双碳背景和弹性供应链体系下的有色金属循环产业链建设

杨敬增，池 莉

(中国电子工程设计院有限公司，北京 100142)

构建形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，是中央基于国内发展形势、把握国际发展大势所作出的重大科学判断和重要战略选择，反映了中国经济高质量发展的内在需要[1]，也促使资源利用模式亟需向集约型、环境友好型方向转变，改变现有产业体系，通过构建循环产业体系降低生产、分配、流通、消费等环节的综合成本，提高资源重复利用率。艾良友等[2]充分挖掘产业间的耦合潜力，以福建省泉港石化产业为基础，构建与发电、物流、建材、能源、固废利用行业紧密联系的循环产业体系；孙晓梅[3]通过对主导产业链和延伸产业链的分析，提出构建以铝电联营为核心，以氧化铝系统、电解铝系统、铝深加工系统和热电联产系统为主要组成部分的循环经济系统。刘志坚[4]强调循环产业的协同和共生关系，并以广东双水镇拆船产业发展为案例，提出要更加注重各节点的耦合平衡以及整个体系的集群价值。

这些研究的价值在于提出了行业内部、行业之间构建循环产业体系的理论方法和实践案例，但并未从生产、消费、回收、废物处置、再生利用的大体系出发，探究如何促进“城市矿产”的循环利用。

1 弹性供应链体系

供应链(Supply Chain)是指商品到达消费者手中之前各相关者的连接或业务的衔接，是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中，并将供应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的功能性网链结构[5]。它将企业的生产活动进行了前伸和后延。开始于供应的源点，结束于消费的终点，通过计划、获得、存储、分销、服务等活动在顾客和供应商之间形成一种衔接，从而使企业能满足内外部顾客的需求。

弹性供应链(Elastic Supply System)是指供应链在部分失效时，仍能保持连续供应且快速恢复到正常供应状态的能力。供应链管理的目标通常是实现供应链的高效益和高效率，以保持竞争优势，然而片面地追求效益和效率，供应链会变得越来越脆弱；因此还必须有效构建弹性供应链以降低供应链风险[6]。具有弹性的供应链可以调整结构或运营流程，对于环境的变化做出反应，甚至即使供应商发生失效或突然失去供应，弹性良好的供应网络也能快速找到新的供应商，而不会发生供应的中断[7]。

有色原料弹性供应链体系的建立，一直是产业发展中的重要课题。近年来，我国不少有色矿产都面临资源枯竭问题，现有矿山的矿石品质不断下降，金属含量百分比为个位数的矿石屡见不鲜。为了得到比较好的原料，不少企业走出国门，从非洲、南美和中亚等国买矿，以解决资源不足的现状，虽也取得了一些积极的进展，但总体看成本较高，运输不便，资源原料保障能力仍显不足。资源问题已经成为我国有色企业发展的根本性问题。需要积极寻求产业转型升级方法，走绿色、低碳、循环发展道路，力争走出“资源诅咒”怪圈，防范原料断供风险，突破发展瓶颈，最终实现产业可持续发展。

应对资源枯竭问题，资源循环利用是必由之路。我国再生资源回收利用数量可观(表1)。常见的废旧机电设备、电线电缆、通讯工具、汽车、家电、电子产品等城市废弃物中存在着可以循环利用的有色金属、稀贵金属等资源，数量可观，已经成为原生矿产资源的有效补充。

表1 2018—2019年我国主要再生资源类别回收利用情况[8]Table 1 Recycling of major renewable resources in China in 2018 year and 2019 year

人们形象地将工业和城镇化过程中产生和蕴藏于社会的废弃物称之为“城市矿产”，有效地回收利用这些资源，采用高科技无害化手段将其中所蕴藏的金属成分提取加工后生产新原料，使得有色原料供给更充分，也更多样化。有效地提高供应链的灵活应变和协同能力，就可以进一步增强供应链的柔性和弹性。同时，间接地缓解了开采的压力，减缓了资源枯竭对于矿业的影响。原生矿产和“城市矿产”所组成的供应体系，相互关注，相互补充，打破了行业原有互不干涉的局面，让矿业资源更好地为人类服务，为经济发展、社会进步助力。

