高天明，代 濤，王高尚，文博杰

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)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；4.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

鋁物質(zhì)流研究進(jìn)展

高天明1,2,3,4，代 濤1,2,3，王高尚1,2,3，文博杰1,2,3

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京100037；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037；3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)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；4.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京100101)

本文綜述了鋁物質(zhì)流研究的相關(guān)內(nèi)容，分析了國內(nèi)外鋁物質(zhì)流研究的特點和不足，并展望了未來相關(guān)研究的熱點和發(fā)展方向。現(xiàn)階段鋁物質(zhì)流研究多與產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)相結(jié)合，而忽視了模型的動態(tài)模擬，研究區(qū)域多集中于國家層面，而對區(qū)域、企業(yè)和產(chǎn)品層面的研究較少，研究內(nèi)容主要關(guān)注鋁生命周期代謝過程和鋁使用存量，而忽略了驅(qū)動鋁物質(zhì)流動背后的因素。未來鋁物質(zhì)流分析要與產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)及其他領(lǐng)域的方法相融合，構(gòu)建鋁物質(zhì)流量化分析和動態(tài)模擬模型；健全區(qū)域/企業(yè)統(tǒng)計體系，加強(qiáng)基礎(chǔ)性調(diào)研，完善中微觀層次的鋁物質(zhì)流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；建立鋁物質(zhì)流、能源流和環(huán)境流的研究體系，設(shè)別影響驅(qū)動鋁物質(zhì)流動的因素，模擬其代謝過程等，以彌補(bǔ)現(xiàn)階段物質(zhì)流研究的不足。

鋁；物質(zhì)流分析；使用存量；產(chǎn)業(yè)代謝

鋁僅次于鋼材是人類應(yīng)用的第二大金屬，自然界中含鋁礦物超過270種[1]，鋁土礦是商業(yè)提取鋁資源的主要原料。通過鋁土礦開采、氧化鋁生產(chǎn)、原生鋁電解、鋁合金加工制造等過程將鋁元素轉(zhuǎn)化為工業(yè)和人民生活需要的鋁制品，以滿足人類對鋁的需求。2016年全球鋁土礦儲量為280億t[2]，預(yù)計可滿足全球107年的需求。截至2014年底，中國查明鋁土礦資源儲量為41.5億t[3]，其中儲量為8.3億t[4]。2016年中國鋁土礦產(chǎn)量0.65億t，礦山產(chǎn)量占世界的比例卻高達(dá)25%，鋁土礦資源開采過度，保障程度堪憂。中國噸鋁赤泥產(chǎn)量1.6 t也高于國際平均水平[5]。如何提高鋁資源利用效率、優(yōu)化利用鋁土礦資源將是中國鋁工業(yè)發(fā)展面臨的難題。較其他金屬工業(yè)，鋁及鋁合金生產(chǎn)、加工制造過程需要更多的能源，也導(dǎo)致了大量的溫室氣體排放[6]，節(jié)約能源和減排也將是鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重要問題。

物質(zhì)流分析是從社會代謝、工業(yè)代謝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。早期物質(zhì)流研究由于缺乏統(tǒng)一規(guī)范的研究技術(shù)方法，物質(zhì)流研究數(shù)據(jù)可比性較差[7]。21世紀(jì)初歐盟委員會發(fā)布了經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)物質(zhì)流分析研究方法手冊，并隨后進(jìn)行了更新發(fā)展。同時，世界資源研究所也給出了各國經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)輸入總量、輸出總量及相關(guān)評價指標(biāo)，使得物質(zhì)流分析具有可比性。從研究內(nèi)容來看，早期側(cè)重于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)運(yùn)行原材料供給的充裕度，而現(xiàn)在側(cè)重于國家或產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)通量[8]。物質(zhì)流分析研究通過特定物質(zhì)的輸入、輸出、貯存等過程,量化經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中物質(zhì)流動與資源利用、環(huán)境效應(yīng)之間的關(guān)系,為進(jìn)行資源環(huán)境優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)[9]。為了應(yīng)對鋁土礦資源短缺，促進(jìn)鋁資源的可持續(xù)利用和管理，國內(nèi)外廣泛開展了鋁物質(zhì)流研究，分析不同尺度上鋁元素從開采、生產(chǎn)、加工、消費(fèi)到最終處置、排放環(huán)節(jié)的資源利用效率和環(huán)境影響，以促進(jìn)鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 鋁物質(zhì)流研究方法與指標(biāo)體系

