四川省再生銅物質(zhì)流分析

王茂強，寇丁桀，胡子涵，羅子豪，陳夢君，牟子申,

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

銅作為有色金屬與人類的關(guān)系非常密切，廣泛應用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域，常用于各種電纜和導線、電機的繞阻、開關(guān)以及印刷線路板等。四川省是人口大省，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平和工業(yè)化水平的相繼提高，銅的需求量也越來越大。

銅存儲量是指自然界中存在的銅礦資源量，潛在再生銅存量是指未來再生銅可能回收的量。再生銅是指以廢雜銅作為原料煉制成的再生金屬，主要指再生黃銅和再生青銅，其原材料主要來自于銅及其合金的生產(chǎn)、加工和消費過程中所產(chǎn)生的廢品、邊角屑末、廢儀器設(shè)備部件和生活用品等。廢雜銅的種類有兩種：一種是新廢銅(新料)，是銅加工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料，其中，冶煉廠在生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的廢料叫本廠廢銅或周轉(zhuǎn)廢銅，銅加工廠產(chǎn)生的廢銅屑及直接返回供應廠的叫做工業(yè)廢雜銅、現(xiàn)貨廢雜銅或新廢雜銅；另一種是舊廢銅(舊料)，是含銅產(chǎn)品報廢后的統(tǒng)稱，如從舊汽車散熱片、空調(diào)冷卻管等拆卸出來的叫做舊廢雜銅。兩種廢銅統(tǒng)稱為廢雜銅。

對于含銅材料來說，由于本身的金屬特性，在產(chǎn)品壽命周期的所有階段都是可以回收利用的。經(jīng)國務(wù)院批準，2016年3月1日起開始實施《廢棄電器電子產(chǎn)品處理目錄(2014年版)》，處理目錄中包括電視機、電冰箱、洗衣機、空氣調(diào)節(jié)器、吸油煙機、電熱水器、燃氣熱水器、打印機、復印機、傳真機、監(jiān)視器、移動通信手持機、電話單機及微型計算機。2018年，四川省官方核定廢棄電器電子處理總量為8.435×106臺，實際回收處理量為核定總量的70%～80%；四川全省廢棄電器電子數(shù)約1.300×107臺/a，2018年第三季度產(chǎn)生廢棄電器電子數(shù)約為4×106臺，但大部分未進行專業(yè)回收處理，直接流入了二手市場售賣。四川省企業(yè)都有各自的回收途徑，但要將廢棄電器電子進行標準化回收還存在一定難度，最大的困難是回收價格不均，而回收交易價格隸屬商務(wù)部有關(guān)單位管理。因此，還需要加強各政府職能部門之間的協(xié)調(diào)溝通，制定回收價格標準，避免廢棄電器電子流入地下交易市場。

“四機一腦”是指電視機、電冰箱、洗衣機、空調(diào)器和微型計算機5類電器電子產(chǎn)品。這5類產(chǎn)品社會保有量大、廢棄量大，隨意丟棄污染環(huán)境嚴重、處理難度大，是現(xiàn)階段產(chǎn)生的主要電子廢物[1]。規(guī)范我國廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理活動，對于建立促進廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理的長效機制，防止和減少環(huán)境污染，促進資源綜合利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重要意義。

1 金屬銅生產(chǎn)與再生銅能源消耗比較

1.1 金屬銅生產(chǎn)能源消耗

由于實地調(diào)研過程中未得到企業(yè)的能耗數(shù)據(jù)，無法對再生銅與原生銅冶煉的能源消耗進行對比，故本文采用國家標準進行對比。

1.1.1 銅精礦冶煉工業(yè)

根據(jù)《銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 21248—2014)，銅精礦冶煉工業(yè)及能耗情況見表1。由表1可知，銅冶煉工業(yè)(銅精礦-陰極銅)的能耗最高，電解工序的能耗最低，新建企業(yè)的能耗比以前的企業(yè)普遍要低一些。

