磷礦資源綜合利用效益評(píng)價(jià)體系研究

張亞明，王海軍，趙玉鳳，李文超

(中國自然資源經(jīng)濟(jì)研究院，北京 101149)

我國是農(nóng)業(yè)大國，磷礦作為制取磷肥的主要原料在國民經(jīng)濟(jì)中處于重要的地位。由于多年來對磷礦資源綜合利用重視不足，粗放開發(fā)利用導(dǎo)致資源大量浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題。因此，開展磷礦資源綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法研究，建立磷礦資源綜合利用效益測度指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)磷礦綜合利用效益評(píng)價(jià)定量化，為礦政管理部門綜合利用規(guī)劃、管理和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策制定提供決策支撐，促進(jìn)磷礦資源向節(jié)約集約、提高綜合利用效率方向轉(zhuǎn)變。

1 礦產(chǎn)資源綜合利用效益內(nèi)涵

1.1 礦產(chǎn)資源綜合利用內(nèi)涵

礦產(chǎn)資源綜合利用是貫穿于勘探、采選、冶煉等全過程中的資源開發(fā)利用。從狹義上講，礦產(chǎn)資源綜合利用主要包括兩部分：一是對勘查、采選和冶煉過程中的共伴生礦產(chǎn)資源進(jìn)行綜合回收和綜合利用；二是對礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物、廢水、廢氣等進(jìn)行再次利用[1]。從廣義上講，礦產(chǎn)資源綜合利用除了上述狹義的礦產(chǎn)資源綜合利用內(nèi)容外，還包括對低品位、難選(冶)礦的開發(fā)利用，對采礦過程中損失礦產(chǎn)的回收利用，對社會(huì)沉淀的廢舊資源再利用等[2]。

1.2 礦產(chǎn)資源綜合利用效益內(nèi)涵

礦產(chǎn)資源綜合利用效益是指采用經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理等方面的手段，對共伴生資源、當(dāng)前條件下難利用的資源(低品位、難選資源)、“三廢”資源(廢水、廢氣(液)、廢石尾礦等固廢)回收利用以及提高采選環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標(biāo)所產(chǎn)生的直接效益和間接效益。直接效益包含資源效益、經(jīng)濟(jì)效益，間接效益包括環(huán)境效益和社會(huì)效益等(表1)。

表1 綜合利用效益內(nèi)涵Table 1 Connotation of comprehensive utilization benefit

2 磷礦資源現(xiàn)狀

2.1 資源分布特點(diǎn)

我國磷礦資源豐富，主要分布在湖北省、云南省、貴州省、四川省和湖南省，五省儲(chǔ)量合計(jì)占全國總量的79%，基礎(chǔ)儲(chǔ)量合計(jì)占全國86%，資源量合計(jì)占全國94%，查明資源儲(chǔ)量占全國85%(圖1)，資源特點(diǎn)是富礦少、貧礦多、易選礦少。磷礦床數(shù)量上以中小型為主，但儲(chǔ)量規(guī)模以大型為主。我國磷礦以中低品位居多，品位大于30%的富礦少，截至2016年底，高品位磷礦(P2O5>30%)基礎(chǔ)儲(chǔ)量僅占總量的9%，不足總量的十分之一。我國高品位磷礦資源主要分布在云南省和貴州省，兩省合計(jì)占全國總量的73.14%[3-5](圖2)。

圖1 2016年我國磷礦基礎(chǔ)儲(chǔ)量分布Fig.1 Distribution of basic reserves of phosphate rock

圖2 2016年我國富磷礦基礎(chǔ)儲(chǔ)量分布Fig.2 Distribution of basic reserves of high-grade phosphate rock

2.2 開發(fā)利用現(xiàn)狀

我國磷礦體以中厚-緩傾斜層狀為主，開采難度較大。磷礦開采方式分為地下開采和露天開采兩種，其中地下開采約占60%，露天開采約占40%。我國露天開采回采率都在90%以上，地下開采一般采用房柱法、分段崩落發(fā)，開采回采率最高為80%。近年來，由于安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)和土地成本增加，磷礦地下開采逐漸轉(zhuǎn)向充填采礦法，開采回采率提高到了90%以上(圖3)。

目前，我國磷礦開采以富礦為主，但隨著資源的貧化和技術(shù)進(jìn)步，開始向利用中低品位、礦肥一體、礦化一體轉(zhuǎn)型，云南省和貴州省等示范基地中低品位膠磷礦得到開發(fā)利用，資源利用成效明顯。湖北省宜昌市采用重介質(zhì)法，選礦回收率在80%左右，利用浮選回收膠磷礦，回收率在80%以上。甕福集團(tuán)采用反浮選、尾礦再選技術(shù)，選礦回收率在95%左右。近五年來，全國磷礦選礦回收率平均約為90%，從技術(shù)上講，降低磷礦入選品位是可行的，但經(jīng)濟(jì)的合理性是技術(shù)推廣的關(guān)鍵[6]。

