綠色冶金創新發展戰略研究

柴立元 ，王云燕 ，孫竹梅 ，司夢瑩 ，梁彥杰 ，閔小波

（1. 中南大學冶金與環境學院，長沙 410083；2. 國家重金屬污染防治工程技術研究中心，長沙 410083）

一、前言

綠色冶金指復雜物料冶金過程中資源、能源利用效率和環保效益的最大化，是一種綜合考慮資源、能源消耗及環境影響的金屬冶煉模式；旨在使金屬產品在涵蓋設計、生產、包裝、運輸、使用、報廢的全生命周期中，能耗最小、資源利用率最高、環境負面影響最小，同時促進企業經濟效益、環境效益、社會效益的協調優化與和諧發展。

綠色冶金是清潔低環境熵變的冶金過程：狹義上表現為冶金過程資源循環、能源低碳、生態環保；廣義上表現為冶金原料無害化，冶煉廢物資源化，生產過程潔凈化、智能化，過程控制數字化。強調從源頭控污減污的發展策略，但不完全排斥末端治理；主要從過程科學、技術與工程研發角度著手，發展環境友好的生產工藝（如原料、能源的選擇及替代）、技術裝備、制造流程、綠色產品及其服務等過程，解決環境污染與可持續發展之間的矛盾，促進環境效益與經濟效益的高度統一、共同增長。

綠色冶金以密切依賴企業發展模式轉型，強調企業更加關注經濟、社會、環境效益的統一為前提，發展要素表現為：冶金產業結構的優化升級及全面綠色化轉型，產業鏈上、跨產業之間的資源高度循環與清潔能源替代。著眼冶金工業資源、環境、能源問題，基于宏觀政策支持，通過資源高度循環、企業綠色轉型，實現資源能源效益最大化、環境排放最小化、增值冶金效益最大化（見圖1）。

圖1 綠色冶金的發展路徑與模式示意

著眼未來發展，面向國家關鍵金屬資源需求，筑牢冶金工業對國家高質量發展的基礎支撐，提升綠色冶金的產業創新效率，實現創新產業鏈的深度融合，盡快扭轉戰略性關鍵金屬方面的被動局面，由此增強冶金強國戰略地位。鑒于國家戰略需求與冶金工業發展面臨資源、能源和環境約束的重大矛盾，系統開展我國綠色冶金的學術研究意義重大。本文把握與冶金工業緊密關聯的時代背景因素并剖析其影響，闡述國內外鋼鐵與有色金屬的資源、能源現狀并進行發展態勢評述；審視并剖析綠色冶金創新發展的形勢及重大問題，就態勢與潛力開展預測研究；據此提出綠色冶金創新發展的戰略需求及發展建議，為冶金強國戰略研究提供基礎性參考。

二、綠色冶金創新發展的時代背景

（一）碳達峰、碳中和形勢下冶金工業的發展

目前，我國是全球最大的CO2排放國 [1]，已正式提出了“CO2排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的發展目標。鋼鐵行業是我國制造業31個門類中碳排放量最高的行業。20多年來，我國鋼鐵產量呈現較快增長態勢（見圖2）[2]，預測未來15年仍將保持適度的增長率。碳達峰、碳中和的宏觀發展形勢，將助推鋼鐵行業構建更高水平的供需動態平衡，優化工藝流程結構，實現冶煉技術革命；實施產業智能化升級，加大多產業協同的環保治理力度，促進鋼材產品的全生命周期評價，制定適應國情的行業低碳標準。

圖2 世界及中國鋼鐵與有色金屬產量變化趨勢

30多年來，我國有色金屬產量呈現較快增長態勢（見圖2） [3]，預測未來15年仍將保持穩定增長，整體表現為“前高后穩”。2020年，有色金屬工業CO2排放占全國總排放量的4.7% [4]，其中電解鋁約占有色金屬工業總排放的64.6%，將是有色金屬工業實現碳達峰的重要方面。《國家發展改革委等部門關于嚴格能效約束 推動重點領域節能降碳的若干意見》（2020年）要求，推動電解鋁等重點行業的綠色低碳轉型 [5]。在碳達峰、碳中和目標提出后，需繼續保持電解鋁產能上限值（4.5×107t），嚴控新增銅、鉛、鋅冶煉產能，提高清潔能源使用比例，擴大再生有色金屬利用范圍，爭取全行業提前實現碳達峰；開發并應用綠色減碳技術，爭取在碳達峰后以良好的速度減碳。

（二）國內國際雙循環產業政策下冶金工業的發展

我國鋼鐵生產堅持以國內循環為主，2019年鋼材出口比例僅為6.6%，在粗鋼產量超2×107t的國家中出口比例最低。在強調國內國際雙循環的背景下，未來鋼鐵行業的格局變化主要體現為國內形成新的供需平衡、拓展新的外需市場。同時在“一帶一路”倡議的指引下，我國鋼鐵企業不斷提升國際化水平，旨在實現更高質量的開放合作。

在有色金屬行業，內循環將繼續擴大有色金屬的國內消費，外循環則經由國際市場保障供給安全，以加快形成以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局。

