有色金属工业固废资源属性多维度评价体系构建——以锡尾矿为例

邬娜，张晓敏，吴佳，封强，钟诗雨，但智钢，傅泽强

（中国环境科学研究院清洁生产与循环经济研究中心，北京 10085）

引言

我国是世界上固废产生大国之一，固废历史堆存量已超过600 亿t，且仍以每年约100 亿t 数量继续增长。近年来，我国工业固体废物综合利用率保持在60%左右，有色金属行业固废是我国一般工业固废的重要组成部分，2019 年，有色金属行业固废占一般工业固废产生量的15.01%，处置利用率为50.57%，低于一般工业固废的平均处置利用率[1]。因此，提高有色金属行业固废综合利用水平是提高一般工业固废综合利用率的有效途径。

与此同时，近年来国家大力推动固废的处置利用，在各类法律、法规、政策文件中都加以强调。2020 年3 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于构建现代环境治理体系的指导意见》提出，大力提高固体废物综合利用率[2]。2020 年修订的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》（简称“新固废法”）于2020 年9 月1 日起施行，新固废法明确了新形势下国家推行绿色发展方式、促进清洁生产和发展循环经济的新要求，提出“产生工业固体废物的单位应当依法实施清洁生产审核”“国家鼓励产品的生产者开展生态设计，促进资源回收利用”等要求。但实际情况是政策、标准层层提高，固废的资源化利用水平并没有得到显著提升。

目前常采用的工业固废综合利用方法主要有以下几种：①作为生产原料；②生产建筑材料；③提取有价元素；④筑路基与回填[3-5]。但是目前这些途径还存在各种各样的问题，尤其对于有色金属产业固废的综合利用还存在行业冶炼工艺单一，大部分局限于铅、锌、铜、锡等主要金属回收，无法处置富含少量金属的冶炼废渣等问题；部分工艺技术原因导致生产成本过高，资源回收率较低，限制了方法的应用；部分工艺落后，导致重金属含量较低的废渣回收利用率低。近年来，生产实践中对不同类型的固废提出了不同的处理工艺和技术，并强调固废回收利用是垃圾管理的主要方向[3,6,7]。部分学者为提升有色金属产业固废的综合利用水平，开展了多方面的探讨，针对目前有色金属产业固废综合利用技术存在的问题研究开展技术创新的途径，包括一系列冶炼渣高效回收关键技术、从废弃尾矿中提取有价金属的新工艺、尾矿生产建材用砖的新技术等[8-10]。此外，还有部分学者认为提高有色金属产业固废的综合利用水平需要根据固废的不同属性、类别选择合适的资源化技术。因此，固废资源属性成为开展资源化利用不得不探讨的问题。

1 固废资源属性界定

1.1 固废资源化概念

根据《工业固体废物综合利用术语》[11]，固废资源化是指采取适当的工艺技术，从固体废物中回收有用的物质和能源的过程。因而对固废进行资源化利用形成产品时，需特别考虑固废本身含有的物质和能量，也就是固废的资源属性。

1.2 固废资源属性的相关研究

美国、欧盟、日本等发达国家和地区经过多年的研究，已经建立了固废处置利用全流程管理体系，且大数据、物联网、人工智能等新技术逐渐融入固废资源化利用领域。近年来，宏观方面的研究国外多数学者集中在固废管理的可持续性方面[12-15]。有学者认为，应该采用定性和定量相结合的指标从社会影响、经济效益和环境评价的角度来衡量[16-18]，还有学者提出了固废可持续管理的资源利用模型，构造了层次结构，将不确定、复杂的属性转化为可度量的属性，30个有效属性分为12 个层次，分为资源可持续利用的9个方面[19]。

国内学者提出在对固废资源化利用的过程中，不仅需要考虑固废可能含有的毒害组分的影响，还必须充分考虑固废的资源属性[20-22]，且对于资源属性基本都是考虑固废自身含有的物质属性，还有考虑能量属性的[23]。