2.3 綜合利用現(xiàn)狀

我國磷礦中共伴生礦產(chǎn)按其賦存狀態(tài)可以分為兩類:第一類是外生磷礦賦存在磷酸鹽礦物中或脈石礦物間的伴生元素，主要有氟、碘、鍶、稀土等；第二類是內(nèi)生磷礦以獨(dú)立礦物形式產(chǎn)出的伴生礦產(chǎn)，主要有磁鐵礦、鈦磁鐵礦、黃鐵礦、鉀長石等，可通過選礦或后加工回收。2016年，磷礦綜合利用年產(chǎn)值為6.74億元，同比增長5.64%，綜合利用產(chǎn)值在總產(chǎn)值的占比為4.74%，同比增長32.03%。2006～2016年，受成本、市場、政策等因素影響，磷礦綜合利用產(chǎn)值呈現(xiàn)大幅波動(dòng)，如圖4所示。

圖3 2016年我國磷礦資源采選利用情況Fig.3 Utilization of mining and ore dressing of phosphate ore in 2016

圖4 2006～2016年我國磷礦企業(yè)綜合利用產(chǎn)值Fig.4 Comprehensive utilization value of phosphate ore enterprises from 2006 to 2016

3 綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

《石化和化學(xué)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016～2020年)》和《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016～2020年)》中要求保障磷、鉀礦產(chǎn)供給，嚴(yán)格控制過剩行業(yè)新增產(chǎn)能。開展磷礦礦產(chǎn)資源綜合利用，提高資源利用效率，達(dá)到資源優(yōu)化配置，合理利用，走適合中國國情的綜合利用礦產(chǎn)資源的路程，形成資源節(jié)約型經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，是擺在我們面前的重要課題。為此，開展磷礦資源綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究，具有十分重要的意義。

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)初定

評(píng)價(jià)綜合利用效益必須構(gòu)建一套明確的量化指標(biāo)，指標(biāo)體系是綜合利用效益評(píng)價(jià)的主要部分，是關(guān)系到評(píng)價(jià)結(jié)果可信度和準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素。因此，構(gòu)建科學(xué)合理的綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系必須遵循客觀科學(xué)性、全面概括性、系統(tǒng)層次性、可操作性等基本原則。

從微觀上來講，礦產(chǎn)資源綜合利用是一種企業(yè)行為，是礦山企業(yè)對其資源充分利用的一種方式，為礦山企業(yè)自身帶來資源、經(jīng)濟(jì)效益。從宏觀來講，通過綜合利用，增加了資源保障程度，減少了開發(fā)過程中對環(huán)境的擾動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)了就業(yè)，具有環(huán)境效益和社會(huì)效益。因此，礦產(chǎn)資源綜合利用效益的測度指標(biāo)應(yīng)包含資源效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益四個(gè)方面。由于礦山環(huán)境多變，導(dǎo)致影響礦物綜合利用的因素紛繁復(fù)雜，為了提高評(píng)價(jià)的精度，通常需要選擇多方面、多層次的指標(biāo)來進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)合指標(biāo)選取原則，運(yùn)用“頻率法”和“專家意見法”初步構(gòu)建磷礦資源綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，各層具體指標(biāo)見表2。

3.2 基于層次分析法的指標(biāo)篩選

層次分析法是由美國運(yùn)籌學(xué)家薩蒂提出的將定性因素與定量因素進(jìn)行統(tǒng)一分析的多目標(biāo)決策分析方法[7-8]。其主要思想是把復(fù)雜問題分解成不同層次的影響因素，通過計(jì)算不同影響因素的權(quán)值，判斷各影響因素對于研究問題的重要性。

3.2.1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

將綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為3個(gè)層次，如圖5所示。

3.2.2 建立判斷矩陣

根據(jù)專家打分法獲得的分值，采用1～9標(biāo)度法(表3)建立各層判斷矩陣[7]。

圖5 層次結(jié)構(gòu)模型Fig.5 Hierarchical structure model

表2 綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 2 Evaluation index system of comprehensive utilization benefit

表3 1～9標(biāo)度法各取值的含義Table 3 The meaning of each value of 1～9 scale method

3.2.3 求解特征向量和特征根

對式判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算各判斷矩陣的特征向量。

目標(biāo)層特征向量C為式(1)。

(1)

準(zhǔn)則層特征向量Ci(i=1，2，3，4)，為式(2)。

(2)