（三）供給側結構性改革背景下冶金工業的發展

在國家供給側結構性改革要求提出之后，鋼鐵行業的商業模式積極開展全面升級，裝備水平、產品結構已經邁向世界先進行列，支撐我國成為世界鋼鐵行業的制造中心、消費中心、研發中心、投資中心。例如，冶煉鋼種（包括高溫合金、精密合金在內）超過1000個，可軋制、加工4萬多個品種規格的鋼材；22大類鋼鐵產品中有19類自給率超過100%（其他3類超過98.8%）。“十四五”時期，供給側結構性改革仍是鋼鐵行業發展的主線，重心則轉向產品類型高端化、關鍵環保技術提升等。

在供給側結構性改革背景下，部分有色金屬冶煉能力快速增長的勢頭得到遏制；供給側受到壓制，而新的需求空間將被打開，導致國內供需缺口可能逐步擴大。有色金屬工業后續將加快智能化改造進程，保持高端、綠色、低碳、安全發展勢頭，提升有色金屬新材料的高端供給能力；拓展內需市場，不斷提升有色金屬行業發展質量效益。

三、國內外冶金資源開發利用現狀及發展態勢

（一）鋼鐵資源現狀及發展態勢

世界鐵礦石資源儲量較為豐富，集中在澳大利亞、巴西、俄羅斯和中國，合計儲量占比基本穩定在70%左右；但我國98%為貧礦（含鐵量僅為35%），明顯低于其他三國富礦水平（含鐵量約為64%）。此外，幾內亞的西芒杜鐵礦是世界上尚未開發鐵礦中儲量最大、品質最高的露天赤鐵礦資源，合理推斷的鐵礦石儲量超過2.25×109t，潛在總量可達5×109t，整體品位約為66%～67% [6]

目前，我國鐵礦石產量與粗鋼產量明顯失配，突出表現為鐵礦石的對外依存度達到85%。預測未來15年，我國粗鋼產量仍將保持低速增長，因而鐵礦石依賴進口的局面仍將持續，但進口途徑趨于多元化。例如，2020年我國從幾內亞的進口量同比增長顯著，對“一帶一路”沿線國家進口量正在穩步上升，從印度的進口量也有積極增長。此外，我國積極參與國際開發市場，逐漸加大海外礦產的開發利用力度，非洲鐵礦區的深度開采有望持續供應2.4×109t。

廢鋼鐵可視為綠色資源，加大利用可減少CO2及固體廢物排放；既有助于鋼鐵工業節能降耗，也是唯一可替代鐵礦石的煉鋼資源。《“十四五”循環經濟發展規劃》（2021年）提出，到2025年全國廢鋼利用量達到3.2×108t [7]，以廢鋼為原料的粗鋼占比逐漸提高。

（二）有色金屬資源現狀及發展態勢

全球有色金屬資源儲量相對集中，但分布比較分散。我國的鎂、鎢、鉬、稀土資源等均屬全球范圍內儲量極其豐富的品種。澳大利亞、智利、秘魯、巴西是著名的礦藏資源國，如澳大利亞典型的品種是鉭、鋯（全球占比超過60%），金紅石（近50%），鉛、鋅、鎳、鋁土礦（超過20%），金、銀、鈷、銅、鋰、銻（超過10%）；智利、秘魯具有明顯的銅資源優勢，巴西的鉭、鈮（全球占比約為90%），錫、鎳（分別約為15%、13%）資源儲備豐厚。此外，非洲地區的儲量潛力大，如剛果（金）的鈷儲量約占全球總量的50%，幾內亞是鋁土礦高儲量國家。

從資源總量角度看，我國是有色金屬礦產資源大國，鎂、鈦鐵礦、鎢、鉬、稀土等資源儲量均居世界首位，鋁土礦、銅、鉛、鋅等資源儲量也屬豐富。但隨著新一代信息技術、高端裝備制造等戰略新興產業的快速發展，我國礦產資源需求仍將保持高位態勢：鋁土礦、鈦等低品質礦供大于求，高品位需求仍依賴進口；作為世界第一大精煉銅、鉛、鋅生產國，相關精礦進口需求依然較大，正在積極拓展海外資源；稀土消費量占全球總量的57%，稀土進口量逐漸增長；鎳、鈷礦資源相對較少，如鎳礦資源對外依存度達到90%。

預測未來15年，我國有色金屬消費總量增長并維持高位的態勢將會持續，礦產資源需求仍然旺盛。然而，新增資源儲量跟不上儲量消耗的增長速度，國內資源有效供應能力依然偏低，部分礦產資源依賴進口的局面仍將繼續。目前，礦產資源面臨的需求量大、全球市場控制力不足且話語權不強、供應鏈與運輸安全性待提升等問題，導致我國礦產資源供應形勢嚴峻的格局未有好轉 [8]。著眼未來發展，應充分利用再生有色金屬資源（到2025年，再生有色金屬產量將達2×107t，其中銅、鋁、鉛分別為4×106t、1.15×107t、2.9×106t [7]），開發低品位、難處理、復雜礦等提升國內資源保障力；積極推進境外礦山項目建設，提升國際資源保障力，形成“原生+再生+難開采”協同發展的新格局。