經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)物質(zhì)流分析通常將經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)作為“黑箱”，而鋁物質(zhì)流研究則將系統(tǒng)透明化，在宏觀層面，將鋁工業(yè)系統(tǒng)分解成生產(chǎn)、加工與制造、使用、報廢與再生等環(huán)節(jié)；在微觀層面，將鋁企業(yè)的生產(chǎn)流程分解成不同工序。通過了解研究對象在各環(huán)節(jié)的物質(zhì)投入量、產(chǎn)品產(chǎn)生量、環(huán)節(jié)損耗量及污染物排放情況等，識別物料、能耗流失和污染排放嚴(yán)重的關(guān)鍵節(jié)點，評估和分析工序或節(jié)點控制的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，識別廢物產(chǎn)生、排放的影響因子和影響機(jī)理，研究工藝參數(shù)的優(yōu)化對元素流動的影響等[10]。鋁物質(zhì)流分析步驟應(yīng)：首先，明確含鋁元素物質(zhì)在生產(chǎn)階段的輸入和輸出相關(guān)數(shù)據(jù)，研究在生產(chǎn)階段的鋁元素的分布走向，編制階段的物質(zhì)輸入輸出統(tǒng)計表；其次，對比研究期內(nèi)鋁元素實際生產(chǎn)過程相關(guān)指標(biāo)與統(tǒng)計表的差異，衡算各階段處理前后鋁元素的多少，明晰鋁元素的走向及分布狀況，重點分析鋁元素存在對工藝、產(chǎn)品和環(huán)境的影響；最后，根據(jù)影響因素提出構(gòu)建主要階段的防控思路。

物質(zhì)流分析模型分為靜態(tài)和動態(tài)模型兩大類[11]，Dahlstr?m和Ekins[12]、Martchek[13]、陳偉強(qiáng)等[14]、樓俞等[15]、Buchner等[16]、Ding等[5]、Melo[17]、Niero等[18]、李春麗等[19]、趙賀春等[20]、Condeixa等[21]、Schebeka等[22]描繪了某一時間某地區(qū)的靜態(tài)鋁物質(zhì)流圖，主要用于判別自然環(huán)境退化和污染物的來源，衡量指標(biāo)有鋁原料自給率、鋁對外依存度、資源效率、環(huán)節(jié)損耗等；Ciacci等[23]、Chen等[24-26]、Sevigné-Itoiz等[27]、Hatayama等[28]、陳偉強(qiáng)等[29-30]、岳強(qiáng)等[31-32]、楚春禮等[33]、任希珍等[34]、Liu等[35-36]、Mathieuxa和Brissauda等[37]、Bertrama等[38]刻畫了某一時間段某地區(qū)的存量變化的動態(tài)鋁物質(zhì)流圖，除靜態(tài)的評價指標(biāo)外，動態(tài)模型還應(yīng)用鋁使用存量強(qiáng)度、廢雜鋁使用比例等分析原材料或產(chǎn)品的社會代謝模式、結(jié)構(gòu)和通量，為進(jìn)行資源優(yōu)化管理、污染控制提出實施方案和長期戰(zhàn)略。

在傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，物質(zhì)流分析已經(jīng)與多種研究工具結(jié)合，包括實物投入產(chǎn)出表、生命周期分析、生態(tài)足跡、價值鏈分析、動態(tài)物質(zhì)流分析等等，其分析問題的深度廣度和對決策政策的支持作用也因此在逐漸加強(qiáng)[11]。這些工具也在鋁物質(zhì)流分析領(lǐng)域進(jìn)行了有機(jī)的融合。在生命周期模型方面，陳偉強(qiáng)等估算了鋁的損失量[30]和進(jìn)出口規(guī)模及其結(jié)構(gòu)[29]，Melo[17]測算了德國產(chǎn)生的鋁廢料，Sevigné-Itoiz等[27]和Niero等[18]分別研究了舊鋁廢料再利用和鋁罐的溫室氣體排放影響，Ciacci等[23]分析了意大利鋁的流量和存量，Liu和Müller[6]評價了生命周期模型在衡量鋁工業(yè)可持續(xù)方面的優(yōu)缺點。在投入產(chǎn)出方面，楚春禮等[33]構(gòu)建了鋁物質(zhì)流投入產(chǎn)出模型；在生態(tài)足跡方面，Zhang等[39]應(yīng)用環(huán)境生態(tài)足跡法評價了中國2012年鋁生產(chǎn)的環(huán)境影響，任希珍等[34]分析了2000～2009年中國鋁工業(yè)的碳足跡；在價值鏈分析方面，Dahlstr?m和Ekins應(yīng)用價值鏈分析了英國鋁的流動得出：價值鏈分析是一個研究經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)的強(qiáng)大方法，是對物質(zhì)流和生命周期分析的有益補(bǔ)充，具有廣泛的適用性[12]。

物質(zhì)流分析模型對系統(tǒng)特性的靜態(tài)、動態(tài)表征與量化分析，并配合與其他分析工具一并使用，具有清晰全面表達(dá)，能幫助相關(guān)研究人員或決策者對系統(tǒng)進(jìn)行整體把握，但難于進(jìn)行仿真驗證和優(yōu)化分析，這大大限制了模型的應(yīng)用[40]。

2 鋁物質(zhì)流研究的層次

學(xué)者對世界各國在不同尺度、不同問題開展了大量鋁物質(zhì)流的研究，根據(jù)現(xiàn)有鋁物質(zhì)流研究層次的不同可劃分：國家/全球尺度、區(qū)域尺度、企業(yè)及產(chǎn)品尺度。其中國家尺度是鋁物質(zhì)流研究的主流。

2.1 國家層面鋁物質(zhì)流研究

在元素流總體框架、系統(tǒng)界定、應(yīng)用模型闡述的基礎(chǔ)上[41]，陳偉強(qiáng)等解析了鋁的社會流動過程,構(gòu)建了國家尺度的鋁物質(zhì)流分析框架[42]，闡述了鋁在原態(tài)、冶煉、加工、制造、消費(fèi)、廢棄、循環(huán)利用這一全生命過程的流動形態(tài)、功能的轉(zhuǎn)化，為量化描述靜態(tài)或動態(tài)國家尺度的鋁物質(zhì)流圖景以及與此相應(yīng)的科學(xué)問題提供了基礎(chǔ)。目前，學(xué)者們已對全球[6,13,36]、歐盟[27,37-38]、美國[24,35,38]、英國[12,18]、德國[17]、奧地利[16]、意大利[23]、西班牙[27-28]、日本[28,38]、中國[5,14,20,29-33,38,43-45]等10余個國家開展了鋁物質(zhì)流研究。

國家尺度的鋁物質(zhì)流模型從靜態(tài)分析逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯屿o結(jié)合，主要分析國家鋁存量的動態(tài)特征及其相關(guān)指標(biāo)變化情況。靜態(tài)研究多描述了某年國家尺度的鋁物質(zhì)流圖，用于分析鋁的消費(fèi)、相關(guān)產(chǎn)品的進(jìn)出口情況和各環(huán)節(jié)的主要生產(chǎn)指標(biāo)。如，2001年英國鋁土礦進(jìn)口的價值量為800萬英鎊，鋁總進(jìn)口價值為1.27億英鎊[12]；2005年中國原生鋁、再生鋁消費(fèi)量分布為726.2萬t和166.3萬t，鋁的總對外依存度為43.7%[14]；2010年中國氧化鋁和電解鋁環(huán)節(jié)的廢品率、材比系數(shù)和金屬收得率分別為：14.54%、0.95、82.74%和3.65%、1、91.75%[20]。分析指標(biāo)涵蓋鋁生產(chǎn)、消費(fèi)、貿(mào)易和廢棄物管理等方面[16]。

