中國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流與價(jià)值流的生命周期分析

董書(shū)恒，逯承鵬，邢 冉，薛 冰

(1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽(yáng) 110016；2.遼寧省環(huán)境計(jì)算與可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽(yáng) 110016；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

引言

黨的十九大報(bào)告明確提出，要推進(jìn)資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，降低能耗、物耗，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和生活系統(tǒng)循環(huán)鏈接。鎂資源及鎂質(zhì)材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，鎂合金被譽(yù)為21世紀(jì)綠色工程材料和戰(zhàn)略性新材料，并有望成為繼鋼、鋁之后的第三大基礎(chǔ)金屬結(jié)構(gòu)材料[1,2]。然而從資源環(huán)境角度進(jìn)行分析，由于礦產(chǎn)資源不同階段均伴隨著物質(zhì)消耗與能量轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生環(huán)境壓力[3,4]，因而鎂資源的開(kāi)采、運(yùn)輸、加工、消費(fèi)及廢棄物處置過(guò)程也是資源消耗和環(huán)境污染的過(guò)程[5,6]。經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引起的生態(tài)和環(huán)境影響主要取決于進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的自然資源與排放到自然環(huán)境系統(tǒng)中的廢棄物質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量[7]，前者引起生態(tài)與環(huán)境的不斷退化，后者導(dǎo)致了環(huán)境污染[8]。物質(zhì)流分析（Substance Flow Analysis，SFA）作為工業(yè)代謝研究的有效手段，通過(guò)物質(zhì)流分析可以控制特定物質(zhì)（如鎂和鋁等）的投入與流向及其使用總量和強(qiáng)度進(jìn)而為環(huán)境政策提供新的視角[9,10]。生命周期評(píng)價(jià)（Life Cycle Assessment，LCA）作為環(huán)境評(píng)估的有效工具主要應(yīng)用于定量化研究物質(zhì)與能量利用及其廢棄物產(chǎn)生的環(huán)境排放進(jìn)而評(píng)估一種產(chǎn)品、過(guò)程或生產(chǎn)活動(dòng)造成的環(huán)境負(fù)載[11,12]。SFA更加注重物質(zhì)材料流動(dòng)的數(shù)量、結(jié)構(gòu)和特征，而LCA則重點(diǎn)研究資源消耗與環(huán)境污染排放，兩者都是從系統(tǒng)或者過(guò)程的各子階段入手，而LCA分析中結(jié)合SFA分析可有效彌補(bǔ)其時(shí)間和空間等方面信息的局限性并提高數(shù)據(jù)全面性，從而提高對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境評(píng)估的準(zhǔn)確性[13,14]。

我國(guó)是全球菱鎂礦資源最為豐富的國(guó)家，已探明的菱鎂礦儲(chǔ)量達(dá)到34億t，占全世界總儲(chǔ)量的27%，總保有儲(chǔ)量礦石38億t，居世界第1位。白云石與菱鎂礦是我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)的主要礦物來(lái)源，已探明白云石礦儲(chǔ)量40億t左右，主要分布于遼寧、河南和山西等省份。菱鎂礦空間分布表現(xiàn)為大型礦床多且分布相對(duì)集中的特征，目前探明儲(chǔ)量的礦區(qū)達(dá)到27處，重點(diǎn)分布于遼寧、山東和西藏等9個(gè)省份，占全國(guó)的85%，其中，遼寧省菱鎂礦儲(chǔ)量最為豐富，達(dá)到30.52萬(wàn)t。鎂產(chǎn)業(yè)涉及的冶煉、加工及設(shè)備制造等不同類型的企業(yè)在地理空間上分布廣泛，東部地區(qū)主要以鎂深加工企業(yè)以及涉鎂設(shè)備企業(yè)為主，在江蘇和浙江兩省集聚特征顯著，在河南和山東等省份集聚特征也較為明顯。鎂冶煉企業(yè)主要集中于山西和陜西兩省，其中，山西的鎂冶煉企業(yè)省內(nèi)分布較廣，北部的五臺(tái)縣、中部的太原市、南部的聞喜縣均有分布，其中以聞喜縣規(guī)模最大；陜西省內(nèi)則主要集中在北部的府谷縣與神木縣。鎂合金企業(yè)主要分布在山東、河南和陜西以及寧夏等省份，鎂粉加工企業(yè)則以河南省、河北省和遼寧省為主。我國(guó)的鎂產(chǎn)業(yè)具有明顯的資源和地理分布特征，在國(guó)家對(duì)工業(yè)污染嚴(yán)格管控以及企業(yè)對(duì)資源成本和資源利用率綜合考量的背景下，針對(duì)我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)流與價(jià)值流并行分析可以從更全面的視角準(zhǔn)確反映鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的關(guān)鍵問(wèn)題。綜上，本文基于物質(zhì)流分析基本框架，通過(guò)構(gòu)建鎂資源及其主要產(chǎn)品的物質(zhì)流分析模型，結(jié)合實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，從宏觀層面定量計(jì)算和解析了2015年中國(guó)鎂資源在生產(chǎn)階段、加工階段及使用與廢棄階段等主要生命周期階段的物質(zhì)流與價(jià)值流，并利用e！Sankeypro 4.5.3繪圖軟件繪制桑基圖，將物質(zhì)流與價(jià)值流進(jìn)行可視化表達(dá)與分析，同時(shí)計(jì)算皮江法煉鎂的非生物資源投入量和生態(tài)包袱，以期為我國(guó)金屬鎂等礦產(chǎn)資源的全面節(jié)約、循環(huán)利用以及綠色發(fā)展提供決策依據(jù)，進(jìn)而推進(jìn)我國(guó)生態(tài)文明戰(zhàn)略的實(shí)施。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 物質(zhì)流分析框架