四、我國冶金工業發展現狀及面臨問題

（一）鋼鐵冶金現狀與挑戰

1. 鋼鐵冶金發展現狀

我國鋼鐵產量、消費量、進出口量連續多年位居世界第一。2020年，我國鋼鐵產量為1.065×109t，占世界總產量的56.7%；全球前50大鋼鐵公司中，國內企業數量占據一半；成品鋼表觀消費量為9.95×108t，出口總量為5.14×107t，進口總量為3.79×107t [2]。對應地，我國鐵礦石主要依賴進口。2020年，進口量占總消耗量的82.35%，約80%的進口礦源來自澳大利亞、巴西；全國廢鋼利用量約為2.6×108t，減少CO2排放量約4.16×108t [2]。

近年來，隨著落后產能加快退出、短流程煉鋼迅速發展、節能工藝技術裝備水平不斷提升，我國企業的噸鋼綜合能耗持續下降，2020年為0.551 tce（比2015年下降3.7%），與世界先進水平差距逐漸縮小。盡管如此，因龐大的行業產能，2020年鋼鐵行業能源消費在全社會能源消費總量中的占比超過13%。后續，我國將全面落實鋼鐵行業超低排放，拓展節能減排新途徑，實現鋼鐵工業綠色可持續發展；基于高質量發展理念引領，保持甚至拓展鋼鐵工業未來發展空間也是需要面對的問題。

我國鋼鐵行業污染物排放強度已進入世界先進水平行列。2020年，鋼鐵企業噸鋼耗新水同比下降4.34%，化學需氧量同比下降10.11%，SO2排放量同比下降14.38%；鋼渣利用率同比提高0.98個百分點，焦爐煤氣利用率同比提高0.08個百分點 [9]。

我國鋼鐵工業技術裝備整體達到國際先進水平，在鋼鐵工業設計與設備制造、施工建設綜合能力方面甚至引領世界發展。鋼鐵冶煉進入以自主創新、集成創新為主的發展階段，在濺渣護爐 [10]與長壽復吹工藝 [11,12]、薄板坯連鑄連軋高效化生產技術[13,14]、“負能煉鋼”工藝與裝備技術 [15,16]、高效低成本潔凈鋼生產技術 [17]、減碳熔融還原技術 [18]、氫能煉鋼技術 [19,20]、鋼企智能化制造技術 [21]等方面取得了系列成就。

2. 鋼鐵冶金發展面臨的問題

鐵礦石是鋼鐵生產企業的重要原材料，我國鐵礦石品位較差，合格鐵精礦產率較低。為應對基礎設施建設需要，我國鐵礦石的需求量大增，而自主供應無法滿足鋼鐵生產需求，只能依靠進口來彌補供需缺口。

近年來，我國鋼鐵行業建設項目的區域分布均衡性不佳，呈現“南多北少”格局；特鋼產量占比偏低，而中高端特鋼占比更低，仍需部分進口才能滿足裝備發展需求。

我國鋼鐵工業在技術體系、綠色發展等方面都取得了顯著提升，但鋼鐵冶金面臨的資源/能源/環境負荷增加、工藝流程復雜化、能源結構高碳化等問題并未消除，實現碳達峰、碳減排、碳中和面臨極大挑戰。

（二）有色冶金現狀與挑戰

1. 有色冶金發展現狀

近年來，我國有色金屬工業轉型升級成效顯著，主要表現在規模優勢得到提升，粗銅、精煉銅、電解鋁產量居世界首位，產能結構調整取得新進展；綠色轉型呈現新面貌，創新能力邁上新臺階，智能制造達到新水平。

我國是世界有色金屬生產和消費第一大國，10種常用有色金屬產量的世界占比長期穩定在50%以上。2020年，有色金屬總產量為6.188×107t，其中精煉銅、銅材產量分別為1.003×107t、2.046×107t，同比增速分別為7.4%、0.9% [22]；氧化鋁、電解鋁、鋁材產量分別為7.313×107t、3.708×107t、5.779×107t，同比增速分別為0.3%、4.9%、8.6%。再生有色金屬產業規模不斷壯大，2020年總產量達到1.45×107t，占10種有色金屬總產量的23.5%。其中，再生銅產量為3.25×106t（對應占比為32.4%），再生鋁產量為7.4×106t（對應占比為20%），再生鉛產量為2.4×107t（對應占比為37.25%） [7]。

有色金屬冶煉行業重點金屬的綜合能耗逐步下降。2020年，單位電解鋁綜合能耗同比下降1%；噸銅冶煉綜合能耗下降至0.212 tce，部分冶煉企業綜合能耗在0.15 tce以下，達到行業國際頂尖水平；噸鉛綜合能耗由2012年的0.467 tce降低至0.345 tce；1 kg氧化鉬焙燒耗煤從0.4 tce降至零。在CO2排放量方面，2020年有色金屬工業為6.6×108t，占全國總排放量的4.7%。其中，鋁工業CO2排放量約為5.5×108t，銅、鉛、鋅等其他有色金屬冶煉業約占9%，銅、鋁壓延加工業約占10%。