总体来说，国外对于固废资源化利用的宏观研究侧重固废管理的可持续性，度量指标考虑定性和定量相结合的经济、社会、环境相关的固废的外部属性指标；国内学者在固废资源化利用、固废资源化产品生态设计相关研究中考虑固废自身的物质或能量属性。固废的资源属性是进行固废资源化利用的基础，现有研究要么不考虑固废的资源属性，要么仅关注固废内在的物质和能量属性，较少关注导致其成为固废的外部因素，如技术、环境和经济属性。很多时候恰恰是固废外部因素的变化，使得固废具有资源属性特征。对固废资源属性考虑的不全面，使得固废资源属性系统性基础数据缺乏，严重制约目前固废综合利用产业设计和发展，因此，建立全面反映固废资源属性的分析评价方法是促进固废综合利用急需的关键技术。

本研究提出固废资源属性是相对的和动态的，不仅包括固废本身的物质、能量属性，还包括促使固废具有资源属性特征的技术、环境和经济属性，包括自身和外部两类属性多个维度。参照固废资源属性的定义，本研究构建固废资源属性评价指标体系，为指导固废资源化利用提供技术支撑，以有色金属产业固废为例进行评价指标体系的验证，结果为搭建有色金属产业固废资源属性数据库提供支撑。

2 评价指标体系的构建

2.1 指标体系构建原则

（1）全面性。固废资源属性的评价指标主要从固废自身的理化特性考虑，但同时也考虑必要的外部条件，这些外部条件变化使固废具有资源属性，或者资源属性发生变化。从不同角度，尽量全面地衡量固废的资源属性，减少指标间的重叠对立现象。

（2）可操作性。本指标体系主要针对有色金属产业固废资源属性评价建立，不同产业间固废资源属性存在差异，因此评价指标应尽量采用定量指标，尽可能少用或不用定性指标，保证指标值具有可比性。

（3）适应性。遵循、符合《中华人民共和国循环经济促进法》、新固废法等相关法律、法规中对固废处置、利用的要求和原则，根据有色金属固废特性，评价指标体系构建和指标选择能充分体现有色金属固废资源价值的指标。

2.2 指标体系分析及指标解释

根据上述分析，衡量固废资源属性需要考虑固废本身具有的特性，一般来说固废具有资源属性的自身特性主要是固废含有的各种物质以及能量。此外，某类固废是否具有资源属性，是否能实现资源化还需要考虑外部条件，即影响该类固废内在属性发掘的一些条件，包括技术、环境、经济、社会等条件。其中，技术是指某类固废是否有资源化、无害化的技术。是否有技术、技术的完备程度等都直接影响了固废资源属性的体现，若没有技术，固废自身物质和能量再多、再有价也无法体现。环境、经济、社会条件是间接影响因素，主要是指若某类固废资源属性的体现可实现一定的环境、经济、社会效益，也就是固废资源属性的外显。简单来说，若某类固废产生的环境、经济、社会效益都是负的，那么它就不具有资源属性，同时各类效益的高低也决定了固废资源属性的高低。因此参照本研究固废资源属性的定义，从固废的内在属性包括物质、能量，固废的外部属性包括环境、技术、经济、社会等6 个维度来分析有色金属固废的资源属性特征，并构建有色金属固废资源属性多维度评价指标体系框架，评价不同类别有色金属产业固废资源属性。

2.2.1 物质

固废资源属性的物质维度是从固废自身所含的化合物、元素情况可能使其具有实现某种资源化途径的潜力方面来考虑的。针对固废所含的物质进行资源化利用的途径，一般有建材，包括水泥、陶瓷、其他建材等；此外，部分固废可直接再提取有价资源；还有部分固废在产生的生产工艺环节可再被直接回用或者作为原辅料一部分利用。因此，某类固废是否有作为建材的价值，选取建材（水泥等一般建材）测度率、陶瓷测度率来测度；固废是否可直接提取有价资源，主要考虑固废是否含有有经济价值或者潜在经济价值的各类有价资源，用主要贵金属含量指标来衡量；固废的工艺回用，指固废能够回用到原生产工艺的理论可能性，用工艺回用率来测度。

