基于資源—技術(shù)—環(huán)境的高技術(shù)城市礦產(chǎn)戰(zhàn)略性篩選

王昶++左綠水++孫橋++宋慧玲

摘要

城市礦產(chǎn)中蘊含大量的高技術(shù)礦產(chǎn)，它們是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵原材料。本文從中國國情出發(fā)，界定了涵蓋新能源技術(shù)、通訊設(shè)備、交通工具、電池、電器電子產(chǎn)品等5大類共計27種高技術(shù)城市礦產(chǎn)，從資源、技術(shù)、環(huán)境三個維度設(shè)計了11項指標，對高技術(shù)城市礦產(chǎn)進行戰(zhàn)略性篩選；并通過半定量化不確定性分析方法確定研究結(jié)果的可靠性。結(jié)果顯示：①從資源-技術(shù)兩維度看，電器電子產(chǎn)品用電池資源指數(shù)高，且技術(shù)相對成熟；動力汽車電池資源指數(shù)值略低，但未來開發(fā)潛力大。②從資源-環(huán)境兩維度看，電池是拆解處置重點。③從資源-技術(shù)-環(huán)境三維度來看，高技術(shù)城市礦產(chǎn)可以分為四個梯隊：高資源指數(shù)、高技術(shù)指數(shù)、高環(huán)境指數(shù)的“三高”梯隊，包括EEE用鎳氫電池、EEE用鎳鎘電池、EEE用鋰離子電池；中高資源指數(shù)、中高技術(shù)指數(shù)、中高環(huán)境指數(shù)的“三中高”梯隊，包括手機和動力汽車電池；低資源指數(shù)、低技術(shù)指數(shù)、中高環(huán)境指數(shù)的“二低一中高”梯隊，包括風(fēng)渦輪機、熒光燈、動力汽車永磁電機和電話機；資源指數(shù)、技術(shù)指數(shù)、環(huán)境指數(shù)都相對較低的“三低”梯隊，包括電器電子產(chǎn)品和光伏電板。此外，隨著時間的推移，篩選結(jié)果會發(fā)生動態(tài)變化，因此高技術(shù)城市礦產(chǎn)的戰(zhàn)略性篩選是一個持續(xù)動態(tài)的評估過程，需要建立與之相適應(yīng)的“開發(fā)一批、儲備一批、謀劃一批”的動態(tài)管理系統(tǒng)?；谘芯拷Y(jié)論，本文從高技術(shù)城市礦產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立、重點開發(fā)目錄制定與調(diào)整、在線回收與交易平臺構(gòu)建、拆解技術(shù)儲備以及可持續(xù)供應(yīng)體系建立等方面提出了建議。

關(guān)鍵詞高技術(shù)礦產(chǎn)；城市礦產(chǎn)；戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)；戰(zhàn)略性篩選

中圖分類號C939；F426

文獻標識碼A文章編號1002-2104（2017）07-0025-10DOI：10.12062/cpre.20170460

高技術(shù)礦產(chǎn)指那些地球上存量稀少，因技術(shù)和經(jīng)濟因素提取困難，現(xiàn)代工業(yè)以及未來伴隨著技術(shù)革命所形成的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)所必須的礦產(chǎn)，它們用于在低碳經(jīng)濟條件下生產(chǎn)精密的高科技產(chǎn)品及環(huán)保型產(chǎn)品[1]，尤其是在新能源部門中扮演重要角色[2]，因此也被稱作能源金屬（energy metal）或新時代金屬（new age metal）[3]。隨著風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、電動汽車、3D打印、電子信息等技術(shù)創(chuàng)新及其商業(yè)化步伐加快，全球?qū)︿?、鈷、鈮、銦、鎵、鍺、釩、鎢、稀土等高技術(shù)礦產(chǎn)需求強勁，高技術(shù)礦產(chǎn)成為各國利益爭奪的焦點，供需矛盾凸顯。從需求側(cè)來看，自2010年以來，美國、歐盟、日本紛紛圍繞本國或本地區(qū)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)篩選高技術(shù)礦產(chǎn)[4-5]，視為未來掌控的重點，并采取了全球資源控制、循環(huán)替代研發(fā)、戰(zhàn)略收儲等一系列措施來保障資源供給。從供給側(cè)來看，高技術(shù)礦產(chǎn)在地球上存量稀少，且通常是主要工業(yè)金屬如銅、鋅、鋁開采和加工的副產(chǎn)品，其可供性主要受主產(chǎn)品可供性的制約[6]。未來10年主要工業(yè)金屬礦產(chǎn)陸續(xù)進入需求峰值，供應(yīng)增幅也隨之逐步放緩，高技術(shù)礦產(chǎn)的供應(yīng)風(fēng)險將進一步加大。另一方面，隨著自然資源的生產(chǎn)和消費，大量礦產(chǎn)資源蓄積在產(chǎn)品中，以在用存量或廢棄物的形態(tài)不斷堆積在城市中，形成豐富的城市礦產(chǎn)。隨著技術(shù)發(fā)展、消費升級，富集在城市礦產(chǎn)中的高技術(shù)礦產(chǎn)種類越來越豐富。以Intel芯片為例，20世紀80年代左右，它只含有11種元素，到20世紀90年代，元素種類達到了15種，而在21世紀初時其元素種類已經(jīng)超過60種[7]。同時金屬元素的循環(huán)性使得城市礦產(chǎn)對資源供給具有重要的乘數(shù)效應(yīng)，一單位的任意城市礦產(chǎn)，如果其回收利用率達到90%，則一次循環(huán)可增加0.9倍的資源量，二次循環(huán)可增加1.7倍的資源量，而無限次循環(huán)則可增加9倍的資源量[8]。城市礦產(chǎn)已成為高技術(shù)礦產(chǎn)的重要來源，界定高技術(shù)城市礦產(chǎn)并進行戰(zhàn)略性篩選對保障戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義。然而現(xiàn)有文獻關(guān)于高技術(shù)城市礦產(chǎn)戰(zhàn)略性篩選的研究還比較少，主要集中在原材料的關(guān)鍵性評估方面[4-5， 9-12]，重點評估原生礦的供應(yīng)風(fēng)險，少有從二次資源的角度考慮如何緩解供應(yīng)風(fēng)險；對城市礦產(chǎn)的戰(zhàn)略性篩選也只停留在特定產(chǎn)業(yè)和企業(yè)層面[13-15]。當(dāng)前，中國正大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，而城市礦產(chǎn)可為其發(fā)展提供關(guān)鍵原材料——高技術(shù)礦產(chǎn)。因此，本文將從中國國情出發(fā)，首先界定高技術(shù)城市礦產(chǎn)范圍，然后從“資源-技術(shù)-環(huán)境”三個維度構(gòu)建指標體系，再對其進行戰(zhàn)略性篩選，為國家高技術(shù)城市礦產(chǎn)開發(fā)利用的戰(zhàn)略和政策設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

