全球跨區域鐵資源物質流動分析

鐘維瓊，李 丹，代 濤

(1.中國地質科學院礦產資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037；2.中國地質科學院全球礦產資源戰略研究中心，北京 100037；3.中國地質大學(北京)，北京 100083)

0 引 言

鐵是國家工業化進程中消費量最大的金屬資源，與經濟社會發展息息相關。然而，國家之間鐵礦石資源存在不平衡性，且鐵礦石資源開發能力與鋼鐵相關產業發展的限制[1]，致使很多國家的鐵資源及鋼鐵產品不能做到自給自足，只能依靠進口鐵及含鐵產品來彌補需求缺口。在全球經濟一體化大背景下，各國為了滿足經濟社會發展需要對鐵及含鐵產品展開頻繁的貿易往來。國際貿易是各國(或地區)在國際分工的基礎上相互聯系的主要形式，反映了世界各國(或地區)在經濟上的相互依賴關系。參與國際貿易的主體眾多，其關系也錯綜復雜。本文采用物質流分析方法，以全球鐵及含鐵產品國際貿易整體格局為視角進行分析，剖析全球鐵資源國際貿易流動的特點及方向。

物質流分析是對研究系統內物質流動和貯存進行系統性評估的一種研究方法，研究主體包括元素、原材料、產品、廢棄物等，主要涉及這些物質的源、匯、流向、流量和庫存等[2]。目前，國內外已有許多學者利用物質流分析對鐵資源的物質流動進行研究。例如，Michaelis等采用Exergy分析法對英國鋼鐵部門進行了代謝研究[3]。Igarashi等通過分析日本不銹鋼企業生產的動態物質流動狀況，對日本在將來封閉式情況下不銹鋼生產過程中排放的潛在減量進行評估[4]。東北大學國家環境保護生態工業重點實驗室的杜濤等應用基準物流圖，建立了鋼鐵企業物質流、能量流和污染物流的分析方法[5]。燕凌羽研究了2011年中國鐵全生命周期中不同階段的物質流動情況[6]。

在鐵物質跨區域流動研究方面，因含鐵產品種類繁多，不同產品的含鐵量又有區別，所以大多數學者的研究對象是鐵礦石，關注其價格機制和國際市場研究[7]。卜慶才在鐵礦資源問題上，通過對世界鐵礦資源及貿易狀況的調查，掌握了國外可利用的鐵礦資源狀況，弄清了世界鐵礦貿易的區域性特點[8]。郝曉晴等根據聯合國統計司發布的國際鐵礦石貿易數據，采用復雜網絡理論分析方法，計算其特征，并分析了近10年國際鐵礦石貿易網絡的演變規律[9]。Kawase等通過對澳大利亞，巴西，中國和印度四個國家的鋼鐵庫存及物質流動的可持續性問題進行討論。更好地了解存量和流量，并為實現工業新陳代謝的政策提供信息，從而使更多國家更好的管理資源及回收鋼鐵[10]。Dong等對中國，韓國和日本之間物質流的長期系列數據進行分析，為未來高效的全球資源管理政策制定提供了重要建議[11]。

通過文獻分析發現，鐵物質流研究多是基于某一地區或國家層面的，本文在全球層面對鐵物質流進行研究分析。同時，本文的研究范圍包含了國際貿易當中所有含有鐵元素的商品(下文簡稱“含鐵商品”)，并對鐵的全產業鏈整體以及產業鏈各個階段的物質流動進行了定量分析。本研究彌補了全球層面鐵物質流分析的不足，并為鐵資源的跨區域流動研究引入了產業鏈視角。

1 數據和方法

1.1 數據來源

本文數據源為中國海關和聯合國商品貿易統計數據庫(UN Comtrade)，共包含2000～2015年中國與世界其他200多個國家和地區之間的鐵及含鐵產品的進出口數據，每項數據包含進出口含鐵產品所對應的具體名稱、進出口國家或地區、數量和價值[12]。

