中國網/中國發展門戶網訊 戰略性金屬資源對保障國家的國防安全及經濟安全具有至關重要的作用，對國家的工業化、現代化水平有決定性作用且其逐漸成為大國發展和博弈中的聚焦點。伴隨著技術進步和產業革新的浪潮，全球主要國家為增強國際經濟競爭力，保障國防安全，紛紛將開展金屬關鍵性（或危機性）研究提上日程。美國、日本及歐盟發布了關鍵性（或戰略性）資源目錄清單，并隨時間進行動態性的更新調整，英國、印度、澳大利亞與加拿大近年來也相繼公布了戰略性金屬資源的目錄清單。

在全球碳達峰與碳中和目標驅動下，以低碳能源技術為核心的低碳產業迅速發展。該類型產業會消耗鋰、鈷、鎳、鎵、銦、稀土等大量戰略性金屬，但金屬的開采、利用、消費和循環全過程帶來的碳排放，約占全球碳排放的10%。因而，建立減碳背景下戰略性金屬可持續供給途徑迫在眉睫。作為全世界范圍最大的金屬礦產生產國和消費國，我國目前的戰略性礦產目錄主要是從國家國防安全、經濟安全和戰略性新興產業發展需求角度入手制定的，其涵蓋了主要的傳統能源礦產、金屬礦產、非金屬礦產。但是，在追求可持續發展的今天，以稀有、稀散和稀土元素為主體的戰略性金屬的重要地位與不可替代性日益顯著。

黨的二十大報告提出，“鞏固優勢產業領先地位，在關系安全發展的領域加快補齊短板，提升戰略性資源供應保障能力”。戰略性金屬的供給路徑包括4個方面：國內一次資源開采、國外一次資源進口、國內二次資源循環、國外二次資源進口。2017年8月以來，受“洋垃圾”進口禁令實施的影響，國外二次資源進口量大幅度減少，因而未來我國戰略性金屬的供給路徑以前3個方面為主。

資源短缺及廢物激增正在困擾著產業鏈和供應鏈的安全，針對產品類廢物（又稱“城市礦產”）二次資源中典型的23種有價材料的研究發現，有20種二次資源的總量會在2050年前超過產業發展需求量，基本有望實現資源自給自足。同時，資源在開采、消耗、利用及循環過程中，會有一部分進入水體、土壤等環境中進而造成材料損失。在當前技術和經濟條件下，每一次生命周期過程，大約5%—10%的物質會因進入環境中而散失。本文運用物質流分析方法，根據對外依存度的差異，選取5種典型戰略性金屬：鋰、鈷、銦、鈮和鍺，挖掘其二次資源潛力，并識別其未來可持續供給路徑。

物質流分析方法及結果

分析方法及概況

物質流分析是在一個國家或一個地區范圍內，對特定的某種物質（如金屬等）進行物質代謝研究的有效手段。該方法基于生命周期分析視角探究某種物質在生命周期各個不同階段的流動特征，為可持續的資源環境管理提供重要信息，其宗旨是對社會經濟系統中的物質流動和儲存進行定向及定量分析，對資源產物和廢棄排放物開展綜合調控，以實現優化系統資源和能源的目標。

圖1 典型戰略性金屬物質流分析框架

Figure 1　Basic framework of substance flow analysis for strategic metals

一般情況下，金屬資源的物質流動過程如下：選礦、冶煉、加工，生產半成品進行利用、生產不同產品進行利用，消費過程完成后形成產品類廢物，部分廢物被填埋處置進而進入土壤圈，部分被作為二次金屬循環利用，被補充到生產加工過程；在金屬流動過程中，不僅伴隨著資源、產品的產生，而且也伴隨著物質的釋放及廢物的產生，即幾乎所有階段都會釋放物質到環境介質中，且都會產生如尾礦、冶煉廢渣的固體廢物或殘次品（圖1a）。對我國而言，金屬經過開采或國外進口，加工應用到不同產品中以滿足國內需求，產品在消費之后形成產品類廢物，廢物循環利用之后成為資源供給的重要部分（圖1b）。