1研究方法

1.1高技術(shù)城市礦產(chǎn)范圍界定

自2008年以來，美國、日本、歐盟、中國紛紛根據(jù)自己的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求確定了高技術(shù)礦產(chǎn)，盡管稀土金屬、鉑族金屬、鎵、鈮、鉭、銦等是各國和地區(qū)公認的高技術(shù)礦產(chǎn)，但由于產(chǎn)業(yè)發(fā)展差異，各國和地區(qū)確認的高技術(shù)礦產(chǎn)不盡相同。因此，本研究根據(jù)中國國情，采用中國國土資源部國土資源戰(zhàn)略研究重點實驗室對高技術(shù)礦產(chǎn)的界定，主要包括稀土金屬（包括 17 種元素）、鎢、銻、鋰、鎵、鍺、鈹、鎂、銦、鉍、鍶、釩、鈧、鈦、鎘、硼、鋇、鉬、鉑族金屬（特別是鉑、鈀、釕）、鈷、鈮、鉭、鋯、鉿、碲、銣、銫、鉻、錸、硒、鉈、鈾、釷等33種。

本文把富含高技術(shù)礦產(chǎn)的城市礦產(chǎn)稱為高技術(shù)城市礦產(chǎn)。高技術(shù)城市礦產(chǎn)主要有兩方面的來源：一方面是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品，但富含高技術(shù)礦產(chǎn)，如電器電子產(chǎn)品等，該類城市礦產(chǎn)已經(jīng)到了成礦成熟期，有一定的回收規(guī)模；另一方面是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品，未來將大規(guī)模消耗高技術(shù)礦產(chǎn)，如風(fēng)渦輪、光伏電板、動力汽車等，該類產(chǎn)品當(dāng)前還處于成礦初期，但已形成較大的在用存量規(guī)模，且在快速增長。本文在詳細分析比較現(xiàn)有文獻的基礎(chǔ)上，借鑒歐盟、美國能源局、麻省理工大學(xué)、聯(lián)合國環(huán)境署等機構(gòu)對高技術(shù)礦產(chǎn)主要應(yīng)用領(lǐng)域的分析和界定[4-5，9，16]，咨詢相關(guān)產(chǎn)業(yè)和礦產(chǎn)資源領(lǐng)域?qū)＜?，并結(jié)合中國國情最終界定了5大類27種高技術(shù)城市礦產(chǎn)（表1）。

1.2構(gòu)建篩選指標體系

對原材料的關(guān)鍵性評估主要有雙因素和三因素分析框架。美國國家研究委員會、歐盟委員會等組織和機構(gòu)構(gòu)建了雙因素評價框架，從供應(yīng)風(fēng)險、脆弱性或經(jīng)濟重要性兩方面來評估原材料的關(guān)鍵性，重點考察可開采年限、進口依賴、社會發(fā)展水平、回收潛力、經(jīng)濟重要性、原材料價值等指標，并把環(huán)境影響作為供應(yīng)風(fēng)險的一個測量指標。考慮到環(huán)境風(fēng)險對于評估礦產(chǎn)品生產(chǎn)出口國（地區(qū)）礦產(chǎn)資源關(guān)鍵性具有重要意義，耶魯大學(xué)將環(huán)境影響作為與供應(yīng)風(fēng)險、供應(yīng)受限的經(jīng)濟影響并列的第三個維度，提出了三因素分析框架。在具體評估方法方面，主要有關(guān)鍵性矩陣、關(guān)鍵性指數(shù)等。

