中國再生鉻資源回收利用現(xiàn)狀及未來趨勢(shì)分析

潘昭帥，張照志，王賢偉,3，楊亞萍，張澤南

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100037；3.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037)

鉻是我國的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)。金屬鉻具有質(zhì)硬而脆、耐腐蝕等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、鑄鐵、耐火及高精端科技等領(lǐng)域。鉻資源的90%用于以鉻鐵合金的形式生產(chǎn)不銹鋼，其他的10%則用于化工以及耐火材料等領(lǐng)域[1]。

近十年來，我國不銹鋼工業(yè)快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)鉻資源的需求也隨之不斷攀升。國內(nèi)的鉻資源卻極為匱乏，供應(yīng)量低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，直接導(dǎo)致了我國一次資源的對(duì)外依存度長期維持在90%以上[2]。

再生鉻的回收利用，一定程度上可以彌補(bǔ)我國鉻產(chǎn)品的供需缺口，緩解供需矛盾。目前，國外對(duì)再生鉻的全面研究只停留在前十多年，如：John F Papp對(duì)鉻的生命周期進(jìn)行研究[3]，Scott F Sibley對(duì)美國再生鉻進(jìn)行了系統(tǒng)分析[4]，John F Papp對(duì)美國鉻礦資源進(jìn)行了全面總結(jié)[5]。近年來，國外對(duì)再生鉻的全面研究卻鮮有成果。國內(nèi)對(duì)再生鉻進(jìn)行研究的團(tuán)隊(duì)和機(jī)構(gòu)則寥寥無幾，再生鉻回收利用與預(yù)測(cè)的文獻(xiàn)更是很少，只有少量文獻(xiàn)涉及不銹鋼的回收。如：羅禮培[6]針對(duì)不銹鋼的回收現(xiàn)狀做了分析，認(rèn)為不銹鋼的回收要引起足夠重視，李婷[7]對(duì)我國目前的不銹鋼回收情況進(jìn)行了分析總結(jié)，認(rèn)為要及早做好不銹鋼回收的“綠色工程”。

本文主要通過對(duì)美國再生鉻回收利用的研究，結(jié)合我國再生鉻回收現(xiàn)狀，運(yùn)用類比法和ARIMA模型預(yù)測(cè)我國未來再生鉻的回收狀況。其中，鉻礦石、金屬鉻的部分?jǐn)?shù)據(jù)通過不銹鋼的數(shù)據(jù)測(cè)算。鉻礦石以Cr2O3含量為45%的標(biāo)礦來測(cè)算，金屬鉻以不銹鋼平均含鉻18%，不銹鋼占鉻礦資源用途的90%來測(cè)算。通過對(duì)中國再生鉻回收利用的研究，為我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展以及再生鉻的深度研究提供決策支持。

1 我國鉻資源的供需形勢(shì)分析

1.1 我國鉻資源的儲(chǔ)量現(xiàn)狀

我國鉻資源有3大特點(diǎn)。①儲(chǔ)量少。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)顯示，我國鉻儲(chǔ)量不足世界探明儲(chǔ)量的1%[8]。②分布區(qū)域不均，開發(fā)利用條件差。我國14個(gè)省(區(qū))有鉻資源分布，但內(nèi)蒙古、西藏、甘肅、青海、新疆5省(區(qū))合計(jì)資源總量占比達(dá)80%以上，品位大于32%的富礦更是幾乎全部分布在西藏、新疆、甘肅、青海4個(gè)省(區(qū))。③礦床規(guī)模小、品位低。我國目前查明的大型鉻鐵礦床只有西藏羅布莎礦床，中型礦床寥寥無幾，其余均為小型礦床[9]。

1.2 我國鉻資源的消費(fèi)情況

隨著我國對(duì)鉻資源需求的日益增長，我國鉻礦石的表觀消費(fèi)量從1990～2003年的年均100萬t[10]，增長到2011年以來的年均1 000萬t左右，年均消費(fèi)量是前十多年的10倍。1991～2003年我國累計(jì)消費(fèi)鉻礦石僅1 260萬t，2004～2016年卻達(dá)到了10 145萬t，是同時(shí)段內(nèi)累計(jì)消費(fèi)量的8倍多[11-14]。