1.2 物質流測算方法

為了研究世界各大洲之間含鐵產品的貿易活動，測算含鐵產品的物質量流動，本文采用了抽樣統計的方法進行處理[13]。即把總體量大、差異性較大的總體分成若干個同質性較強的一階單元，從不同的一階單元中抽取一定數量的二階單元分別代表該一階單元，由這些二階單元中的總體基本單元組成研究樣本。此方法的優點是樣本代表性較強，抽樣誤差比較小[14]。本文從鋼鐵產業鏈的角度將收集到的數據分為6大類以及13小類(表1)，在本文中，將含鐵產品小類分成數十個同質性較強的一階單元，再從一階單元中抽取具有代表性的二階單元組成研究樣本。根據不同含鐵產品的含鐵系數及產品量，計算該一階單元的含鐵量[15]。

表1 海關含鐵產品數據分類及含鐵系數設定

2 2000～2015年全球鐵物質量和價值量演化

2000～2015年全球鐵的物質量演化如圖1所示。亞洲為世界上最大的鐵物質量進口地區，且一直保持均勻增長狀態，其進口物質量遠大于出口物質量。歐洲為第二大鐵物質量進口地區。在2014年之前，歐洲是全球最大鐵物質量出口地區，2014年之后被大洋洲超過成為第二大鐵物質量出口地區，且2009年進出口量均有一定幅度減少。北美地區進口物質量大于出口物質量，且進出口物質量在2004年達到最大值，2009年達到最小值。南美洲地區出口物質量遠大于進口物質量，除2009年、2014年出口物質量略有減少外，基本呈均勻增長狀態，其鐵進口量一直維持在非常低的狀態。大洋洲出口鐵物質量遠大于進口鐵物質量，且2014年之后成為世界最大。鐵物質量出口地區。

2000～2015年全球鐵的價值量演化如圖2所示。歐洲為世界上最大的鐵價值量進口地區，但在2009年進出口價值量急劇減少。亞洲的進出口價值量除2009年有所下降之外，均保持較高水平的增長狀態，且出口價值量大于進口價值量。北美為世界上第三大鐵價值量進出口地區，進口價值量大于出口價值量，除2009年有所下降之外，均有緩慢增長。歐洲、南美洲、大洋洲地區的進出口價值量較少，且其進口價值量略大于出口價值量。

圖1 2000～2015年全球鐵物質流演化圖

圖2 2000～2015年全球鐵價值量演化圖

對比物質量和價值量演化圖可以發現，亞洲是進口鐵物質量最多的地區，但不是進口鐵價值量最多的地區，進口價值量最多的地區是歐洲。亞洲大量進口鐵礦石原料，所以其物質量遠大于其價值量。而歐洲多進口產品，所以進口價值量遠大于進口物質量。北美洲相對于其他地區進口價值量比重遠大于其進口物質量比重，這與其進口多為鋼鐵產品相關。南美洲和大洋洲出口物質量比重遠大于出口價值量比重，這兩個地區是鐵礦石輸出最多的地區，因此價值量比重相對較小。

3 各大洲之間的流量矩陣

根據從中國海關和聯合國商品貿易統計數據庫獲得的數據，從產業鏈角度將其分為六個環節，根據每個環節鐵的物質流動情況，形成2015年全球各大洲之間的流量矩陣如圖3所示，根據矩陣中流量由大到小用顏色由深到淺的色階進行表示，并根據2015年各階段的流量加總繪制桑基圖[16]。

3.1 2015年大洲之間各環節的流量矩陣

圖3所示流量矩陣圖左側表示本階段鐵物質量出口大洲，上方代表本階段鐵物質量進口大洲。每一橫行數值加和代表對應大洲在本階段的出口鐵物質總量，每一豎列數值加和代表本階段對應大洲進口鐵物質總量。

鐵礦石環節的流量矩陣如圖3(a)所示。各大洲的鐵流量中，流向亞洲的最多為7.73億t，流向歐洲的次之，為0.9億t，而流向非洲和大洋洲的鐵流量最少。其中，大洋洲流向亞洲的鐵流量最多為4.71億t，南美洲流向亞洲的鐵流量次之，為1.97億t。而歐洲地區的鐵流量多是從南美、歐洲及北美洲地區流入。其他幾大洲鐵礦石含鐵量物質流流入比較少。