將動態(tài)物質(zhì)流分析引入后，一來可以分析以上指標(biāo)的歷史變化情況，也可以用來估算國家鋁使用存量對未來鋁需求的可供性，也可分析未來鋁的回收水平及其環(huán)境影響。如，中國鋁動態(tài)物質(zhì)流分析得到：氧化鋁生產(chǎn)的原料自給率逐年下降，而原鋁的原料自給率逐年上升[31]，鋁的總損失量逐年遞增，尤其是赤泥中鋁損失量增長很快[30-31]；鋁的凈進(jìn)口量不斷增長，以進(jìn)口鋁土礦、氧化鋁、鋁廢料等原材料，出口未鍛軋鋁、鋁中間產(chǎn)品、鋁最終產(chǎn)品為主[29]。對國家鋁使用存量的研究，意大利存量為2 000萬t[23]；西班牙為968.9萬t[27]；而美國高達(dá)為4.38億t，其中1945～2009年期間鋁存量達(dá)到3.16億t[24]；全球鋁使用存量為60億t，約占世界鋁土礦資源儲量的10%[36]。從各國鋁使用存量的來源來看，建筑和運(yùn)輸部門占了相當(dāng)大的比重[24,36]。發(fā)達(dá)國家運(yùn)輸部門增長迅速而建筑和電子電器存量趨于穩(wěn)定。發(fā)達(dá)國家人均存量為100～600 kg/人，而發(fā)展中國家低于100 kg/人，全球人均存量為90 kg/人[36]。奧地利人均鋁存量為206 kg/人，增長為11±3.1 kg/a[27]，而美國、意大利的人均鋁存量分別為490 kg/人[24]和320 kg/人[23]。中國人均鋁存量為58 kg/人[26]，存量增長為6.3 kg/人[25]。這表明中國鋁累積使用存量小，廢鋁產(chǎn)生量小難以支撐國內(nèi)再生鋁的產(chǎn)量，因此，中國的鋁消費(fèi)還依賴原鋁。鋁回收利用服務(wù)于未來鋁需求，降低對鋁土礦的依賴，同時也有顯著的減排效應(yīng)[35]。奧地利人均舊廢鋁產(chǎn)量為7±1 kg/a，再生鋁年產(chǎn)量為35.5萬t/a，可滿足國家40%的鋁消費(fèi)量[16]。再生鋁中國鋁回收率較低，若再生鋁上升到50%，鋁土礦對外依存度降低到50%[5]。因生產(chǎn)工藝、能源消耗的差異，鋁回收利用的溫室氣體減排潛力為8 500～18 100 kg CO2eq/t[27]，再生鋁CO2排放量是原鋁生產(chǎn)排放量的4.6%[46]。