然而，打开“城市矿产”宝库绝不仅仅是喊出“芝麻开门”这样简单，需要开展大量的工作，找出打开宝库的密码。需要构建绿色回收体系，通过线上平台收集数据、反馈信息，打开生产企业、回收企业、物流商、处理企业的双向沟通渠道，有利推动“城市矿产”回收、仓储运输、拆解处理、物料资源利用、有色和稀贵金属提取、产品再利用的闭合回收环路建设。

2 循环产业链建设

作为一种新型产业模式，循环产业体系(Circular Industry System)基于物质全生命周期理论，依据节能减排和清洁生产原则，采用系统工程方法，将资源循环利用、有序回收、无害化处理、高效利用和新产品的清洁生产有机结合起来，开展产业延伸和要素融合，建立闭环产业链，以消除传统产业模式中的冗余生产环节，从根本上解决污染与生产的矛盾，减少重复熔炼、重复配料、重复加工等多种生产环节和物流压力，高效节能，降低碳排放。使社会流通的物料以闭路循环形式运行，物尽其用，变废为宝，最大程度减少乃至消除污染，缓解环境保护和经济发展之间的矛盾，促进社会进步与和谐发展[9]。

弹性供应链虽然提供了全系列的有色原料，然而不同原料的性能和组分不同，给加工和生产阶段增加了难度。这就要求有色金属的循环产业链打破传统工业模式，不以专业门类作为产业设置的唯一标准，而要研究物料的全生命周期，并遵循原料到产品的物质生命轨迹，通过先进的技术和工艺，对生产要素进行科学组合，协同处理，协同冶炼，协同环境防治，实现“原料—有色金属—社会产品—原料”的全产业链运行。图1为该系统的流程图。

图1 系统流程图Fig.1 System flow chart

以全循环、短流程和高效率为特点的闭环体系，是产业链的另一个特点，“有所为，有所不为”，科学地消除冗余环节，合理地把生产流程缩减到最小环节，整体流程简洁明了，生产成本降低，企业效益达到最大化。闭路的循环模式还使得产业体系能够在特定的区域和环境下运行，有利于生产有序协调进行。

合理开展系统的生产活动，可以最大程度地减少重复加工过程，实现显著的节能减排效果。例如甲地企业生产金属原料，为运输和存储方便，需要高温融化铸锭，乙地原料用户生产产品时还要重新将金属锭材融化调质使用，循环产业体系的闭环生产流程有效解决了两个工序间的衔接问题，能源特别是化石能源消耗大为减少，实现低碳高效。

3 工程实践

基于上述产业经济理论，有关团队遵循资源循环原则、理念和模式，经过多个项目的研究和创新，提出论据充分、设计合理、可操作性强的理论和工程实践方法，并在工程建设中得到验证，有效地促进了产业发展和企业转型升级。

其中铅、铜两个工程实例较好地诠释了这一理论。

3.1 以废铅酸蓄电池为弹性供给的铅金属产业体系

通过这一体系的创新，提出了理顺铅金属产业链和供应链，促进铅酸蓄电池产业循环发展的总体解决方案。

铅在所有金属中再生率最高，再生铅产量已超过原生铅产量。废铅酸蓄电池中的铅占再生铅原料的85%以上，不合理的回收利用将造成新的污染源和资源再浪费。我国是世界铅产品生产大国和消费大国，但铅蕴藏量并不多，再生铅的应用在国家工业中的重要性日益彰显。据报道，我国每年报废3亿多只铅酸蓄电池，含铅近400万t。若处置不当，既是对资源的浪费，也会对环境产生巨大的威胁。但如能无害化处理并再利用，相当于每年开采一座产量数百万吨的铅矿，可以有力支撑这一重要工业体系的可持续发展[10]。但回收环节不畅、工艺水平低下、环境污染严重和利用率低等问题长期以来都在困扰企业，制约产业健康发展。

环境保护与资源再利用形势强烈呼唤良性循环体系。再生铅产业主要以废铅酸蓄电池等含铅废料为原料，这些含铅废料如不能合理回收和有效利用，很容易形成新的污染源和资源再浪费，对生态平衡和人体健康都造成严重威胁。铅酸蓄电池产业链的闭合循环，既可以节约成本，提高经济效益，还可以减少消耗，杜绝浪费，从而有效地节约资源，控制污染，保护环境。实践证明，资源利用率越低，往往污染就越重，不断提高资源利用率，注重环境保护，减少污染排放，还能提高企业收入，是事半功倍的好事。