全球典型戰略性金屬物質流數據

基于全球物質流分析的框架和目前可得到的數據，本文分析得到了鈷、銦、鈮等金屬的全球物質流數據信息，此數據涵蓋了從巖石圈資源開采、加工利用、產品生產、消費使用，到廢物產生以及處理處置的全過程信息，也包含了過程中物質的釋放信息（圖2）。

典型戰略性金屬供應特征

典型戰略性金屬開采情況

20世紀以來，快速的經濟增長速度和人口城鎮化率導致全球金屬礦產開采利用量大幅度增長。根據美國地質調查局（USGS）發布的35種金屬的數據，開采冶煉量的總和從1922年的0.73億噸增加到2022年的14.78億噸，增幅約20倍；1922年起開采利用量增加5億噸用時約60年，但近幾年開采利用量增加5億噸只需16年。顯然，人類過去100余年對地球資源的開采利用呈加速趨勢（圖3）。同時，2020年全球人類生產的各類產品重量超過了地球上的自然生物量總和，這也佐證了典型戰略性金屬正在被快速消耗的事實。

圖3 全球1900—2022年典型戰略性金屬開采冶煉產量

Figure 3　Global mining and smelting amounts of typical strategic metals from 1900 to 2022

典型戰略性金屬產量及進出口情況

鋰。鋰金屬是促進能源低碳轉型、發展戰略性新興產業所必需的戰略性礦產。我國鋰金屬開采量已經從2019年1萬噸增長到2021年的2.6萬噸。2015—2021年，由于電動汽車產業的快速發展，我國鋰金屬需求量顯著增加，這導致2021年進入精煉階段的鋰金屬總量達到10萬噸，其中約86%的鋰原材料依賴進口。鋰原材料的大量進口不僅是為了滿足本土需求，也是為了滿足出口需求。鋰金屬的進口量保持波動增長狀態，其進口量從2015年的1.4萬噸增加到2021年的7.9萬噸，鋰金屬的出口量穩定增長，從2015年的1.1萬噸增加到2021年的4.8萬噸。

鈷。在過去20年中，鈷的產量也呈持續增長趨勢。鈷礦產量在1995—2021年的年均增長率為8%，2021年鈷金屬供應量達到了17萬噸，其中大部分來自礦石開采。1995—2021年，全球二次生產的鈷金屬占全球鈷金屬供應總量的8.3%。在過去幾十年里，全球鈷供應鏈發生了重大變化。我國初級精煉鈷的產量保持高速增長，從1995年的0.02萬噸增長到2021年的13萬噸，自2004年起我國超過芬蘭成為世界上最大的鈷生產國。此外，中國與韓國的鈷產品雙邊貿易流量在全球鈷產品貿易網絡中表現突出（2萬噸），這很大程度上反映了中韓兩國的地緣政治鄰近性。

圖2 全球典型戰略性金屬物質流分析（萬噸）

Figure 2　Global substance flow of typical strategic metals (104 t)

（a）鈷金屬（2015年數據），（b）銦金屬（2010—2020年總數據），（c）鈮金屬（2019年數據）；箭頭粗細代表數據的大小

(a) cobalt in 2015, (b) indium in 2010–2020, (c) niobium in 2019. The thickness of the arrow indicates the size of data.

銦。銦廣泛應用于高科技和可再生能源行業，其產量從1990年的118噸增加到2021年的926噸。自2000年以來，我國一直主導著全球銦金屬的初級生產，在2021年我國銦產量占世界總產量的57%。預計未來我國仍將是銦金屬的主要供應國。銦通常為礦產開采的副產礦物，目前銦金屬主要礦產來源為鋅礦（95%）、錫礦（4%）和銅礦（1%）。此外，銦金屬還可以從煙塵、粉塵、熔渣、鉛鋅合金殘渣和鉛錫鋅冶煉中回收（<1%全球銦產量）得到。在初級生產階段（根據張偉波等文獻中的年產量數據），從生產向后估算冶煉過程、選礦和采礦的平均回收率和損失，數據顯示，2011—2020年的10年期間內全世界從11.3萬噸的礦石材料產出了9 340噸銦金屬。