表1 銅精礦冶煉工藝及能耗表Table 1 Table of copper concentrate smelting industryand energy consumption

1.1.2 粗、雜銅冶煉工藝

根據(jù)《銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 21248—2014)，粗銅、雜銅冶煉工藝及能耗見表2。由表2可知，銅精煉工藝(雜銅→陰極銅)的能耗最高，粗銅工藝(雜銅→粗銅)的能耗最低，新建企業(yè)的能耗比以前的企業(yè)普遍要低一些。

表2 粗銅、雜銅冶煉工藝及能耗表Table 2 Table of crude and miscellaneous copper smeltingprocess and energy consumption

1.2 再生銅生產(chǎn)能源消耗

根據(jù)《再生銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》(DB 36/772—2013)，再生銅生產(chǎn)工藝及能耗情況見表3。由表3可知，在再生銅生產(chǎn)工藝中，黑銅工藝(低品位雜銅→黑銅)的能耗最高，陽極銅工藝(高品位雜銅→陽極銅)的能耗最低，新建企業(yè)的能耗比以前的企業(yè)普遍要低一些。

表3 再生銅生產(chǎn)工藝及能耗表Table 3 Table of recycled copper production process andenergy consumption

1.3 能源消耗比較

精銅礦冶煉工業(yè)平均消耗能源300 kgce/t，新建精銅礦冶煉企業(yè)消耗205 kgce/t。粗雜銅冶煉工藝平均能源消耗342 kgce/t，新建粗雜銅冶煉工藝平均能源消耗302 kgce/t。再生銅冶煉企業(yè)平均能源消耗238 kgce/t，新建再生銅冶煉企業(yè)平均能源消耗218 kgce/t。再生銅冶煉平均比精銅礦冶煉少消耗62 kgce/t，比粗雜銅冶煉工藝少消耗104 kgce/t。新建再生銅冶煉平均比新建精銅礦冶煉多消耗13 kgce/t，比新建粗雜銅冶煉少消耗84 kgce/t。不同銅生產(chǎn)企業(yè)能源消耗見圖1。由圖1可知，再生銅冶煉企業(yè)比精銅礦冶煉企業(yè)節(jié)約20.7%的能源，比粗雜銅冶煉企業(yè)節(jié)約30.4%的能源。新建再生銅冶煉企業(yè)比新建精銅礦冶煉企業(yè)多消耗6.3%的能源，比新建粗雜銅冶煉企業(yè)節(jié)約27.8%的能源。

圖1 不同銅生產(chǎn)企業(yè)能源消耗Fig.1 Energy consumption of various copperproduction enterprises

2 四川省重點再生銅行業(yè)情況及分析

2.1 重點再生銅行業(yè)的銅流量、流向分析

目前，四川省重點產(chǎn)金屬銅行業(yè)主要包括5個：①再生銅冶煉：中國金屬資源利用有限公司(以下簡稱“中國金屬”)；②電子垃圾處理：四川中再生資源開發(fā)有限公司(以下簡稱“四川中再生”)、四川長虹格潤再生資源有限責任公司(以下簡稱“長虹格潤”)、成都仁新科技股份有限公司(以下簡稱“成都仁新”)、四川省中明再生資源綜合利用有限公司(以下簡稱“四川中明”)、什邡大愛感恩環(huán)?？萍加邢薰?以下簡稱“什邡大愛”)；③PCB板材：主要包括遂寧市一些板材廠等；④含銅污泥：主要來源于PCB板材廢水中含銅污泥及其他含銅廢物(如冶煉廠等產(chǎn)生的含銅污泥)；⑤銅存量：銅存量主要來源于四川省常住人口使用家電(洗衣機、電視機、冰箱、空調(diào)、電腦)，以及汽車保有量。

