再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術體系研究?

周永生，賀 旋，陳 亮，賀正楚

(1.桂林理工大學管理學院， 廣西桂林市 541004；2.長沙理工大學經(jīng)濟與管理學院， 湖南長沙 410114)

再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術體系研究?

周永生1，賀 旋1，陳 亮1，賀正楚2

(1.桂林理工大學管理學院， 廣西桂林市 541004；2.長沙理工大學經(jīng)濟與管理學院， 湖南長沙 410114)

以再生金屬開發(fā)總體流程為路線，構建了過程技術層、功能技術層、評估及監(jiān)管技術層、支持技術層4層結構的再生金屬技術體系框架。其中，過程技術層包括綠色回收技術、合理化處置技術、綠色再生技術、生態(tài)化利用技術；功能層則是上一層按各技術功能實現(xiàn)進一步細化；評估及監(jiān)管技術層包括開發(fā)數(shù)據(jù)采集技術、開發(fā)過程監(jiān)控技術、開發(fā)評估技術；支撐技術層包括相關人才培養(yǎng)技術、信息化支撐技術、相關政策規(guī)范與標準支持等。并從國外技術引進、國內(nèi)技術研發(fā)兩方面探討了再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術實現(xiàn)問題。

城市礦產(chǎn)；再生金屬；技術體系；生態(tài)化開發(fā)

0 引 言

金屬資源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎，保障金屬資源安全供給是關系到國家經(jīng)濟安全的大事。目前我國存在嚴重的金屬資源短缺，在45種公認的工業(yè)化過程中不可缺少的礦產(chǎn)中，有接近20種金屬資源處于短缺狀態(tài)[1]，其中鋅、銅、鋁、鈷、鉑等金屬處于極度短缺的狀態(tài)[2-3]。隨著經(jīng)濟高速發(fā)展，我國對金屬資源需求與日俱增，然而國內(nèi)主力礦山資源普遍進入中、晚期[4]，后續(xù)原生礦產(chǎn)資源供給乏力，國外金屬資源爭奪也日趨激烈，難以有穩(wěn)定的供給。同時相關研究也表明:未來20～30年內(nèi)，我國主要金屬資源供需缺口將不斷擴大[5]。未來我國金屬資源安全供給將面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。

再生金屬作為原生資源的重要補充，可有效緩解我國金屬資源短缺的壓力。以2010年國家發(fā)改委、財政部聯(lián)合下發(fā)《關于開展城市礦產(chǎn)示范基地建設的通知》為標志，國家加速推進資源循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，城市礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入快車道，再生金屬相關產(chǎn)業(yè)作為城市礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，自然得到國家資金、政策等多方面的強力支持，這為再生金屬相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好的歷史機遇。然而再生金屬相關產(chǎn)業(yè)在實踐中的表現(xiàn)卻不盡人意，存在主要問題有:一是廢舊資源綜合回收利用率較低。廢舊電子產(chǎn)品、汽車、機電設備、家電等富含金屬的廢舊資源，有相當一部分以垃圾的形式大量堆積在人們周圍，造成嚴重的資源浪費和極大的環(huán)境污染；二是回收市場不完善。大量走街串巷的個體戶、手工作坊和低水平加工企業(yè)，通過非正規(guī)回收渠道，獲取、占用大量廢舊金屬資源，并采用極其簡單、粗暴的方式進行拆解、提取、加工，導致嚴重的“資源二次浪費”和“環(huán)境二次污染”；三是加工利用技術水平低下，相關企業(yè)多數(shù)只能進行簡單的粗加工，創(chuàng)造高附加值的深加工、精加工技術和設備十分少見，導致整個再生資源行業(yè)難以規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。這些問題的存在，顯然違背了發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、走可持續(xù)發(fā)展道路的初衷，加劇了資源短缺和環(huán)境污染。