物質(zhì)流分析是關(guān)于特定系統(tǒng)中某一物質(zhì)或者元素流動(dòng)和貯存的系統(tǒng)性分析[15,16]。根據(jù)物質(zhì)守恒原理，物質(zhì)或者元素從自然界獲取在進(jìn)入生產(chǎn)與排放的整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中其數(shù)量是保持不變的[17-19]。邊界確定的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)守恒可以表現(xiàn)為：系統(tǒng)總輸入=系統(tǒng)總輸出+系統(tǒng)凈累計(jì)量，如式（1）所示：

式中，Qinput表示物質(zhì)的總輸入量；Qoutput表示物質(zhì)的總輸出量；Qstore表示物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)的凈累計(jì)量。

針對(duì)某一元素構(gòu)建其生產(chǎn)生命周期的物質(zhì)流分析框架需要考慮元素流與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)及環(huán)境系統(tǒng)邊界的關(guān)系。系統(tǒng)內(nèi)依據(jù)各部門(mén)的上下游關(guān)系，存在元素的縱向流動(dòng)以及循環(huán)流動(dòng)，對(duì)于這兩個(gè)方向的元素流定量核算，有助于循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的分析與優(yōu)化。經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)存在材料與能量的輸入與輸出過(guò)程，為分析資源利用效率與環(huán)境壓力提供了基本的分析框架?；谏鲜隼碚摌?gòu)建鎂產(chǎn)業(yè)物質(zhì)流分析框架（圖1），圖中虛線表示系統(tǒng)的邊界，時(shí)間跨度為一年。研究步驟包括：①確定系統(tǒng)各部門(mén)上下游關(guān)系；②界定經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的邊界；③描述系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的流動(dòng)方向與流動(dòng)量，構(gòu)建物質(zhì)流分析指標(biāo)清單，包括非生物資源輸入量、物質(zhì)直接輸入量、生態(tài)包袱、進(jìn)出口量和物質(zhì)循環(huán)量等；④量化物質(zhì)內(nèi)元素含量以及核算系統(tǒng)內(nèi)元素物質(zhì)流質(zhì)量；⑤分析評(píng)價(jià)，提供政策參考。

1.2 生態(tài)包袱計(jì)算

生態(tài)包袱指為獲得有用物質(zhì)或產(chǎn)品而使用的沒(méi)有直接進(jìn)入交易和生產(chǎn)過(guò)程的物料[20,21]，是衡量產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中資源消耗與環(huán)境擾動(dòng)的核心指標(biāo)之一，一般某一種產(chǎn)品的生態(tài)包袱為生產(chǎn)該種產(chǎn)品的物質(zhì)投入總質(zhì)量減去產(chǎn)品質(zhì)量。原鎂生產(chǎn)過(guò)程中，首先是白云石的開(kāi)采，涉及礦山開(kāi)挖及大量巖石的鑿碎，該過(guò)程中碎石以及殘?jiān)⑽粗苯舆M(jìn)入原鎂產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程，因此將其稱為隱藏流。一般認(rèn)為，生態(tài)包袱能夠從產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的輸入端有效和全面地揭示該種產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中資源消耗以及生態(tài)環(huán)境影響，其計(jì)算公式為：