根據(jù)實地調(diào)研收集的數(shù)據(jù)，對四川省部分再生銅行業(yè)的年處理量及產(chǎn)金屬銅量進行總結(jié)，見表4。其中，中國金屬生產(chǎn)再生銅的來源主要是回收市場上的金屬銅，主要來源于個體垃圾回收站，年產(chǎn)銅量1×105～1.1×105t；2018年四川省其他行業(yè)所產(chǎn)含銅污泥約為1.23×104t，其中，瀘州市所產(chǎn)含銅污泥(HW22含銅廢物)為5.752 71×103t，瀘州市占該類廢物四川省總量的46.77%。四川中再生、長虹格潤、成都仁新、四川中明、什邡大愛主要是回收傳統(tǒng)“四機一腦”中廢舊含銅原料，廢舊含銅原料廢銅預處理后再進行售賣。

傳統(tǒng)“四機一腦”中再生金屬銅主要來源于廢舊電視機中偏轉(zhuǎn)線圈、消磁線圈，冰箱中壓縮機、銅管，洗衣機的電機，空調(diào)中的冷凝器、壓縮機和銅管，以及電腦拆解出的線路板。中國金屬主要收集線路板、冰箱銅管以及汽車拆解下來的銅等原材料(要進行篩選和除雜，除去非金屬、塑料等，只收購廢銅，主要來源于大型個體廢品收購站)。原料進行拆解、處理后加工成電纜、線纜，生產(chǎn)的金屬銅20%用于內(nèi)部消耗，80%出售至川渝地區(qū)的電纜、線纜企業(yè)。四川中再生通過網(wǎng)絡(luò)平臺收集廢棄電子垃圾(“四機一腦”)，原料按標準分類拆解后直接售賣至天津等沿海地區(qū)。長虹格潤通過成熟的網(wǎng)絡(luò)收儲平臺收購廢棄電子垃圾，拆解后將其銷售給有處理資質(zhì)的企業(yè)，或是下游冶煉企業(yè)。成都仁新的原材料主要來源于私人收購老板，電子垃圾拆解后將部件分類銷售至下游企業(yè)，按銅純度來計算，以價值最大化出售。四川中明的原料來源于小商販和小型私企，電子垃圾分類拆解后直接銷售，一般固廢售往對應處理企業(yè)，危廢則運輸至有資質(zhì)的企業(yè)付費處理，再生銅售往下游冶煉廠、電線電纜企業(yè)等。什邡大愛90%原料來源于個體小商販，10%來源于大型供貨商，收集到的廢棄電子垃圾拆解后直接銷售至有資質(zhì)的處理企業(yè)，很大一部分直接賣給長虹格潤，部分售往冶煉企業(yè)。

表4為重點金屬銅企業(yè)年處理量及再生銅產(chǎn)量情況。由表4可知，中國金屬再生銅產(chǎn)量最高，為10×106～11×106t/a，其次為PCB板材含銅污泥，再生銅產(chǎn)量為1.85×106～4.31×106t/a。四川中明和什邡大愛產(chǎn)量最低，分別為0.26～0.44 t/a和0.23～0.33 t/a。

表4 重點金屬銅企業(yè)年處理量及再生銅產(chǎn)量匯總表Table 4 Summary table of annual processing capacity and recycled copper output of key metal copper enterprises

2.2 家電拆解行業(yè)處理情況與銅流向、銅流向分析

四川省主要電子垃圾拆解企業(yè)實際處理比例見圖2。由圖2可知，長虹潤格的實際處理量所占比重最大，為27.58%，且長虹格潤是全國首批獲得廢舊家電拆解資質(zhì)的企業(yè)，年拆解量在西南地區(qū)排名第1位，在全國排名第3位。

圖2 四川省主要電子垃圾拆解企業(yè)實際處理比例Fig.2 Actual disposal ratio of major E-waste dismantlingenterprises in Sichuan province

