摘要：定义了“铁的资源效率”，给出了铁资源效率的计算方法。计算了2002年美国、日本、德国、韩国等世界主要产钢国的铁资源效率以及我国自1950年以来的铁资源效率，并对2005-2020年我国的铁资源效率进行了预测；提出了在钢产量高速增长的情况下中国钢铁工业的铁资源效率不可能高的重要观点，指出了在现有条件下尽可能提高铁资源效率的途径。
任何原料加工工业都必须依赖两种资源：一种是天然资源，一种是再生资源。钢铁工业的原料是铁矿业和废钢，铁矿石是天然资源，而废钢是再生资源。为保护天然资源，钢铁工业应尽量多用废钢，少用钢矿石[1]。
2002年，世界粗钢产量达9.0亿t，其中再生钢已达3.5亿t，约占世界粗钢产量的39%；其余5.5亿t钢以铁矿石为原料生产的原生钢，约占61%[2]。由于世界各国废钢资源量各不相同，钢铁生产规模差距更大，使得各国的再生钢比例相差很大。例如，2002年美国再生钢的比例已达到70%，电炉钢比超过50%，而中国再生钢比例还不到20%，电炉钢比只有16%[2]。
铁的资源效率是评价一个国家或地区钢铁工业再生资源的利用水平的一个重要的源头指标。本文定义了''''铁的资源效率''''，给出了钢铁工业的铁资源效率的计算方法。通过我国和美、日、德等世界主要产钢国的对比，分析我国钢铁工业铁资源效率低的根本原因，并提出在现有条件下尽量提高铁资源效率的途径。
1 钢铁工业的铁资源效率及计算
1.1 铁资源效率的定义
在一般意义上，资源效率是指单位天然资源在生产或使用过程中所能提供的服务量[3]。对于钢铁工业，铁的资源效率定义为统计期内钢铁工业生产出来的钢铁产品的铁含量与生产这些产品所消耗的铁矿资源的铁含量之比，其表达式可以写成：
γ=P/R （1）
式中，P为钢铁产品产量铁含量，t或t／a。钢铁含量可近似地按100%、生铁按94%计算；R为铁矿资源消耗量铁含量，t或t／a；γ为资源效率，t／t。
铁的资源效率在数值上等于钢铁工业每消耗1 t铁矿资源所能生产出来的钢铁产品量。因此，如果在钢铁生产过程中全部使用铁矿石，不使用废钢，那么铁的资源效率一定小于l t／t；如果在钢铁生产过程中不仅使用铁矿石，还使用一部分废钢，那么铁的资源效率会提高，随着废钢比例的增加，铁资源效率会等于1或大于1；如果在钢铁生产中完全使用废钢，那么铁的资源效率会趋近于无穷大。
铁的资源效率反映了一个国家或地区的钢铁工业对天然资源的依赖程度，同时也反映了该国家或地区对再生资源的利用程度。
1.2 铁资源效率的计算方法
在计算铁的资源效率时，钢铁产品产量通常是粗钢产量和铸铁产量之和，这些数据可通过查阅相关的统计资料获得。铁矿资源消耗量是指统计期内铁矿资源消失量，要直接获得铁矿资源消耗量有时比较困难，但可通过计算间接获得，即：
n Pore,iKi
R= Σ --------- 2
i=1 Φi
式中，Pore,i为包括国产和进口铁矿石在内的各种铁矿石的消耗量，t或t／a；ki为铁矿石品位，％；Φi为铁矿回采率，%。
将式2代人式1，得到：
n Pore,iKi
γ= P / Σ --------- 3
i=1 Φi
在式3中，铁矿石品位是无法改变的，可变量为铁矿石消耗量和铁矿回采率。很显然，在钢产量一定的情况下，降低铁矿石消耗量和提高铁矿回采率可提高钢铁工业的铁资源效率；要想降低铁矿石消耗量，一方面可尽量多使用废钢，另一方面应提高钢铁生产过程各个环节的金属回收率。
表1 2002年世界主要产钢国家的粗钢产量、铁矿消耗量和铁的资源效率[2,4]
Table 1 The production of crude steel, consumption of iron resource and the iron resource efficiency for chief steel-producing countries in 2002
| 美国 | 日本 | 德国 | 韩国 | 前苏联 | 中国 |
粗钢产量/106t·a-1 | 91.59 | 107.75 | 45.02 | 45.39 | 101.61 | 182.25 |