2.2.2 能量

能量维度考虑在各类有色固废产生过程中，主要是冶炼等环节产生的固废本身具有的能量，尤其是有些固废刚产生时可能自身温度较高，含有较高的热能，可作为原辅料继续使用，这样循环后它最终脱离生产环节时可能还有余热。因此，固废产生过程中不同程度的热能可能存在潜在的利用价值，可在固废资源化利用技术中予以考虑，实现物尽其用。固废含有的热量高，资源化属性就高，这些热量可以用温度指标、余热量来测度。

2.2.3 环境

环境维度可以说是固废的外部属性，主要是基于固废本身具有的理化、产排等特性对外界自然环境产生影响作用方面来考虑，包括直接或间接作用两个方面。目前在固废资源化利用方面引起较大关注的就是固废含有的有毒有害物质会对环境产生影响，随着固废内在含有的有毒有害物质的增多，对环境的负面影响越大，对固废进行资源化利用越不利，固废的资源属性就低，采用有毒有害物质浸出量来表征；此外固废产生量的多少会对环境产生影响，固废产生量少可节约占地，减少对环境的影响，但量过少一般不具备资源化利用的价值，固废产生量多对环境的影响会增加，但对固废进行资源化利用有利，因此就采用固废产生量指标来表征固废量的多少对环境的影响。

2.2.4 技术

技术维度也是固废的外部属性，考虑固废是否有无害化资源化技术、数量、成熟程度等的变化对固废资源属性有显著影响。因此，技术维度以无害化资源化技术应用情况来衡量，具体采用无害化资源化技术数量，平均技术成熟度来表征。

2.2.5 经济

经济维度也是固废的外部属性，经济维度的变化直接影响固废是否具有资源属性特征，因此是体现固废资源属性的重要维度，主要从固废本身的潜在经济价值以及实现资源化的投入和产出是否经济合理两个方面来衡量。其中潜在经济价值以有价物质总经济价值指标来表征，间接经济收益以固废资源化投入平均成本与固废堆存费用的比值指标来表征。

2.2.6 社会

社会维度也属于固废的外部属性，主要考虑固废的资源化技术的形成应用产生的社会效应。包括固废资源化技术实现对就业、收入的作用，具体采用固废资源化技术所需工作人数、固废资源化技术收入与社会平均工资对比两个指标表征。

综合以上分析，本文构建了涵盖目标层、维度层、准则层和指标层在内的固废资源属性评价指标体系框架，具体从物质、能量、环境、技术、经济、社会等6 个维度构建指标体系，形成了包含14 项指标的评价指标体系，具体指标见表1。

表1 有色金属工业固废资源属性多维度评价指标体系框架

3 有色金属产业固废资源属性评价指标体系分析——以锡尾矿为例

世界上锡资源丰富，我国锡储量居世界第1 位。但是长期的开采导致我国主要锡矿产区堆存了大量锡尾矿，而要对锡尾矿开发利用，评价锡尾矿的资源属性非常重要。

3.1 锡尾矿概况

3.1.1 基本情况

锡尾矿主要来自锡矿开采业，我国锡矿每年开采量巨大，再生锡回收量仅占总量的5%，远落后于发达国家，导致大量锡尾矿被排出，各地堆存了数以亿吨计的锡尾矿。我国的锡尾矿主要集中在西南地区，云南个旧矿区2019 年锡尾矿2.53 亿t，含锡达37 万t，成为世界上锡尾矿最大的集聚区[23]。