闭路循环产业体系的理念是，依托无害化处理的关键技术和工艺步骤，遵循节能减排和清洁生产的原则，支持鼓励铅酸蓄电池生产企业开展产业融合，集清洁生产和废电池处理为一体，在废铅酸电池为主要原料供给的基础上，创建新型循环产业链，完成“回收处理-再生铅冶炼-新品生产—回收处理”的闭路循环系统，开辟电化学产品资源循环的发展新路。先进的废铅酸蓄电池无害化处理与再生铅生产线，保证了产品的质量，资源利用率高，铅回收率达98%，熔炼法精铅纯度99.985%，所生产的再生铅产品直接纳入新电池产品的生产链，使得原料的供给在闭环内极具弹性。经济效益也十分可观，仅以设计规模为10万t废铅酸蓄电池处理/160万kVAh新品蓄电池生产的产业链计算，达产后即可实现销售收入25亿元，实现利税5亿元。项目的实施从根本上杜绝废铅酸蓄电池对环境的影响，解决电化学行业铅污染难题，具有很强的社会与环境效益，有利于生态环境保护和社会可持续发展。

图2为铅酸蓄电池及再生铅闭路循环的产业体系。

图2 铅酸蓄电池及再生铅闭路循环的产业体系Fig.2 Circular industrial system of lead acid battery and secondary lead

从传统行业划分来看，新品电池生产属于电化学产品生产领域，而废电池循环利用属于资源再生和有色金属冶炼领域。铅酸蓄电池的营销属于通讯和交通范畴，而废电池循环利用的产出品再生铅的营销属于材料与物流范畴[11]，各领域工艺相差较远，环保和清洁生产的要求不尽相同，传统铅冶炼行业和电池生产行业少有沟通，是循环产业链体系将不同行业的生产要素联系在一起。

可以看到，在一个集约园区内，机械产业要素完成破碎分选流程，化工产业要素对于铅泥进行脱硫处理，有色行业的转炉熔炼和精炼产业要素保证了火法炼铅的高纯度，又由于是在同一区域开展电化学清洁生产(蓄电池生产)，使气相氧化法铅粉制备和连轧连铸等先进工艺直接用于生产，节约了二次熔化所需的大量能源，大幅度提高生产效率，节能减碳效果显著。

营销要素与资源回收要素有效融合，构成了弹性供应链体系的基础。系统充分利用生产企业遍布全国的营销资源，做到销售网点和回收网点统一，安装队伍和废电池召回队伍统一，送货车和回运车统一，减少了大量的物流与人力成本[12]。系统以铅酸电池产品和再生铅的全生命周期有序流动为主线，以节能减排、高效低碳为原则，以废弃物最大限度资源化为目标，发挥各产业先进生产要素的比较优势，向上延伸到产废端，向下打通从生产使用到废弃物之间的隔阂，消除冗余环节，缩短流程，形成一种新型生产形式和要素组合，较好地解决了产业在技术与生产方面的若干瓶颈问题[13]。

3.2 原生铜矿和“城市矿产铜”互补的铜金属循环产业体系

我国铜矿资源相对匮乏，铜储量约占全世界的4.35%，与之相对应的，我们又是全世界第一大铜消费国，约占全球消费量的近50%，且随着经济的增长，铜的消费量逐年增长。然而原始铜矿资源越采越少，多年的高强度开采，让主要矿产资源逐步枯竭，给矿区经济社会发展带来了一系列问题。另一方面，在我国铜产量中，再生铜占比约40%，虽然听起来不低，但从发达国家经验来看，再生铜产量占铜消费的比例普遍在50%～70%，说明我国再生铜产业发展的潜力和空间还很巨大。再生铜生产的单位能耗仅为矿产铜的20%，每利用1 t废杂铜，可少开采130 t矿石，少产生2 t SO2、13.1 kg NOx和100多t工业废渣，节能87%[14-15]。

在绿色、循环经济方兴未艾的今天，有色金属企业必须快速转型升级，学会多条腿走路，不仅要会“吃”资源，更要学会“造”资源，采用原生铜矿和“城市矿产铜”互补的供应链模式，实现金属原料的回收再利用[16]。