目前關(guān)于城市礦產(chǎn)的戰(zhàn)略性評估研究還比較少，尚沒有形成完善的評估體系。Kim 等[14]從排放率、回收效益、EPR項目以及塑料處置費用四個方面考慮韓國電子廢棄物回收的優(yōu)先序，其中回收效益指標包括回收利用技術(shù)、金屬回收利用以及回收系統(tǒng)。Nelen 等[13]從目標原材料回收占比、關(guān)鍵性金屬回收、原材料回收閉環(huán)程度以及減少的環(huán)境負擔(dān)四個方面對電子廢棄物的回收效應(yīng)進行了評估。Sun 等[15]站在拆解處理企業(yè)的角度構(gòu)建了兩個指標即資源指數(shù)和技術(shù)指數(shù)來衡量城市礦產(chǎn)的重要性排序，其中資源指數(shù)考慮了市場價值、經(jīng)濟重要性和供應(yīng)風(fēng)險，技術(shù)指數(shù)考慮了回收率、環(huán)境影響、物理處理成本和冶煉成本。總結(jié)發(fā)現(xiàn)，回收的資源效益、回收利用技術(shù)以及環(huán)境污染是城市礦產(chǎn)戰(zhàn)略性評估的共性指標。在具體評估方法方面，有比重分析法、德爾菲法和指數(shù)法等。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了資源指數(shù)、技術(shù)指數(shù)、環(huán)境指數(shù)對高技術(shù)城市礦產(chǎn)進行戰(zhàn)略性篩選。①資源指數(shù)。城市礦產(chǎn)的本質(zhì)是資源，其內(nèi)含的豐富的金屬元素，具有可循環(huán)利用的特性。耶魯大學(xué)的研究表明隨著人類技術(shù)水平的提升，其研究的56種以金屬為主的元素中，可回收利用比例低于90%的資源類型僅有鋅、砷、硒、銩、鐿、镥、汞和鉍8種元素[17]。因此，資源是高技術(shù)城市礦產(chǎn)戰(zhàn)略性篩選的首要指標。②技術(shù)指數(shù)。根據(jù)物質(zhì)不滅定律，城市礦產(chǎn)中的元素是可以永遠循環(huán)的，但作為人類活動的產(chǎn)物，其實際回收主要取決于技術(shù)水平。因此，技術(shù)是高技術(shù)城市礦產(chǎn)戰(zhàn)略性篩選的重要指標。③環(huán)境指數(shù)。城市礦產(chǎn)的社會屬性決定了其開發(fā)利用具有環(huán)境價值，一方面可以減少城市固體廢棄物，緩解垃圾圍城困境，另一方面相對于原生礦開采，城市礦產(chǎn)開發(fā)利用可以大大降低能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排[18]。因此，環(huán)境是高技術(shù)城市礦產(chǎn)戰(zhàn)略性篩選不可或缺的指標?；诖?，本文最終確定了包含11個測量指標的高技術(shù)城市礦產(chǎn)“資源-技術(shù)-環(huán)境”戰(zhàn)略性篩選指標體系（見圖1）。

1.3指標測量與數(shù)據(jù)獲取

本文數(shù)據(jù)來源首先選擇公開出版的文獻、報告以及政府或行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其次為行業(yè)專家意見、產(chǎn)品說明、生產(chǎn)標準等，個別數(shù)據(jù)無法直接獲取則通過其他相關(guān)數(shù)據(jù)進行推算。具體來看，城市礦產(chǎn)內(nèi)高技術(shù)礦產(chǎn)含量數(shù)據(jù)主要來源于文獻及政府研究報告，高技術(shù)礦產(chǎn)資源產(chǎn)量、儲量、價格等數(shù)據(jù)主要來源于中國國土資源部、美國地質(zhì)調(diào)查局、亞洲金屬網(wǎng)、中國有色金屬網(wǎng)、wind數(shù)據(jù)庫、中國有色金屬統(tǒng)計年鑒等，城市礦產(chǎn)報廢量及在用存量數(shù)據(jù)主要來源于中國電器研究院、光伏等各行業(yè)協(xié)會官網(wǎng)、主要生產(chǎn)商官網(wǎng)、研究報告、統(tǒng)計年鑒等。本文在系統(tǒng)回顧多種描述城市礦產(chǎn)戰(zhàn)略性評估、原材料關(guān)鍵性評估的模型和方法的基礎(chǔ)上[4-5， 9， 15-16]，對指標進行定義和測量，指標的詳細描述和測量如下。

1.3.1資源指數(shù)

資源指數(shù)衡量某一城市礦產(chǎn)的資源價值，評估城市礦產(chǎn)經(jīng)濟重要性以及未來回收潛力[15]。資源指數(shù)值越高，表示城市礦產(chǎn)回收利用產(chǎn)生的經(jīng)濟效益越高，反之亦然。資源指數(shù)從經(jīng)濟重要性、供應(yīng)風(fēng)險、回收潛力三個方面進行測量。

（1）經(jīng)濟重要性（ECI）。某一高技術(shù)城市礦產(chǎn)的經(jīng)濟重要性可從兩個方面來衡量，一是城市礦產(chǎn)回收提煉出的高技術(shù)礦產(chǎn)的市場價值，直接體現(xiàn)了其所能產(chǎn)生的經(jīng)濟效益；二是高技術(shù)礦產(chǎn)創(chuàng)造的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增加值，體現(xiàn)了城市礦產(chǎn)對國家未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持。

經(jīng)濟價值（MV）。某一城市礦產(chǎn)回收利用的經(jīng)濟價值是由其內(nèi)含高技術(shù)礦產(chǎn)的市場價格決定的，礦產(chǎn)價格越高，且含量越豐富，經(jīng)濟價值越大。由于高技術(shù)礦產(chǎn)價格最大值與最小值分別為248 152.2萬元/t和0.079萬元/t，且方差較大。因此，借鑒Graedal 等[10]提出的換算方法，通過公式（1）把高技術(shù)礦產(chǎn)價格轉(zhuǎn)換為取值[0，100]的指標Vi·tran：