生鐵環節的流量矩陣如圖3(b)所示。本環節中，各大洲的物質流向相對鐵礦石環節發生了較大變化。大洋洲、南美洲不再是最大的出口地區，歐洲成為鐵物質流最大流出地區，出口總量0.14億t。但亞洲仍為鐵物質流最大流入地區，流入亞洲的含鐵物質量為0.15億t，且來自亞洲的流量最多，為0.08億t。歐洲為第二大鐵物流流入地區，進口總量為0.12億t，且來自歐洲的流量最多，為0.08億t。

粗鋼環節的流量矩陣3(c)所示。與生鐵環節類似，最大的物質流入流出地區仍是亞洲和歐洲。亞洲和歐洲含鐵物質流出總量分別為0.15億t和0.23億t，含鐵物質流入總量分別為0.2億t和0.13億t。亞洲流向亞洲和歐洲流向歐洲的鐵流量仍是是全球兩個最大的物質流流向，分別為0.13億t和0.11億t，其他大洲間的流動相對較小。

圖3 2015年各環節鐵物質跨區域流動矩陣圖

鋼材環節的流量矩陣3(d)所示。本環節流量特點與粗鋼環節較為類似。最大的兩個流向為亞洲流入亞洲與歐洲流入歐洲的兩個方向，分別為1.05億t與1.08億t。亞洲、歐洲仍是全球最大的兩個鋼材流出及流入地區，其含鐵物質流出總量分別為1.55億t和1.37億t，含鐵物質流入總量分別為1.22億t和1.26億t。此外，北美為較大量的鋼材流入地區，流入量為0.4億t。其他大洲間的流動相對較少。

鋼鐵產品環節的流量矩陣3(e)所示。亞洲和歐洲仍是最大的含鐵物質流出地區，流出量分別為1.1億t和1.06億t。而歐洲和北美洲成為最大含鐵物質流入地區，流入量分別為1.02億t和0.7億t。而亞洲成為第三大進口地區，進口物質量為0.6億t。

廢料環節的流量矩陣3(f)所示。鋼鐵廢料環節相對于其他環節的流量是比較少的，歐洲為最大含鐵廢料輸出地區，為0.22億t。且歐洲流向歐洲的流量最多為0.15億t。亞洲是最大的含鐵廢料輸入地區，輸入量為0.2億t。歐洲為第二大含鐵廢料輸入地區，輸入量為0.15億t。其他大洲之間廢料流動相對較少。

3.2 2015年世界鐵物質流桑基圖

將2015年各大洲之間產業鏈不同環節的流量匯總之后，利用桑基圖對各大洲之間貿易流動進行表示(圖4)，圖中延伸的分支的寬度與對應數據流量的大小成正比。

圖4 2015年全球含鐵物質貿易流動總量桑基圖

2015年全球含鐵產品貿易往來中，大洋洲是最大的鐵資源出口國家，出口總物質量為47.41億t，主要出口流向亞洲,流出量為47.22億t。亞洲、歐洲和南美洲是較大的含鐵產品流出地區。亞洲是世界上最大的含鐵產品流入地區，流入量為100.98億t。歐洲和北美洲也有大量含鐵產品流入。

4 結論與分析

本文通過對2000～2015年全球鐵物質流量以及2015年產業鏈各階段的物質流量進行分析，得出以下結論。

1) 2000～2015年各地區鐵進出口物質量和價值量總體呈增長趨勢。經濟形勢的變化與礦產品貿易量關系密切。受2009年全球金融危機影響，全球各地區貿易量呈下降趨勢。尤其是歐洲、北美洲等發達地區，在2009年進出口量明顯下降，貿易量達到最小值，受金融危機影響顯著。而亞洲、非洲等地區進出口物質量變化受金融危機影響較小，進出口量略有下降。

2) 2000～2015全球跨區域鐵資源物質流動演化過程中，亞洲、歐洲進口物質量大于出口物質量，為鐵資源凈進口地區；大洋洲和南美洲出口物質量大于進口物質量，為鐵資源凈出口地區。