再生金屬生態(tài)化開發(fā)是建立完備的廢物回收網(wǎng)絡，將富含金屬的廢舊資源，通過再生加工、再制造或其他合理處置方式，在最大限度減少對環(huán)境影響的基礎上，實現(xiàn)金屬資源的循環(huán)利用。在國家金屬資源短缺不斷加劇，金屬資源安全供給面臨嚴峻挑戰(zhàn)的形勢下，在資源浪費、環(huán)境污染日益嚴重的巨大壓力下，面對國家大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，推動城市礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史機遇，積極推進再生金屬生態(tài)化開發(fā)是當務之急，也是大勢所趨。

技術是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在動力與重要基礎，推動再生金屬生態(tài)化開發(fā)，迫切需要再生金屬相關領域的技術突破與創(chuàng)新。而目前再生金屬相關產(chǎn)業(yè)由于缺乏較為系統(tǒng)的技術體系，導致產(chǎn)業(yè)技術導向不明，有效技術供給不足，相關技術難有突破與創(chuàng)新。因此，科學勾勒系統(tǒng)的再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術體系，具有重大現(xiàn)實意義。本文以循環(huán)經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)共生等理論為基礎，在把握國內(nèi)外行業(yè)現(xiàn)有技術水平和行業(yè)技術發(fā)展趨勢的基礎上，以再生金屬生態(tài)化開發(fā)流程為研究路線，對再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術體系進行研究。

1 再生金屬生態(tài)化開發(fā)流程及主要原則

1.1 再生金屬生態(tài)化開發(fā)總體流程

再生金屬來源廣泛，蘊藏于工業(yè)金屬廢料、廢舊機電、廢舊電子產(chǎn)品、廢電線電纜、廢舊包裝、廢舊家電等多種形態(tài)的廢棄物中。廢棄物形態(tài)不同，開發(fā)處理方式和難度迥異，其總體開發(fā)流程可分為回收、預處理、再生、利用四大環(huán)節(jié)。

回收環(huán)節(jié)是將含有廢舊金屬且具回收利用價值的廢舊資源進行有效集中的過程，它是再生金屬生態(tài)化開發(fā)的基礎環(huán)節(jié)，主要包括廢舊資源回收、分類存儲及運輸?shù)然顒印?/p>

預處理環(huán)節(jié)是廢舊金屬再生的準備環(huán)節(jié)。整個預處理環(huán)節(jié)的主要活動包括:對整機或零部件進行報廢和損耗檢測，并依據(jù)檢測進行分選；對分選后無潛在再次使用價值的廢舊物質(zhì)，進行拆解、特殊無害化、破碎、分選、凈化等處理。

再生環(huán)節(jié)是實現(xiàn)廢舊金屬可再次利用的過程。該過程包括兩個方面:一是對含金屬的零部件及設備產(chǎn)品進行直接高科技修復與改造，使其煥發(fā)新的生命活力；二是在廢舊資源中提取并實現(xiàn)廢舊金屬到再生金屬的轉變。

利用環(huán)節(jié)包括再生金屬利用及資源再生過程中產(chǎn)生的污染物的再利用。主要涉及再生金屬的深加工、副產(chǎn)物及污染物處理等活動。

1.2 再生金屬生態(tài)化開發(fā)主要原則

再生金屬生態(tài)化開發(fā)是一個關系到國家資源安全、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大問題，需要立足于基本國情，結合行業(yè)實際現(xiàn)狀，以減量化、再利用、再循環(huán)等循環(huán)經(jīng)濟理念為指導，做到經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益的有機統(tǒng)一。結合上述總體要求，在再生金屬生態(tài)化開發(fā)實踐中應遵循的主要原則有:

(1)可行性原則。一方面是指現(xiàn)實的可行性，要立足于我國再生金屬開發(fā)企業(yè)普遍規(guī)模小、資金薄弱的現(xiàn)狀，對技術進行有序的現(xiàn)代化改造，不顧現(xiàn)實情況的強行引進先進技術或大型設備，一則會造成企業(yè)財務不堪重負，二則不利于企業(yè)發(fā)揮我國廉價勞動力資源優(yōu)勢，從而使再生金屬企業(yè)發(fā)展舉步維艱。另一方面是指技術的可行性，要充分考慮到我國再生金屬企業(yè)普遍技術水平低下的現(xiàn)狀，采用自主研發(fā)與技術適度引進相結合的方式，在實踐中不斷消化、吸收并創(chuàng)新，逐步建立一套適合我國國情、具有中國特色的技術體系。

(2)環(huán)境友好原則。再生金屬開發(fā)作為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，構建生態(tài)文明的重要組成部分，除了緩解資源短缺壓力外，另一重要作用是避免含廢舊金屬的廢棄物隨意丟棄而造成資源浪費和環(huán)境污染。而再生金屬開發(fā)過程若沒有充分考慮環(huán)境因素，極易造成嚴重的“二次污染”和“二次浪費”，這顯然違背了開發(fā)再生金屬的初衷。因此，在再生金屬整個開發(fā)過程中，要以環(huán)境友好為前提優(yōu)先考慮環(huán)境，要在工藝技術及設備選擇、再生加工過程、再生金屬利用等各方面考慮對環(huán)境的影響，在保證環(huán)境的基礎上，開發(fā)再生金屬資源。

(3)經(jīng)濟合理原則。經(jīng)濟利益是市場經(jīng)濟主體參與的前提，再生金屬開發(fā)要充分保證參與各方合理的經(jīng)濟收益。一方面要做到對廢舊金屬資源進行合理化處置，按損耗程度不同，選擇再生加工、再制造或簡單修復后流入二手市場，以最大限度的挖掘廢舊金屬資源的潛在價值；另一方面采用合適的工藝技術和設備，在最大限度降低企業(yè)生產(chǎn)成本的基礎上，對再生金屬進行深加工、精加工，以提高產(chǎn)品附加值。

2 再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術體系框架

以再生金屬生態(tài)化開發(fā)總體流程為基礎，借鑒劉飛等提出的4層結構的技術體系框架[6]，并加以完善，構建再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術體系框架(見圖1)，整個框架分為過程技術層、功能技術層、評估及監(jiān)管技術層、支持技術層。

2.1 再生金屬生態(tài)化開發(fā)過程技術層

過程技術層是對再生金屬生態(tài)化開發(fā)過程所需技術的總括。該技術層以再生金屬開發(fā)流程為標準共劃分出四大類技術，包括綠色回收技術、合理處置化技術、綠色再生技術、生態(tài)化利用技術。

綠色回收技術，僅指在廢舊資源回收環(huán)節(jié)所涉及的技術，與廣義的概念有所差別[7]。該技術系統(tǒng)采用先進的技術設備、規(guī)劃理念，旨在提高資源回收效率的同時，最大限度減少廢舊資源在回收過程中對環(huán)境的污染與破壞，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境保護的有機統(tǒng)一。合理化處置技術，指廢舊資源預處理環(huán)節(jié)所涉及的技術。預處理過程所使用技術需保證:通過技術檢測、分選等處理，實現(xiàn)廢舊資源處置選擇的合理化；通過對需不同處置的廢舊資源進行前期處理，使其滿足后續(xù)處理工藝的要求。綠色再生技術，是指再生環(huán)節(jié)所涉及的技術，包括綠色再生技術與再制造技術。前者是在再生過程中采用先進工藝和技術，提高資源再生率，減少廢氣、廢渣等污染物產(chǎn)生，實現(xiàn)廢舊金屬到再生金屬的綠色轉變。后者是充分挖掘廢舊資源潛在價值，提高資源利用率，而對廢舊資源進行的再修復，實現(xiàn)廢舊資源到再生產(chǎn)品的綠色轉變。生態(tài)化利用技術，包括再生金屬利用、副產(chǎn)物及污染物再利用所涉及的技術。再生金屬不僅要考慮利用的經(jīng)濟性及利用過程的環(huán)保性，更要考慮再生金屬利用后的循環(huán)回收問題。

