机一脑”台套数以及潜在再生铜存量见表5。

由表5可知，四川省电视机和洗衣机的台数最多，电脑的台数最少。再生铜储存量则是空调的台数最多，电脑的台数最少。依据各废弃电器电子产品中含铜量估算出四川省再生铜存储量为23 162.58～33 291.02 t。四川省汽车含铜保有量见表6。

表5 四川省人均“四机一脑”存储量Table 5 Average storage of four electrical equipment andcomputer in Sichuan province

除家电外，汽车含铜量也较大，据统计[2-5]，截至2018年，四川省传统燃油汽车保有量约为1.1×107台，新能源汽车保有量约为8.0×104台。其中，一辆燃油汽车含铜的部分主要为发电机和导线，铜含量为18～25 kg；一辆新能源汽车含铜部分主要为电动机和电池，铜含量为120～140 kg，由此可以估算出2018年四川省保有汽车中铜的存储量为2.076×105～2.862×105t。由表6可知，新能源汽车的数量远远低于传统燃油汽车，但是每辆新能源汽车的铜含量却比传统燃油汽车高4～6倍。

表6 四川省汽车含铜保有量Table 6 Copper storage in vehicles in Sichuan province

3.2 四川省铜产量与潜在再生铜存量

四川省产铜量与金属铜潜在再生铜存量情况见表7。由表7可知，四川省潜在再生铜存量为2.308×105～3.195×105t，再生铜产铜行业年再生铜含量为1.297×105～1.437×105t。存储铜行业中，废旧汽车拆解产铜量远远大于“四机一脑”。产铜行业中，电子垃圾处理行业产铜量最高，远大于其他行业，而含铜污泥行业产铜量最低，远低于其他行业。根据本次调研可知，四川省总金属铜产量达到4.363×105～5.704×105t/a(其中，再生铜行业2.055×105～2.509×105t/a，存储量2.308×105～3.195×105t)，目前由于多方面的原因，铜产量呈现逐年递增的趋势[6-7]。

表7 四川省产铜量与潜在再生铜存量Table 7 Copper production and potential recycled copperstorage in Sichuan province

4 金属铜再生利用对社会和环境的影响评价

4.1 社会经济价值

由于矿山的过度开采、循环利用率低等原因，我国有色金属资源储量已经严重不足。近几年来，受国家政策变化、法律约束等影响，进口有色金属等资源依旧面临很多不确定因素。同时，废有色金属产业的发展还面临尾矿及冶炼渣治理困难等问题，因此，亟需利用国内及国外的“两个资源”和“两个市场”，加快合作，谋求绿色发展。

随着经济的发展，我国铜消费量逐年增加。然而，我国铜矿资源较少，贫矿、伴生矿多，可开发利用的矿床少，矿产铜原料难以满足冶炼工业的需要。再生铜生产比原生铜节能80%以上，生产投资只为原生铜生产投资的35%～40%，节约铜矿山投资2×104元/t，并有利于环境保护。我国再生铜占电铜总量的35%，而全球再生铜已达电铜总量的40%。

从经济角度看，生产原铜流程长，工序多，工艺复杂，投资多，相比之下，再生铜生产流程短，工艺相对简单，可以大量节约设备投资，降低成本[8-12]。从社会角度看，再生铜属于铜资源的二次利用，变废为宝，节约资源，拓宽了铜的来源渠道，弥补了铜资源的严重不足，并且减缓了自然铜矿的消耗，为子孙后代留下足够的铜资源，符合可持续发展理念。

4.2 生态环境价值

有色金属生产过程中产生的废水、废气、废渣等，数量巨大，现有技术条件下还不能够完全妥善处理，对环境造成了一定的危害。国家现有环保政策下，污染防治攻坚战和蓝天保卫战为发展循环经济、促进资源循环利用提供了难得的机遇。铜的再生利用对生态环境的改善具有一定的正面效应，但其在我国铜产量中仍远远小于原生铜矿。含铜废物不当堆存不仅占用大量土地，造成人力物力的浪费，而且许多工业废渣含有易溶于水的物质，通过淋溶污染土壤和水体，影响生物生长，危害人体健康，对含铜废物的再生利用能够减少对环境造成二次污染。

铜矿的开采会消耗大量的水、电、煤等资源，大约比再生铜多消耗18.2%的能源，会对自然生态造成负担。对废铜进行再生利用会在一定程度上降低铜矿的开采力度，从而减少污染物的排放、能源的消耗。2015年精铜产量为7.996 4×106t，再生铜的产量达到2.90×106t。可以说，再生铜产业在我国铜工业中占有举足轻重的地位，再生铜产业作为我国工业化进程中的物质需求保障，其发展对推进工业化进程起到了重要的作用。

5 结论与建议

5.1 结论

在社会经济价值方面，再生铜生产比原生铜节能80%以上，并有利于环境保护。我国再生铜占电铜总量的35%，而全球再生铜已达电铜总量的40%，再生铜属于铜资源的二次利用，变废为宝，节约资源，拓宽了铜的来源渠道，弥补了铜资源的严重不足。此外，还减缓了自然铜矿的消耗，为子孙后代留下足够的铜资源，符合可持续发展理念。在生态环境价值方面，废铜的回收、再利用，无论从节能降耗、缩短生产流程周期，还是从环境保护、改善人类生态环境等各方面都可以产生可观的经济价值和生态价值，并为向低碳、资源节约型的绿色经济过渡做出贡献。

5.2 建议

增加废旧电器回收力度，提高再生铜的产量，提高在我国铜产品生产中的占比；优化再生铜生产排污处理工艺，降低再生铜生产成本；政府出台相应政策扶持再生铜行业，使其早日成为我国产铜的主要来源；加快废杂铜冶炼技术的技术研发与设备研发，不断提升冶炼效率，同时也要做好低品位铜料的处理工作，以及伴生金属的回收工作，从而提升铜金属回收利用效率，降低环境影响，为我国铜资源的高效利用奠定良好的基础。