廢銅初探-有多少廢銅可以“重來”

文/中國金屬礦業(yè)經(jīng)濟(jì)研究院 吳 越

屬于未來的金屬，面臨未來缺礦的尷尬。

銅是人類應(yīng)用最為廣泛的金屬之一，因具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕性而被廣泛應(yīng)用。目前全球近70%的銅應(yīng)用于電氣和通訊領(lǐng)域，現(xiàn)代化程度越高，銅的消費(fèi)量就越大，因此銅也被稱為“屬于未來的金屬”。

圖1 全球銅應(yīng)用主要領(lǐng)域占比

人類應(yīng)用銅已有5000 年的歷史，隨著電氣化程度的不斷提高，銅的消費(fèi)量也不斷增加，成為自鐵和鋁之后的第三大用量金屬。到2017 年，全球精銅礦產(chǎn)量1970 萬噸，同期全球銅儲(chǔ)量7.9 億噸，靜態(tài)保障年限僅有40 年。雖然每年全球銅儲(chǔ)量還在緩慢的增加（過去十年年均增長率在1.6%左右），但每年銅消費(fèi)的增長率則至少在2%以上，更何況全球銅礦的開采品位在不斷下降。從材料科學(xué)發(fā)展的角度分析，由于銅優(yōu)異的綜合性能，在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)被新材料替代的可能性極小，最大的可能是在部分應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一定程度的輕量化/減量化而減少銅的用量，但仍無法有效緩解未來原生銅供應(yīng)的緊張。

“城市礦山”的銅儲(chǔ)量龐大，但難于準(zhǔn)確量化。

和鐵等金屬相比，銅的抗腐蝕性很強(qiáng)，因腐蝕而產(chǎn)生的損耗較?。磕觇F因銹蝕而產(chǎn)生的損耗可能在20%以上）。因此，數(shù)百年來人類消費(fèi)的銅大部分通過循環(huán)利用積存了下來，數(shù)量驚人的銅存在于高樓大廈、管網(wǎng)線路、電器設(shè)備和廢棄物堆放場內(nèi)——這就是通常所說的城市礦山。

據(jù)估計(jì)，自1900 年以來全球共生產(chǎn)了5.5 億噸銅，大部分留存下來成為全球社會(huì)銅存量(以下簡稱“銅存量”）。全球銅存量包含仍在使用的銅制品和超過使用期限但未回收的含銅廢棄物以及無法回收的一些含銅廢物等，數(shù)量很大，難以準(zhǔn)確計(jì)算。業(yè)內(nèi)對此的估算大部分在3-4.5 億噸之間，即人均40-65 公斤。很多研究取全球人均50 公斤銅存量為基準(zhǔn)，歐盟估算其人均銅存量在140-160 公斤左右，而一些研究估計(jì)美國的銅存量可能在240 公斤左右。

圖2 銅物質(zhì)流循環(huán)的“STAF”模型

學(xué)界多采用物質(zhì)流模型來測算銅存量變化（如圖2），這種方法可以測算一定時(shí)間內(nèi)銅存量的變化，但其高度依賴大量詳實(shí)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而很多數(shù)據(jù)都無法獲取只能是估算，特別是一些早期的數(shù)據(jù)。

目前全球廢雜銅原料占銅全部消費(fèi)比重約35%，利用方法分為兩類，一類是經(jīng)過陽極爐熔煉生產(chǎn)電解銅，即再生精銅，根據(jù)ICSG 數(shù)據(jù)，全球通過廢雜銅生產(chǎn)的再生精銅占精銅比重的15%；另一類是直接以非精煉銅或銅合金的形式生產(chǎn)出銅材或銅合金。廢雜銅主要來自三個(gè)方面：一、銅冶煉過程中產(chǎn)生的廢品和廢料；二、各種機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的廢品和廢料中的銅；三、使用過程中舊的、報(bào)廢的儀器、儀表、工具和機(jī)器設(shè)備中的銅等。

每年全球銅庫存析出的廢銅只有約50%可以被重新循環(huán)使用。

2017年弗勞恩霍夫研究院完成了一項(xiàng)對2006-2015年全球銅存量、流量和再循環(huán)率的全面研究，該研究成果比較清晰地展現(xiàn)一個(gè)量化的銅物質(zhì)流循環(huán)。

圖3 2006-2015 全球銅存量及流動(dòng)圖例

研究顯示，2006-2015 十年間，全球共消耗16638 萬噸銅礦和5131 萬噸廢銅（均為金屬量，下同），生產(chǎn)出了19782萬噸精煉銅，有含銅量21252萬噸的最終產(chǎn)品進(jìn)入全球銅存量（期間有邊角料重復(fù)利用，半成品產(chǎn)量高于最終產(chǎn)品）。生產(chǎn)期間有568萬噸銅在冶煉加工過程中永久損耗了，約占投入原料的2.6%。全球44090 萬噸銅存量中含銅10650萬噸的廢棄物析出，由于未被有效回收、分離中損耗等原因，只有5131 萬噸廢銅轉(zhuǎn)化為再生銅循環(huán)利用。

基于上述研究，可以得出全球廢銅循環(huán)利用的指標(biāo)：

表1 全球廢銅的各種循環(huán)利用指標(biāo)