圖1 鎂產(chǎn)業(yè)物質(zhì)流分析框架

式中，W為生態(tài)包袱；MI為非生物資源輸入量；M為產(chǎn)品質(zhì)量；mi為生產(chǎn)該產(chǎn)品過(guò)程中i類物質(zhì)的消耗量；?i則表示生產(chǎn)該產(chǎn)品過(guò)程中i類物質(zhì)的資源消耗強(qiáng)度。

功能單位的物質(zhì)消耗，定義為單位產(chǎn)品的物質(zhì)消耗，計(jì)算公式為：

式中，S表示單位服務(wù)功能；MI、mi、?i所表示的意義與式（2）相同。

1.3 皮江法煉鎂生產(chǎn)工藝

皮江法，又稱硅熱法，是我國(guó)目前常用的一種還原法煉鎂工藝過(guò)程（圖2），主要包括：①將白云石置入窯中經(jīng)過(guò)煅燒形成煅白；②煅白經(jīng)破碎之后，與含硅75%的還原劑硅鐵和礦化劑螢石通過(guò)球磨機(jī)壓制為球團(tuán)；③在高溫（1200℃）和真空（1.33～13.3Pa）下將球團(tuán)放入還原罐中經(jīng)過(guò)還原得到粗鎂；④粗鎂再經(jīng)溶劑精煉處理則得到商品鎂。該還原反應(yīng)過(guò)程可表示為：

式中，g表示氣體；s表示固體。

在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，適合皮江法制鎂的白云石其化學(xué)組成成分中MgO的含量應(yīng)為19%～21%[22]，根據(jù)在遼寧省大石橋市鎂產(chǎn)業(yè)的實(shí)際調(diào)研可知，實(shí)際生產(chǎn)中，1t鎂一般需要消耗11t左右的白云石。

圖2 皮江法制鎂工藝流程

1.4 物質(zhì)流分析參數(shù)清單

選取2015年為時(shí)間點(diǎn)，以皮江法工藝生產(chǎn)的 1t原鎂為基本功能單位開(kāi)展物質(zhì)流分析測(cè)算。2015年，我國(guó)原鎂總產(chǎn)量為85.21萬(wàn)t，由于電解法煉鎂產(chǎn)量所占比例1%左右，約為0.85萬(wàn)t，皮江法生產(chǎn)的原鎂產(chǎn)量占99%，為84.36萬(wàn)t。對(duì)2015年皮江法煉鎂的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行集成，作為鎂元素的系統(tǒng)物質(zhì)流分析開(kāi)展的基礎(chǔ)，進(jìn)而得到鎂資源及其相關(guān)產(chǎn)品在其生命周期各階段的具體參數(shù)清單（表1）。

表1 2015年鎂生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)清單

1.5 價(jià)值流分析數(shù)據(jù)清單

如果將產(chǎn)品的價(jià)值反映在其組成元素上，則產(chǎn)品中的每一種元素都會(huì)成為價(jià)值的運(yùn)輸體。由此可知，若用某一元素代表一種產(chǎn)品，那么該產(chǎn)品的價(jià)值就可以簡(jiǎn)化成該元素的價(jià)值，隨著物質(zhì)流動(dòng)，單位質(zhì)量的元素離開(kāi)生命周期的某一階段時(shí)的價(jià)值即是該股物質(zhì)流在這一階段元素的價(jià)位，并且等于相對(duì)應(yīng)物質(zhì)流的價(jià)值除以物質(zhì)流中元素的質(zhì)量[24]，單位為元/t。對(duì)于鎂產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中廢棄物填埋處置的成本通常以負(fù)值表示。鎂產(chǎn)業(yè)價(jià)值流分析所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)涵蓋系統(tǒng)前端的物質(zhì)資源輸入價(jià)值、系統(tǒng)過(guò)程中的物質(zhì)流動(dòng)價(jià)值與循環(huán)價(jià)值、后端的廢棄填埋消耗價(jià)值。海關(guān)的進(jìn)出口價(jià)格數(shù)據(jù)是以美元/t為單位計(jì)算，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的2015全年人民幣平均匯率為1美元兌6.2284元。各礦產(chǎn)資源價(jià)格和單位成本數(shù)據(jù)根據(jù)遼寧省大石橋市鎂產(chǎn)業(yè)的實(shí)際調(diào)研所得，原鎂價(jià)格來(lái)源于2016年《中國(guó)有色金屬工業(yè)年鑒》，鎂合金價(jià)格來(lái)源于中國(guó)鎂質(zhì)材料網(wǎng)（http://www.mzclw.com.cn），鎂粉、鎂犧牲陽(yáng)極和廢鎂的國(guó)內(nèi)價(jià)格來(lái)源于中國(guó)有色金屬價(jià)格網(wǎng)（https://www.zh818.com/yousefeijiu），其進(jìn)口及出口價(jià)格則源于海關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://www.hgsj.com），價(jià)值流分析數(shù)據(jù)清單詳見(jiàn)表2。

