有色金屬工業固廢資源屬性多維度評價體系構建
——以錫尾礦為例

鄔娜，張曉敏，吳佳，封強，鐘詩雨，但智鋼，傅澤強

（中國環境科學研究院清潔生產與循環經濟研究中心，北京 10085）

引言

我國是世界上固廢產生大國之一，固廢歷史堆存量已超過600 億t，且仍以每年約100 億t 數量繼續增長。近年來，我國工業固體廢物綜合利用率保持在60%左右，有色金屬行業固廢是我國一般工業固廢的重要組成部分，2019 年，有色金屬行業固廢占一般工業固廢產生量的15.01%，處置利用率為50.57%，低于一般工業固廢的平均處置利用率[1]。因此，提高有色金屬行業固廢綜合利用水平是提高一般工業固廢綜合利用率的有效途徑。

與此同時，近年來國家大力推動固廢的處置利用，在各類法律、法規、政策文件中都加以強調。2020 年3 月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《關于構建現代環境治理體系的指導意見》提出，大力提高固體廢物綜合利用率[2]。2020 年修訂的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》（簡稱“新固廢法”）于2020 年9 月1 日起施行，新固廢法明確了新形勢下國家推行綠色發展方式、促進清潔生產和發展循環經濟的新要求，提出“產生工業固體廢物的單位應當依法實施清潔生產審核”“國家鼓勵產品的生產者開展生態設計，促進資源回收利用”等要求。但實際情況是政策、標準層層提高，固廢的資源化利用水平并沒有得到顯著提升。

目前常采用的工業固廢綜合利用方法主要有以下幾種：①作為生產原料；②生產建筑材料；③提取有價元素；④筑路基與回填[3-5]。但是目前這些途徑還存在各種各樣的問題，尤其對于有色金屬產業固廢的綜合利用還存在行業冶煉工藝單一，大部分局限于鉛、鋅、銅、錫等主要金屬回收，無法處置富含少量金屬的冶煉廢渣等問題；部分工藝技術原因導致生產成本過高，資源回收率較低，限制了方法的應用；部分工藝落后，導致重金屬含量較低的廢渣回收利用率低。近年來，生產實踐中對不同類型的固廢提出了不同的處理工藝和技術，并強調固廢回收利用是垃圾管理的主要方向[3,6,7]。部分學者為提升有色金屬產業固廢的綜合利用水平，開展了多方面的探討，針對目前有色金屬產業固廢綜合利用技術存在的問題研究開展技術創新的途徑，包括一系列冶煉渣高效回收關鍵技術、從廢棄尾礦中提取有價金屬的新工藝、尾礦生產建材用磚的新技術等[8-10]。此外，還有部分學者認為提高有色金屬產業固廢的綜合利用水平需要根據固廢的不同屬性、類別選擇合適的資源化技術。因此，固廢資源屬性成為開展資源化利用不得不探討的問題。

1 固廢資源屬性界定

1.1 固廢資源化概念

根據《工業固體廢物綜合利用術語》[11]，固廢資源化是指采取適當的工藝技術，從固體廢物中回收有用的物質和能源的過程。因而對固廢進行資源化利用形成產品時，需特別考慮固廢本身含有的物質和能量，也就是固廢的資源屬性。

1.2 固廢資源屬性的相關研究

美國、歐盟、日本等發達國家和地區經過多年的研究，已經建立了固廢處置利用全流程管理體系，且大數據、物聯網、人工智能等新技術逐漸融入固廢資源化利用領域。近年來，宏觀方面的研究國外多數學者集中在固廢管理的可持續性方面[12-15]。有學者認為，應該采用定性和定量相結合的指標從社會影響、經濟效益和環境評價的角度來衡量[16-18]，還有學者提出了固廢可持續管理的資源利用模型，構造了層次結構，將不確定、復雜的屬性轉化為可度量的屬性，30個有效屬性分為12 個層次，分為資源可持續利用的9個方面[19]。

國內學者提出在對固廢資源化利用的過程中，不僅需要考慮固廢可能含有的毒害組分的影響，還必須充分考慮固廢的資源屬性[20-22]，且對于資源屬性基本都是考慮固廢自身含有的物質屬性，還有考慮能量屬性的[23]。

