近10年以来，我国铅生产量和消费量大幅度上升，2010年的产量和消费量跟2000年的相比，分别增加了2.78倍和6.52倍，两者都约占世界的1/3^{[1, 2]}. 随着我国汽车、 电动自行车等铅酸电池需求产品产量的增长，我国铅酸电池产量也愈来愈高，到2010年，铅酸电池总产量已达到约14 470万kW ·h，超过世界总产量的1/4^[3]. 金属铅和铅产品需求量的迅速增加，使得涉铅企业数量也迅速增加，如2005年，我国有规模以上铅锌冶炼企业466家，而2006年就增加了55家^[4]. 可是，由于我国有些涉铅企业工艺设备落后，企业布点分散，地方保护以及人们环保意识淡薄，一些企业违规操作等铅金属使用不良现象^{[5, 6]}，导致我国一些地方铅污染比较严重，类似陕西凤翔县和湖南嘉禾县等儿童血铅超标以及中毒事件频发^{[7, 8]}. 因此，为了减少铅矿资源的大量消耗，减少铅污染，遏制铅污染事件频发，我国政府采取了一系列措施，包括颁布了一系列铅金属使用政策，推动铅行业清洁生产，关停大量中小企业，促进产业结构升级等^{[9, 10, 11]}. 这些措施涵盖管理、 技术、 政策、 产品替代等多个方面，从而从多个角度来引导我国铅金属的使用.

铅金属使用状况的变化和铅金属使用措施的执行将使我国铅流发生改变. 研究铅流的改变情况，能够检验铅流改善措施执行的有效性. 目前为止，已有学者对我国1999、 2000、 2004和2006年铅流现状进行了分析^{[12, 13, 14, 15]}，但尚未有研究者对我国铅流改变进行研究. 因此，亟需对近些年我国铅流改变进行研究，从而更好地指导我国铅金属的使用，以期为我国铅矿资源环境优化管理提供定量参考.

1 材料与方法 1.1 铅元素人为流动分析

Mao等^[16]在2008年运用“STAF”物流分析法构建了铅元素人为流动基本框架，并运用此框架分析了2000年包括我国在内的全球52个国家的铅流现状^[17]. 本研究仍采用该方法，所用铅元素人为流动基本框架如图 1所示.

图 1

Fig. 1

O：国内铅矿石消耗量； P：国内精铅消费量； EP：铅生产阶段环境释放量； EM：产品加工制造阶段环境释放量；EU：产品使用阶段环境释放量； EW：铅废物处理阶段环境释放量； ST：铅循环回收量； NP：精铅净出口量图 1 铅元素人为流动基本框架Fig. 1 Framework of anthropogenic lead cycle

铅元素人为流动主要由铅生产、 铅产品加工制造和使用、 铅废物处理等4个环节组成，分别代表 铅产品生命周期过程中所经历的4个阶段. 框架中流类型主要包括：铅矿石进入铅生产阶段的铅矿资源流； 前一阶段进入后一阶段的含铅物流； 由于产业代谢，耗散型铅产品使用等现象^{[16, 17]}，在生产、 加工、 使用和废弃处理过程中向环境释放的铅流； 由于资源、 产业布局方面的地域差异，研究区域和其它区域之间进行贸易活动的铅贸易净进/出口流. 在框架中，铅流在每个阶段遵循物质守恒原理，即物质的输入量等于输出量.

本文除特别说明外,所有数据均指含铅元素量.

为了解我国铅元素人为循环流动的改变，研究中采用对比法. 采用相同的铅流分析方法，并以已完成的中国2000年的铅流结果^{[15, 16, 17]}为基准，选择若干重要指标，对比2010年与2000年的铅流结果. 藉此，从对比分析中找到节省铅矿石资源，减少铅污染的途径.

考虑到本研究关注铅人为流动对外部资源环境的影响，因此选择与铅矿石资源消耗，铅环境释放和循环回收等方面相关的若干指标. 这些指标又进一步分为绝对指标和相对指标.