表2 2015年鎂產(chǎn)業(yè)價(jià)值流項(xiàng)目清單

2 結(jié)果與分析

2.1 中國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)物質(zhì)流分析

2.1.1 鎂的生產(chǎn)階段

生產(chǎn)階段涉及能源物質(zhì)的投入包括白云石、硅鐵、螢石、煤氣、煤炭、火電等。由于我國(guó)白云石和螢石這兩種礦產(chǎn)資源極其豐富，基本沒(méi)有礦石進(jìn)口，因此可以認(rèn)為白云石等礦石資源經(jīng)過(guò)開(kāi)采后直接進(jìn)入原鎂的生產(chǎn)階段，之后經(jīng)過(guò)煅燒、配料、還原、精煉等具體工藝，產(chǎn)生的熔渣則排入生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。借鑒已有研究[14,22]中單耗指標(biāo)與消耗強(qiáng)度指標(biāo)核算得到皮江法煉鎂過(guò)程中消耗的白云石、硅鐵、煤和電的總量（表3）。

據(jù)核算（圖3），2015年我國(guó)原鎂生產(chǎn)階段，原料白云石的輸入量為894.20萬(wàn)t，在煅燒階段有482.90萬(wàn)t的廢渣與廢氣排放到環(huán)境中，配料階段的環(huán)境排放少。在還原階段，由于輔料中硅鐵和螢石分別作為還原劑與催化劑而存在，因此也以殘?jiān)c廢棄物的形式排放到環(huán)境中，共計(jì)428.80萬(wàn)t。精煉階段將粗鎂在約710℃高溫下加熱熔化之后用溶劑精煉后產(chǎn)生4.40萬(wàn)t的廢物排放。

表3 2015年鎂生產(chǎn)階段各物質(zhì)消耗量

圖3 生產(chǎn)階段鎂物質(zhì)流動(dòng)圖（單位：萬(wàn)t）

2.1.2 鎂的加工階段

原鎂加工產(chǎn)品包括鎂錠、鎂粉（鎂粒）、鎂犧牲陽(yáng)極和鎂合金等主要產(chǎn)品，由圖4可知，其中以鎂錠與鎂合金量最多，分別為48.00萬(wàn)t和24.20萬(wàn)t，占原鎂總量的84.7%，鎂產(chǎn)品的凈出口量為40.66萬(wàn)t，出口量占國(guó)內(nèi)鎂產(chǎn)品總產(chǎn)量的47.9%。鎂的加工制造階段產(chǎn)生的廢鎂中有一部分以原料的形式返回到生產(chǎn)階段，另一部分則進(jìn)入加工階段繼續(xù)加工生產(chǎn)鎂。

2.1.3 鎂的使用與廢棄階段

鎂合金及加工材料在使用壽命結(jié)束并報(bào)廢后形成的廢雜鎂通常經(jīng)過(guò)分類回收后再次返回生產(chǎn)或加工階段再次利用。在鎂的使用過(guò)程中，諸如在煉鋼過(guò)程中作為煉鋼脫硫劑以及在鋁合金及其他合金鑄造件制造過(guò)程中作為金屬還原劑被使用后產(chǎn)生的后廢棄物則可以直接填埋方式進(jìn)入生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。由圖5可知，加工階段的鎂產(chǎn)品有44.04萬(wàn)t進(jìn)入使用與廢棄階段，一部分用于鋁合金、合金鑄件、煉鋼脫硫等消費(fèi)領(lǐng)域，另一部分為35.40萬(wàn)t充當(dāng)庫(kù)存（如圖5中紅線所示），鎂制產(chǎn)品在這一階段的庫(kù)存量根據(jù)質(zhì)量守恒計(jì)算得到。