有色金屬冶金行業在環境保護方面取得重大進展。大氣污染重點防控區的電解鋁企業整體達到超低排放水平，如煙氣排放顆粒物低于10 mg/m3、SO2降至35 mg/m3、氟化物低于1 mg/m3。銅冶煉各項技術經濟指標持續優化，銅冶煉企業硫的捕集率、回收率均達99%。氧化鋁工業初步實現了赤泥的綜合利用，可回收鐵、堿等有價元素和產品的綜合利用量超過產量的25%。

我國有色金屬工業技術裝備水平整體進入世界先進行列。以500 kA、600 kA大型鋁電解槽，新型陰極結構等鋁電解節能技術為代表，電解鋁工業技術達到國際領先水平；以氧氣底吹/側吹煉銅、氧氣頂吹煉銅、雙閃煉銅為代表，銅冶煉工業技術達到世界一流水平；鉛、鋅、鎳、錫冶煉技術達到或接近國際先進水平；鎂、鈦、鎢、鉬冶煉，稀土冶煉分離等技術取得重大進步。

2. 有色冶金發展面臨的問題

有色金屬工業面臨高質量發展的新形勢，如電解鋁等產品需求即將轉入平臺期，規模數量型需求擴張動力趨弱。

我國有色金屬資源循環利用率較低（僅為30%），而發達國家普遍在70%以上。再生有色金屬的產業定位調整為節能環保產業和戰略性新興產業，在資源環境安全、經濟社會綠色發展方面的重要性凸顯；但與原生礦產資源相比，有色金屬二次資源具有原料來源不確定性、資源豐富性及多樣性、組分高度復雜性、組元含量高波動性、材料高致密性及復合性等特性，回收處理過程相對復雜。

有色金屬冶金工業產生的 “三廢”問題依然突出。截至2020年，全國尾礦累計堆存量約為2.07×1010t，其中銅尾礦約為3.5×109t，鎢尾礦約為4.5×108t；綜合利用的尾礦總量約為3.35×108t，綜合利用率僅為28%；冶煉廢渣產生量約為3.7×105t，包括赤泥、銅渣、鎳渣等。因此，有色金屬行業的節能減排及資源綜合利用形勢復雜、任務艱巨。

五、綠色冶金創新發展態勢預測與潛力分析

（一）綠色冶金發展態勢預測

綠色發展是推動我國冶金行業高質量發展的重要內容、關鍵體現、終極目標，以資源、能源、環境良好協調的物質循環型社會為核心。冶金產業的發展方向為產業布局合理、技術裝備先進、智能化水平高、全球競爭力強、綠色低碳可持續。展望新時期的冶金行業技術，其發展態勢定位為綜合應對資源、能源、環境等挑戰的技術體系，核心課題是促進環境保護與物質循環。

1. 破解資源循環利用難題，突破資源、環境束縛

資源化循環利用是冶金工業綠色發展的必然趨勢，而廢鋼利用將逐步緩解鐵礦石依賴進口的局面。以廢鋼為代表的鋼鐵循環材料是充分還原后的金屬，屬于載能、環保的綠色資源；大比例使用鋼鐵循環材料將是未來低碳冶金的重要發展方向，在節約高爐鐵水使用的同時，大幅減少CO2和污染物排放。2020年，我國廢鋼利用量約為2.6×108t，可減少CO2排放約4.16×108t，等效替代62%品位鐵精礦約4.1×108t；預計到2025年廢鋼利用量約為3.2×108t [7]。

我國10種有色金屬的表觀消費量將持續上升，預計2025年達到8.162×107t，需求的增長加劇了資源對有色金屬行業發展的束縛。未來應全面、超前部署資源替代綜合方案，建設再生資源循環回收體系，實現再生資源占比提高15%～50%的基本目標。創新原生冶煉搭配城市礦產利用技術，破解資源循環利用難題；實施“采選冶”聯合，提升鋼鐵、有色資源利用水平，進而實現綠色低碳冶金；強化尾礦、冶煉廢渣等的循環利用。從全生命周期角度著手，提高冶煉技術水平，顯著降低資源消耗量，同時提高國內、國際資源保障力，支撐行業綠色低碳轉型。

2. 實施能源替代革新，強化冶金減污降碳

高爐流程在一定時期內還是我國鋼鐵工業的主流流程，鋼鐵行業將大力發展并積極應用節能低碳技術，如采取余熱余能資源化技術提升界面能效，優化冶金工業的全流程能源效率。著力提高天然氣等清潔能源使用比例，擴大太陽能、風能、生物質能等可再生能源利用規模，適時布局氫能產業，綜合推進能源結構清潔低碳化；同時加強碳捕集利用與封存等技術的應用。