3.1.2 理化特性

物理状态：锡尾矿大部分来源于锡细泥（锡石性脆在选别过程中极易粉碎产生粒度较细的细泥），一般呈粉末状。据统计，我国大约80%的锡金属由于质脆变为细泥损失在尾矿中，主要化学成分是金属锡的氧化物（SnO2），粒度较细，且尾矿中的有价金属多以细粒、微细粒、未单体解离的连生体存在，锡细泥按粒度大小可分为粗矿泥（0.037～0.074 mm）、细矿泥（0.019～0.037 mm）、微细矿泥（＜0.019 mm）。

矿物组成：锡尾矿以脉石矿物为主，主要有钙铝榴石、钙铁榴石和方解石，其次为黑云母、钾长石、透闪石；少量的萤石、斜长石、石英、钛铁矿和榍石等。尾矿中的金属矿物主要是磁黄铁矿，少量的白钨矿、自然铋和锡石，偶尔可见黑钨矿、黄铜矿和毒砂。

化学组成：根据锡矿山矿床条件和成因不同，尾矿的性质也较复杂，主要伴生元素也存在较大差异。一般尾矿中主要含有锡、铁、铜等有价金属元素，是选矿回收的主要金属矿物[24]。锡尾矿一般含有MgO、CaO、SiO2、Al2O3等4 类氧化物。

3.2 资源属性评价指标值

根据上述提出的冶金产业固废资源属性评价指标体系，以锡尾矿为例开展锡尾矿资源属性多维度评价，根据评价结果（表2），从物质属性维度看，锡尾矿的陶瓷测度率相对较高，未来作为建材资源化利用可重点考虑陶瓷墙体砖制作，锡尾矿一般含有金和银等贵金属，也可考虑提取有价金属等，且锡尾矿能够回用到原生产工艺的理论可能性为100%；从能量属性维度看，锡尾矿由于未参与冶炼、煅烧等环节，呈常温，一般不具备能量再利用的潜力；从环境属性看，锡尾矿一般含有的重金属基本都在标准限值内，且尾矿产生量巨大，作为资源化利用的潜力大；从技术属性维度看，锡尾矿有4 种主要无害化资源化的途径，技术的成熟性总体可以满足锡尾矿资源化利用的需求，未来仍需在建材利用方面加强技术的开发推广；从经济属性维度锡尾矿中含有的有价物质可带来直接的经济价值，且开展资源化利用的投入的成本相对仅堆存的成本低，因此对锡尾矿开展资源化利用经济利益驱动力较高；从社会属性看，锡尾矿的资源化技术平均所需人数是5 人，包括研发、技术实施、维护服务人员等；锡尾矿目前的资源化技术收入以西南地区为例，略高于社会平均收入，这对相关人员开展利用锡尾矿有一定动力。总体来看，除能量维度外，对锡尾矿开展资源化利用的综合潜力较大，评价结果以定量为主结合定性描述，也为锡尾矿资源化利用方向提供了具体参照和指导。

表2 锡尾矿资源属性多维度评价指标体系

4 结论与建议

通过对现有固废可持续管理和资源属性相关研究的梳理发现，对固废资源属性没有全面、系统地梳理和评价是造成目前固废资源化利用水平不高的一个关键问题。因此，本文以有色金属产业固废为例，从物质、能量两个固废自身属性以及技术、环境、经济、社会4 个使固废具有资源属性的外部条件维度建立评价指标体系，并运用指标体系对锡尾矿的资源属性进行评价，评价结果不仅给出了每个维度的资源属性值，评价锡尾矿资源化利用潜力大小，而且还可为锡尾矿的资源化利用提供方向和途径，意义重大。

由于国内外研究尚未有专门针对固废资源属性开展全面评价的研究，因此本研究开展了独创性较大的尝试，目前评价的维度选择了涉及固废自身特性的物质属性和能量属性两个维度，外部条件维度选择了技术、环境、经济、社会使固废具有资源属性的4 个维度。本研究构建了评价指标体系，但目前的评价指标只能作为单独评价，无法得出一个综合量化的评价结果，因此今后的研究仍需进一步完善评价体系的维度和指标，探索可定量化的综合评价方法。