總體來說，國外對于固廢資源化利用的宏觀研究側重固廢管理的可持續性，度量指標考慮定性和定量相結合的經濟、社會、環境相關的固廢的外部屬性指標；國內學者在固廢資源化利用、固廢資源化產品生態設計相關研究中考慮固廢自身的物質或能量屬性。固廢的資源屬性是進行固廢資源化利用的基礎，現有研究要么不考慮固廢的資源屬性，要么僅關注固廢內在的物質和能量屬性，較少關注導致其成為固廢的外部因素，如技術、環境和經濟屬性。很多時候恰恰是固廢外部因素的變化，使得固廢具有資源屬性特征。對固廢資源屬性考慮的不全面，使得固廢資源屬性系統性基礎數據缺乏，嚴重制約目前固廢綜合利用產業設計和發展，因此，建立全面反映固廢資源屬性的分析評價方法是促進固廢綜合利用急需的關鍵技術。

本研究提出固廢資源屬性是相對的和動態的，不僅包括固廢本身的物質、能量屬性，還包括促使固廢具有資源屬性特征的技術、環境和經濟屬性，包括自身和外部兩類屬性多個維度。參照固廢資源屬性的定義，本研究構建固廢資源屬性評價指標體系，為指導固廢資源化利用提供技術支撐，以有色金屬產業固廢為例進行評價指標體系的驗證，結果為搭建有色金屬產業固廢資源屬性數據庫提供支撐。

2 評價指標體系的構建

2.1 指標體系構建原則

（1）全面性。固廢資源屬性的評價指標主要從固廢自身的理化特性考慮，但同時也考慮必要的外部條件，這些外部條件變化使固廢具有資源屬性，或者資源屬性發生變化。從不同角度，盡量全面地衡量固廢的資源屬性，減少指標間的重疊對立現象。

（2）可操作性。本指標體系主要針對有色金屬產業固廢資源屬性評價建立，不同產業間固廢資源屬性存在差異，因此評價指標應盡量采用定量指標，盡可能少用或不用定性指標，保證指標值具有可比性。

（3）適應性。遵循、符合《中華人民共和國循環經濟促進法》、新固廢法等相關法律、法規中對固廢處置、利用的要求和原則，根據有色金屬固廢特性，評價指標體系構建和指標選擇能充分體現有色金屬固廢資源價值的指標。

2.2 指標體系分析及指標解釋

根據上述分析，衡量固廢資源屬性需要考慮固廢本身具有的特性，一般來說固廢具有資源屬性的自身特性主要是固廢含有的各種物質以及能量。此外，某類固廢是否具有資源屬性，是否能實現資源化還需要考慮外部條件，即影響該類固廢內在屬性發掘的一些條件，包括技術、環境、經濟、社會等條件。其中，技術是指某類固廢是否有資源化、無害化的技術。是否有技術、技術的完備程度等都直接影響了固廢資源屬性的體現，若沒有技術，固廢自身物質和能量再多、再有價也無法體現。環境、經濟、社會條件是間接影響因素，主要是指若某類固廢資源屬性的體現可實現一定的環境、經濟、社會效益，也就是固廢資源屬性的外顯。簡單來說，若某類固廢產生的環境、經濟、社會效益都是負的，那么它就不具有資源屬性，同時各類效益的高低也決定了固廢資源屬性的高低。因此參照本研究固廢資源屬性的定義，從固廢的內在屬性包括物質、能量，固廢的外部屬性包括環境、技術、經濟、社會等6 個維度來分析有色金屬固廢的資源屬性特征，并構建有色金屬固廢資源屬性多維度評價指標體系框架，評價不同類別有色金屬產業固廢資源屬性。

2.2.1 物質

固廢資源屬性的物質維度是從固廢自身所含的化合物、元素情況可能使其具有實現某種資源化途徑的潛力方面來考慮的。針對固廢所含的物質進行資源化利用的途徑，一般有建材，包括水泥、陶瓷、其他建材等；此外，部分固廢可直接再提取有價資源；還有部分固廢在產生的生產工藝環節可再被直接回用或者作為原輔料一部分利用。因此，某類固廢是否有作為建材的價值，選取建材（水泥等一般建材）測度率、陶瓷測度率來測度；固廢是否可直接提取有價資源，主要考慮固廢是否含有有經濟價值或者潛在經濟價值的各類有價資源，用主要貴金屬含量指標來衡量；固廢的工藝回用，指固廢能夠回用到原生產工藝的理論可能性，用工藝回用率來測度。