2.2 區(qū)域鋁物質(zhì)流研究

區(qū)域鋁物質(zhì)流分析的框架和方法與國家層面接近，指標(biāo)體系也較為一致。但區(qū)域?qū)哟蔚匿X物質(zhì)流研究比較少。這主要是因為國內(nèi)區(qū)域統(tǒng)計數(shù)據(jù)和貿(mào)易數(shù)據(jù)的缺失，鋁物質(zhì)進(jìn)出口數(shù)據(jù)的可獲得性差，物質(zhì)流研究在區(qū)域尺度上難以普遍推廣，導(dǎo)致研究區(qū)域靜態(tài)鋁物質(zhì)流的研究更為稀少。在為數(shù)不多的區(qū)域鋁物質(zhì)流分析中，焦點多集中于鋁使用存量的研究。Condeixa等對2010年里約熱內(nèi)盧民用建筑的原材料存量進(jìn)行了估算，其構(gòu)建了不同建筑類型的含鋁在內(nèi)的多種原材料強(qiáng)度系數(shù)[21]。而Schebeka等研究了不同用途、不同建造年代的商業(yè)建筑的含鋁強(qiáng)度，得到不同時代建筑面積含鋁系數(shù)表現(xiàn)出隨時間逐漸降低的特征，萊茵主城區(qū)的商業(yè)建筑平均含鋁系數(shù)為0.03～0.55 kg，全區(qū)商業(yè)建筑的鋁存量為773 t[22]。Recalde等估算了美國康涅狄格州2000年鋁的使用存量為120萬～140萬t,人均存量為360～400 kg/人，存量主要來自于建筑和交通車輛，而電子電器和包裝的存量所占比重很低[47]?；趯愂袖X使用存量的調(diào)查研究，樓俞等得出邯鄲市鋁累積使用存量及其分布情況[15]。

2.3 企業(yè)及產(chǎn)品鋁物質(zhì)流

企業(yè)和產(chǎn)品尺度的鋁物質(zhì)流研究根據(jù)鋁元素在整個工藝流程中各工序的分配和流動情況，明晰在該過程中元素的走向及分布狀況，且多與生命周期分析結(jié)合，重點分析元素存在對工藝、產(chǎn)品和環(huán)境的影響[48]。在該層次的理論研究中，陸鐘武構(gòu)建了基于鋼鐵企業(yè)的“基準(zhǔn)物質(zhì)流圖”[49]，該模型也適用與鋁生產(chǎn)企業(yè)。在此理論技術(shù)上，劉麗孺等構(gòu)建了氧化鋁拜耳法[50]、燒結(jié)法[51]和混聯(lián)法[52]三種生產(chǎn)工藝的基準(zhǔn)物流圖，并分析了不同工藝物料對能耗的影響。以山西某拜耳氧化鋁廠為例，根據(jù)物料平衡表對企業(yè)的生態(tài)效率指標(biāo)進(jìn)行了分析比較[53]。將“元素流-價值流”分析應(yīng)用于某氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，計算得到了各工序和流程的資源效率和資源流成本，揭示了廢棄物損失的真實價值，挖掘了提升循環(huán)經(jīng)濟(jì)潛力的措施[54]。金友良對各物量中心的產(chǎn)出價值進(jìn)行了分類，分別計量了氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的資源有效利用價值、廢棄物損失及其環(huán)境損害價值，并繪制了與物質(zhì)流相匹配的資源價值流圖[55]。宋丹娜等利用生命周期評價的分析方法,對鋁電解生產(chǎn)過程中資源消耗、能源消耗和污染物排放進(jìn)行了分析,采用等效環(huán)境指數(shù)計算了鋁電解生產(chǎn)過程中的環(huán)境負(fù)荷,并分析了各因素對環(huán)境負(fù)荷的影響[56]。李春麗等對青海省某電解鋁生產(chǎn)廠進(jìn)行物質(zhì)流和能量流分析，提出了改善資源利用和能源利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[19]。在產(chǎn)品端，Buchner等以嘉士伯飲料鋁罐為例，得到了提高相同鋁金屬回收率比提高可再生能源比例具有更好的環(huán)境效應(yīng)[16]。

3 鋁物質(zhì)流研究的關(guān)注點

鋁物質(zhì)流研究揭示鋁元素進(jìn)出某個過程的流動模式，明確與這些物質(zhì)變化有關(guān)的各股物質(zhì)流狀況，以及它們之間的相互關(guān)系，并試圖找到降低資源、能源投入量，減少廢棄物產(chǎn)生量，提高資源利用率和解決環(huán)境問題的途徑[10]。擬解決的問題不同，鋁物質(zhì)流研究對象、分析框架和分析的側(cè)重點均有所改變[9]，其關(guān)注的問題主要包含鋁金屬產(chǎn)業(yè)代謝分析和鋁金屬的使用存量分析。