其中，Vi代表i礦產(chǎn)在2016年5月15日至2016年8月15日近3個月的市場平均價格。在此基礎(chǔ)上，計算城市礦產(chǎn)j的經(jīng)濟價值MVj：

其中，i代表城市礦產(chǎn)j中含的i礦產(chǎn)，xi代表i礦產(chǎn)在城市礦產(chǎn)j中的含量。

礦產(chǎn)價格數(shù)據(jù)來源于海通證券以及中國金屬新聞網(wǎng)http：//www.metalnews.cn/。

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)影響值（SI）。SI集中體現(xiàn)了城市礦產(chǎn)中高技術(shù)礦產(chǎn)在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，主要由其內(nèi)含高技術(shù)礦產(chǎn)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)影響值決定，創(chuàng)造的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)影響值越大，其對國家產(chǎn)業(yè)升級的支持越大。城市礦產(chǎn)j的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)影響值指數(shù)SIj計算如下：

其中，i代表城市礦產(chǎn)j中含的i礦產(chǎn)，xi代表i礦產(chǎn)在城市礦產(chǎn)j中的含量，ECj代表i礦產(chǎn)對戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)影響值。參考李鵬飛等[19]的研究提出的稀有礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增加值，本文計算得到城市礦產(chǎn)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟影響指標值。

匯總經(jīng)濟價值和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)影響值兩個指標得到經(jīng)濟重要性指標：

（2）供應(yīng)風(fēng)險（SR）。高技術(shù)城市礦產(chǎn)的供應(yīng)風(fēng)險可從其內(nèi)含礦產(chǎn)資源的可開采年限、進口依存度、價格波動性三個方面來衡量。這三者分別體現(xiàn)了國內(nèi)供應(yīng)風(fēng)險、海外供應(yīng)風(fēng)險以及供應(yīng)價格風(fēng)險。

可開采年限（RY）?？砷_采年限反映了在現(xiàn)有規(guī)模生產(chǎn)條件下，剩余儲量可以支撐的年限，體現(xiàn)了我國資源的國內(nèi)供給情況，可開采年限越長，風(fēng)險越小。為了將礦產(chǎn)資源的可開采年限轉(zhuǎn)換為和供應(yīng)風(fēng)險方向一致，并減小不同礦產(chǎn)之間的量級差別（最大值2 350，最小值1.1），通過公式（5）把高技術(shù)礦產(chǎn)可開采年限轉(zhuǎn)換為取值[0，100]的正向指標（R/P）i·tran：

其中，（R/P）i為i礦產(chǎn)2015年可開采年限。在此基礎(chǔ)上，計算高技術(shù)城市礦產(chǎn)j的可開采年限指標RYj：

其中，i代表城市礦產(chǎn)j中含的i礦產(chǎn)，xi代表i礦產(chǎn)在城市礦產(chǎn)j中的含量。

礦產(chǎn)資源的儲量、產(chǎn)量數(shù)據(jù)主要來源于USGS和中國國土資源部。

對外依存度（ED）。對外依存度體現(xiàn)了對海外資源的依賴程度，依賴程度越高，則當(dāng)海外資源供給出現(xiàn)問題時，帶來的風(fēng)險越大。城市礦產(chǎn)j的對外依存度EDj計算如下：

其中，i代表城市礦產(chǎn)j中含的i礦產(chǎn)，xi代表i礦產(chǎn)在城市礦產(chǎn)j中的含量，EDi代表i礦產(chǎn)2015年的對外依存度。

礦產(chǎn)資源的對外依存度數(shù)據(jù)主要來源于中國國土資源部。

價格波動性（PV）。價格波動性體現(xiàn)了以合理價格穩(wěn)定獲得資源的風(fēng)險，波動性越大，風(fēng)險越大。城市礦產(chǎn)j的對價格波動性指標計算如下：

其中，i代表城市礦產(chǎn)j中含的i礦產(chǎn)，xi代表i礦產(chǎn)在城市礦產(chǎn)j中的含量，PVi代表i礦產(chǎn)近3個月價格序列標準差變異系數(shù)。

礦產(chǎn)價格數(shù)據(jù)來源于海通證券以及中國金屬新聞網(wǎng)http：//www.metalnews.cn/。

匯總可開采年限、對外依存度和價格波動性三個指標得到供應(yīng)風(fēng)險指標：

（3）回收潛力（RP）。高技術(shù)城市礦產(chǎn)的回收潛力可從兩個方面來衡量，一是當(dāng)前報廢量，二是當(dāng)前社會存量。報廢量體現(xiàn)了當(dāng)前的回收潛力，在用存量體現(xiàn)了未來回收潛力。

報廢量（WQ）。由于研究范圍內(nèi)的城市礦產(chǎn)2015年報廢量最大值為616 500 t，最小值為0.1 t，且方差較大，因此，通過公式（10）將其轉(zhuǎn)換為取值[0，100]的指標：

其中，Qj為城市礦產(chǎn)j在2015年的報廢量。

報廢量數(shù)據(jù)主要來源于中國電器研究院、光伏等各行業(yè)協(xié)會官網(wǎng)，部分產(chǎn)品單位重量來源于生產(chǎn)商官網(wǎng)。

在用存量（IS）。由于研究范圍內(nèi)的城市礦產(chǎn)2015年報廢量最大值為6 750 000 t，最小值為443 t，且方差較大，因此，通過公式（11）將其轉(zhuǎn)換為取值[0，100]的指標：