2.2.2 能量

能量維度考慮在各類有色固廢產生過程中，主要是冶煉等環節產生的固廢本身具有的能量，尤其是有些固廢剛產生時可能自身溫度較高，含有較高的熱能，可作為原輔料繼續使用，這樣循環后它最終脫離生產環節時可能還有余熱。因此，固廢產生過程中不同程度的熱能可能存在潛在的利用價值，可在固廢資源化利用技術中予以考慮，實現物盡其用。固廢含有的熱量高，資源化屬性就高，這些熱量可以用溫度指標、余熱量來測度。

2.2.3 環境

環境維度可以說是固廢的外部屬性，主要是基于固廢本身具有的理化、產排等特性對外界自然環境產生影響作用方面來考慮，包括直接或間接作用兩個方面。目前在固廢資源化利用方面引起較大關注的就是固廢含有的有毒有害物質會對環境產生影響，隨著固廢內在含有的有毒有害物質的增多，對環境的負面影響越大，對固廢進行資源化利用越不利，固廢的資源屬性就低，采用有毒有害物質浸出量來表征；此外固廢產生量的多少會對環境產生影響，固廢產生量少可節約占地，減少對環境的影響，但量過少一般不具備資源化利用的價值，固廢產生量多對環境的影響會增加，但對固廢進行資源化利用有利，因此就采用固廢產生量指標來表征固廢量的多少對環境的影響。

2.2.4 技術

技術維度也是固廢的外部屬性，考慮固廢是否有無害化資源化技術、數量、成熟程度等的變化對固廢資源屬性有顯著影響。因此，技術維度以無害化資源化技術應用情況來衡量，具體采用無害化資源化技術數量，平均技術成熟度來表征。

2.2.5 經濟

經濟維度也是固廢的外部屬性，經濟維度的變化直接影響固廢是否具有資源屬性特征，因此是體現固廢資源屬性的重要維度，主要從固廢本身的潛在經濟價值以及實現資源化的投入和產出是否經濟合理兩個方面來衡量。其中潛在經濟價值以有價物質總經濟價值指標來表征，間接經濟收益以固廢資源化投入平均成本與固廢堆存費用的比值指標來表征。

2.2.6 社會

社會維度也屬于固廢的外部屬性，主要考慮固廢的資源化技術的形成應用產生的社會效應。包括固廢資源化技術實現對就業、收入的作用，具體采用固廢資源化技術所需工作人數、固廢資源化技術收入與社會平均工資對比兩個指標表征。

綜合以上分析，本文構建了涵蓋目標層、維度層、準則層和指標層在內的固廢資源屬性評價指標體系框架，具體從物質、能量、環境、技術、經濟、社會等6 個維度構建指標體系，形成了包含14 項指標的評價指標體系，具體指標見表1。

表1 有色金屬工業固廢資源屬性多維度評價指標體系框架

3 有色金屬產業固廢資源屬性評價指標體系分析——以錫尾礦為例

世界上錫資源豐富，我國錫儲量居世界第1 位。但是長期的開采導致我國主要錫礦產區堆存了大量錫尾礦，而要對錫尾礦開發利用，評價錫尾礦的資源屬性非常重要。

3.1 錫尾礦概況

3.1.1 基本情況

錫尾礦主要來自錫礦開采業，我國錫礦每年開采量巨大，再生錫回收量僅占總量的5%，遠落后于發達國家，導致大量錫尾礦被排出，各地堆存了數以億噸計的錫尾礦。我國的錫尾礦主要集中在西南地區，云南個舊礦區2019 年錫尾礦2.53 億t，含錫達37 萬t，成為世界上錫尾礦最大的集聚區[23]。