鋁金屬產(chǎn)業(yè)代謝研究，應(yīng)從不同層面來區(qū)別看待。在企業(yè)及產(chǎn)品層面，主要研究鋁生命周期的某一階段，如氧化鋁生產(chǎn)[50-52,55]、鋁電解[19,56]、鋁加工制造等生產(chǎn)個環(huán)節(jié)的鋁元素的流向、流量及損失情況，以提升企業(yè)資源利用率，提高鋁資源代謝水平。企業(yè)產(chǎn)品層面從微觀主體層面對鋁金屬產(chǎn)業(yè)代謝進(jìn)行了研究，而國家層面則從宏觀上分析其代謝情況，研究鋁生命周期過程識別各庫存與流,以發(fā)現(xiàn)提高該鋁工業(yè)利用效率的可能性，評估鋁資源流向環(huán)境的耗散流，為資源政策和環(huán)境政策提供基礎(chǔ)信息。學(xué)者們分析了鋁生產(chǎn)、消費(fèi)、使用、回收利用等階段的鋁的流量、存量、貿(mào)易量和損失量，構(gòu)建了多國[5,14,16,20,23-29,32,34-36,38]的鋁全生命周期物質(zhì)流圖，用于分析鋁對外依存率、資源效率、損失率、直接物質(zhì)投入、庫存和生態(tài)包袱等情況。

關(guān)注研究鋁使用存量有兩方的原因，可回收再利用，保障未來的鋁需求；及鋁回收利用對生態(tài)環(huán)境的影響。在鋁使用存量核算方面，Melo提出更為準(zhǔn)確估算區(qū)域鋁使用存量的正態(tài)分布模型[17]，現(xiàn)階段學(xué)者多用自上而下或自下而上的模型研究區(qū)域的鋁使用存量[9]，分析使用存量的人均占有情況，展望未來鋁的供需情況。意大利鋁使用存量可保障現(xiàn)階段國家消費(fèi)水平下的年限為11年[23]。美國鋁使用存量占國內(nèi)存量的48%，其分布的情況來看建筑和電子電器部門的庫存趨于穩(wěn)定，人均占有量分別為155 kg/人和75 kg/人，而交通領(lǐng)域存量仍在增長[24]。2003年歐洲交通領(lǐng)域的存量增長率為12萬t[37]。而中國鋁使用存量不足以支撐對鋁的需求，現(xiàn)段仍依賴于原鋁的生產(chǎn)[26]。奧地利的舊廢鋁可提供國家40%的鋁消費(fèi)量[16]。加強(qiáng)舊廢鋁回收利用是節(jié)約資源和降低排放的主要手段。鋁再利用有顯著的減排效應(yīng)[35]，再生鋁生產(chǎn)能耗僅為原鋁生產(chǎn)總能耗的4.86%，溫室效應(yīng)僅為原鋁生產(chǎn)的1/24[46]。2014年全球超過2 600萬t的新舊廢鋁用于鑄造[38]。