2.1.4 鎂的全生命周期物質(zhì)流分析

綜合各階段的物質(zhì)流分析結(jié)果，得到2015年我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)物質(zhì)流動(dòng)總圖（圖6）?？梢钥闯觯?015年，鎂的整個(gè)生命周期中物質(zhì)流動(dòng)量呈現(xiàn)逐級(jí)減小的趨勢(shì)，原鎂生產(chǎn)與產(chǎn)品加工這兩個(gè)階段物質(zhì)流動(dòng)量最大。經(jīng)核算（表4），2015年，采用皮江法工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)1t原鎂的非生物資源輸入量達(dá)到59.3t，資源直接輸入量達(dá)到16.4t。原鎂生產(chǎn)的生態(tài)包袱約為資源直接輸入量的3.6倍。白云石與煤的資源直接輸入占比分別為64.8%與27.5%，而資源消耗強(qiáng)度占比分別為25.8%與12.5%，而硅鐵的資源直接輸入占比與資源消耗強(qiáng)度占比分別為6.4%、56.2%，表明在煉鎂過(guò)程中，硅鐵消耗以及生態(tài)包袱在資源輸入總量中均占有較大比重，潛在環(huán)境壓力不可忽視，白云石與煤在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中屬于高消耗低效率的物質(zhì)，而硅鐵屬于低消耗高效率的物質(zhì)。

表4 資源消耗情況

圖4 加工階段的鎂物質(zhì)流動(dòng)圖（單位：萬(wàn)t）

圖5 使用與廢棄階段的鎂物質(zhì)流動(dòng)圖（單位：萬(wàn)t）

圖6 2015年中國(guó)鎂物質(zhì)流動(dòng)圖（單位：萬(wàn)t）

基于2015鎂產(chǎn)業(yè)總物質(zhì)流動(dòng)態(tài)圖（圖6），進(jìn)而核算物質(zhì)流各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表5。鎂的循環(huán)效率作為衡量鎂產(chǎn)業(yè)廢鎂資源通過(guò)回收重新用于原鎂冶煉利用程度的關(guān)鍵指標(biāo)，即單位時(shí)間內(nèi)回收利用的鎂與生產(chǎn)的原鎂的比值，其值越大，表明鎂循環(huán)回收量越大及再生鎂產(chǎn)量在精煉原鎂產(chǎn)量中的比例也越大。經(jīng)計(jì)算，2015年中國(guó)鎂循環(huán)效率為0.05t/t，可以看出國(guó)內(nèi)廢鎂資源回收利用水平較低。鎂環(huán)境效率，定義為在鎂產(chǎn)品生命周期中單位鎂的釋放，即排放到自然環(huán)境中的鎂與精煉原鎂比值。用鎂環(huán)境效率可以在一定程度上有效體現(xiàn)鎂的釋放對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的影響，一般來(lái)講，其值越低表明獲得同等質(zhì)量的精煉原鎂所釋放的廢鎂越少，即對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的干擾與影響越小；反之，則影響越大。經(jīng)計(jì)算，2015年中國(guó)原鎂生產(chǎn)過(guò)程中的鎂環(huán)境效率為0.09t/t，表明中國(guó)鎂工業(yè)在加工到廢棄這一階段對(duì)環(huán)境污染的影響程度較低，主要的污染集中在生產(chǎn)冶煉階段。

表5 2015鎂產(chǎn)業(yè)物質(zhì)輸入與隱藏流

根據(jù)2006—2015年鎂產(chǎn)業(yè)物質(zhì)流的生態(tài)包袱核算結(jié)果（圖7）可知，2009年產(chǎn)業(yè)的環(huán)境包袱最低3.61×107t，而2014年環(huán)境包袱最高6.29×107t，之后有所下降。2006—2015年鎂產(chǎn)業(yè)的生態(tài)包袱處于整體擴(kuò)大態(tài)勢(shì)，這主要是由于國(guó)內(nèi)外鎂產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)我國(guó)原鎂產(chǎn)量的過(guò)度依賴所導(dǎo)致，而原鎂生產(chǎn)階段的環(huán)保工藝升級(jí)與普及推行速度落后于原鎂的生產(chǎn)速度，加之原鎂生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模大小不一，環(huán)保工藝的普及難度較大，因此鎂工業(yè)的粗放式發(fā)展仍然持續(xù)。