3.1.2 理化特性

物理狀態：錫尾礦大部分來源于錫細泥（錫石性脆在選別過程中極易粉碎產生粒度較細的細泥），一般呈粉末狀。據統計，我國大約80%的錫金屬由于質脆變為細泥損失在尾礦中，主要化學成分是金屬錫的氧化物（SnO2），粒度較細，且尾礦中的有價金屬多以細粒、微細粒、未單體解離的連生體存在，錫細泥按粒度大小可分為粗礦泥（0.037～0.074 mm）、細礦泥（0.019～0.037 mm）、微細礦泥（＜0.019 mm）。

礦物組成：錫尾礦以脈石礦物為主，主要有鈣鋁榴石、鈣鐵榴石和方解石，其次為黑云母、鉀長石、透閃石；少量的螢石、斜長石、石英、鈦鐵礦和榍石等。尾礦中的金屬礦物主要是磁黃鐵礦，少量的白鎢礦、自然鉍和錫石，偶爾可見黑鎢礦、黃銅礦和毒砂。

化學組成：根據錫礦山礦床條件和成因不同，尾礦的性質也較復雜，主要伴生元素也存在較大差異。一般尾礦中主要含有錫、鐵、銅等有價金屬元素，是選礦回收的主要金屬礦物[24]。錫尾礦一般含有MgO、CaO、SiO2、Al2O3等4 類氧化物。

3.2 資源屬性評價指標值

根據上述提出的冶金產業固廢資源屬性評價指標體系，以錫尾礦為例開展錫尾礦資源屬性多維度評價，根據評價結果（表2），從物質屬性維度看，錫尾礦的陶瓷測度率相對較高，未來作為建材資源化利用可重點考慮陶瓷墻體磚制作，錫尾礦一般含有金和銀等貴金屬，也可考慮提取有價金屬等，且錫尾礦能夠回用到原生產工藝的理論可能性為100%；從能量屬性維度看，錫尾礦由于未參與冶煉、煅燒等環節，呈常溫，一般不具備能量再利用的潛力；從環境屬性看，錫尾礦一般含有的重金屬基本都在標準限值內，且尾礦產生量巨大，作為資源化利用的潛力大；從技術屬性維度看，錫尾礦有4 種主要無害化資源化的途徑，技術的成熟性總體可以滿足錫尾礦資源化利用的需求，未來仍需在建材利用方面加強技術的開發推廣；從經濟屬性維度錫尾礦中含有的有價物質可帶來直接的經濟價值，且開展資源化利用的投入的成本相對僅堆存的成本低，因此對錫尾礦開展資源化利用經濟利益驅動力較高；從社會屬性看，錫尾礦的資源化技術平均所需人數是5 人，包括研發、技術實施、維護服務人員等；錫尾礦目前的資源化技術收入以西南地區為例，略高于社會平均收入，這對相關人員開展利用錫尾礦有一定動力?？傮w來看，除能量維度外，對錫尾礦開展資源化利用的綜合潛力較大，評價結果以定量為主結合定性描述，也為錫尾礦資源化利用方向提供了具體參照和指導。

表2 錫尾礦資源屬性多維度評價指標體系

4 結論與建議

通過對現有固廢可持續管理和資源屬性相關研究的梳理發現，對固廢資源屬性沒有全面、系統地梳理和評價是造成目前固廢資源化利用水平不高的一個關鍵問題。因此，本文以有色金屬產業固廢為例，從物質、能量兩個固廢自身屬性以及技術、環境、經濟、社會4 個使固廢具有資源屬性的外部條件維度建立評價指標體系，并運用指標體系對錫尾礦的資源屬性進行評價，評價結果不僅給出了每個維度的資源屬性值，評價錫尾礦資源化利用潛力大小，而且還可為錫尾礦的資源化利用提供方向和途徑，意義重大。

由于國內外研究尚未有專門針對固廢資源屬性開展全面評價的研究，因此本研究開展了獨創性較大的嘗試，目前評價的維度選擇了涉及固廢自身特性的物質屬性和能量屬性兩個維度，外部條件維度選擇了技術、環境、經濟、社會使固廢具有資源屬性的4 個維度。本研究構建了評價指標體系，但目前的評價指標只能作為單獨評價，無法得出一個綜合量化的評價結果，因此今后的研究仍需進一步完善評價體系的維度和指標，探索可定量化的綜合評價方法。