圖1 再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術體系框架

2.2 再生金屬生態(tài)化開發(fā)功能技術層

在過程技術層各大類技術描述與定位的基礎上，結合國內(nèi)外技術現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢[8-14]，以具體活動的功能實現(xiàn)為標準，將四大類技術進一步細化，即構成再生金屬生態(tài)化開發(fā)的功能技術層。

2.2.1 綠色回收技術系統(tǒng)

按照回收的具體過程，致力于建立環(huán)境友好、高效完整、信息共享的廢棄物逆向物流體系，將綠色回收技術體系細分為高效回收技術、綠色存儲技術、現(xiàn)代運輸技術3個小類。其中高效回收技術，解決廢棄物從消費者到回收網(wǎng)點過程所涉及的技術問題；綠色存儲技術，解決回收網(wǎng)點廢棄物環(huán)境友好型存儲所涉及的技術問題；現(xiàn)代運輸技術，解決廢棄物從回收網(wǎng)點高效、安全運輸?shù)皆偕幹脠鏊^程所涉及的技術問題。整個綠色回收技術體系見圖2。

2.2.2 合理化處置技術系統(tǒng)

以合理化處置技術的總體要求為指導，按廢棄物預處理環(huán)節(jié)具體流程，可將合理化處置技術體系細化為處置判別技術、加工預處理技術2個小類，其中處置判別技術，解決廢舊物資處置方式選擇問題所涉及的技術問題，具體地說是解決廢舊物質(zhì)應簡單翻新、修復后流入二手市場，還是應通過再制造徹底修復后流入產(chǎn)品消費市場，亦或是應通過資源再生工藝處理后進入消費流通市場，以使廢舊資源利用價值最大化。加工預處理技術，解決廢舊資源進入再生工藝或再制造工藝前期處理所涉及的技術問題，以滿足后續(xù)處理要求。不同工藝對廢舊物資要求不同，不同形態(tài)廢舊物資，所需前期處理方式也有所差別，因此加工預處理所涉及的技術較為復雜。整個合理化處置技術體系見圖3。

2.2.3 綠色再生技術系統(tǒng)

綠色再生技術是實現(xiàn)再生金屬開發(fā)的核心技術，主要包含廢舊金屬再生與綠色再制造2個方面的技術，按照功能實現(xiàn)可將這2方面的技術進一步細化，具體分為生產(chǎn)管理與控制、再生工藝技術、質(zhì)量控制技術、生產(chǎn)系統(tǒng)技術4個小類。其中生產(chǎn)管理與控制技術主要包括生產(chǎn)信息化技術、流程優(yōu)化改造、清潔生產(chǎn)技術、庫存管理等技術；再生工藝技術是指實現(xiàn)綠色再生的技術方式，如金屬再生工藝技術，包括火法再生、濕法再生、干濕結合再生、微生物再生工藝技術等[15]；再生質(zhì)量控制技術是對整個生產(chǎn)過程及最終產(chǎn)品質(zhì)量控制所涉及的技術，一般包括檢測與調(diào)控2方面的技術；生產(chǎn)系統(tǒng)技術是指某個工藝技術生產(chǎn)所需設備及生產(chǎn)環(huán)境設計所涉及的技術，一般包括設備制造技術、車間、控制室等生產(chǎn)環(huán)境的設計與優(yōu)化。整個綠色再生技術體系見圖4。

圖2 綠色回收技術系統(tǒng)

圖3 合理化處置技術系統(tǒng)

圖4 綠色再生技術系統(tǒng)

2.2.4 生態(tài)化利用技術系統(tǒng)