在铅元素人为流动过程中，国内铅矿石消耗量O能直接反映国内铅矿石资源消耗状况； 各个阶段的环境释放量E_P、 E_M、 E_U和E_W能直接反映铅各个阶段的环境释放状况，而4个阶释放量总和，即环境释放量(用字母E表示)，能直接反映铅环境释放总体状况^[16]. 因此，本研究将选取这些量作为本研究的绝对指标.

在反映天然资源利用方面,资源效率是衡量工业过程中资源利用效率的最重要指标^{[18, 19]}，因此，本研究采用铅资源效率来反映国内铅矿资源的消耗状况； 环境效率是衡量工业过程中环境释放物对环境影响程度的主要指标^{[12, 20]}，因此，本研究采用铅环境效率来反映铅的释放对环境的影响状况； 循环率是直接反映物质循环回收状况的最常用指标，因此，本研究采用铅循环率来反映我国铅资源回收利用状况. 采用字母r、 q和α分别代表铅资源效率，环境效率和循环率，三者的定义及计算公式如下.

铅资源效率r,指国内投入单位铅矿石所能产出的铅量^{[18, 19]}. 资源效率愈高，获得同等数量的铅所消耗的国内铅矿资源愈少^[20]. 其计算公式为：

因为生产出的铅主要用于铅消费和精铅净出口，所以本文中铅产量用铅消费量P和精铅净出口量N_P之和(即P+N_P)代替.

铅环境效率q,指整个铅产品生命周期中单位铅释放. 环境效率愈高，获得同等数量的精铅所释放的铅愈少，对环境的影响程度也愈小^[12]. 其计算公式为：

铅循环率α，指循环回收的铅与铅产量比值. 铅循环率愈高，铅循环回收的愈多，再生铅产量在铅产量中所占比重也愈大. 其计算公式为：

2010年我国精炼铅消费量、 矿山产铅量、 再生铅产量、 铅矿石进出口量，除铅酸电池之外的其它铅产品的进出口量，铅选矿实际回收率和铅冶炼总回收率均来自文献^[2]. 精炼铅消费结构由北京矿冶研究总院整理,来自文献^[21]. 产品加工制造阶段所使用的铅酸电池、 铅合金和铅材的加工系数,该阶段铅的排放率等的数据估算均参考相关生产企业环评报告； 其它铅产品加工系数采用文献^[16]的数据. 在铅酸电池进出口方面，铅酸电池主要以两种形式进出口：电池的形式和铅酸电池作为商品的部件形式^[16]，铅酸电池净进/出口是两种形式净进/出口的铅酸电池量之和. 估算以电池形式进/出口的铅酸电池量的相关数据来自文献^{[3, 22]}. 在我国，铅酸电池主要用于汽车和电动车领域，而在进出/口方面，电动车以电动自行车进出口为主^[3]； 因此，本研究在计算以部件形式进/出口的铅酸电池量时,直接以进/出口汽车和电动车的铅酸电池量近似代替. 而用于估算进/出口汽车铅酸电池量的数据来自文献^{[3, 23, 24]}，用于估算进/出口电动自行车铅酸电池的数据来自文献^{[3, 22, 24]}. 废铅回收率取值参考文献^[24]，铅酸电池回收率取值参考文献^[25]，其它铅产品回收率数据采用文献^[16]中的数据. 来自废铅酸电池的废杂铅的比例占废杂铅总量的比例来自文献^[26].

2 结果与讨论 2.1 2010年我国铅流分析结果

根据相关统计数据，参照文献^[16]中的铅流计算方法，分析了2010年我国铅流现状，结果如图 2所示.

图 2

Fig. 2

单位： kt图 2 中国2010年铅元素人为循环Fig. 2 Anthropogenic lead cycles of China in 2010

由图 2可知，2010年我国铅矿石消耗量为2 462 kt，铅环境释放量为1 763 kt，其中铅生产阶段为576 kt，铅产品加工制造阶段为57 kt，产品使用阶段为774 kt，铅废物处理阶段为356 kt. 根据公式(1)~(3)计算得,2010年我国铅资源效率为1.61 t ·t^-1，环境效率为2.24 t ·t^-1，循环率为36.01%. 这些结果表明，我国2010年铅矿资源的消耗和铅污染还很严重.