圖7 2006—2015年皮江法煉鎂生態(tài)包袱變化

2.2 中國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)價(jià)值流分析

在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，物質(zhì)流動(dòng)總是伴隨著價(jià)值的流動(dòng)，二者是同步的。在表2的基礎(chǔ)上，將物質(zhì)流與物質(zhì)單價(jià)進(jìn)行結(jié)合運(yùn)算得到2015年中國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)的元素價(jià)值流動(dòng)圖（圖8），因生產(chǎn)階段的廢物處理價(jià)值無(wú)法計(jì)算，此處忽略。由圖8可知，皮江法煉鎂的資源物質(zhì)投入類別中硅鐵與煤的價(jià)格居高，同時(shí)由于皮江法煉鎂對(duì)于硅鐵、螢石的品味具有一定的要求，使得煉鎂初期資源投入的價(jià)值量占到產(chǎn)品價(jià)值的38.6%以上，限制了價(jià)值產(chǎn)出率。產(chǎn)品出口價(jià)值量占產(chǎn)品總價(jià)值的42.1%，其余產(chǎn)品價(jià)值留在國(guó)內(nèi)，一部分作為庫(kù)存價(jià)值，這部分價(jià)值與物質(zhì)不同，由于需要存儲(chǔ)空間以及維護(hù)，這部分價(jià)值不會(huì)帶來(lái)價(jià)值收入，反而會(huì)帶來(lái)額外價(jià)值消耗；而另一部分價(jià)值隨鎂的流動(dòng)進(jìn)入使用與消耗階段，其價(jià)值產(chǎn)生轉(zhuǎn)化，目前，這兩部分價(jià)值流很難進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)?？紤]進(jìn)出口價(jià)值、循環(huán)利用價(jià)值以及填埋處理價(jià)值，廢鎂的靜態(tài)庫(kù)存價(jià)值量占廢鎂流動(dòng)價(jià)值總量84%以上，這主要是國(guó)內(nèi)的廢鎂循環(huán)利用技術(shù)發(fā)展較為緩慢以及對(duì)廢鎂的回收分類的管理體系尚未形成所導(dǎo)致，廢鎂處于擱置狀態(tài)。2015年廢鎂的循環(huán)利用價(jià)值達(dá)到1.78億元，相當(dāng)于白云石價(jià)值的39.8%，潛在價(jià)值較大。從系統(tǒng)的各部門(mén)視角出發(fā)，生產(chǎn)階段價(jià)值產(chǎn)生量為109.67億元，價(jià)值增量為62.87億元；原鎂加工后轉(zhuǎn)化為各種鎂產(chǎn)品，這一過(guò)程的價(jià)值增量為38.7億元；鎂產(chǎn)品出口過(guò)程中主要以原鎂及鎂合金的貿(mào)易創(chuàng)匯為主。通過(guò)對(duì)部門(mén)價(jià)值流動(dòng)進(jìn)行分析，不難看出，我國(guó)的鎂產(chǎn)業(yè)受國(guó)內(nèi)與國(guó)際市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)的影響，單純的效益追求限制了我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)向高端領(lǐng)域發(fā)展。因此，調(diào)整鎂產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是提升我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)的重要突破口。從物質(zhì)流與價(jià)值流的關(guān)系來(lái)看，生產(chǎn)階段為減量增值過(guò)程。原鎂產(chǎn)量占礦石輸入量的9.5%，考慮輸入的能源成本，皮江法煉鎂的生產(chǎn)階段價(jià)值增量占價(jià)值產(chǎn)生量的57.32%。加工階段為增量增值過(guò)程。鎂錠的產(chǎn)量約是鎂合金產(chǎn)量的2倍，但是在價(jià)值總量上低于鎂合金。這說(shuō)明高端鎂合金的發(fā)展有助于原鎂產(chǎn)業(yè)的升級(jí)發(fā)展。使用與廢棄階段為減量減值過(guò)程。廢鎂的回收利用率及價(jià)值均處于較低水平，完善廢鎂回收利用體系是今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)該關(guān)注的問(wèn)題。

圖8 2015年中國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)價(jià)值流動(dòng)圖（單位：百萬(wàn)元）