（4）鈮。鈮金屬是信息技術、新能源技術、空間技術、生物技術、超導技術等高新技術發展的關鍵材料之一。全球已探明的鈮儲量超過1 700萬噸，巴西是世界上最大的鈮生產國，其產量在2021年占世界總產量的94%。我國的鈮礦床普遍屬于多金屬共生礦床，鈮礦開發利用程度低，導致國內整體開采成本高于進口價格，因此在商業上不具備開發性；此外，鈮金屬可以作為其他金屬的副產物生產，該生產方法可以有效降低成本。目前，我國每年約生產鈮鉭精礦300噸。

（5）鍺。鍺金屬被廣泛應用于電子、光學等高新科技領域，我國鍺的保有儲量約3 500噸，占全球的41%。我國含鍺礦床主要分布在內蒙古和云南等地，其主要分布于鉛鋅礦床和煤礦中。鍺生產國以中國、美國、俄羅斯和加拿大為主，我國是全球最大的鍺生產國，其年產量約占全球總年產量的67%。2015年，受環保政策和資源保護措施的影響，中國鍺產量逐年下降，全球年產量也從2015年的146噸下降到2017年的124噸。但在2018年，隨著全球鍺需求量的增加，我國年產量有所上升，達到了95噸，全球年產量也增加到130噸。

典型戰略性金屬消費及其產品報廢代謝特征

在全球物質流分析的基礎上，針對典型戰略性金屬鋰、鈷、銦、鈮、鍺等進一步開展消費特征分析，根據最新收集的數據，2021年我國鋰、鈷、銦、鈮、鍺這5種戰略金屬的消費及其產品報廢代謝的物質流分析圖（圖4）。

圖4 中國典型戰略性金屬物質流分析

Figure 4　Substance flow analysis for strategic metals in China

（a）鋰金屬（2021年數據，單位：萬噸），（b）鈷金屬（2016年數據，單位：萬噸），（c）銦金屬（2014年數據，單位：噸），（d）鈮金屬（2020年數據，單位：萬噸），（e）鍺金屬（2019年數據，單位：噸）；箭頭粗細代表數據的大小

(a) lithium in 2021 (104t), (b) cobalt in 2016 (104t), (c) indium in 2014 (t), (d) niobium in 2020 (104t), and (e) germanium in 2019 (t). The thickness of the arrow indicates the size of data.

鋰

1996年以來，我國一直是全球最大的鋰金屬消費國，占全球總消費量的25%。從消費部門來看，2015年以前，全球鋰金屬的主要消費領域為玻璃陶瓷領域、鋰基潤滑脂制備領域和原鋁冶煉等傳統工業部門；2015年以后，電動汽車產業的快速發展極大地促進了鋰金屬的消費需求，這使得鋰金屬在電池行業的消費量從2015年的1.3萬噸增長至2021年的6.2萬噸，消費量年均增長率高達30%。2021年，鋰金屬在電池部門的消費占比已經增長至71%，電動汽車動力電池的生產制造行業成為鋰金屬需求增長的主要驅動力。

2021年，我國鋰金屬的社會存量為19.5萬噸，達到全國天然鋰儲量的13%，2015—2021年的年均增長率為8%。2015年以前，我國鋰金屬的主要消費領域為陶瓷、玻璃和筆記本電腦等行業。由于陶瓷和玻璃使用壽命長達20年，因此雖然其在我國鋰社會存量的份額已經在2021年降至75%，但陶瓷和玻璃行業仍然是鋰金屬社會存量最大的消費行業。純電動汽車和儲能系統的鋰金屬社會存量增長最快，在2021年分別占總社會存量的17%和3%。2021年消費后進入廢物中的鋰為1.2萬噸，非鋰電池產品的廢物在2019年之前一直占據的鋰廢棄物的主要地位，但其比例從2015年的87%降到2021年的51%。自2020年以來，電動汽車的快速增長使鋰電池成為鋰廢物的最大來源，2021年產生的廢鋰電池占所有鋰廢物的35%。與鋰需求量的變化趨勢相似，鋰報廢量也將在未來幾十年內快速增長，預計在2030年、2050年、2080年分別達到11萬噸、40萬噸、115萬噸，其在未來將成為“城市礦產”并提供寶貴的再生資源。

