基于系统动力学模型的我国锡矿资源保障度研究

冯迪彬，闫晶晶，沙景华，周 平，何更宇，李彦昌

(1.中国地质大学(北京)人文经管学院，北京 100083；2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

矿业综述

基于系统动力学模型的我国锡矿资源保障度研究

冯迪彬1，闫晶晶1，沙景华1，周 平2，何更宇1，李彦昌1

(1.中国地质大学(北京)人文经管学院，北京100083；2.中国地质调查局发展研究中心，北京100037)

锡是中国优势矿产之一，在1991年被列入保护性开采特定矿种。由于近年来开采过度、资源回收利用率低、找矿难度大等因素，导致中国锡矿资源未来可持续开采和消费保障度快速下降，按现行的矿种规划与管理无法适应锡矿长期开采、回收与进出口的战略布局。本文根据2004～2014年锡矿历史数据，以缩小供需差为目标，通过分析产量、需求量、进口量、储量与资源保障度的关系提出5种政策方案，运用系统动力学模型预测5种方案下锡矿2015～2025年的资源保障度变化情况。结果显示到2025年产量维持在9.2万t左右、回收利用率达到30%可以使锡矿开采和消费保障度分别提高52.6%和56.3%，加强资源后备储量能大幅提升锡矿未来保障度，控制生产、提高回收利用率将有利于优化中国锡矿供给结构，降低供应风险。根据模型结果提出要合理制定生产指令性计划严控产量，加强回收利用制度建立，加大国内勘查力度、实施缅甸佤邦一带投资并购等政策建议。

锡矿；资源保障度；政策模拟；系统动力学

0 引 言

钨、锡、锑和离子型稀土是中国资源丰度和开发利用配套条件处于有利地位的矿产[1]，1991年共同被列入保护性开采特定矿种。由于过度开采保护性矿种会导致其优势地位下降、丧失国际话语权，2009年国土资源部颁布《保护性开采的特定矿种勘查开采管理暂行办法》提出要对其进行“统一规划、总量控制、合理开发、综合利用”。但从2009年起依据该办法制定的指令性生产计划基本保持不变且监督实施力度不足，不能适应矿种长期发展。本文以锡矿为例，研究不同政策条件对保护性开采矿种可持续开采与消费保障度的影响，对到2025年制定生产指令性计划、提高资源回收利用率和后备储量提出建议。

中国锡矿资源储量与产量均居世界第一，分布主要集中在云南、广西、湖南、内蒙古和广东等地[2]。中国是锡矿净进口国，根据世界金属统计年报[3]和美国地质调查局[4]数据显示,2004～2008年中国锡精矿每年开采在12万～14万t左右，国内生产基本可以满足本国消费。2009年以后每年产量9万～10万t且有逐年上升的趋势，因电子信息行业的快速增长锡精矿消费量从2009年的9.87万t升至2014年的12.69万t，对外依存度也从2009年以前每年平均不到1%急剧上升至2014年的22%，且90%以上的进口锡矿来自于缅甸，进口集中度大、资源进口风险高。锡主要用于制作锡焊料、锡化工品、镀锡板、铅酸蓄电池等[5]。全球再生锡生产工艺水平较高的国家有美国、英国、日本等国，其再生锡的产量可占本国消费量的20%～60%[6]，而中国再生锡占锡产量平均不足1%与发达国家差距较大[7]。根据中国锡矿资源特点，构建系统动力学模型预测锡矿资源保障度并提出改进意见，对加强资源利用、实施保护性开采矿种战略布局有着重要意义。同时，也对研究其他优势矿种的生产计划、进出口策略和回收政策提供借鉴和依据。

1 研究现状与研究内容

矿产资源的可持续开发利用被越来越多的学者所关注。Henckens等[8]提出矿物资源的耗竭意味着目前我们所知的矿床资源被大量提取、我们后代使用资源的成本将大大提升，资源开采及使用的延续性无法得以保障。万昌林[9]提出资源是经济发展的重要影响因素，矿产资源的稀缺性要求改变过去依赖大量消耗资源的经济增长模式，政府要采取调控政策减少矿产资源在使用过程中的效用损失、促进资源循环利用。Caron等[10]研究发现要提高矿产资源的保障度需要政府的监管，需从开采生产、流通加工、最终需求等各个环节进行规范。