国产铁矿实物消耗量/106t·a-1 | 44.75 | - | - | - | 135.80 | 347.94 |
进口铁矿实物消耗量/106t·a-1 | 12.45 | 129.09 | 44.30 | 40.50 | - | 111.49 |
铁矿资源消耗量106t·a-1 | 38.96 | 93.23 | 31.99 | 29.25 | 90.53 | 206.86 |
铁的资源效率/t·t-1 | 2.47 | 1.21 | 1.48 | 1.63 | 1.18 | 0.93 |
注：
1 钢铁产品产量为粗钢产量和铸铁产量之和铁素含量，这里近似地以粗钢产量的l.05倍计算。
2 美国、前苏联和中国的国产铁矿石品位分别按60,60,33％计算。澳大利亚、巴西矿、印度、南非、加拿大和瑞典矿品位分 别按65，66，62，65.63，63％计算。
3 中国铁矿石产量没有采用文献[1]的统计数据2.314亿t，而是采用按铁量平衡推算的3.479亿t。
4 中国国内低品位矿的选矿金属回收事按85％计算，各国的采矿回采率均按90％计算。
2 铁资源效率的对比分析
表1为2002年美国、日本、德国、韩国、前苏联和中国等主要产钢国的铁矿消耗量、钢产量和铁资源效率。由表1可见，美国的铁资源效率最高，2002年达到2.47 t／t，也就是说，在美国，消耗含有1 t铁的铁矿资源可生产出2.47 t的钢铁产品。美国的铁资源效率如此之高，其根本原因是美国的废钢消耗量大，相应铁钢比亦只有0.44。韩国的铁资源效率也较高，为1.63 t／t，这是因为韩国自20世纪90年代以来进口废钢量不断增加，从90年代初的300万t增加到2002年的700多万吨。在大量进口废钢的同时，韩国国内折旧废钢产量也在稳步上升。当然，在近10多年来韩国进口铁矿石的数量也略有增长，但其增长速度远远低于钢产量的增长。韩国的铁钢比下降，使铁的资源效率不断上升。德国的铁资源效率也较高，为1.48 t／t，这是因为近年来德国的钢产量较稳定，废钢资源较充足，铁钢比相对较低，只有0.65。与美国和韩国相比，日本和前苏联的铁钢比都较高，约在0.75左右，因此，其铁的资源效率比美国和韩国都低。
在计算我国钢铁工业的铁资源效率时，遇到的最大问题是我国近年来国内铁矿石产量统计数据的严重失实。如果按照文献[2]提供的国内铁矿石产量2.314亿t计算的话，2002年我国钢铁工业的铁资源效率应为1.17 t／t，与日本和前苏联的水平差不多，这显然是不可能的。从铁素平衡来看，此时的铁素也是不平衡的。如果从我国2002年生铁产量17075万t出发，按照铁素平衡反推，那么我国2002年的铁矿石产量应为3.479亿t，居然有1.1亿t的偏差。依此计算，2002年我国钢铁工业的铁资源效率只有0.93 t／t。这就是说，在我国消耗含有1 t铁的铁矿资源只能生产出0.93 t的钢铁产品。
一个国家的铁钢比越低，其铁资源效率就越高图1；反之亦然。这是因为铁钢比低，说明这个国家的再生资源——废钢消耗比例相对较大，天然资源——铁矿石的消耗比例相对较小。
图1 2002年几个主要产钢国的资源效率和铁钢比
Fig.1 Iron resource efficiency and iron-to-steel ratio
of chief steel-producing countries in 2002
2002年，美国粗钢产量为9160万t，而废钢消耗量达到7200万t。这意味着在美国生产的1 t钢中有0.7t来自废钢，其余0.3t来自天然资源[2,5]。钢产量稳定、废钢资源充足、铁钢比低是美国钢铁工业铁的资源效率如此之高的根本原因。中国的情况则不同，由于近年来中国钢产量持续高速增长，虽然废钢消耗总量不断增加，但远远满足不了钢产量高速增长对废钢的需求，使铁钢比高达0.95左右，而铁的资源效率只有0.93 t／t。因此说到底，在废钢资源有限的情况下，如果钢产量高速增长，则铁钢比一定要高，铁资源效率一定要低。