4 鋁物質(zhì)流研究評述與展望

鋁物質(zhì)流研究方法從靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，并逐漸與產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的方法，例如投入產(chǎn)出、生命周期分析和生態(tài)足跡等方法相融合。這些方法雖然量化了物質(zhì)流研究，但欠缺對經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、消費(fèi)習(xí)慣、政策變革對鋁生產(chǎn)過程、需求和使用存量變化的動態(tài)模擬。因此，未來鋁物質(zhì)流的研究須更多與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)及其他領(lǐng)域的各種模型和方法，如經(jīng)濟(jì)模型、網(wǎng)絡(luò)分析、CGE、個體行為模型等相結(jié)合。如物質(zhì)流與Petri網(wǎng)結(jié)合實現(xiàn)了某鹽湖化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的物質(zhì)流建模[40]，仿真了企業(yè)生產(chǎn)過程的物質(zhì)流動態(tài)模擬，為企業(yè)的量化評估與決策制定提供了方法及依據(jù)。利用這些方法的特點與物質(zhì)流分析的互補(bǔ)性有效結(jié)合，發(fā)展考慮使用存量變化的動態(tài)模型工具，針對系統(tǒng)的特點對其鋁物質(zhì)流進(jìn)行建模分析，從“整體”和“深度”上達(dá)到對系統(tǒng)內(nèi)鋁物質(zhì)流情況的探究。

鋁物質(zhì)流研究的地域多為國家層面，刻畫了國家的鋁物質(zhì)流圖，也對一些國家的鋁使用存量進(jìn)行了估算，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展和資源再生利用提供基礎(chǔ)性信息。囿于數(shù)據(jù)獲取的限制,尤其是鋁物質(zhì)進(jìn)出口數(shù)據(jù)的可獲得性差,鋁物質(zhì)流研究在區(qū)域尺度上難以普遍推廣，僅用于核算區(qū)域建筑的鋁社會存量，而對其他部門存量的估算和區(qū)域鋁循環(huán)過程的刻畫也較困難。微觀層次的物質(zhì)流分析，學(xué)者研究了部分生產(chǎn)階段的能耗的研究，而未構(gòu)建生產(chǎn)階段的物料平衡，未能描述生產(chǎn)階段的物質(zhì)流圖。微觀層次的鋁物質(zhì)流研究應(yīng)刻畫各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物質(zhì)流圖，找出能量消耗和污染排放的重要環(huán)節(jié)，并分析其影響因素，為生產(chǎn)企業(yè)的節(jié)能減排提出決策支持。

鋁物質(zhì)流研究鋁產(chǎn)業(yè)過程中的代謝情況，利用物質(zhì)流轉(zhuǎn)路徑和強(qiáng)度作為可持續(xù)發(fā)展水平的判斷。使用中的產(chǎn)品存量是推動人為金屬循環(huán)的關(guān)鍵引擎[57]，則提升了學(xué)者對鋁等金屬使用存量的研究。對鋁使用存量的研究，主要研究其作為二次資源的可供性及環(huán)境影響。鋁生產(chǎn)過程是能源密集型產(chǎn)業(yè)，在鋁產(chǎn)業(yè)代謝和使用存量的研究過程中，多只注重低效率的物質(zhì)流進(jìn)行考察分析，而忽略了能量流的研究，構(gòu)建物質(zhì)流與能源流耦合模型，挖掘鋁循環(huán)過程中能源和物質(zhì)的節(jié)約潛力，選擇有針對性的技術(shù)解決方案，改善其工業(yè)過程環(huán)境影響。經(jīng)濟(jì)增長與資源需求的關(guān)系對研究社會物質(zhì)代謝和非物質(zhì)化具有至關(guān)重要的作用[58]，而鋁物質(zhì)流研究很少考慮經(jīng)濟(jì)和社會等因素，所得結(jié)論的直接指導(dǎo)意義不大。研究消費(fèi)結(jié)構(gòu)與鋁物質(zhì)流動的關(guān)系、生活消費(fèi)模式對鋁物質(zhì)代謝過程的影響、物質(zhì)代謝效率與公共政策之間的反饋機(jī)制等分析驅(qū)動物質(zhì)流動背后的因素，識別和模擬這些擾動因素對鋁金屬代謝過程的影響，將使鋁物質(zhì)流研究更具有現(xiàn)實意義。

鋁物質(zhì)流研究在近20年中取得了長足的進(jìn)步，但也存在只注重動態(tài)研究而忽視動態(tài)模擬，只注重國家層面而欠缺區(qū)域和企業(yè)層面的研究，只注重鋁物質(zhì)代謝過程的描述而忽略其影響因素的不足。如何彌足這些不足將是未來鋁物質(zhì)流研究的重點。