對于直接消耗化石燃料的冶金工藝，實施清潔能源替代成為解決碳排放問題的必經之路，如氫能將成為有色金屬工業應用清潔能源的優選類型。鼓勵冶金企業主動調整用能結構，力爭2050年可再生清潔能源占比提高至45%；推廣水電–冶金聯合項目工程，突破系列清潔能源冶金新工藝及裝備，從全生命周期角度提高冶煉技術水平、降低碳排放強度。

3. 提升產業集中度，促進多產業鏈接

我國鋼鐵產業布局的結構調整面臨新挑戰，繼續加快鋼鐵企業優化重組步伐，著眼產業綜合效率提升，合理加強產業集中度，堅決淘汰落后產能。在這一過程中，注重從技術、結構、制度、資源等角度開展全方位整合，尤其是人力資源、核心技術的整合優化，支持產業競爭力的實質性提升。鼓勵鋼鐵產業與多類工業產業的鏈接配合，促進產業發展的高值化、高端化。進入高質量發展階段后，鋼鐵工業著力加快構建國內國際雙循環發展格局，深入實施鋼鐵行業供給側結構性改革，促成上、下游產業順暢銜接并助推可持續發展。

有色金屬工業深入開展產業結構調整以實現科學布局迫在眉睫，未來應摒棄粗放式增產，積極轉向附加值更高、需求更廣的有色金屬深加工。① 基于產能充足的行業背景，以先進技術驅動產業轉型升級、提質增效，形成完整的產業鏈，加速低端向高端、高速發展向高質量發展的轉型升級；推動有色金屬產業與航空、航天、汽車、裝備制造等行業結合，由傳統工業應用拓寬至新工業應用。② 統籌國（境）內外的資源、能源、環境、運輸等生產要素，整體性優化有色金屬產業布局，推動低效產能退出，鼓勵現有產能向能源、資源富集地區，消費集中地區轉移，如電解鋁產業向西部轉移、鋁加工產業向北方轉移；形成煤（水）–電–氧化鋁–電解鋁–鋁深加工–再生鋁一體化“高效鋁產業鏈”，盡可能將原鋁就地或就近轉化為深加工產品，向零部件制造、半成品、制成品、生產服務業延伸。

4. 推進工藝信息化應用，實現產業智能制造

智能制造已經成為諸多行業的發展趨勢，冶金企業引入后既能提高生產率與產品質量，也能實現生產信息的互聯互通。未來鋼鐵行業將充分利用新一代信息技術，不斷提升數字化、網絡化、智能化水平；以智能制造為發展主題 [23]，促進轉型升級與高質量發展。具體而言，構建工藝參數–產品綜合性能–質量穩定性的大數據平臺，開展制品生產全流程工藝參數深度優化，建立適應大規模定制、多工序協同的制品生產智能化工藝模型庫。未來有色金屬工業將突破有色、鋼鐵、化工、建筑等產業的傳統分工界面，以利益協調的方式形成跨行業的復合型企業或聯合型企業，在提升有色金屬新材料高端供給能力的同時，實現綠色、低碳、安全發展。

（二）鋼鐵冶金創新發展潛力

當前，我國鋼鐵行業去產能成效顯著，從源頭上保障了行業綠色發展水平，在“十三五”時期不僅提前完成了目標上限（1.5×108t），還依法取締了一定規模的“地條鋼”產能（1.4×108t）。在這一過程中，工藝裝備性能顯著提高，先進綠色技術推廣加快；5.5 m及以上搗固、6 m及以上頂裝焦爐產能提高了6.7%，1000 m3及以上高爐產能提高了6.5%，100 t及以上轉爐、電爐產能占比提高了10個百分點。此外，綠色發展能力明顯提升，節能減排指標顯著改善，如重點統計鋼鐵企業的平均噸鋼SO2、NOx、顆粒物排放量分別下降48%、18%、39%，噸鋼綜合能耗由0.572 tce下降到0.554 tce。

面對更高層次綠色發展亟需，開發新的綠色流程、裝備和技術，建設適應國情特色的綠色鋼鐵工業生產模式。運用產業結構優化方式，合理提高產業集中度并拓寬市場影響力，徹底改變行業發展“小散亂”局面，以優勢企業帶動全行業的綠色發展進程。推進原料結構及工藝流程轉換，力爭到“十四五”末期全國鋼鐵工業廢鋼使用占比達到30%、電爐鋼比例提升至20%。實施鋼鐵綠色升級改造，加快資源綜合利用產業的高值化、集聚化發展速度；鼓勵鋼鐵企業建設能夠發揮市場引領作用的廢棄物資源化綜合產業基地，切實推動鋼鐵與建材、電力、化工等行業耦合發展。完善綠色制造標準體系，全面建成鋼鐵行業節能、節水、資源綜合利用標準體系。

（三）有色冶金創新發展潛力

當前，我國有色冶金行業在結構轉型升級方面效果顯著。通過產業結構轉型升級，遏制了低效產能擴張，激勵了有色金屬生產向水電等清潔能源豐富地區（如云南省、四川省）轉移；依賴燃煤的生產局面出現明顯改變，產品應用拓展提供了行業發展新動能，如建筑領域的“以鋁節木”、交通領域的“以鋁代鋼”、包裝領域的“以鋁代塑”等。