鈷

2021年，全球鈷的總消費量達到17.5萬噸，電動汽車是鈷的主要消費領域，占比達34%，其次是筆記本電腦產品（12%）和手機產品（11%）。自2006年開始，鋰電池行業超過了高溫合金行業成為鈷消費的主要應用產業。分析鋰電池的細分應用可知，1995—2008年鈷主要用于手機制造領域，2009年鈷金屬在筆記本電腦上的使用量超過了其在手機上的使用量，2018年電動汽車成為鈷最主要的消費領域。與所有類型的最終產品相比，電動汽車是鈷消耗量增長最快的應用領域，2010—2021年的年均增長率為30%。從最終消費量和使用庫存量來看，1995—2021年這26年間，美國、歐盟和中國一直是鈷的主要消費地區，2021年中國和美國鈷金屬消費量分別占全球鈷消費量的35%和12%。

全球鈷的使用庫存量在2021年達到45萬噸，年均增長率為11%。1996年應用于高溫合金領域的鈷占社會庫存量的份額最大（26%），但在2015年，應用于筆記本電腦領域中的鈷占比最高（29%），2021年的鈷報廢產品流量中筆記本電腦領域的占比最大（19%），其次是高溫合金領域（16%）。1995—2021年，含鈷廢品回收總量與報廢產品量之比為0.14，且從鋰電池中回收的鈷金屬占回收廢料的比例最大（46%）。

銦

銦廣泛應用于電子和可再生能源等行業，主要用于生產氧化銦錫（ITO），2010—2020年全球精煉銦產量的73.0%用于生產ITO靶材，10.9%用于生產電子元件和半導體，12.7%用于生產焊料和合金，3.5%用于生產其他產品。在ITO制造過程中，只有30%的銦能夠成功沉積在襯底上，剩余的70%可以回收（回收效率>95%）。2010—2020年，有839噸、156噸、154噸、139噸和111噸銦分別流入液晶電視、筆記本電腦、移動電話、液晶顯示器（LCD）和平板電腦行業中。在電子元件和半導體行業，約434噸銦用于生產硒化銅銦鎵面板（CIGS），373噸銦用于生產發光二極管（LED）。

綜合來看，目前只有1%的含銦廢料得到了正規的回收利用，如此低的回收率主要是由于銦濃度相對較低，資源化技術缺乏且回收的激勵措施較少，尚未建立含銦報廢產品的回收體系。另外，2010—2020年，液晶電視、手機、筆記本電腦、LCD、平板電腦、LED和CIGS的銦損失量分別為201噸、94噸、68噸、53噸、43噸、50噸和0.1噸，電子廢物中的銦尚未回收利用，其銦金屬的損失量約1 773噸。

鈮

鈮金屬的主要產品是鈮鐵，全球約90%的鈮金屬以鈮鐵的狀態用于生產鋼鐵。除鋼鐵以外，鈮金屬還應用于許多前沿技術領域，如超導磁體和醫療等。其加工產品分為以下4種類型：2020年，標準級鈮鐵，占鈮總產量的90%；真空鈮合金（如鎳—鈮），占鈮總產量的3%；鈮金屬及其合金和化學品各自占鈮總產量的3%。這4種產品的市場份額占比分別為22%、24%、44%、10%，分別用于石氣管道、汽車、鋼結構、不銹鋼等領域中。真空鈮合金用于生產超級合金，鈮金屬及合金用于生產超導體。鈮化學品用于生產功能陶瓷和催化劑，其市場份額分別為60%和40%，這些產品隨后被用于重型基礎設施建設領域和工程領域。當產品結束服務后，絕大部分被填埋處置，僅3%的報廢產品被回收利用，且其主要來自超鈮合金的報廢產品。