1.3 我國鉻資源的生產(chǎn)情況

1990～2011年，我國鉻礦石礦山產(chǎn)量一直維持在20萬t左右，沒有大的突破。近幾年鉻礦石的產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，國內(nèi)鉻礦石礦山單年產(chǎn)量更是不足10萬t。國內(nèi)的生產(chǎn)顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)的消費(fèi)需求[11-14]。

1.4 我國鉻礦資源的進(jìn)口情況

1990～2003年我國的年均鉻礦石進(jìn)口量為50萬～110萬t，之后進(jìn)口量飛速增長。2011年以后，年均進(jìn)口量達(dá)到900多萬t以上，是10年前的9倍。2013年，我國進(jìn)口鉻礦石更是單年超過1 200萬t，創(chuàng)歷史紀(jì)錄[11-14]。鉻礦石的大量進(jìn)口使我國一次資源對(duì)外依存度一直在90%以上，近年來，對(duì)外依存度更是近于100%。我國從南非、哈薩克斯坦等國進(jìn)口的鉻礦石看似近年來貨源充足穩(wěn)定，實(shí)際上并非如此，受供給國自身因素影響，缺乏長期的穩(wěn)定性保障[15]。

綜上所述，我國是個(gè)貧鉻國家，鉻礦資源分布不均。鉻資源消費(fèi)需求大，國內(nèi)礦山的長期供礦能力卻不足，供需矛盾突出。過低的產(chǎn)量導(dǎo)致需求缺口持續(xù)擴(kuò)大，進(jìn)口量不斷增加，長期依賴進(jìn)口的局面難以改變(圖1)。

圖1 1990～2016年中國鉻礦石供需狀況(資料來源：文獻(xiàn)[14]、[16]、[17])

2 美國再生鉻的回收利用

美國是一個(gè)利用不銹鋼廢料進(jìn)行鉻回收較為成功的工業(yè)化國家。2016年美國從廢舊不銹鋼中回收再生鉻17.5萬t，占美國當(dāng)年鉻消費(fèi)量50.1萬t的34.93%。再生鉻回收利用的經(jīng)濟(jì)與資源效益十分顯著。

在過去的幾十年里，美國通過建立健全稅收等多維立體配套經(jīng)濟(jì)政策手段，加強(qiáng)了再生鉻的回收利用。美國在統(tǒng)計(jì)不銹鋼的回收時(shí)，不但統(tǒng)計(jì)了自己國內(nèi)的回收量，還統(tǒng)計(jì)了出口的廢不銹鋼[7]。美國回收的不銹鋼主要來自廢舊汽車、廢舊家電、建筑廢鋼等，特別是在廢舊汽車回收領(lǐng)域，幾乎所有廢舊汽車都能被再次回收利用。

經(jīng)過長足的發(fā)展，美國再生鉻的回收產(chǎn)業(yè)已經(jīng)十分成熟。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)計(jì)，2003～2016年美國金屬鉻的表觀消費(fèi)量受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響有所減少外，每年消費(fèi)量都維持在50萬t左右，再生鉻的年均回收量維持在15萬～20萬t的水平，再生鉻的回收占比除2009年受經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響達(dá)到了極高的88.13%外，其余年間都在30%～40%之間，保持著整體緩慢增長的趨勢(shì)(圖2)。

圖2 2003～2016年美國金屬鉻回收狀況(注：金屬鉻回收量據(jù)廢不銹鋼鉻含量計(jì)算;資料來源：文獻(xiàn)[18])

3 中國再生鉻的回收利用

3.1 中國再生鉻的回收現(xiàn)狀

在我國鉻資源供需矛盾日益突出的局面下，如何合理利用再生鉻緩解這一矛盾就成為現(xiàn)在急需解決的問題。再生鉻的回收主要依托不銹鋼的回收實(shí)現(xiàn)，而不銹鋼的回收主要包括以下三個(gè)方面：一是市場(chǎng)的不銹鋼回收；二是回收礦山尾礦和選冶廠礦渣；三是其他回收，包括有貴不銹鋼回收、首飾和制作首飾的廢料回收等[6]。因此，如果能夠合理最大化的利用這些資源，那么產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益將是十分顯著的。