锡属于稀有金属且是我国的“战略性新兴矿产”[11]，近年来国内外研究锡矿资源的学者主要从锡的属性、锡矿资源产业结构、锡矿资源现状与未来发展等方面进行了深入的研究。Harper等[12]指出锡是具有良好替代性的稀缺金属在很多新兴领域有着广阔的发展潜力，随着新兴工业的发展锡的需求量将持续增长、供应风险逐渐加大，企业和政府应重点关注其工业循环的生命周期并提高锡资源的利用率。韦栋梁等[13]研究了锡矿开采和加工情况，指出我国锡矿资源开采利用率低、深加工发展缓慢产业结构急需调整。邢万里等[14]分析了锡资源历年的开采及消费情况，指出我国锡资源快速消耗、优势地位丧失，提出要重视锡资源的安全保障程度。张福良等[15]通过对国内外锡矿的分布、生产和消费研究，提出过度开采锡矿将导致后续资源接替情况恶化。孙虎等[16]基于我国锡矿开发利用现状，提出锡矿资源可持续发展需要增加后备储量，建立循环产业模式。综上，研究锡矿未来保障度的影响因素能够合理规避市场风险、提高国际竞争力，同时有利于国家制定保护性矿种的指令性生产计划、促进各行业建立回收利用制度等。目前矿产资源保障度的定量研究方法主要包括指标体系评定法、资源可耗竭最优化方法和情景分析法等，其中指标体系评定法较为通用[17]。智颖飙等[18]通过研究矿产资源供求态势及静态储采比两大指标特征，提出建立资源保护、消费、回收和管理战略，从而形成完整的自然资源保障体系。Kampeng等[19]通过选取能源的可再生与不可再生量、进口量和出口量、消费量等指标评价了17个国家的资源保障力。马争艳等[20]通过预测矿产资源未来需求量并选取查明储量和累积消耗矿产量来评价湖北省未来主要资源的保障程度。

综合以上文献分析结合锡矿资源特点，本文选取锡矿的消费量、回收量、进口量、生产量、储量和供需差6个指标在不同的政策方案下进行模拟预测，计算并评价2015～2025年锡矿资源开采保障度Y和消费保障度T的变化趋势。

开采的保障度Y，反映一定时期内某矿种的储量按当年开采速度所能保障的程度，见式(1)。

式中：Yi为按第i年产量计算可保障年限；Ri为第i年储量；Pi为第i年开采量。

消费的保障度T，反映一定时期内某矿种的储量按当年消费速度可供保障的程度。本文考虑了技术和政策实施产生的资源回收再利用的因素，将第j年消费量中的一部分由当年回收量进行补充，假定当年净消费量为矿石资源实际需求量，见式(2)。

式中：Tj为按第j年需求量计算可保证年限；Rj为第j年储量；Dj为第j年需求量；Cj为第j年消费量；rj为第j年回收量。

2 研究方法与模型构建

2.1 研究方法

本文选用了SD(System Dynamic)系统动力学模型进行原始数据仿真并预测未来趋势，研究不同政策方案下锡矿石未来保障程度的变化。系统动力学最早于1956年由美国麻省理工大学福瑞斯特教授所创建，通过构建系统与反馈回路表示出整个系统的因果关系和流量关系，模拟研究了不同政策条件下输出结果的变动情况[21]。国内外学者均使用SD模型进行矿产供给需求的预测，张惠丽等[22]构建系统动力学模型预测了中国铁矿石的需求量。周平[23]运用SD模型分析了新常态下我国铜资源的供需前景。Harald等[24]用SD模型预测了铂的未来供给、价格和储量。通过借鉴前人的研究经验，本文分析了锡矿石在不同工业部门之间的消费占比、生产与储量变化量、对外依存度和回收利用率变化等因素，运用2004～2014年历史数据，使用Vensim PLE软件建立系统动力学的模拟仿真模型，模拟预测2015～2025年锡矿开采、消费量、供需差额和保障度变化，制定模拟政策方案对影响锡矿资源的保障程度的因素进行分析并提出政策建议。