鍺

鍺主要應用在紅外光學、光導纖維、催化劑、電子和太陽能等領域。2019年全球消費鍺136噸，其中29%用于制造光纖，其次是紅外領域（20%）、催化劑制造（17%）、電子和太陽能領域（16%），其他領域（如醫藥、熒光粉制備等）的占比為18%。光纖和紅外產品一直是鍺的主要消費領域。鍺金屬在太陽能的應用方向為空間太陽能，地面光伏也有所涉及，但由于成本居高不下，鍺在地面光伏的應用受到限制。我國是鍺金屬的凈出口國，2007年鍺凈出口量達37噸。但受國家相關政策調整影響，2007—2015年我國出口量逐年下降（從37噸減至6噸），2016年后出口量回升，并在2019年凈出口量達到17噸；我國主要出口鍺的中間產品，如高純度鍺錠、鍺單晶、紅外鍺透鏡等。鍺產品的報廢年限較高，如光纖產品和紅外產品都在10年以上，太陽能電池約25年；2019年鍺的社會利用存量達到450噸，年報廢量9噸。

典型戰略性金屬可持續供給路徑評估

當前，我國社會正處于深刻變革時期，戰略性金屬供應安全戰略必須與“共同、綜合、合作、可持續”的新安全觀和構建人類命運共同體的治國理政方針相結合，單一礦產資源的供給能力也會對其他礦產資源的供給狀況產生重要影響。因此，需要從全局出發，綜合考慮各種因素，尋求戰略性金屬供應安全問題的最優解決方案。

鋰。電動汽車產業已提升了鋰金屬的需求，鋰的總需求預計到2100年可達到131萬噸；但由于回收和循環利用能力的加強，凈需求量的增長趨勢將會在2100年前出現轉折點。盡管如此，回收不會在短期內扭轉這一趨勢，凈需求量將長期保持穩定增長。到2100年，鋰的全球累計總需求為5 260萬噸，回收在降低一次資源需求方面發揮了重要作用，其減少了2 650萬噸的需求。在保持現有技術組合的情況下，鋰的凈累計需求量為2 610萬噸。在鋰的經濟可采儲量保持在現有水平，且回收利用率達到100%的情景下，鋰的二次資源儲量將在2050年超過一次資源儲量成為全球鋰的主要供給來源。然而，受到電動汽車產量持續增長、動力電池報廢滯后、回收率低等的影響，中長期來看鋰金屬仍主要依賴一次資源供給。

鈷。與鋰相似，鈷金屬的增長需求將給可持續性供給帶來挑戰。在保持現有技術組合的情況下，鈷的總需求量到2100年可能達到100萬噸；金屬回收也不會在短期內扭轉這一趨勢，凈需求量將長期保持穩定增長，到2100年將達到26萬噸。需要說明的是，電池化學體系正處在快速發展變革之中，存在“無鈷”化學體系快速發展的可能性。在鎳鈷鋁三元鋰電池迅速發展的情況下，鈷的累積需求與儲量的比率將達到112%，這預示著資源可持續供應的前景嚴峻。

銦。盡管目前的銦產量滿足需求，但中長期的可用性存在嚴重挑戰。電子產品的生產和制造所需的銦預計2010—2050年的累積量達5 643噸，而2050年電子廢物中銦金屬累積量為4 068噸，2035年在理想化條件下達到平衡，所有銦金屬都可以回收。可再生能源行業方面，即使是最保守的方案，光伏組件對銦需求量也比其他所有電子產品需求量多。與其他含銦產品不同，光伏組件的壽命較長（約25年）。因此，未來含銦報廢產品將成為再生銦金屬的主要來源，產業界急需通過發展循環經濟回收含銦報廢產品。其中，LCD屏幕和光伏組件將推動未來的銦需求，也將產生最多的含銦報廢產品。