3 铁的资源效率分析及远景预测
近年来，随着钢铁工业的迅猛发展，我国地方乡镇民营、个体铁矿开采发展迅速。这些矿山企业产量统计不全、不准，给准确计算我国钢铁工业的铁资源效率带来困难。因此。在这里根据我国近年来的生铁产量，采用铁素平衡法反向推算我国的铁矿资源消耗量，依此较准确地计算我国过去几年及未来20年钢铁工业的铁资源效率。
要计算2020年以前我国钢铁工业的资源效率，首先须了解钢产量的变化趋势。专家预测，到2005年、2010年、2015年和2020年我国可能达到的钢产量中限分别为2.72，3.10，3.20，3.0亿t／a，相应的铁钢比为0.92，O.93，0.87，0.83 t／t[6]
按照上面的钢产量和相应的铁钢比，以及《中国钢铁工业年鉴1989》等文献公布的历年的选矿金属回收率和铁矿回采率，采用铁素平衡法计算了自1950年以来我国钢铁工业的铁资源效率和铁钢比，并对2020年以前我国钢铁工业的铁资源效率进行了预测，见图2。
图2 1950年以来中国的铁资源效率及2005-2020年的前景预测
Fig.2 Iron resource efficiency of China since 1950
and its prospect in 2005-2020
由图2可见，1965年以前，我国的铁钢比远大于1.0 t／t，此时的铁资源效率只有0.4～O.6 t／t；1965—1995年生铁产量同钢产量同步增长，铁钢比一直在1.0 t／t上下波动，铁的资源效率为0.6～0.8t／t；1995年以后，我国的铁钢比有所下降，铁资源效率略有上升。
预计到2005年以后，我国钢产量增长速度将逐渐减缓，随着国内废钢产量逐渐上升，铁钢比将呈缓慢下降趋势。预测结果显示，2010年前铁钢比仍在0.93 t／t左右，因此，铁资源效率仍未突破1.00 t／t；到2015年，铁钢比可下降到O.87 t／t，铁资源效率可达到1.05 t／t；到2020年，我国的铁钢比将下降到0.83 t／t，铁资源效率将达到1.10 t／t，将逐渐接近前苏联近年的水平。
4 结论和建议
通过对美国、日本、韩国和中国等铁资源效率的对比分析，以及对近50年中国钢铁工业铁资源效率的回顾和前景预测，得到如下结论，在钢产量持续高速增长的情况下，中国钢铁工业铁的资源效率不可能高。今后10～15年，中国钢铁工业的铁钢比会略有下降，铁的资源效率将有所提高，达到1.05～l.10t／t的水平。
但是，在钢产量持续高速增长已成为不可改变的事实的前提下，通过采取一些措施可在一定程度上提高钢铁工业的铁资源效率。
4.1 努力用废钢置换更多的铁矿资源
在国际废钢资源充足、废钢价格和运费合适、具备港口条件的前提下，应鼓励增加进口废钢量。通过计算可知，在2002年条件下，如果多进口1 000万t／a废钢，我国的铁资源效率可提高6个百分点，达到0.99 t／t。
加强废钢回收和加工管理，提高废钢回收率，增加废钢资源量。预计到2005年，我国钢铁工业利用废钢可达5000万t／a，2010年可达6000万t／a，2015—2020年可达7000～8000万t／a，达到甚至超过美国目前的水平。
4.2 努力提高各个生产环节的金属回收率
采用先进工艺，提高选矿过程的金属回收率。目前，我国钢铁企业选矿的金属回收率在80％～90％，许多企业的选矿金属回收率还很低，特别是红矿等难选矿金属回收率还有待提高。
加强烧结尘、高炉瓦斯灰、转炉泥、轧钢铁皮和酸洗泥等含铁副产品的回收管理，以最大限度地减少废弃物向环境的排放。提倡尾矿再选、钢渣再选等做法，开发新的铁源。
4.3 努力提高铁矿的回采率.节约铁矿资源
增加采矿科研投入，研究新的采矿方法，加强管理，改变过去粗放型生产模式；坚决取缔不合乎国家标准和行业规范的小个体采矿点。按采矿业的技术规范，露天矿回采率应在90％以上，坑下矿回采率应在80％以上，但目前许多企业根本达不到要求；特别是个体采矿业，回采率不足50％，有的仅有30％左右，对资源的破坏和浪费程度十分严重。