生態(tài)化利用是指再生金屬及其副產(chǎn)物的生態(tài)化利用，所涉及的技術可細分為再生金屬利用技術、副產(chǎn)物再利用技術、資源循環(huán)與產(chǎn)業(yè)共生技術3個小類(見圖5)。其中再生金屬利用技術包括新型先進的加工工藝技術，對傳統(tǒng)深加工技術的綠色改進技術、面向循環(huán)再生的加工設計；副產(chǎn)物再利用技術是加工過程中產(chǎn)生的廢料、污染物的再次利用所涉及的技術，主要包括副產(chǎn)物回收技術、副產(chǎn)物資源化處理技術、污染物無害化處理技術等；資源循環(huán)與產(chǎn)業(yè)共生技術是涉及到產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面的技術，主要包括生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈建設相關技術、生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)相關建設技術、區(qū)域共生網(wǎng)絡建設相關技術等。

2.3 再生金屬生態(tài)化開發(fā)評估及監(jiān)管技術層

再生金屬生態(tài)化開發(fā)評估及監(jiān)管技術層是對開發(fā)全過程進行控制監(jiān)管并對開發(fā)質(zhì)量進行綜合評估所涉及的技術。該技術層是再生金屬生態(tài)化開發(fā)順利進行的重要技術保障，可按開發(fā)過程流程分為數(shù)據(jù)采集技術、過程監(jiān)控技術、綜合評估技術3個大類(見圖6)。

圖5 生態(tài)化利用技術

圖6 再生金屬生態(tài)化開發(fā)評估及監(jiān)管技術系統(tǒng)

2.4 再生金屬生態(tài)化開發(fā)支持技術層

支持技術層是對整個再生金屬生態(tài)化開發(fā)所涉及技術的基礎支持，對相關技術的研發(fā)及應用具有重大意義。該技術層主要分為相關人才培養(yǎng)技術、信息化支持技術、相關政策規(guī)范與標準支持等3類(見圖7)。

3 再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術實現(xiàn)

再生金屬生態(tài)化開發(fā)技術體系涉及大量的先進工藝與技術，而目前我國再生金屬行業(yè)普遍技術水平低下，顯然難以滿足再生金屬生態(tài)化開發(fā)的要求。為此，需建立有效的技術實現(xiàn)路徑，逐步提高再生金屬行業(yè)技術水平，推進再生金屬生態(tài)化開發(fā)。技術主要從國外技術引進、國內(nèi)技術研發(fā)兩方面著手。

3.1 國外技術引進方面

國外再生資源產(chǎn)業(yè)起步較早，相關工藝技術先進。早在20世紀90年代，以德國、美國為代表的發(fā)達國家，就把再生資源產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)進行發(fā)展[16]，目前已發(fā)展成為支撐國家經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，在廢舊資源回收、加工、利用等方面有較為先進、成熟的工藝技術體系。我國由于長期缺乏對經(jīng)濟增長質(zhì)量的重視，導致污染處理、循環(huán)利用等方面相關技術發(fā)展嚴重落后。合理適當?shù)貜膰庖M先進技術，是迅速提升我國再生金屬產(chǎn)業(yè)技術水平的捷徑。

圖7 再生金屬生態(tài)化開發(fā)支持技術系統(tǒng)