2.2 参数设定

本文在计算需求量时假定短时期内工业增加值和各分行业增加值占比不变，均以2014年占比进行计算。通过分析锡资源在工业系统中的运用，选取了覆盖锡使用的四个行业：电子设备制造业、化学原料及化学制品制造业、有色金属冶炼压延加工业和电器机械和器材制造业。由于锡在各行业的使用情况受到技术更新和资源替代的影响，本文根据历史估算了2015～2025年各行业的亿元矿石资源消耗量，并根据供需差额和锡矿石经济贡献度计算出对经济增速影响度。根据本文研究，供需差越接近零值表示市场供求能达到平衡最优，所以目标定为缩小供需差(其绝对值到2025年控制在0.1万t以内)。

锡矿每年的总开采量受到国家的调控，2009年以后产量变化率趋于平稳，本文选用了2009～2014年产量变化率的平均值作为未来的变动参数。锡矿石的储量变化率与产量变化、勘探投入、技术水平有关根据历年历史数据平均得出，具体数值见表1。

表1 参数赋值表

2.3 模型构建

通过对变量的选取及参数的分析，基于2004～2014年历史数据，使用Vensim PLE软件构建了锡矿石保障程度评价SD模型系统(图1)。

图1 锡矿石保障程度评价SD模型系统

3 模型检验

各变量的初始值与变化率是根据有色金属统计年鉴、美国地质调查局、中国工业统计年鉴和未公布的内部资料进行整理计算得出。使用2015年仿真值与实际结果进行误差检验(表2)。检验结果表明，所选各项指标的模拟值和实际值之间的误差均在5%以内，符合一致性要求[25]，可以将模型运用于现实的系统仿真模拟。

4 方案设计及结果分析

4.1 方案设计

4.1.1 经济发展水平设定

中国进入经济发展新常态，黄季焜等[26]预测中国经济增长速度2016～2020年6.3%左右。李京文等[27]认为我国2011～2020年经济增长速度为6.4%，2021～2030年为5.4%。基于前人研究，结合中国实际经济增长情况设定三种增长情景：低速为5%，中速为6%，高速为7%，通过三种不同GDP增速情景计算出到2025年锡矿石消费量分别为16.1万t、17.7万t和19.4万t。

4.1.2 政策方案设计

本文选取中速发展情景进行方案设计，拟定了5种政策方案，各方案SD模型赋值如表3所示。其中，方案1在现有政策的基础上加大进口量来弥补供需差额；方案2在现有基础上主要通过回收政策的建立和回收技术的改进，逐步增加矿产资源回收率达到供需平衡；方案3在方案2的基础上进一步增加了矿产资源回收率，同时在供需差的约束条件下模拟计算出产量变化范围；方案4将矿产资源回收率逐步提高到30%， 此时能够接近发达国家现有的回收率水平(2014年美国的回收利用率为35%)，在这个政策方案下计算出产量变化率；方案5在方案4的基础上，增加勘查投入力度，提高采矿技术水平，将储量变化率维持在一个较高水平，此方案建立了高效回收利用、降低产能、增加勘察力度与提高资源可转化技术水平的综合保障制度。

表2 2015年实际值与模拟值误差检验表

表3 政策方案设计表

注：*指标为从2015年逐渐上升，截至2025年的数值，其他为2015～2025年的每年赋值。

4.2 结果分析

4.2.1 开采保障度变化分析

根据模型运行结果，到2025年方案1、方案3、方案4对应锡矿石的产量分别为12.04万t，10.61万t和9.23万t。在储量相同的条件下，到2025年储量保障年限分别为1.8 a、2.7 a和3.8 a。由于锡矿是保护性开采矿种，每年的产量受国家指令性生产计划的约束，在采取政策方案4的条件下与方案1相比产量降低23.3%，生产保障程度相应可以提高52.63%(图2)。

图2 开采保障度预测图

2004～2009年我国锡矿生产量均保持在13万t左右，2009年以后锡矿年产量下降到9万t左右，之后有逐年上升的趋势。若到2025年仍能将产量控制在9.2万t左右，剩余所需消费量依靠进口或回收弥补，能有效提高资源对开采的保障程度。同时，若年均新增储量能保持在一个较高水平，那么对于资源开采保障度将会大幅提升，保障年限将会从3.8 a升高至7.9 a。要保障未来可持续开采要严控国家指令性生产计划的实施且通过加大找矿力度、整合国内外资源提高锡矿储量。