鈮。鈮金屬的需求將保持穩定增長，主要受3個因素驅動：①橋梁、建筑和大型建筑項目對結構鋼中的鈮金屬消費有較高需求；②鈮合金在汽車制造中的廣泛使用；③新技術和軍事應用領域的發展。當前，鈮市場的年增長率為2.5%—3.0%。據估計，如果鈮金屬的回收率為0，到2090年會損失約16.8萬噸含鈮廢料，當回收率超過90%時，則只有約1.6萬噸或更少的鈮損失。為提高鈮金屬的可持續利用率，政府應優化鈮金屬的消費方式，通過實施全行業循環經濟行動計劃，控制鈮金屬的流動。

鍺。紅外光學產業和光纖產業促進了鍺金屬的消費，同時帶來了供應風險。過去10年中，鍺的消費量增長迅猛，預計到2050年將達到150噸，而從2030年起我國可能出現鍺供應危機。即使鍺產量保持在每年100噸的現有水平，目前的儲備也僅能維持到2035年。同時，我國鍺報廢產品的回收產業鏈尚未成熟且規模較小。如果能實現鍺報廢產品的全部回收，預計2050年能回收1 000噸。盡管如此，末端回收無法解決鍺的短缺問題，政府企業必須從健全二次金屬回收產業鏈、尋找鍺的替代品、加大鍺勘測力度三方面齊頭并進，解決其可持續供給問題。

結論與建議

國內戰略性金屬供應仍依賴于一次資源的開采冶煉，而二次資源的循環利用有助于減輕對地下資源的開采，以及對國外進口的依賴度。因此，必須統籌布局一次資源和二次資源，盤活二次資源，形成具有可持續性的供給路徑。針對不同類型戰略性金屬，具體政策建議如下。

開源節流，有序有度開采利用一次金屬資源。考慮到鋰、銦、鈮3種礦產的供應風險和供給路徑，和我國短缺、對外依賴度較高的戰略性金屬（如鋰、鈷），在一次金屬短缺的背景下，需要繼續勘測探查新的礦藏，增加更多的探明金屬資源量，提高開采冶煉技術，減少金屬的損失；針對我國極度短缺的鈮金屬，一方面需要尋找國際進口來源，另一方面迫切需要通過產品技術革命，開發解放“卡金屬脖子”的新技術，降低我國短缺及對外依存度高的戰略性金屬的使用量，改變產業對金屬需求的格局；針對我國儲量豐富的鍺、銦等戰略性金屬，應建立保護政策，有序、有度開采利用。

建立二次資源的資源量、儲量精細分類分級體系，促進金屬高效利用制度及相關標準的制訂。建議由國家發展和改革委員會、生態環境部與自然資源部聯合牽頭，推進制訂分類分級標準，協調治理資源，精確核算我國各類二次金屬產量，明晰各類二次金屬的區域分布狀況，形成儲量及資源量的分類分級圖譜，由開發一次資源為主轉為協同開發一次和二次資源為核心，實現有序有度地使用各類資源，確保我國金屬供給安全。

全方位健全二次金屬的區域化收集體系，促進國內資源的高效內循環。針對我國短缺、對外依賴度高的鋰、鈷、銦、鈮戰略性金屬，未來我國二次資源可以逐步滿足產業發展的需求，應對二次金屬收集率低的問題，政府應繼續深化生產者延伸責任制度，并將其覆蓋全產業鏈體系；通過科學劃分利益相關者的責任，制定相關激勵性“以舊換新3.0”政策，在法律法規保障下充分收集各類廢棄物，確保二次金屬全部進入回收鏈條；升級二次金屬的資源化裝備技術，引導產業閉路循環的形成。

（作者：曾現來、李金惠、黃薇潤，清華大學環境學院；耿涌，上海交通大學環境科學與工程學院；郝瀚、孫鑫，清華大學車輛與運載學院；編審：楊柳春；《中國科學院院刊》供稿）