我國目前的不銹鋼回收產(chǎn)業(yè)還很不成熟。盡管我國不銹鋼行業(yè)的回收利用經(jīng)過多年的探索發(fā)展，國內(nèi)已初步形成了一套廢舊不銹鋼回收體系，但是，不銹鋼回收不成規(guī)模，浪費(fèi)了大量人力物力。

根據(jù)中國特鋼企業(yè)協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì)的數(shù)據(jù)，測(cè)算了2000～2016年金屬鉻的消費(fèi)回收情況。近年來，我國金屬鉻的需求量不斷增長，從2000年的35萬t增長到2016年的300多萬噸，增長了近十倍。再生鉻的回收量也從2000年的3萬t增長到2016年的84萬t，增長了幾十倍。再生鉻的回收占比整體也在波動(dòng)上升，從2000年的不足10%上升到2010年的30%以上，2010年后，回收占比下滑到目前的25%左右(圖3)。

圖3 2000～2016年中國金屬鉻回收狀況(注：圖中數(shù)據(jù)為測(cè)算數(shù)據(jù)；資料來源：文獻(xiàn)[14]、[17])

總的來說，我國再生鉻的回收并沒有跟上金屬鉻消費(fèi)增長的腳步。近年來，我國再生鉻占消費(fèi)需求的比例始終徘徊在20%～30%，再生鉻回收行業(yè)有待進(jìn)一步完善。

3.2 中國未來再生鉻的回收預(yù)測(cè)

3.2.1 中國未來鉻礦資源的需求預(yù)測(cè)

本文鉻礦資源的需求預(yù)測(cè)主要采用中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所創(chuàng)立的“S”形需求預(yù)測(cè)方法，對(duì)我國未來鉻礦資源的需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，未來的7～8年，中國對(duì)鉻礦資源的需求將不斷上升，2023年前后達(dá)到峰值，鉻礦石的需求約1 900萬t，折金屬鉻580萬t，隨后對(duì)鉻礦資源的需求開始下降并趨于穩(wěn)定。2035年后，中國每年對(duì)鉻礦石的需求約1 400萬t，折金屬鉻428萬t。預(yù)測(cè)在2020年、2030年和2035年這三個(gè)時(shí)點(diǎn)我國對(duì)鉻礦石的需求分別為1 510萬t、1 500萬t和1 400萬t，折金屬鉻為462萬t、459萬t和428萬t。

3.2.2 我國未來再生鉻對(duì)需求的占比預(yù)測(cè)

本文主要采用ARIMA模型法對(duì)我國未來再生鉻對(duì)需求的占比進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)擬合優(yōu)化的結(jié)果對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

首先，利用SPSS軟件對(duì)美國近年來再生鉻回收情況進(jìn)行分析，通過對(duì)數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性分析和自相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)，多次調(diào)整，最終構(gòu)成ARIMA(1,1,1)。其次，對(duì)中國近年來的再生鉻回收情況做出分析，構(gòu)成ARIMA(0,1,0)。根據(jù)模型結(jié)果來看，模型的擬合優(yōu)度較好，95%數(shù)據(jù)在置信區(qū)間內(nèi)，模型預(yù)測(cè)結(jié)果可供參考使用(圖4～5和表1)。

圖4 1992～2016年美國再生鉻的ARIMA模型

圖5 2000～2016年中國再生鉻的ARIMA模型

表1 ARIMA模型預(yù)測(cè)結(jié)果

年份中國美國預(yù)測(cè)UCLLCL預(yù)測(cè)UCLLCL優(yōu)化后的結(jié)果20180.270.360.180.380.70.140.2720190.280.390.170.390.70.150.2820200.290.410.160.390.710.160.2820210.30.440.160.40.720.160.2920220.310.460.160.40.720.170.2920230.320.480.150.410.730.170.2920240.330.510.150.410.730.180.3120250.340.530.150.420.740.180.3320260.350.550.150.420.740.190.3420270.360.570.150.430.740.190.3520280.370.590.150.430.750.20.3620290.380.60.150.440.750.20.3720300.390.620.150.440.760.20.3920310.40.640.160.440.760.210.420320.410.660.160.450.760.210.4120330.420.680.160.450.770.210.4220340.430.690.160.450.770.220.4320350.440.710.170.460.770.220.44