銅是最貴的賤金屬，但提升銅的循環(huán)利用率很難。

制約廢銅循環(huán)利用的關(guān)鍵因素，是成本。組分簡單、用途固定的含銅物品銅循環(huán)利用率高，但這類物品往往壽命周期很長。組分復(fù)雜、含銅量低的產(chǎn)品壽命周期短，但回收分離成本很高。低品位含銅廢料的處理幾乎完全依賴于人工，因此人均銅存量最高的美國在進(jìn)口銅精礦的同時(shí)還出口大量的廢雜銅，而中國多年以來一直是全球最大廢雜銅進(jìn)口國，一方面是因?yàn)樽陨磴~礦自給率很低，另一方面也是因?yàn)閾碛旋嫶蟮牧畠r(jià)勞動(dòng)力人口。

環(huán)保也是制約廢銅循環(huán)利用的一大因素，其實(shí)說到底也是成本問題。雖然生產(chǎn)再生銅的能耗比原生銅低80-90%，但其在分離冶煉過程中其他的污染物排放則非常嚴(yán)重。相關(guān)環(huán)保技術(shù)是有的，但成本是很高昂的；大規(guī)模生產(chǎn)加集約化環(huán)保治理可以有效降低成本，可是物流運(yùn)輸成本又上去了。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展渴望在未來給于銅循環(huán)利用更低成本的技術(shù)解決方案，但同時(shí)也會(huì)從另一個(gè)角度增加銅循環(huán)利用的難度。隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬應(yīng)用向合金化、聚合物化發(fā)展的方向日趨明顯，都將給未來的金屬循環(huán)利用增加巨大的難度。

圖4 銅合金的不同種用途的添加元素

2016年全球共產(chǎn)生了4470萬噸電子垃圾，其中只有20%被回收。預(yù)計(jì)到2021年，全球電子垃圾量將達(dá)到5220 萬噸，是全球生活垃圾中增長最快的部分。在電子垃圾中，銅的含量也不容忽視。以手機(jī)為例，一部初代IPHONE 含銅約6 克，而現(xiàn)在華為已經(jīng)考慮為智能手機(jī)增配銅制散熱器了。隨著以智能化信息化為代表的新一輪產(chǎn)業(yè)革命的深化，越來越多的含銅電子產(chǎn)品將被投入使用，如何將這些巨量的、零散分布的低含量含銅產(chǎn)品納入銅的循環(huán)利用體系，已不是技術(shù)所能解決的問題。

未來銅的循環(huán)利用率還有多大的提升空間？

很多社會(huì)學(xué)者在研究全球的未來發(fā)展問題時(shí)，往往會(huì)以歐洲為模板，因?yàn)闅W洲是非小眾化的、可以成為大多數(shù)國家借鑒的成熟的社會(huì)發(fā)展樣板，特別是在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展方面，歐洲確實(shí)走在全世界的前面?？匆豢礆W洲的金屬循環(huán)利用水平一定程度可以幫助分析全球金屬循環(huán)利用的提升空間。

在歐洲，再生銅(包括直接利用的雜銅)在精煉銅的總產(chǎn)量中占有很高的比例，意大利幾乎100%的精銅是再生銅。對于意大利實(shí)現(xiàn)了100%使用再生銅，一些研究認(rèn)為這意味著未來再生銅或可以取代原生銅。必須指出的是這個(gè)100%的實(shí)現(xiàn)，是因?yàn)橐獯罄策M(jìn)口了很多的廢銅和含銅產(chǎn)品。根據(jù)聯(lián)合國的相關(guān)報(bào)告，每年有人均680 公斤的資源通過各級產(chǎn)品的形式流入了發(fā)達(dá)國家，（估計(jì)）其中10%是各種金屬。

2018 年歐洲委員會(huì)科學(xué)和知識服務(wù)聯(lián)合研究中心（JRC）完成了一份關(guān)于歐盟28 國銅等金屬物質(zhì)流分析技術(shù)報(bào)告。報(bào)告運(yùn)用EC 原料系統(tǒng)分析（MSA）模型，涵蓋了歐盟28 國整個(gè)金屬生命周期的銅工業(yè)體系。報(bào)告顯示，歐盟28 國在產(chǎn)品壽命終止時(shí)的回收能力優(yōu)于全球平均水平，但遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)“完美”回收，約有40%的銅廢料無法回收。

關(guān)于中國的廢銅，僅限于猜想。

表2 歐盟主要含銅廢物的收集（用于回收）率和分選效率

受時(shí)間限制，本文尚未涉及中國的廢銅，在此謹(jǐn)對一些局部問題作粗略猜想：

-往日的銅循環(huán)利用率可能很高，但未來會(huì)逐步降到和歐盟一樣的水平，因?yàn)榈蛯W(xué)歷可以容忍艱苦工作環(huán)境的勞動(dòng)力越來越少，機(jī)器人分揀垃圾的時(shí)代尚未來臨；

-如果中國借助舉國體制可以將再生回收體制從以原材料為標(biāo)的轉(zhuǎn)向以產(chǎn)品為標(biāo)的，包括銅在內(nèi)的資源再生回收利用或許還可以再上一個(gè)臺階；

-國內(nèi)對銅存量的粗暴計(jì)算（最長的30 年壽命配以最高的回收利用率85%）雖然謬誤卻很可能接近真相，大多數(shù)模型因無法計(jì)算中國這樣的出口導(dǎo)向型國家輸出的含銅產(chǎn)品的含銅量而會(huì)高估中國的銅存量；

-中國的廢銅供應(yīng)能力尚不足道，因?yàn)闅v史的貧窮，因?yàn)槿肆Φ亩倘?，因?yàn)榄h(huán)保的升級，但未來，中國的社會(huì)銅存量何時(shí)會(huì)達(dá)到峰值，2030 還是2050？屆時(shí)會(huì)是什么樣的一個(gè)規(guī)模？