其中，IQj為城市礦產(chǎn)j在2015年的社會存量。

在用存量數(shù)據(jù)主要來源于中國電器研究院、光伏等各行業(yè)協(xié)會官網(wǎng)，部分產(chǎn)品單位重量來源于生產(chǎn)商官網(wǎng)。

匯總報廢量和在用存量兩個指標得到回收潛力指標：

匯總經(jīng)濟重要性、供應(yīng)風(fēng)險和回收潛力，得到資源指數(shù)：

1.3.2技術(shù)指數(shù)

技術(shù)指數(shù)衡量某一城市礦產(chǎn)回收利用的技術(shù)難度，即評估回收利用某一城市礦產(chǎn)的技術(shù)成本有多大。技術(shù)指數(shù)值越高，表示當(dāng)前技術(shù)越成熟，城市礦產(chǎn)開發(fā)利用所需投入技術(shù)開發(fā)成本越低，反之亦然。本文從元素回收率、拆解技術(shù)成本、提煉技術(shù)三個方面構(gòu)建技術(shù)指數(shù)。

（1）回收率（RR）?；厥章手笜撕饬刻囟ǔ鞘械V產(chǎn)中高技術(shù)礦產(chǎn)全部得到回收的潛力，一般基于礦產(chǎn)提取難度以及元素的回收率。城市礦產(chǎn)j的回收率指標計算如下：

其中，i代表城市礦產(chǎn)j中含的i礦產(chǎn)，xi代表i礦產(chǎn)在城市礦產(chǎn)j中的含量，RRi代表i礦產(chǎn)的回收率。

回收率數(shù)據(jù)來源于Graedal 等[20]的研究中元素的全球平均報廢后回收率（endoflife functional recycling rates，EOLRR）。

（2）拆解技術(shù)成本（MC）。拆解技術(shù)成本可用當(dāng)前的拆解技術(shù)、設(shè)備以及研究水平來衡量。拆解技術(shù)越成熟、設(shè)備越完善，則所需的技術(shù)公關(guān)難度越小，用于拆解技術(shù)的成本投入越小，拆解技術(shù)成本指標值越高。由于目前缺乏拆解技術(shù)成本的量化數(shù)據(jù)，因此設(shè)計了城市礦產(chǎn)拆解技術(shù)評價的Likert五級量表（表 2），并請多位礦產(chǎn)資源、回收拆解領(lǐng)域?qū)＜乙勒樟勘韺Ω黝惓鞘械V產(chǎn)進行打分，最后取均值作為最終結(jié)果MCj。

（3）提煉技術(shù)成本（MEC）。參考Sun等[15]的方法，可用城市礦產(chǎn)內(nèi)含元素的集中性來評估提煉技術(shù)成本，城市礦產(chǎn)j的提煉技術(shù)成本MECj具體計算如下：

其中，i代表城市礦產(chǎn)j中含的i礦產(chǎn)，xi代表i礦產(chǎn)在城市礦產(chǎn)j中的含量，n代表城市礦產(chǎn)j所含高技術(shù)礦產(chǎn)的種數(shù)，m代表城市礦產(chǎn)j所含其他金屬礦產(chǎn)的種數(shù)。

匯總回收率、拆解技術(shù)成本和提煉技術(shù)成本，得到技術(shù)指數(shù)（TIj）：

1.3.3環(huán)境指數(shù)

環(huán)境指數(shù)衡量某一城市礦產(chǎn)回收利用創(chuàng)造的環(huán)境價值，即通過城市礦產(chǎn)回收利用所能減少的原生礦開采利用產(chǎn)生的環(huán)境影響。環(huán)境指數(shù)越高，表示城市礦產(chǎn)開發(fā)利用所減少的環(huán)境污染越多，創(chuàng)造的環(huán)境價值越高，反之亦然。

本文基于Steen[21]報告中的礦產(chǎn)品全生命周期環(huán)境影響來考察城市礦產(chǎn)的環(huán)境價值。由于本研究中26種高技術(shù)礦產(chǎn)的環(huán)境影響指數(shù)最高值為7 430 000 ELU/kg，最低值為0.952 ELU/kg，且方差很大，因此利用公式（17）將其轉(zhuǎn)換為取值范圍[0，100]的指標WFi·tran：

其中，WFi為i金屬的全壽命環(huán)境影響指數(shù)。在此基礎(chǔ)上，計算高技術(shù)城市礦產(chǎn)j的環(huán)境價值EIj：

其中，i代表城市礦產(chǎn)j中含的i礦產(chǎn)，Xi代表i礦產(chǎn)在城市礦產(chǎn)j中的含量。

Steen的報告中給出了除鎘外的25種礦產(chǎn)開發(fā)利用的全壽命環(huán)境影響指數(shù)，本文中將25種礦產(chǎn)的平均值作為鎘的環(huán)境指數(shù)值。

1.3.4篩選方法

本文借鑒歐盟聯(lián)合研究中心[22]的做法，采用不聚合的方法進行戰(zhàn)略性篩選，突出資源、技術(shù)、環(huán)境各指數(shù)的特點和影響，并結(jié)合美國國家研究委員會[23]的關(guān)鍵性矩陣表達形式，先分別構(gòu)建了“資源-技術(shù)”、“資源-環(huán)境”的兩維度篩選矩陣，最后構(gòu)建了“資源-技術(shù)-環(huán)境”的三維立體篩選模型。