有色冶金行業節能減排潛力持續釋放，驅動能源消耗占比的不斷降低，鋁錠綜合電耗、粗銅冶煉綜合能耗等均達到世界先進水平。減排新技術改善了節能減排指標，如惰性陽極使電解鋁電流效率提高至97%、將雜質元素脫除效果增加至80%。鉛鋅冶煉行業SO2產生強度下降97%、顆粒物產生強度下降90% [23]，鉛冶煉富氧熔煉+直接還原工藝將清潔生產水平提高到90%。

再生有色金屬產業迅速發展，逐漸形成了“原生+再生”協同發展的新格局。新材料開發和成果應用打破了國外封鎖的部分“卡脖子”技術，如高純金屬、8英寸硅片、引線框架材料等。

著眼未來，有色冶金行業的發展潛力取決于以下方面。研發再生金屬利用技術，深化金屬資源的循環利用，化解原生資源短缺問題 [7]。推廣行業能源革新技術，最大限度地節約能源、降低能耗。優化產業結構和集群鏈接，推進互聯網、大數據、人工智能、第五代移動通信（5G）、邊緣計算、虛擬現實等前沿技術應用，驅動資源高附加值利用并促進產業上、下游一體化發展。提升冶金關鍵技術體系，從本質上突破制約行業發展的瓶頸環節。

（四）冶金工業綠色發展階段與路徑

針對冶金工業綠色發展目標，辨識綠色冶金發展不同階段的特征與使命，研究提出我國冶金工業綠色發展的四階段劃分（見圖3）。在冶金工業發展的不同階段，采取相應的綠色發展措施，實現各階段的目標，使得冶金工業平穩轉向創新、低碳、綠色、智能發展。

圖3 冶金工業綠色發展階段及路徑

六、綠色冶金創新發展舉措

（一）強化冶金強國戰略地位，優化綠色冶金產業發展思路

1. 依托優勢資源和清潔能源聚集地，重構冶金產業布局

鼓勵冶金產能向風能、太陽能（西北地區），水電（西南地區）等可再生能源富集區或金屬資源/再生資源富集區轉移；結合產業鏈基地建設，可在沿海核電企業（如福建省福清市）附近布局冶金產業（如鋁電解）。強化資源能源區域集聚效應，立足國內，針對性加大鋰、鈷、離子型稀土等戰略性礦產的調查評價力度，兼顧鐵、銅等大宗緊缺礦產的勘查；加大重點成礦區帶找礦力度，積累儲量；加快推進西南、西北地區銅、鎳、鋰等重點成礦區帶的遠景調查與找礦預測，提高戰略性礦產資源保障能力；積極開展老礦山深部和外圍勘探，形成一批重點礦產資源接續區。調整產品結構及產能布局，合理延伸產業鏈，如未來鋼廠布局可分成兩類：以高爐、轉爐長流程和板材生產為主的大型聯合企業，主要布置在沿海深水港地區；以建筑用長材生產為主的全廢鋼電爐短流程鋼廠，主要布置在城市周邊，消納廢鋼、棄電、城市中水等社會廢棄物。

2. 響應“一帶一路”倡議，積極布局海外冶金聚集地

通過投資并購、聯合投資等多種市場化方式獲取境外礦產資源，重點發展方向有：剛果（金）、贊比亞、秘魯等國的銅資源，幾內亞、印度尼西亞、牙買加、老撾、柬埔寨等國的鋁土礦資源，印度尼西亞、菲律賓、緬甸、巴布亞新幾內亞等國的紅土鎳礦。統籌規劃、合理布局、長期跟進，有序推進相關地區的重大項目，完善配套的基礎設施與港口建設；形成一批規模大、品種全、配套完整、具有國際競爭力的境外礦產資源基地，實質性增強境外資源保障能力。“一帶一路”沿線國家和地區具有豐富的鐵、銅、鉛、鋅、鎳、金等資源儲備，通過海外冶金聚集地布局，帶動我國先進冶金技術及標準走向國際。例如，選擇“一帶一路”沿線有條件的國家和地區布局鋁、銅等加工能力，拓展產業發展新空間，高效延伸產業鏈。

3. 構建國家冶金戰略科技力量，強化國家實驗室能力建設

建設有色金屬國家實驗室等高端科技創新平臺，攻關極貧雜資源、極端環境、復雜體系下金屬提取、材料制備、生態處置等行業性重大技術難題，高效應對資源環境安全與“卡脖子”環節挑戰。運用先進信息技術平臺，支持冶金科技水平提升：通過工業互聯網、5G等技術，發展智能制造信息基礎設施；基于數據驅動理念，應用大數據、人工智能（AI）、邊緣計算等技術，提升信息系統的學習與認知能力，支持解決冶煉過程中工藝控制不穩定、設備故障頻發等實際問題；利用虛擬現實/增強現實等技術，形成人機協同混合增強智能，充分發揮工藝技術人員智慧、機器智能優勢，相互啟發增值。