根據(jù)ARIMA模型分析的結(jié)果，結(jié)合中國再生鉻回收情況，預(yù)測(cè)未來中國再生鉻回收情況不斷好轉(zhuǎn)，10年后達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平，再生鉻回收占比會(huì)穩(wěn)定在需求量的35%～45%。2020年、2030年和2035年三個(gè)時(shí)點(diǎn)中國再生鉻占需求之比分別為28%、39%和44%。

3.2.3 我國未來再生鉻的回收預(yù)測(cè)

2017年中國回收再生鉻約95萬t。根據(jù)我國未來鉻礦資源的需求和再生鉻對(duì)需求占比的分析，對(duì)我國未來再生鉻的回收量進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)計(jì)在2018～2035年，我國再生鉻的回收量逐步增長并趨于穩(wěn)定。我國從2006年大量生產(chǎn)不銹鋼，以不銹鋼的壽命為15～20年計(jì)，2023年前后不銹鋼產(chǎn)量預(yù)計(jì)會(huì)擴(kuò)大，從而影響當(dāng)年再生鉻的回收，之后又進(jìn)入了新一輪金屬生命周期。2030年后再生鉻的回收將逐步穩(wěn)定，每年可回收量約為180萬t。2020年、2030年和2035年三個(gè)時(shí)點(diǎn)我國再生鉻的回收量分別為129萬t、179萬t和188萬t。2018～2035年我國累計(jì)金屬鉻的需求量約8 615萬t，累計(jì)再生鉻的回收量約2 973萬t，年均再生鉻占需求比例為35%(圖6)。

圖6 中國未來金屬鉻需求量、回收量預(yù)測(cè)

4 建 議

我國鉻資源面臨著資源匱乏、需求大、產(chǎn)量少、長期依賴進(jìn)口，一次資源對(duì)外依存度極高的不利局面。因而，內(nèi)部挖掘再生資源就成為緩解我國鉻資源供需矛盾的一個(gè)重要途徑。根據(jù)預(yù)測(cè)，未來我國的再生鉻資源回收情況將逐漸好轉(zhuǎn)。2030年前后，再生鉻的回收將達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平，每年可回收的再生鉻約180萬t，占當(dāng)年需求的40%左右。在2020年、2030年和2035年三個(gè)時(shí)點(diǎn)，金屬鉻的需求量分別為462萬t、459萬t和428萬t；再生鉻的回收量分別為129萬t、179萬t和188萬t；再生鉻的回收占比分別為28%、39%和44%。

針對(duì)我國目前鉻資源現(xiàn)狀，利用對(duì)我國未來再生鉻回收情況的預(yù)測(cè)，提出以下對(duì)策建議。

1) 做好再生鉻利用規(guī)劃，滿足未來發(fā)展對(duì)鉻礦資源的需求。根據(jù)本文分析，我國未來金屬鉻的需求仍將保持在400萬t以上，年均的需求量仍然處于高位。因此，要提早做好再生鉻的利用規(guī)劃，合理進(jìn)行布局，緩解鉻資源供需矛盾。

2) 多渠道、多手段提高我國再生鉻的回收利用率，完善我國再生鉻回收行業(yè)。我國目前的再生鉻回收利用率和美國還有較大差距，在未來我們可以通過做好再生鉻資源分類回收與統(tǒng)計(jì)、加強(qiáng)再生鉻回收管理、規(guī)范回收行業(yè)、加強(qiáng)政策引導(dǎo)、鼓勵(lì)企業(yè)發(fā)展再生鉻回收和利用業(yè)務(wù)等多維多手段提高資源利用率，為未來鉻資源的統(tǒng)籌決策打好基礎(chǔ)。

3) 加快技術(shù)創(chuàng)新，提升再生鉻的品質(zhì)，保證回收的再生鉻資源能夠做到物盡其用，物能其用。在未來我國年均回收金屬鉻超過180萬t的情境下，如何合理利用這些資源就成為關(guān)鍵一環(huán)。再生鉻加工利用企業(yè)要堅(jiān)持自主創(chuàng)新研究，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，完善再生鉻加工冶煉等工藝，促進(jìn)我國再生鉻行業(yè)的改造升級(jí)。