3) 全球不同地區鐵資源進口和出口類型及需求品種存在很大差異。進口方面，亞洲鐵資源對外依存度高，為世界上最大的鐵物質量進口地區，且主要進口鐵礦石，2015年進口鐵礦石77億t。歐洲是進口鐵價值量最多的地區，進口產品主要為鋼材及鋼鐵產品等。出口方面，南美洲和大洋洲鐵礦石資源豐富，大量出口鐵礦石，2015年大洋洲出口47.1億t鐵礦石，南美洲出口約23.9億t鐵礦石，但其他環節產品出口貿易量較少。亞洲和歐洲形成了“進口原料，出口產品”的貿易格局，鐵礦石出口量較少，其他四個環節出口量相對較多。這與各地區的自然資源稟賦條件的差異有關，也和本地區技術水平和資本充裕度有關[17]。

4) 鋼鐵廢料環節流量少于其他環節流量。以2015年為例，廢料環節的流量明顯小于其他環節。世界各國金屬回收和二次利用是非常完善而龐大的產業，許多國家的再生鋼鐵等金屬的產量已經超過其原生金屬產量[18]。但是由于鋼鐵廢料價值量不高，且考慮到運輸成本因素，鋼鐵廢料多在本地區內部加工利用，較少參與跨地區國際貿易。

[1] Paul H.Brunner,Helmut Rechberger.Practical handbook of material flow analysis[J].The International Journal of Life Cycle Assessment,2003,9(5):37-338.

[2] 鐘琴道,李艷萍,喬琦.物質流分析研究綜述[J].安徽農業科學,2013,41(17):7395-7398,7403.

[3] Michaelis P,Jackson T.Material and energy flow through the UK iron and steel sector.Part 1:1954-1994[J].Resources Conservation & Recycling,2000,29(1-2):131-156.

[4] Adriaanse A S,Bringezu S,Hammond A,et al.Resource Flows:The Material Basis of Industrial Economies[M].World Resources Institute,1997.

[5] 杜濤,蔡九菊.鋼鐵企業物質流、能量流和污染物流研究[J].鋼鐵,2006(4):82-87.

[6] 燕凌羽.中國鐵資源物質流和價值流綜合分析[D].北京:中國地質大學(北京),2013.

[7] Pauliuk S,Wang T,Müller D B.Steel all over the world:Estimating in-use stocks of iron for 200 countries[J].Resources Conservation & Recycling,2013,71(1):22-30.

[8] 卜慶才.物質流分析及其在鋼鐵工業中的應用[D].沈陽:東北大學,2005.

[9] 郝曉晴,安海忠,陳玉蓉,等.基于復雜網絡的國際鐵礦石貿易演變規律研究[J].經濟地理,2013,33(1):92-97.

[10] Kawase R,Matsuoka Y.Iron Accumulation of Global Goods Stocks in Use[J].Proceedings of Environmental & Sanitary Engineering Research,2013,69(5):19-26.

[11] Liang Dong,Ming Dai,Hanwei Liang,et al.Material flows and resource productivity in China,South Korea and Japan from 1970 to 2008:A transitional perspective[J].Journal of Cleaner Production,2017,141:1164-1177.

[12] 李新軍.鐵礦石國際貿易的經濟學分析[D].合肥:安徽大學,2010.

[13] 李新創.共同積極應對挑戰,促進全球鋼材貿易健康發展[J].鋼鐵,2017,52(5):1-4.

[14] 黃和平,畢軍,張炳,等.物質流分析研究述評[J].生態學報,2007(1):368-379.

[15] 尹科,彭曉春,陳志良,等.我國物質流研究述評[J].環境保護與循環經濟,2009,29(01):15-19.

[16] 葉竹.鋼鐵生產過程中物質流與能量流協同關系的研究[D].沈陽:東北大學,2014.

[17] 陳偉強,石磊,錢易.國家尺度上鋁的社會流動過程解析[J].資源科學,2008(7):1004-1012.

[18] 李肖龍,燕凌羽.中國鐵物質流研究評述[J].生態經濟,2017,33(7):71-74.