4. 實施冶金大國向強國轉變的戰略規劃

論證制定冶金行業基礎研究行動方案、工程技術戰略發展規劃，增強冶金領域科技綜合水平；提升行業技術裝備性能，促進行業綠色轉型升級及產能布局調整，推動高端價值鏈發展，根本性解決“傳統資源短缺、環境污染嚴重”的行業發展瓶頸。對于鋼鐵行業，不以出口導向作為化解過剩產能的出路；禁止生鐵、鋼坯等初級產品出口，嚴格限制高耗能、低附加值產品出口，不鼓勵大量中檔產品出口；對技術含量高的鋼材出口，以動態管理形式調整出口目錄；鼓勵加工成高端制成品或機電產品后再出口；鼓勵到國外建廠，實施就近生產與銷售。

（二）布局綠色冶金技術發展與重大工程

1. 超前布局無廢冶金顛覆性技術

針對關鍵戰略金屬及其應用面臨的諸多“卡脖子”技術問題，加強基礎研究，發展原創理論，突破核心關鍵技術。

一是加大冶金+多領域融合方向的基礎研究投入力度。與化學、物理、信息、數學等學科專家共同組建跨學科研究團隊，針對開放基礎研究基金、由企業或地方政府設立的揭榜掛帥制項目，開展聯合研究與集中攻關。研究重點有能源替代、資源替代、冶金變革（如氫冶金）、減污降碳等關鍵技術的基礎理論及技術原理，力求萌發重大原始創新成果。

二是突破顛覆性與核心關鍵技術。大力推動冶金行業技術變革，實現從原子/分子層面提高反應效率，力爭從源頭解決冶金過程中的高能耗、高物耗、高污染問題。研究并揭示冶金過程各類環境、不同尺度下分子運動、傳遞、碰撞、吸附、反應的過程機制，多尺度協同調控分子傳遞與反應過程；開發冶金過程強化技術，如微反應器、超重力、微波、過程耦合等，著力發展氫冶金、臨界冶金、非常規資源冶金、無碳鋁冶金、砷冶金、智能冶金等前瞻性技術。

2. 部署冶金工業重大創新工程

一是未來資源/能源安全保障創新工程。綜合運用遙感、信息等技術，建設資源管理信息系統及信息共享機制。重點研究內容包括：①智能化冶煉鋼鐵技術，從材料基礎科學（分子、原子微觀維度）、工序技術科學（工序、裝備中觀維度）、流程工程科學（流程、工廠宏觀維度）等層面對鋼鐵冶煉進行智能化設計；②大數據冶煉鋼鐵技術，依托煉鐵大數據平臺進行在線監測、高爐體檢、報表查詢、工藝計算、實時預警、質量追溯、爐長報告、專家咨詢等；③智能機器人全流程冶煉鋼鐵技術，代替人工進行鋼鐵冶煉全流程生產工作，將人從苦、累、臟、差的工作環境中解放出來，顯著提高生產效率和產品質量。此外，論證制定金屬資源/能源發展戰略，完善資源保護相關的約束及管理制度；支持海洋等領域的能源、資源開發，拓寬產業資源供給渠道；鼓勵企業“走出去”，高質量參與全球礦產資源開發與冶煉技術產業化應用。

二是再生資源循環的冶煉創新工程。針對我國尚未建立完善的廢金屬回收利用體系，面臨產業基礎較弱、集中度偏低、技術裝備水平和產品附加值有待提升等問題，強化再生資源循環利用基礎研究，建立高效清潔分離提取方法，發展原生冶煉搭配城市礦產利用技術，實現資源的高效循環利用。構建包含廢棄物–回收加工（循環）–產品或生產原料（再利用）在內的一體化產業鏈，緩解資源約束，減輕環境污染，推動社會循環經濟發展。礦山資源開發過程中的大宗固體廢物與冶煉渣的利用及消納，也是有待展開的科技創新研發課題。

三是清潔能源替代創新工程。引入氫能、太陽能、風能、水電、煤轉氣等清潔能源，突破多能協同互補技術，提高冶金行業清潔能源使用比例；發展余熱利用等能源回收新方法、新路徑，形成關鍵工藝及裝備，促進跨工序、跨行業的能源回收利用。重點研究內容包括：① 考慮清潔能源富集地區的生態承載力，鼓勵電解鋁產能向可再生電力富集地區轉移，由自備電向網電轉換，從源頭實施減排；② 全面實施天然氣替代發生爐煤氣改造，淘汰高耗能、高污染煤氣生產工藝；③ 充分利用城市垃圾熱值，冷凍粉碎并部分替代粉煤，實現循環經濟產業鏈接；④ 鼓勵企業調整用能結構，充分利用水電、風電、光伏、核電等資源，重點推廣水電應用，推進冶金工業碳達峰行動。