1.4不確定性分析方法

本研究的數(shù)據(jù)主要來源于公開發(fā)表的文獻、報告、統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，少部分來源于專家咨詢、產(chǎn)品說明等，個別數(shù)據(jù)通過推算獲得，不同來源數(shù)據(jù)可靠性不一樣，因此本文參考Zhang 等的研究[24-25]，采用半定量化方法進行不確定性分析。根據(jù)獲取數(shù)據(jù)的來源判斷數(shù)據(jù)不確定性水平的原則見表3。

不確定性分析分為三個步驟：①確定各礦產(chǎn)數(shù)據(jù)的不確定性水平。②根據(jù)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)不確定性水平及其在城市礦產(chǎn)中的相對占比，求出各測量指標的不確定性水平；報廢量、在用存量、拆解水平及產(chǎn)品內(nèi)含元素復(fù)雜性等四個直接關(guān)于城市礦產(chǎn)數(shù)據(jù)的指標，則直接根據(jù)城市礦產(chǎn)數(shù)據(jù)來源確定不確定性水平。③通過平均加權(quán)的方式，求出三個指數(shù)的不確定性水平。

2研究結(jié)果與討論

2.1研究結(jié)果描述性統(tǒng)計分析

按照圖1設(shè)計的“資源-技術(shù)-環(huán)境”指標體系，測算結(jié)果如表 4。

從三個維度來看，資源指數(shù)平均得分為28.76，標準差為31.97；技術(shù)指數(shù)平均得分為30.75，標準差為28.85；環(huán)境指數(shù)平均得分為56.52，標準差為25.70?？梢钥闯?，三個指數(shù)中環(huán)境指數(shù)平均值最高，且波動最小，資源指數(shù)平均值最低，波動最大；這說明高技術(shù)城市礦產(chǎn)回收利用均能產(chǎn)生比較好的環(huán)境效益，但資源效益差異大，且需提高拆解處理技術(shù)水平。

從各類高技術(shù)城市礦產(chǎn)來看，新能源技術(shù)資源指數(shù)均值為16.45，技術(shù)指數(shù)均值為9.33，環(huán)境指數(shù)均值為46.76；通訊設(shè)備資源指數(shù)均值為53.39，技術(shù)指數(shù)均值為52.30，環(huán)境指數(shù)均值為80.86；交通工具資源指數(shù)均值為20.17，技術(shù)指數(shù)均值為18.99，環(huán)境指數(shù)均值為64.17；電池資源指數(shù)均值為81.82，技術(shù)指數(shù)均值為79.76，環(huán)境指數(shù)均值為89.23；電器電子產(chǎn)品資源指數(shù)均值為8.41，技術(shù)指數(shù)均值為14.90，環(huán)境指數(shù)均值為40.63。由此可見，電池的資源指數(shù)、技術(shù)指數(shù)和環(huán)境指數(shù)均值均是最高的，這表明電池將是高技術(shù)城市礦產(chǎn)重點開發(fā)的對象。

2.2“資源-技術(shù)”兩維度分析

“資源-技術(shù)”兩維度結(jié)果如圖2。其中，電器電子產(chǎn)品用鎳氫電池（B4）、鎳鎘電池（B3）及鋰離子電池（B5）的資源指數(shù)值和技術(shù)指數(shù)值均高于90；動力汽車用鋰離子電池（B1）、鎳氫電池（B2）資源指數(shù)值和技術(shù)指數(shù)值均在50上下的中等水平。數(shù)據(jù)表明EEE用電池回收能夠提供大量的高技術(shù)礦產(chǎn)，且技術(shù)相對成熟，動力汽車電池資源指數(shù)值較低，但未來潛力大。2012—2014年，中國累計生產(chǎn)鎳鎘電池10.43億只、鎳氫電池23.33億只、鋰離子電池90.3億只，這些電池幾乎已全部投入市場，根據(jù)混合動力汽車電池包平均6—9年的壽命分布，該批電池將在未來5年內(nèi)進入報廢高峰。

通信設(shè)備中手機（C1、C2）的資源指數(shù)值和技術(shù)指數(shù)值在65—75的較高水平，資源指數(shù)較高，拆解處理技術(shù)也相對成熟。但存在的現(xiàn)實問題是，目前手機的拆解回收還有相當(dāng)大的一部分是手工作坊式，粗糙提取其中的貴金屬，而對內(nèi)含的其他高技術(shù)礦產(chǎn)關(guān)注較少。

新能源技術(shù)（G1、G2、G3）、動力汽車（V1、V2）以及電器電子產(chǎn)品（E1—E14）的資源指數(shù)值和技術(shù)指數(shù)值都相對較低，在0—30的范圍內(nèi)分布。新能源技術(shù)以及動力汽車資源指數(shù)和技術(shù)指數(shù)偏低，主要是由于風(fēng)渦輪永磁電機、熒光燈以及動力汽車永磁電機中含有的主要高技術(shù)礦產(chǎn)“稀土”是我國的優(yōu)勢礦產(chǎn)，其資源儲量在全球領(lǐng)先，供應(yīng)風(fēng)險小，從而導(dǎo)致資源指數(shù)較低。同時，由于新能源技術(shù)和動力汽車均是近些年才開始快速發(fā)展，尚未進入報廢高峰，還未吸引市場對拆解回收技術(shù)、設(shè)備的研發(fā)投入，因此技術(shù)指數(shù)也較低。電器電子產(chǎn)品拆解技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)比較成熟，但由于內(nèi)含元素的復(fù)雜性，對元素進行全部提取有一定困難，這也是未來要突破的重點。