根据我国2000年铅元素人为流动图(图 3，本图引自文献^[15]，将图文改成中文形式，并对应图 2修改了箭头的粗细和虚实)，整理出2000年铅流的绝对指标，并计算了相对指标.

图 3

Fig. 3

修改自文献[15]，单位：kt图 3 中国2000年铅元素人为循环图Fig. 3 Anthropogenic lead cycles of China in 2000

将2000年和2010年的指标进行对比，结果见表 1.

表 1(Table 1)

表 1 2000和2010年我国铅流指标对比1)Table 1 Comparison of the indexes for lead flows in 2010 and 2000 指标类别 指标 2000年 2010年 变化倍数 绝对指标 国内铅矿石消耗量O/kt 825 2 462 2.97* 铅环境释放物量E/kt 493 1763 3.57* 铅生产阶段铅释放量EP/kt 233 576 2.47* 产品加工制造阶段铅释放量EM/kt 11 57 5.18* 产品使用阶段铅释放量EU/kt 119 774 6.50* 铅废品处理阶段铅释放量EW/kt 130 356 2.74* 相对指标 铅资源效率r/t·t-1 1.24 1.61 1.30* 环境效率q/t·t-1 2.08 2.24 1.07* 铅循环率α/% 6.44 36.01 29.57** 1)*为2010年指标值与2000年相应指标值的比值；**为2010年指标值减去2000年相应指标值的差值

表 1 2000和2010年我国铅流指标对比1)Table 1 Comparison of the indexes for lead flows in 2010 and 2000

2.2.2 分析

从表 1可以看出，与2000年相比，2010年我国铅矿石消耗量提高了1.97倍，铅环境释放物量提高了2.57倍，而且各个阶段的释放量均大于2000年的，表明我国铅矿资源的消耗量和污染物排放量呈增大趋势，我国铅资源环境状况并未改善. 从表面上看，造成我国铅矿石消耗量增大的主要原因是我国铅需求量逐年增大^[24]； 造成我国铅环境释放量增大的主要原因：在铅生产、 铅产品加工制造等各个阶段，我国目前所采取的有关铅流改善的管理、 技术、 政策等措施还不够先进、 健全、 完善^{[5, 9, 27]}. 因此，我国还需进一步采取一些措施来改善我国铅流，一方面，限制汽车等铅终端产品产量的增长，采用其它品种电池来替代铅酸电池的使用，适当减少铅产品的出口等，从而减少铅消费,最终减少铅需求量； 另一方面，继续加强相关部门的监督管理力度，加强铅行业技术革新，完善政策等，从而优化铅资源环境现状.

表 1也显示，2010年我国铅资源效率是2000年的1.3倍，环境效率是2000年的1.07倍，表明近年来我国在节约铅矿资源，减少铅污染方面措施执行后有一定成效； 2010年我国铅循环率比2000年升高了29.57%，表明近年来我国在资源回收利用，以及限制铅出口方面的措施执行结果比较有效^[24].

3 结论

(1)2010年我国消耗了2 462 kt铅矿石,同时释放了1 763 kt铅. 铅资源效率为1.61 t ·t^-1，环境效率为2.24 t ·t^-1，循环率为36.01%. 高消耗量和释放量，低效率和循环率，表明我国铅工业对矿石资源的依赖度还很高，铅污染还很严重.

(2)与2000年相比，2010年我国铅资源效率提高到2000年的1.3倍，环境效率提高到2000年1.07倍，循环率升高了29.57%. 这说明近年来我国铅流改善措施执行后有一定成效.

(3)与2000年相比，2010年我国铅矿石消耗量提高了1.97倍，铅环境释放量提高了2.57倍. 这表明我国铅矿石资源消耗和铅污染仍在加重，铅资源环境状况改善任重道远.