四是全生命周期視野的清潔冶煉創新工程。針對鋼鐵、鋁等重點品類，推動冶金工業生態化設計、關鍵產污節點精準控制，突破熱電聯產等產業鏈接技術，促進全過程資源能源配置優化，提升污染控制技術水平，實現減污降碳。① 在鋼鐵行業，建立反映閉環回收特性的冶金產品生命周期清單計算方法、鋼鐵工業碳足跡模型；結合碳捕集技術進展，研發鋼鐵冶煉CO2捕集的煙氣回收治理技術，兼顧低成本碳捕集和資源化/產品化。② 在鋁工業，鋁土礦開采環節減少小型礦山“采富棄貧”現象，以開采技術提升來減少采礦損失量；氧化鋁冶煉環節通過技術進步來提高拜耳法的氧化鋁回收率；原生鋁電解環節加快淘汰落后的電解槽，不斷提高電解鋁廠的運行管理、電解操作水平；鋁材和最終產品生產環節進行電解鋁廠、鑄件廠、鋁材加工企業的優化組合布局，提高鋁液直接鑄軋比例（省略鋁的鑄錠和重熔環節），減少燒損量和能源消耗量。

五是循環經濟產業創新工程。建立復雜礦物資源綠色提取及二次資源循環利用的新理論、新方法，驅動資源高效利用技術升級。引導構建行業內/跨行業資源能源的鏈接，優化資源能源利用的配給、供應及處置，建立區域性的多產業循環模式。重點研究內容包括：① 構建焦爐煤氣規模制氫與石化行業的循環經濟生態鏈；② 建立石油、煤炭、天然氣資源綜合高效利用生產清潔產品的綠色制程，形成煤氣化聯合循環多聯產化學品成套技術；③ 推廣有色金屬“原材料生產+終端應用”銜接發展模式，通過上、下游聯動實現資源高附加值利用，促進產品消費升級，推進“以鋁節木”“以鋁代鋼”“以鋁代塑”等；④ 建設“鋁型材–汽車零部件–建筑構件–家居產品”“稀有稀土金屬–新能源材料–新能源汽車零部件–動力電池材料”等產業群；⑤ 促進銅產業的礦山–冶煉–加工一體化發展道路，支持鋁產業與煤炭、電力、化工、清潔能源一體化發展，形成若干特色鮮明的產業集群。

六是有色、鋼鐵產業鏈接創新工程。增強冶金行業資源綠色循環支撐力度，突破二次物料有價元素回收、伴生金屬固體廢物循環利用等關鍵技術。重點方向涉及有色、鋼鐵全過程含鐵、含鋅固體廢物中的金屬分離與資源提取，有色、鋼鐵冶金過程中的多金屬協同冶煉，從而降低礦產資源依賴，提高二次、稀貴資源回收率。開展跨行業、跨部門的創新產業鏈工程，實施礦冶與住建、交通、環保、環境等領域的產業鏈協同，促進固體廢物資源消納。

七、對策建議

（一）完善國家政策體系，引領產業綠色發展

完善冶金行業綠色發展政策，形成明確的指標約束及配套的財稅支撐體系，引導建立綠色、低碳、循環、智能的行業發展新模式。實施嚴格的資源環境政策，驅動冶金工業綠色化發展，注重形成長效機制。建議打破傳統的冶金行業條塊分割局面，保持與再生資源、環境保護行業的深度結合，將城市礦產、危險固體廢物等二次資源處理納入冶金行業體系。完善碳交易市場，鼓勵新能源消納并減少煤電消費，對高能耗、高排放冶金企業征收環境稅；加強碳排放源頭控制，建立冶金行業重大項目庫；對于存量產能，采取逐步減少碳排放配額或差異電價等方式，驅動企業盡快實現清潔能源替代。促進社會廢鋼形成“回收–分類–加工配送–利用”完整體系，對符合準入條件的廢鋼加工配送企業給予稅收減免政策。鼓勵進口資源性產品（廢船、廢舊汽車、廢舊家電等含鐵資源），規范并簡化廢鋼進口管理程序，在零關稅的基礎上降低進口廢鋼的增值稅。

（二）制定綠色冶金標準體系，規范產業優質發展

在《工業領域碳達峰碳中和標準體系建設指南》（2021版）引領下，建立冶金低碳標準體系、綠色冶金評價標準體系，制定引導行業綠色健康發展計劃；統籌推進綠色冶金體系建設試點，發布綠色冶金標準體系建設指南。綜合考慮國家戰略需求及行業發展態勢，梳理重點企業發展水平與提升空間，建立系統化的管理制度、技術規范、標準體系。面向冶金領域國際合作，牽頭或參與制定國際冶金技術標準，提升我國冶金企業的國際市場及技術話語權。

（三）培育冶金創新人才，增強產業發展動力

人才是第一資源，建立支撐冶金工業高質量發展的國家人才優先培養體系，保障產業與技術核心競爭力。建議設立冶金創新人才培養專項，依托高水平大學及重點企業，培育冶金行業高層次工程技術人才隊伍；重點培養冶金與化學、環保、碳金融等行業交叉型人才，為綠色冶金基礎研究、碳減排等提供全面智力支持；以各類優惠條件吸引人才匯集、激勵人才創新活力，打造科研創新高地。搭建信息化資源共享、交流及科普平臺，高水平開展專業化的科普宣傳，提高社會公眾對綠色冶金的關注度、認可度、參與度。