廢銅初探-有多少廢銅可以“重來”

文/中國金屬礦業經濟研究院 吳 越

屬于未來的金屬，面臨未來缺礦的尷尬。

銅是人類應用最為廣泛的金屬之一，因具有優異的導電、導熱、耐腐蝕性而被廣泛應用。目前全球近70%的銅應用于電氣和通訊領域，現代化程度越高，銅的消費量就越大，因此銅也被稱為“屬于未來的金屬”。

圖1 全球銅應用主要領域占比

人類應用銅已有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，全球精銅礦產量1970 萬噸，同期全球銅儲量7.9 億噸，靜態保障年限僅有40 年。雖然每年全球銅儲量還在緩慢的增加（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。從材料科學發展的角度分析，由于銅優異的綜合性能，在相當長的一段時間內被新材料替代的可能性極小，最大的可能是在部分應用領域實現一定程度的輕量化/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的緊張。

“城市礦山”的銅儲量龐大，但難于準確量化。

和鐵等金屬相比，銅的抗腐蝕性很強，因腐蝕而產生的損耗較小（每年鐵因銹蝕而產生的損耗可能在20%以上）。因此，數百年來人類消費的銅大部分通過循環利用積存了下來，數量驚人的銅存在于高樓大廈、管網線路、電器設備和廢棄物堆放場內——這就是通常所說的城市礦山。

據估計，自1900 年以來全球共生產了5.5 億噸銅，大部分留存下來成為全球社會銅存量(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，數量很大，難以準確計算。業內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，歐盟估算其人均銅存量在140-160 公斤左右，而一些研究估計美國的銅存量可能在240 公斤左右。

圖2 銅物質流循環的“STAF”模型

學界多采用物質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間內銅存量的變化，但其高度依賴大量詳實準確數據，而很多數據都無法獲取只能是估算，特別是一些早期的數據。

目前全球廢雜銅原料占銅全部消費比重約35%，利用方法分為兩類，一類是經過陽極爐熔煉生產電解銅，即再生精銅，根據ICSG 數據，全球通過廢雜銅生產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出銅材或銅合金。廢雜銅主要來自三個方面：一、銅冶煉過程中產生的廢品和廢料；二、各種機械加工過程中產生的廢品和廢料中的銅；三、使用過程中舊的、報廢的儀器、儀表、工具和機器設備中的銅等。

每年全球銅庫存析出的廢銅只有約50%可以被重新循環使用。

2017年弗勞恩霍夫研究院完成了一項對2006-2015年全球銅存量、流量和再循環率的全面研究，該研究成果比較清晰地展現一個量化的銅物質流循環。

圖3 2006-2015 全球銅存量及流動圖例

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），生產出了19782萬噸精煉銅，有含銅量21252萬噸的最終產品進入全球銅存量（期間有邊角料重復利用，半成品產量高于最終產品）。生產期間有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 萬噸廢銅轉化為再生銅循環利用。

基于上述研究，可以得出全球廢銅循環利用的指標：

表1 全球廢銅的各種循環利用指標

銅是最貴的賤金屬，但提升銅的循環利用率很難。

制約廢銅循環利用的關鍵因素，是成本。組分簡單、用途固定的含銅物品銅循環利用率高，但這類物品往往壽命周期很長。組分復雜、含銅量低的產品壽命周期短，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口銅精礦的同時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口國，一方面是因為自身銅礦自給率很低，另一方面也是因為擁有龐大的廉價勞動力人口。

環保也是制約廢銅循環利用的一大因素，其實說到底也是成本問題。雖然生產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重。相關環保技術是有的，但成本是很高昂的；大規模生產加集約化環保治理可以有效降低成本，可是物流運輸成本又上去了。

科學技術的發展渴望在未來給于銅循環利用更低成本的技術解決方案，但同時也會從另一個角度增加銅循環利用的難度。隨著材料技術的不斷發展，金屬應用向合金化、聚合物化發展的方向日趨明顯，都將給未來的金屬循環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年全球共產生了4470萬噸電子垃圾，其中只有20%被回收。預計到2021年，全球電子垃圾量將達到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。以手機為例，一部初代IPHONE 含銅約6 克，而現在華為已經考慮為智能手機增配銅制散熱器了。隨著以智能化信息化為代表的新一輪產業革命的深化，越來越多的含銅電子產品將被投入使用，如何將這些巨量的、零散分布的低含量含銅產品納入銅的循環利用體系，已不是技術所能解決的問題。

未來銅的循環利用率還有多大的提升空間？

很多社會學者在研究全球的未來發展問題時，往往會以歐洲為模板，因為歐洲是非小眾化的、可以成為大多數國家借鑒的成熟的社會發展樣板，特別是在環境保護和可持續發展方面，歐洲確實走在全世界的前面。看一看歐洲的金屬循環利用水平一定程度可以幫助分析全球金屬循環利用的提升空間。

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。對于意大利實現了100%使用再生銅，一些研究認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100%的實現，是因為意大利也進口了很多的廢銅和含銅產品。根據聯合國的相關報告，每年有人均680 公斤的資源通過各級產品的形式流入了發達國家，（估計）其中10%是各種金屬。

2018 年歐洲委員會科學和知識服務聯合研究中心（JRC）完成了一份關于歐盟28 國銅等金屬物質流分析技術報告。報告運用EC 原料系統分析（MSA）模型，涵蓋了歐盟28 國整個金屬生命周期的銅工業體系。報告顯示，歐盟28 國在產品壽命終止時的回收能力優于全球平均水平，但遠未實現“完美”回收，約有40%的銅廢料無法回收。

關于中國的廢銅，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

受時間限制，本文尚未涉及中國的廢銅，在此謹對一些局部問題作粗略猜想：

-往日的銅循環利用率可能很高，但未來會逐步降到和歐盟一樣的水平，因為低學歷可以容忍艱苦工作環境的勞動力越來越少，機器人分揀垃圾的時代尚未來臨；

-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的轉向以產品為標的，包括銅在內的資源再生回收利用或許還可以再上一個臺階；

-國內對銅存量的粗暴計算（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，大多數模型因無法計算中國這樣的出口導向型國家輸出的含銅產品的含銅量而會高估中國的銅存量；

-中國的廢銅供應能力尚不足道，因為歷史的貧窮，因為人力的短缺，因為環保的升級，但未來，中國的社會銅存量何時會達到峰值，2030 還是2050？屆時會是什么樣的一個規模？