圖3分別為四川省五家主要企業(yè)再生銅流量、流向分析圖。由圖3可知，家電拆解公司一般每年回收電視機臺數(shù)最多，空調(diào)臺數(shù)最少，家電來源于專門的網(wǎng)絡(luò)平臺和個體商戶。家電經(jīng)過拆解分類后售出，拆解后一般采用分類后售賣的方式，危險廢物一般堆放在庫房專用地或者付費給有資質(zhì)的企業(yè)處理。如四川中再生每年回收電視機臺數(shù)最多，空調(diào)臺數(shù)最少，家電的一般來源是網(wǎng)絡(luò)平臺和個體商戶，其優(yōu)勢是可以從空調(diào)中的銅管中提取出銅，劣勢是無法從電視機的變壓器里提取出銅，家電經(jīng)過拆解分類和粗加工后直接售賣。

圖3 不同金屬銅流量、流向分析圖Fig.3 Flow rate and flow direction of various metal copper

2.3 PCB板材生產(chǎn)企業(yè)銅產(chǎn)量分析

通過實地調(diào)研了解到，四川省PCB板材用量約為8.55×105張/月，每年用量大約1.026×107張，一張PCB板面積為1.2～1.4 m2，1.0 m2板材3 kg左右，含銅廢料約占3%，由此可知，PCB板材廢角料含銅量為1 108.08～1 292.76 t/a；另外，四川省生產(chǎn)PCB板材產(chǎn)生的含銅污泥，根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，污泥產(chǎn)生因子(污泥產(chǎn)生數(shù)量與線路板產(chǎn)量之比)一般在1.5～3.0 kg/m2之間，通過計算可以得出四川省PCB板材生產(chǎn)過程中含銅污泥量為1.847～4.309×104t/a。

2.4 家電回收行業(yè)再生銅產(chǎn)量分析

由于不同電視機、冰箱、洗衣機、空調(diào)和電腦的型號不同，每臺回收家電中銅含量不穩(wěn)定，通過對五家企業(yè)的調(diào)研，按企業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行計算：電視機中主要為偏轉(zhuǎn)和消磁線圈含銅，每臺電視機含銅量為0.14～0.16 kg；冰箱中主要為壓縮機和銅管含銅，每臺含銅量為0.9～1.2 kg；洗衣機中主要為電機含銅，每臺含銅量為0.35～0.70 kg；空調(diào)中主要為冷凝器、壓縮機和銅管，每臺含銅量為8～10 kg；電腦中主要為線路板含銅，每臺含銅量可達0.3～0.5 kg。由此可估算，四川中再生、長虹潤格、成都仁新、四川中明、什邡大愛年產(chǎn)銅量分別為728～1 001 t、588～806 t、849.5～1 068 t、263～440 t和228～333 t。上述再生銅冶煉行業(yè)、電子垃圾拆解行業(yè)、含銅污泥行業(yè)、PCB板材行業(yè)所涉及的公司只能代表四川省80%含銅行業(yè)。因此，按照上述企業(yè)集中度80%計算，四川省的再生銅總量為2.055×105～2.509×105t/a。

2.5 銅物質(zhì)流分析?；鶊D

四川省重點金屬銅企業(yè)年處理量及再生銅產(chǎn)量?；鶊D見圖4。長虹潤格的家電處理量最大，什邡大愛的家電處理量最小，總共處理量為7.151×106～7.252×106臺/a。PCB板材行業(yè)的銅再生產(chǎn)量最高，四川中明和什邡大愛的銅再生產(chǎn)量最低，總金屬銅再生產(chǎn)量為1.498×105～2.007×105t/a。其中，中國金屬和PCB板材的再生銅產(chǎn)量遠遠大于其他企業(yè)的再生銅產(chǎn)量。四川中再生、長虹潤格、成都仁新、四川中明、什邡大愛的家電年處理量差距不大，只有什邡大愛未達到100 000臺/a。

圖4 金屬銅企業(yè)年處理量及再生銅產(chǎn)量桑基圖Fig.4 Sankey diagram of annual treatment amountof regenerated copper in copper enterprises