1) 物質(zhì)流分析應(yīng)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)及其他領(lǐng)域的方法相融合，構(gòu)建鋁物質(zhì)流量化分析和動態(tài)模擬模型，為鋁物質(zhì)流的量化評估與決策提供方法基礎(chǔ)。

2) 健全區(qū)域/企業(yè)統(tǒng)計體系，加強(qiáng)基礎(chǔ)性調(diào)研，完善區(qū)域、企業(yè)等不同層次的鋁物質(zhì)流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，彌補(bǔ)區(qū)域、企業(yè)層面物質(zhì)流研究的不足。

3) 建立鋁物質(zhì)流、能源流和環(huán)境流的研究體系，設(shè)別影響驅(qū)動鋁物質(zhì)流動的因素，模擬這些擾動因素對鋁金屬代謝過程的影響。

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Researchonaluminumflowanalysis:progressandperspectives

GAO Tianming1,2,3,4,DAI Tao1,2,3,WANG Gaoshang1,2,3,WEN Bojie1,2,3

(1.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China;2.Institute of Mineral Resources Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China;3.Ministry of Land and Resources Key Laboratory of Metallogeny andMineral Assessment,Institute of Mineral Resources Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China;4.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing100101,China)

This paper reviewed recent progress in aluminum flow analysis,identified the characteristics and insufficiencies of existing studies,and projected future avenues of development for aluminum flow analysis.At present,the study of aluminum material flow have combined with industrial ecology,ignoring the dynamic simulation of the model;most studies have been conducted at the national(or multi-national) levels，while few has been performed at regional or at enterprise or product levels.These studies focused on the aluminum life cycle metabolic process and the in-use stock of aluminum,while ignoring the factors behind the flow of material.To fill the lack of research on the aluminum material flow,we have to combined with industrial ecology,industrial economics and other methods to build a dynamic simulation model of aluminum material flow;to improve the regional/enterprise statistical system,strengthen the basic research,and complete the micro-level of the aluminum material flow basic database;and to establish the research system of aluminum material flow,energy flow and environmental flow,identify the factors that affecting the flow of aluminum material and simulate its metabolic process in the future study.

aluminum;material flow analysis;in-use stock;industrial metabolism

F407.32

A

1004-4051(2017)12-0117-06

2017-10-20責(zé)任編輯趙奎濤

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目“中國鐵銅鋁等資源循環(huán)調(diào)查評價”資助(編號：121201103000150015)；國家自然科學(xué)基金青年項目“水泥生產(chǎn)資源減量化及資源環(huán)境優(yōu)化路徑”資助(編號：41501590)

高天明，博士，副研究員，主要研究方向為資源經(jīng)濟(jì)與資源政策。

代濤，博士，副研究員，主要研究方向為資源經(jīng)濟(jì)與資源政策、物質(zhì)流研究等，E-mail：286463190@qq.com。

收稿日期：2017-10-23責(zé)任編輯趙奎濤

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目“中國鐵銅鋁等資源循環(huán)調(diào)查評價”資助(編號：121201103000150015)；國家自然科學(xué)基金重點項目“經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下的國家金屬資源安全管理及其政策研究”資助(編號：71633006)；國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目“基于全球鐵物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)的中國鋼鐵行業(yè)貿(mào)易結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略研究”資助(編號：41701612);中國博士后科學(xué)基金項目資助(編號:2017M610961)

第一作者簡介：聶瑩(1986-)，女，河南濮陽人，博士后，主要研究方向為資源環(huán)境管理與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，E-mail：nieying0508@163.com。

通信作者簡介：鐘維瓊(1988-)，女，江西贛州人，博士后，主要從事礦產(chǎn)資源經(jīng)濟(jì)和資源戰(zhàn)略方面研究，E-mail:zhongweiqiong2016@126.com。