2.3“資源-環(huán)境”兩維度分析

“資源-環(huán)境”兩維度結(jié)果如圖3。其中，EEE用鎳氫電池（B4）、EEE用鎳鎘電池（B3）及EEE用鋰離子電池（B5）的資源指數(shù)值和環(huán)境指數(shù)值均高于90；手機（C1、C2）的資源指數(shù)在70左右，環(huán)境價值大于85。數(shù)據(jù)表明：

電池以及手機不僅回收資源潛力比較大，環(huán)境效益也大。其中，鎳鎘電池中含有將近15%的有毒金屬鎘，不進行無害化回收處理將會對環(huán)境和人體健康造成巨大危害。因此，鎳鎘電池的回收利用能產(chǎn)生很大的環(huán)境效益。

新能源技術(shù)（G1、G3）、動力汽車（V1、V2）以及電話機（C3）的資源指數(shù)值在15—30的低水平，但環(huán)境指數(shù)在60—75的較高水平。這表明風(fēng)渦輪和動力汽車中的永磁電機回收雖然目前來看資源價值相對較低，但能創(chuàng)造較高的環(huán)境價值高。

相比較而言，電器電子產(chǎn)品的環(huán)境指數(shù)值偏低，但絕大多數(shù)都接近或高于50，尤其是在當(dāng)前電器電子產(chǎn)品已經(jīng)進入大規(guī)模報廢階段，不進行回收處理，將嚴重危害環(huán)境。

從數(shù)據(jù)結(jié)果分析來看，為解決環(huán)境污染問題，目前應(yīng)該把電器電子產(chǎn)品作為回收處理重點，但從長遠來看，電池應(yīng)成為解決資源瓶頸、環(huán)境污染問題的拆解處置重點。

2.4“資源-技術(shù)-環(huán)境”三維度分析

從資源-技術(shù)-環(huán)境三維度篩選結(jié)果來看，27種高技術(shù)城市礦產(chǎn)可以分為以下四個梯隊（見圖4、表5）：

第一梯隊特點是“三高”：高資源指數(shù)、高技術(shù)指數(shù)、高環(huán)境指數(shù)，包括EEE用鎳氫電池（B4）、EEE用鎳鎘電池（B3）、EEE用鋰離子電池（B5）。位于第一梯隊的高技術(shù)城市礦產(chǎn)是我們首要關(guān)注重點，EEE用各類電池內(nèi)含高技術(shù)礦產(chǎn)品位高，含量合計占比達10%—30%，遠高于其他類型城市礦產(chǎn)。當(dāng)前該梯隊高技術(shù)城市礦產(chǎn)尚未進入成礦高峰，還不具備大規(guī)模開發(fā)利用的條件，但未來一旦進入大規(guī)模報廢階段，將是一座高技術(shù)礦產(chǎn)富礦，需提前做指數(shù)、中高環(huán)境指數(shù)，包括手機（C1、C2）和動力汽車電池（B1、B2）。位于第二梯隊的高技術(shù)城市礦產(chǎn)有兩類，一類是已進入大規(guī)模報廢階段的手機，一類是正在快速發(fā)展的動力汽車電池。手機已納入《電器電器電子產(chǎn)品處理目錄》，得到了政策支持，同時市場針對手機的“互聯(lián)網(wǎng)+”回收平臺也正在構(gòu)建和完善。動力汽車電池回收則剛剛起步，雖然在2016年1月，中國第一個新能源汽車動力電池回收國家標準《車用動力電池回收利用拆解規(guī)范》和《車用動力電池回收利用余能檢測》通過審定，中國動力電池回收標準化、規(guī)范化大幕拉開，但在回收體系構(gòu)建、技術(shù)攻關(guān)方面還需進一步提升，以應(yīng)對未來的報廢高峰。

第三梯隊特點是“二低一中高”：低資源指數(shù)、低技術(shù)指數(shù)、中高環(huán)境指數(shù)，包括新能源技術(shù)（G1、G3）、動力汽車永磁電機（V1、V2）、電話機（C3）。位于第三梯隊的高技術(shù)城市礦產(chǎn)需重點關(guān)注其未來潛力和環(huán)境影響。風(fēng)渦輪、動力汽車的永磁電機是稀土的主要應(yīng)用終端，由于當(dāng)前中國稀土資源儲量豐富、供應(yīng)風(fēng)險小、“白菜式”的低廉價格，稀土的戰(zhàn)略價值沒有得到很好的體現(xiàn)。但從長遠來看，隨著國內(nèi)對稀土資源的高強度開采，以及對稀土金屬需求的快速增長，未來稀土金屬的供應(yīng)風(fēng)險將逐步加大，而新能源技術(shù)、動力汽車也將進入報廢高峰，其資源效益將逐步增大，需要提前關(guān)注和布局回收。熒光燈因含汞而被列入《國家危險廢物名錄》，但卻沒有相應(yīng)的法規(guī)配套和監(jiān)督，廢舊熒光燈的處理量遠跟不上報廢量。以北京為例，一年廢舊熒光燈管產(chǎn)生量達1 000多萬根，但實際處理不足100萬根。完善回收體系，突破無害化資源化處理關(guān)鍵技術(shù)是廢舊熒光燈回收處理的重點。