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本文基于物質(zhì)流分析基本框架，構(gòu)建了鎂產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流分析模型，在宏觀層面對(duì)2015年中國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)在皮江法生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)階段、加工階段和使用與廢棄階段及全生命周期的物質(zhì)投入產(chǎn)出進(jìn)行核算并進(jìn)行可視化表達(dá)，同時(shí)計(jì)算出各項(xiàng)資源利用、物質(zhì)循環(huán)以及生態(tài)包袱等指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，核算分析鎂資源的價(jià)值流。主要結(jié)論如下：①原鎂生產(chǎn)過(guò)程中的資源物質(zhì)消耗量較大，采用皮江法生產(chǎn)鎂工藝，生產(chǎn)1t原鎂的非生物資源輸入量達(dá)到59.3t，而資源直接輸入量達(dá)到16.4t，并且該過(guò)程的生態(tài)包袱也較大，約為資源直接輸入量的3.6t。白云石與煤的資源直接輸入占比分別為64.8%與27.5%，而資源消耗強(qiáng)度占比分別為25.8%與12.5%。煉鎂的資源輸入總量中硅鐵消耗與生態(tài)包袱所占比重較大并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不可忽視的壓力。白云石與煤在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中屬于高消耗低效率的物質(zhì)，而硅鐵屬于低消耗高效率的物質(zhì)。②2006—2015年鎂產(chǎn)業(yè)生態(tài)包袱整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)是今后我國(guó)鎂工業(yè)生態(tài)化發(fā)展的必然選擇。③在皮江法煉鎂的資源物質(zhì)投入類別中，硅鐵與煤這兩種投入資源的價(jià)格均較高，加之皮江法煉鎂對(duì)于硅鐵、螢石的品味具有一定的要求，使得煉鎂初期資源投入的價(jià)值量占到產(chǎn)品價(jià)值的38.6%以上，降低了價(jià)值產(chǎn)出率。由于國(guó)內(nèi)的廢鎂循環(huán)利用技術(shù)發(fā)展較為緩慢，以及對(duì)廢鎂的回收、分類的管理體系尚未形成，同時(shí)考慮進(jìn)出口價(jià)值、循環(huán)利用價(jià)值以及填埋處理價(jià)值，廢鎂的靜態(tài)庫(kù)存價(jià)值量占廢鎂流動(dòng)價(jià)值總量84%以上，但是循環(huán)利用價(jià)值達(dá)到1.78億元，具有較大的潛在利用價(jià)值。生產(chǎn)階段價(jià)值產(chǎn)生量與價(jià)值增量分別為109.67億元和62.87億元；原鎂加工后轉(zhuǎn)化為各種鎂產(chǎn)品，這一過(guò)程的價(jià)值增量為38.7億元。④我國(guó)鎂產(chǎn)品出口主要以原鎂及鎂合金的貿(mào)易創(chuàng)匯為主，受國(guó)內(nèi)與國(guó)際市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)的影響，這種單純的效益追求影響和限制了我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步向高端領(lǐng)域發(fā)展。

3.2 討論

我國(guó)鎂資源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用具有越來(lái)越明顯的國(guó)家戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，未來(lái)將成為我國(guó)少有的補(bǔ)充或接替成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要金屬基礎(chǔ)材料的國(guó)家戰(zhàn)略資源，但在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排、進(jìn)一步提升國(guó)際地位等方面仍然有提升的空間。首先，應(yīng)加大投入研發(fā)應(yīng)用鎂資源高效與可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)，提升鎂產(chǎn)業(yè)的資源利用效率，尤其是生產(chǎn)端的白云石、煤礦和硅鐵的生產(chǎn)效率。其次，煉鎂過(guò)程中的潛在環(huán)境壓力不可忽視，而主要的污染集中在生產(chǎn)冶煉階段，因此，需進(jìn)一步加大節(jié)能減排投入，強(qiáng)化該階段節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，如新型蓄熱式豎罐還原煉鎂技術(shù)等，采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式清潔化生產(chǎn)，全過(guò)程充分利用資源，使生產(chǎn)過(guò)程中的廢物最小化、資源化、無(wú)害化，同時(shí)提高原鎂生產(chǎn)階段的環(huán)保工藝升級(jí)與普及推行速度。再次，完善廢鎂回收利用體系，提升廢鎂的回收利用率，充分利用廢鎂價(jià)值。最后，加快從產(chǎn)業(yè)鏈低端向高精制造、高附加值的加工、深加工產(chǎn)品的高端產(chǎn)品發(fā)展，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并加快國(guó)內(nèi)企業(yè)的國(guó)際化步伐，以應(yīng)對(duì)國(guó)際市場(chǎng)變化。