“城市矿产铜”一般指废旧机电设备、汽车、电线电缆、废弃电器电子产品中回收的各种含铜废弃物，也包括一些废杂铜、合金废铜和铜金属生产过程中产生的废料(如残极耳和冶炼铜尘)等。不同来源的铜金属原料形成了互为补充、互为协调的资源物质流，保障了弹性原料供应链体系的运行。系统再吸收利用矿山开采、城市矿产资源化、冶炼、电化学、清洁生产等不同领域的先进技术与工艺，吸取各产业的优秀生产要素(表2)，在精细拆解和严格环保预处理基础上，研究互补原料的共性问题和个性特征，找到产业契合点，以大型产业集团规模化熔炼炉为基础，研究出“协同冶炼，共融共生”的跨领域融合循环产业链，将原生矿产和“城市矿产”有效地结合起来，生产出数量可观、品质优异的铜、金等高值金属，实现“城市矿产”的吃干榨净。并延伸产业环节应用于铜线、板、管材等新产品生产。

表2 所涉及到的生产要素Table 2 The production factors involved

当铜系新产品销售并使用后，定向的报废回收网络又将废弃产品回收并无害化处理，成为再生资源，回馈到生产加工环节，进入下一个循环，使原生矿产与城市矿产有序结合，使铜系金属资源在社会有序流通，物尽其用。图3为互补的铜金属循环产业体系的流程图。

图3 原生铜矿和“城市矿产铜”互补的铜金属循环产业体系Fig.3 Circular industrial system of copper ore and recycled copper

该示范工程应用于国内某大型有色集团，不仅产生了百亿级的经济效益，而且立足于资源社会大循环，减少了对原生矿产资源的依赖，节能降耗，有效保护环境，将社会活动、自然资源、人类生存三者紧密结合在一起，却又能达到三者的和谐共处，实现全系列铜资源在三者中往复不断的循环流通，为资源枯竭城市开辟了资源新路。

高值废金属的再生利用为社会提供了宝贵的原料且环境友好，与传统矿石的冶炼过程比较，废铜的冶炼能够节约85%的能源，项目处理高值城市矿产累计几十万t，节能效果可观。碳排放的降低更是十分显著。以高值金属含量占总量的20%，减碳系数2.5/t计，项目减少碳排放量为：20%×800 000×2.5=40 万t。

4 结论

4.1 优势互补，要素相容

有色金属与资源循环企业都要加快转变思想观念，确立“优势互补，要素相容”的企业发展新理念。在产业设计方面不但要考虑有色金属的固有运行流程，还要从资源全生命周期出发，围绕着节能、低碳和资源化的总体原则，加强回收、分类和综合利用环节建设，将矿石矿粉为代表的原生资源和“城市矿产”为代表的再生资源放在“大资源、大矿业”的框架内协同考虑，打开矿山和城市两个资源宝库大门，促进有色行业健康有序发展。

4.2 弹性供给，产业延伸

新型供应链和产业链建设是有色金属企业转型升级的重要手段，通过产业融合、系统组合等方法，加强科技创新、技术攻关能力，构建新型产业体系。弹性的供给使得规模有色企业产能优势更好地得以发挥，也使资源循环走上了科学化、规模化的道路。循环产业链的建设使得资源化流程短链高效，消除冗余，更好地降低生产与经营中各环节的成本，提高生产效率，还将产业链条延伸至终端产品的清洁生产，全面提升了企业竞争能力。

4.3 保护环境，资源永续

做好有色资源永续的大文章，减少对原生矿产资源的依赖，就要将资源再生和环境保护作为一个整体去规划运行，立足于社会化资源大循环，开辟资源新路。在变废为宝、有效提高再生资源利用率的同时，减少重金属对人类生存环境的污染，节能降耗，实现绿色GDP，推动产业转型升级和企业绿色化发展。

4.4 减排低碳，促进中和

“城市矿产”的回收利用可以有效减少初次生产过程中的碳排放，是实现“碳达峰”和“碳中和”的重要抓手。在当前原生资源日益短缺、开采成本不断加大、价格逐步攀升的条件下，充分利用“城市矿产”等再生资源，既能降低成本，又能降低碳排放和其他污染物排放，还可为经济建设提供保障[17]。从回收、物流、预处理到协同冶炼和新品生产，强化全过程低碳节能，更快适应全球低碳发展新格局，有色金属与资源循环行业任重道远。