根據(jù)特征向量計(jì)算各層的特征根，目標(biāo)層特征根記為λA，準(zhǔn)則層特征根記為λB,i(i=1,2,3,4)，計(jì)算特征根為：λA=4.0812，λB,1=9.3200，λB,2=4.1213，λB,3=6.1489，λB,4=4.1213。

3.2.4 一致性檢驗(yàn)

根據(jù)判斷矩陣一致性指標(biāo)以及一致性比率，計(jì)算一致性檢驗(yàn)結(jié)果見表4，判斷矩陣的一致性比率均小于0.1，表明各判斷矩陣均可以通過一致性檢驗(yàn)。

表4 一致性檢驗(yàn)Table 4 Consistency check

結(jié)果表明，年采礦石量(C1)相對權(quán)重值為0.0606，盤活的尾礦資源量(C4)相對權(quán)重值為0.0846，采出品位(C7)相對權(quán)重值為0.0353，精礦品位(C8)相對權(quán)重值為0.0431，噸精礦能耗(C15)相對權(quán)重值為0.0742，為相對弱權(quán)重指標(biāo)，剔除這些指標(biāo)。

資源綜合利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系經(jīng)初選、優(yōu)化后，最終確定了由三個(gè)層級(jí)、18個(gè)指標(biāo)組成的資源綜合利用效益評(píng)價(jià)體系，通過層次分析法再次計(jì)算各層次、各指標(biāo)的權(quán)值，結(jié)果見表5。

由表5可知，準(zhǔn)則層的資源效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益相對于目標(biāo)層的重要性排序?yàn)椋嘿Y源效益>環(huán)境效益>經(jīng)濟(jì)效益>社會(huì)效益。其中，資源效益和環(huán)境效益對礦產(chǎn)資源綜合利用綜合效益評(píng)價(jià)起決定性作用，符合國家對礦產(chǎn)資源節(jié)約集約利用和保護(hù)的要求，滿足對環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)的要求。在考慮資源效益和環(huán)境效益的同時(shí)，還要統(tǒng)籌兼顧企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)帶來的社會(huì)效益，通過綜合利用使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，才能激發(fā)企業(yè)對礦產(chǎn)資源綜合利用的積極性，保證磷礦資源綜合利用持續(xù)高效的推進(jìn)。

指標(biāo)層對目標(biāo)層權(quán)重影響最大的指標(biāo)有共伴生礦利用率、選礦回收率、尾礦利用率、固廢利用率、開采回采率，說明提高資源利用率和對尾礦、廢石中有用組分的再回收等尤為重要，既可以實(shí)現(xiàn)資源高效利用，還可以減少采選過程中對周圍環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)綜合利用效益最大化。經(jīng)濟(jì)效益中，綜合利用年產(chǎn)值和主礦物年產(chǎn)值起主要作用，說明當(dāng)通過綜合利用使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提高時(shí)，企業(yè)綜合利用的積極性更高。

表5 磷礦資源綜合利用效益評(píng)價(jià)體系Table 5 Evaluation system of comprehensive utilization benefit of phosphate ore

4 建 議

1) 以技術(shù)創(chuàng)新為突破，促進(jìn)磷礦資源綜合利用。一是鼓勵(lì)企業(yè)加大新工藝和新設(shè)備研發(fā)的投入力度，創(chuàng)新工藝設(shè)備提高磷礦資源中共伴生資源及尾礦、磷石膏等廢棄物的綜合利用，提高資源綜合利用效益；二是改進(jìn)采選礦工藝，引進(jìn)國外先進(jìn)的磷礦采選設(shè)備，盤活中低品位磷礦資源，提高磷礦資源開采回采率和選礦回收率，減少磷礦資源浪費(fèi)。將不同品位磷礦進(jìn)行不同程度的加工利用，做到“優(yōu)礦優(yōu)用”。

2) 以稅費(fèi)優(yōu)惠政策提高企業(yè)綜合利用積極性。礦山企業(yè)綜合利用行為受市場價(jià)格因素影響較大，價(jià)格變動(dòng)直接影響企業(yè)對資源綜合利用的積極性。因此，政府可以在稅費(fèi)、利息等方面給與企業(yè)相應(yīng)的優(yōu)惠政策，政府讓利企業(yè)，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行綜合利用。

3) 轉(zhuǎn)變資源利用意識(shí)，使資源綜合利用變被動(dòng)為主動(dòng)。磷礦資源綜合利用的主體是礦山企業(yè)，因此，提高礦山企業(yè)綜合利用意識(shí)至關(guān)重要。通過制度約束、政策激勵(lì)和政府宣傳相結(jié)合的方式，讓企業(yè)認(rèn)識(shí)到資源綜合利用的重要性和必要性，達(dá)到主動(dòng)綜合利用磷礦資源的效果