3 四川省潛在再生銅存量分析

3.1 四川省潛在再生銅存量潛力分析

2018年四川省常住人口為8 302萬，依據(jù)目前四川省基本生活水平，平均5人擁有1臺電視機和1臺洗衣機，每50人擁有1臺空調(diào)，每10人擁有1臺冰箱，每100人擁有1臺電腦。推算出四川省人均“四機一腦”臺套數(shù)以及潛在再生銅存量見表5。

由表5可知，四川省電視機和洗衣機的臺數(shù)最多，電腦的臺數(shù)最少。再生銅儲存量則是空調(diào)的臺數(shù)最多，電腦的臺數(shù)最少。依據(jù)各廢棄電器電子產(chǎn)品中含銅量估算出四川省再生銅存儲量為23 162.58～33 291.02 t。四川省汽車含銅保有量見表6。

表5 四川省人均“四機一腦”存儲量Table 5 Average storage of four electrical equipment andcomputer in Sichuan province

除家電外，汽車含銅量也較大，據(jù)統(tǒng)計[2-5]，截至2018年，四川省傳統(tǒng)燃油汽車保有量約為1.1×107臺，新能源汽車保有量約為8.0×104臺。其中，一輛燃油汽車含銅的部分主要為發(fā)電機和導線，銅含量為18～25 kg；一輛新能源汽車含銅部分主要為電動機和電池，銅含量為120～140 kg，由此可以估算出2018年四川省保有汽車中銅的存儲量為2.076×105～2.862×105t。由表6可知，新能源汽車的數(shù)量遠遠低于傳統(tǒng)燃油汽車，但是每輛新能源汽車的銅含量卻比傳統(tǒng)燃油汽車高4～6倍。

表6 四川省汽車含銅保有量Table 6 Copper storage in vehicles in Sichuan province

3.2 四川省銅產(chǎn)量與潛在再生銅存量

四川省產(chǎn)銅量與金屬銅潛在再生銅存量情況見表7。由表7可知，四川省潛在再生銅存量為2.308×105～3.195×105t，再生銅產(chǎn)銅行業(yè)年再生銅含量為1.297×105～1.437×105t。存儲銅行業(yè)中，廢舊汽車拆解產(chǎn)銅量遠遠大于“四機一腦”。產(chǎn)銅行業(yè)中，電子垃圾處理行業(yè)產(chǎn)銅量最高，遠大于其他行業(yè)，而含銅污泥行業(yè)產(chǎn)銅量最低，遠低于其他行業(yè)。根據(jù)本次調(diào)研可知，四川省總金屬銅產(chǎn)量達到4.363×105～5.704×105t/a(其中，再生銅行業(yè)2.055×105～2.509×105t/a，存儲量2.308×105～3.195×105t)，目前由于多方面的原因，銅產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢[6-7]。

表7 四川省產(chǎn)銅量與潛在再生銅存量Table 7 Copper production and potential recycled copperstorage in Sichuan province

4 金屬銅再生利用對社會和環(huán)境的影響評價

4.1 社會經(jīng)濟價值

由于礦山的過度開采、循環(huán)利用率低等原因，我國有色金屬資源儲量已經(jīng)嚴重不足。近幾年來，受國家政策變化、法律約束等影響，進口有色金屬等資源依舊面臨很多不確定因素。同時，廢有色金屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還面臨尾礦及冶煉渣治理困難等問題，因此，亟需利用國內(nèi)及國外的“兩個資源”和“兩個市場”，加快合作，謀求綠色發(fā)展。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國銅消費量逐年增加。然而，我國銅礦資源較少，貧礦、伴生礦多，可開發(fā)利用的礦床少，礦產(chǎn)銅原料難以滿足冶煉工業(yè)的需要。再生銅生產(chǎn)比原生銅節(jié)能80%以上，生產(chǎn)投資只為原生銅生產(chǎn)投資的35%～40%，節(jié)約銅礦山投資2×104元/t，并有利于環(huán)境保護。我國再生銅占電銅總量的35%，而全球再生銅已達電銅總量的40%。