4.2.2 消费保障度变化分析

由于锡矿是战略新兴矿产之一，短期内工业使用量将逐步增加，在储量一定的条件下根据我国目前的锡矿资源回收效率，到2025年锡矿资源的消费保障程度仅为1.24 a。当资源回收率逐步提高，回收利用的资源量可以弥补锡矿资源一定的工业消费量，当回收率分别上升至10%、20%和30%(对应方案2、方案3和方案4)，到2025年锡矿资源的最终需求量分别从17.5万t下降为15.9万t、14.2万t和12.4万t，与方案1相比对于消费的保障分别提高了8.8%、38%和56.3%(图3)。

图3 消费保障度预测图

提高资源回收率能够有效地降低锡矿的最终需求量，二次回收为实施战略新兴产业奠定资源基础，可以满足发展需求使我国保护性开采矿种管理条例能有效落实。根据模型结果，提高锡矿的储量能大幅提升资源对消费的保障程度，使得在发展新兴产业时有强力的后备资源支持，结果显示，当2025年储量达到72.7万t，相较于自然发展的35.2万t消费的保障年限提升51.6%(对应方案4和方案5)，对于锡矿而言增加资源储量能够有效的提升资源的保障度。

4.2.3 供应结构分析

根据方案1结果计算，当资源回收率维持现有水平不变时，到2025年国内产量约占消费总量的67.5%，其余消费需求基本都依靠进口来满足。由于我国90%以上的进口锡矿都来自于缅甸，进口来源国集中、风险大，整体来说锡矿资源的供给较为单一。根据对消费的保障程度预测，这种发展模式加大了锡矿资源的供应风险且不利于我国锡矿资源可持续开采与消费，见图4(a)。

当我国通过制定回收利用政策、提高现有回收利用水平，使回收利用率达到30%。根据方案4的计算结果，到2025年国内产量占比可下降至52.3%，进口量占比也可以减少到17.5%左右，见图4(b)。此方案能有效的控制资源开发速度，实现锡矿资源良性循环利用、保证供给渠道多样化、降低锡矿的供应风险，同时也有利于提升锡矿资源保障度。

图4 供给结构变化示意图

4.2.4 政策制度建立分析

为了满足未来发展的需求，我国锡矿主要供给来源为国内生产、国外进口和资源循环再利用。方案1在原方案基础上扩大了资源进口量，由于我国锡矿资源进口来源国高度集中，以资源进口作为弥补供需差额的方式，加大了资源供给风险且不利于优势矿种地位的显现。根据模型结果，仅依靠进口来满足未来锡矿消费无法提高资源对生产和消费的保障程度，资源可持续开发利用效果不显著。在控制对外依存度的情况下，方案2、方案3和方案4通过提高资源回收率、降低生产量来满足供应需求。结果显示到2025年如果我国锡矿回收率能达到30%，开采和消费的保障度都能提高近50%，但由于受到政策和技术制约即使不能达到30%，提高资源回收率且合理制定生产计划都将大幅提高资源保障程度，所以资源回收率的提高是锡矿能否可持续利用的关键因素。方案5是在综合最优的情况下提出的，其对资源保障度的影响结果远高于其他几个方案，所以锡矿资源储量的提升对于提高资源保障度至关重要。但由于近年来矿业发展不景气，我国贫矿多、富矿少，找矿难度大等因素限制短时间内找到接替性矿脉几率较小，较好的方法是进行境外资源的投资并购，增加我国后备锡矿资源储量。

5 结 论

1) 合理制定生产指令性计划严控产量，促进产业升级、优化产业结构。锡矿作为我国优势矿种，不能无节制的开采。作为少数有话语权的矿种，我国在锡矿开采、生产过程中更需要注重合理规划，通过科学生产来提高尾矿的回采率，降低废弃比率。在方案三中，到2025年如果实际产量保持在9.2万t左右，相比于按目前政策增长的12万t能大幅提高锡矿资源开采的保障年限。但在控制产量的过程中，要制定相应的政策鼓励企业从简单的生产加工过渡到深化加工，延长产业链、消化过剩产能使我国从锡矿生产大国转变为锡矿资源强国。