引進國外技術的主要方式有直接購買和合作開發(fā)2種。直接購買包括成套設備、關鍵零部件等硬件購買和工藝技術、顧問咨詢等軟件技術購買；合作開發(fā)是指國內(nèi)外企業(yè)通過某種形式合作，共同進行再生金屬開發(fā)，合作的關鍵是獲得國外先進技術及設備的支持。其中直接購買引進方式，一方面要充分考慮到我國具體國情，減少造價昂貴的全自動設備進口，盡量引進綠色高效的人機結合設備，一則可有效發(fā)揮我國低廉、豐富的勞動力資源優(yōu)勢，二則可創(chuàng)造大量工作崗位，緩解我國就業(yè)壓力。另一方面要在引進的基礎上，注重對先進工藝技術及設備設計理念的有效消化、吸收，不僅利用國外技術設備創(chuàng)造更高經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，還要促進國內(nèi)技術研發(fā)能力的提升。合作開發(fā)引進方式，一方面要充分利用國外綠色工藝技術，防止國外資本因逐利行為轉而用較為粗糙的工藝技術，造成國內(nèi)環(huán)境污染和資源浪費。另一方面加強相關專業(yè)人才的培養(yǎng)和專業(yè)知識的交流，充分利用并吸收國外相關先進軟技術，進而加速國內(nèi)技術水平提高。

3.2 國內(nèi)技術研發(fā)方面

再生金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵是國內(nèi)相關技術的研發(fā)，僅僅依靠國外技術的引進，始終受制于人，不利于產(chǎn)業(yè)長遠快速發(fā)展。國內(nèi)技術的研發(fā)要立足于現(xiàn)狀，充分利用現(xiàn)有技術水平，不斷促進再生金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在發(fā)展中謀創(chuàng)新，以創(chuàng)新促發(fā)展。再生金屬技術實現(xiàn)方式主要有技術的整合與改造、新技術開發(fā)、技術應用開發(fā)與轉移。

3.2.1 技術整合與改造

技術整合與改造，是將現(xiàn)有技術進行有機地整合，并按實際需求進行針對性改造。實踐早已證明，對現(xiàn)有技術進行有效整合與改造是加快產(chǎn)業(yè)技術水平提高的有效方法。尤其在再生金屬生態(tài)開發(fā)過程中，所需技術多樣，且開發(fā)具體情況復雜，通用式的工藝技術、設備及生產(chǎn)流程，難以滿足開發(fā)要求，需根據(jù)具體情況對已引進或自身已研發(fā)技術進行整合與改造，如考慮到我國民眾普遍垃圾分類意識較差，對垃圾回收裝置進行獨特的設計與改造；考慮到勞動力資源優(yōu)勢，整合、改造出合適的綠色高效的人機結合設備系統(tǒng)；諸如此類等等。

3.2.2 技術應用與轉移

技術應用開發(fā)與轉移，一方面充分利用現(xiàn)有技術成果，不斷開發(fā)現(xiàn)有技術在再生金屬開發(fā)中的應用領域；另一方面促進發(fā)達地區(qū)向欠發(fā)達地區(qū)進行技術轉移。前者可有效挖掘現(xiàn)有技術成果的潛在價值，以較低研發(fā)成本，為再生金屬生態(tài)化開發(fā)提供近期所需技術，以促進再生金屬產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。后者針對沿海等發(fā)達地區(qū)較落后的再生金屬技術，相對于西部等欠發(fā)達地區(qū)仍有很大的發(fā)展空間，可通過有效的技術轉移，實現(xiàn)再生金屬產(chǎn)業(yè)不同層次的發(fā)展，這也是加快再生金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效途徑。

3.2.3 新技術開發(fā)

新技術開發(fā)，要在把握國內(nèi)外再生金屬行業(yè)技術發(fā)展趨勢的基礎上，立足于解決關鍵問題，有針對性地對相關領域的核心技術進行開發(fā)，只有掌握核心技術，才能引領行業(yè)發(fā)展，避免受制于人。同時要注重新技術研發(fā)效益，加強對科技成果的轉化，以產(chǎn)學研一體化，不斷推進再生金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展。此外，還需加速后續(xù)相關技術研發(fā)能力的提高，不斷培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，并積極營造良好的科研環(huán)境。

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2015-11-02)

周永生(1963－)，男，湖南永州人，教授，博士生導師，主要從事城市礦產(chǎn)發(fā)展研究。

國家社科基金項目(12BJY057，11AJL008).