從經(jīng)濟角度看，生產(chǎn)原銅流程長，工序多，工藝復雜，投資多，相比之下，再生銅生產(chǎn)流程短，工藝相對簡單，可以大量節(jié)約設(shè)備投資，降低成本[8-12]。從社會角度看，再生銅屬于銅資源的二次利用，變廢為寶，節(jié)約資源，拓寬了銅的來源渠道，彌補了銅資源的嚴重不足，并且減緩了自然銅礦的消耗，為子孫后代留下足夠的銅資源，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

4.2 生態(tài)環(huán)境價值

有色金屬生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣等，數(shù)量巨大，現(xiàn)有技術(shù)條件下還不能夠完全妥善處理，對環(huán)境造成了一定的危害。國家現(xiàn)有環(huán)保政策下，污染防治攻堅戰(zhàn)和藍天保衛(wèi)戰(zhàn)為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、促進資源循環(huán)利用提供了難得的機遇。銅的再生利用對生態(tài)環(huán)境的改善具有一定的正面效應，但其在我國銅產(chǎn)量中仍遠遠小于原生銅礦。含銅廢物不當堆存不僅占用大量土地，造成人力物力的浪費，而且許多工業(yè)廢渣含有易溶于水的物質(zhì)，通過淋溶污染土壤和水體，影響生物生長，危害人體健康，對含銅廢物的再生利用能夠減少對環(huán)境造成二次污染。

銅礦的開采會消耗大量的水、電、煤等資源，大約比再生銅多消耗18.2%的能源，會對自然生態(tài)造成負擔。對廢銅進行再生利用會在一定程度上降低銅礦的開采力度，從而減少污染物的排放、能源的消耗。2015年精銅產(chǎn)量為7.996 4×106t，再生銅的產(chǎn)量達到2.90×106t?？梢哉f，再生銅產(chǎn)業(yè)在我國銅工業(yè)中占有舉足輕重的地位，再生銅產(chǎn)業(yè)作為我國工業(yè)化進程中的物質(zhì)需求保障，其發(fā)展對推進工業(yè)化進程起到了重要的作用。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

在社會經(jīng)濟價值方面，再生銅生產(chǎn)比原生銅節(jié)能80%以上，并有利于環(huán)境保護。我國再生銅占電銅總量的35%，而全球再生銅已達電銅總量的40%，再生銅屬于銅資源的二次利用，變廢為寶，節(jié)約資源，拓寬了銅的來源渠道，彌補了銅資源的嚴重不足。此外，還減緩了自然銅礦的消耗，為子孫后代留下足夠的銅資源，符合可持續(xù)發(fā)展理念。在生態(tài)環(huán)境價值方面，廢銅的回收、再利用，無論從節(jié)能降耗、縮短生產(chǎn)流程周期，還是從環(huán)境保護、改善人類生態(tài)環(huán)境等各方面都可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟價值和生態(tài)價值，并為向低碳、資源節(jié)約型的綠色經(jīng)濟過渡做出貢獻。

5.2 建議

增加廢舊電器回收力度，提高再生銅的產(chǎn)量，提高在我國銅產(chǎn)品生產(chǎn)中的占比；優(yōu)化再生銅生產(chǎn)排污處理工藝，降低再生銅生產(chǎn)成本；政府出臺相應政策扶持再生銅行業(yè)，使其早日成為我國產(chǎn)銅的主要來源；加快廢雜銅冶煉技術(shù)的技術(shù)研發(fā)與設(shè)備研發(fā)，不斷提升冶煉效率，同時也要做好低品位銅料的處理工作，以及伴生金屬的回收工作，從而提升銅金屬回收利用效率，降低環(huán)境影響，為我國銅資源的高效利用奠定良好的基礎(chǔ)。