第四梯隊特點是“三低”：資源指數(shù)、技術(shù)指數(shù)、環(huán)境指數(shù)都相對較低，包括電器電子產(chǎn)品（E1—E14）和光伏電板（G2）。位于第四梯隊的高技術(shù)城市礦產(chǎn)和其他類別相比，資源指數(shù)、技術(shù)指數(shù)和環(huán)境指數(shù)都偏低，但不可忽視。電器電子產(chǎn)品當(dāng)前正處于大規(guī)模報廢的階段，同時隨著產(chǎn)品升級的加快、消費水平的提升，電器電子產(chǎn)品的實際使用時間遠低于理論可使用壽命，產(chǎn)品生命周期大幅度縮短，將持續(xù)維持較高的報廢量和在用存量水平，電器電子產(chǎn)品回收利用將是目前的重點。另一方面，中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)從2007年之后逐漸進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，以光伏電板平均壽命20年計算，首批規(guī)模報廢將在10年之后，目前光伏電板還在快速發(fā)展布局，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》計劃到2020年太陽能發(fā)電裝機達到110 GW以上，其中分布式光伏60 GW以上，未來光伏電板回收資源潛力巨大。

本文的篩選是基于我國城市礦產(chǎn)目前的在用存量、報廢量進行的靜態(tài)分析，隨著時間的推移，篩選結(jié)果會發(fā)生動態(tài)變化。如動力汽車、風(fēng)渦輪、光伏電板等目前大規(guī)模消費的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品未來將進入首輪報廢高峰，其資源指數(shù)將大幅度提升；而CRT電視機等傳統(tǒng)電器電子產(chǎn)品將逐漸退出市場，社會存量將逐步減小。因此高技術(shù)城市礦產(chǎn)的戰(zhàn)略性篩選是一個持續(xù)動態(tài)的評估過程，需要建立與之相適應(yīng)的“開發(fā)一批、儲備一批、謀劃一批”的動態(tài)管理系統(tǒng)。

2.5不確定性分析結(jié)果

半定量化不確定性分析結(jié)果如表 6。資源指數(shù)的平均不確定性水平為±16.21%，技術(shù)指數(shù)的平均不確定性水平為±16.67%，環(huán)境指數(shù)的平均不確定性水平為±10.96%。根據(jù)Zhang 等的判斷標準[24-25]，本文的研究結(jié)果是可以接受的。

3結(jié)論與建議

隨著新能源、3D打印、電子信息等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及國際礦業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的深化，未來資源競爭將從大宗金屬轉(zhuǎn)向高技術(shù)礦產(chǎn)，高技術(shù)礦產(chǎn)安全形勢嚴峻；城市礦產(chǎn)開發(fā)利用將開辟國家高技術(shù)礦產(chǎn)資源安全保障新路徑。本文從中國國情出發(fā)，界定了5大類27種高技術(shù)城市礦產(chǎn)，從資源、技術(shù)、環(huán)境三個維度設(shè)計了11項指標對高技術(shù)城市礦產(chǎn)進行戰(zhàn)略性篩選。結(jié)果顯示：

（1）從資源-技術(shù)兩維度看，EEE用電池資源指數(shù)高，且技術(shù)相對成熟；動力汽車電池資源指數(shù)值較低，但未來開發(fā)潛力大；新能源技術(shù)以及動力汽車資源指數(shù)和技術(shù)指數(shù)偏低；電器電子產(chǎn)品拆解技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)比較成熟，但由于內(nèi)含元素的復(fù)雜性，全部提取有困難。

（2）從資源-環(huán)境兩維度看，為解決環(huán)境污染問題，目前應(yīng)該把電器電子產(chǎn)品作為回收處理重點，但從長遠考慮，電池應(yīng)成為拆解處置重點。

（3）從資源-技術(shù)-環(huán)境三維度來看，高技術(shù)城市礦產(chǎn)可以分為四個梯隊：第一梯隊是高資源指數(shù)、高技術(shù)指數(shù)、高環(huán)境指數(shù)的“三高”梯隊，包括EEE用鎳氫電池、EEE用鎳鎘電池、EEE用鋰離子電池；第二梯隊是中高資源指數(shù)、中高技術(shù)指數(shù)、中高環(huán)境指數(shù)的“三中高”梯隊，包括是手機和動力汽車電池；第三梯隊是低資源指數(shù)、低技術(shù)指數(shù)，中高環(huán)境指數(shù)的“二低一中高”梯隊，包括風(fēng)渦輪機、熒光燈、動力汽車永磁電機和電話機；第四梯隊是資源指數(shù)、技術(shù)指數(shù)、環(huán)境指數(shù)都相對較低的“三低”梯隊，包括電器電子產(chǎn)品和光伏電板。

城市礦產(chǎn)是高技術(shù)礦產(chǎn)的重要來源，為更好地促進高技術(shù)城市礦產(chǎn)的開發(fā)利用，本文提出以下幾點建議：①加強城市礦產(chǎn)的流量和存量動態(tài)追蹤，建立高技術(shù)城市礦產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。②制定高技術(shù)城市礦產(chǎn)重點開發(fā)目錄，并予以動態(tài)調(diào)整。③構(gòu)建在線回收與交易的公共信息服務(wù)平臺，解決回收交易混亂、信息不通暢、布局不合理的問題。④繪制高技術(shù)城市礦產(chǎn)科技發(fā)展路線圖，加大科研投入力度，做好拆解處置技術(shù)儲備。⑤推動冶煉企業(yè)搭配使用城市礦產(chǎn)與原生礦，建立高技術(shù)礦產(chǎn)可持續(xù)供應(yīng)體系。

（編輯：李琪）

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