2) 加强回收利用制度建立，提高回收技术利用水平。美国作为世界第二大锡资源消费国主要通过锡资源进口和回收利用满足国内消费需求[14]，相比而言锡矿作为我国优势矿种更应提高回收利用水平，从而提高未来锡矿资源开采和消费的保障程度。在我国提高资源的回收利用率一方面受到技术条件的制约，另一方面受到制度条件的制约。废料资源如何回收一直是再生利用的难题，发达国家在生产及回收的多个环节均有健全的环保制度，使得资源的二次利用得以有效的进行。在2015年之前我国仅有一部《再生资源管理回收办法》而且其内容规定较为粗放、责任义务不明确且部分条款已不适应行业发展，使得资源回收监管无力、责任不明，因此要加强资源回收法律体系建设。此外，根据本文研究锡资源的重点消费领域在电子信息制造、食品制造和电器制造行业，这些行业进行资源回收可以利用“互联网+”实行线上统筹、线下流通的方式，将废弃资源集中到国家建立的回收示范城市进行回收精炼，将含锡部分原件统一运往锡回收加工企业进行集中化处理。根据研究结果，如果到2025年能将锡资源回收率提高到30%，将有利于降低需求、控制产量，可以使锡矿资源保障年限延长50%。同时，通过回收利用水平的提升扩宽供给来源渠道，可以有效的优化我国锡矿供给结构，保障国内供给安全。

3) 加大国内勘查力度，同时实施海外投资并购。根据本文研究结果，储量的增长可以大幅提升锡矿资源的开采和消费保障程度，因此提高资源储量对于锡矿资源可持续开采与消费至关重要。首先，要加强境内资源勘查力度，对于重点区域要加强资金、技术和人才投入，对于云南、广西、湖南和内蒙等重点区域进行拓展勘查，寻找接替性矿脉提高国内资源储量。同时，要做好境外的资源投资与并购，自2009年起缅甸成为我国锡矿的主要进口来源国，由于缅甸佤邦地区发现重要锡矿带，使得缅甸锡行业迅速崛起，成为影响全球锡业格局的重要因素。佤邦作为缅甸重点锡矿产地与云南省西蒙县相接壤，可以作为我国重点锡矿资源投资并购区域。由于缅甸佤邦大部分矿企都是政府或军队开办的，所以我国锡矿企业进行境外矿产投资与并购需要中国政府给予一定的支持，如制定相应的法律保障我国矿企在境外的财产和人员安全，必要时候能够帮助我国企业进行政策对接等。同时，政府和企业也要加强我国地勘工作人才培养，特别是国际矿业并购人才的培养，让我国锡矿企业“走出去”，实现境外资源的反哺。

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ResearchofChinesetinorecarryingcapacitybasedonsystemdynamicmodel

FENG Dibin1,YAN Jingjing1,SHA Jinghua1,ZHOU Ping2,HE Gengyu1,LI Yanchang1

(1.School of Humanities and Economic Management,China University of Geosciences (Beijing),Beijing 100083,China；2.Development and Research Center,China Geological Survey,Beijing 100037,China)

Tin ore is one of preponderant minerals in China,and it was involved into protective mining minerals in 1991.However,in recent years,there are several phenomena which have bad impact on tin ore carrying capacity such as over-exploitation，low rate of regeneration and difficulty in prospecting etc.The current management policy cannot adjust to tin ore development strategy in a long term.In order to minimize the gap of supply and demand,this paper proposes five policy options by analyzing relationships among production,demand,import volume,reserve and carrying capacity from history data since 2004 to 2014,using system dynamic model to forecast tin ore carrying capacity in the next decade.The results show that:if the production can keep nearly 9.2 million tons and the rate of regeneration can reach to 30%,the tin ore carrying capacity of production and demand can improve 52.6% and 56.3% respectively,enhance the reserve of resources can greatly enhance the future carrying capacity.Control production reasonably and enhance the rate of regeneration are benefit to optimize China’s tin ore supply structure.According to the options’ results,it is suggested that government should make mandatory production plan in accordance with dynamic development trend,strengthen the establishment of recycling policy and application system,and make efforts to explore domestic tin ore reserves as well as implementation of overseas investment mergers and acquisitions.

tin ore;carrying capacity;policy options;system dynamic

F407.1

A

1004-4051(2017)10-0001-06

2017-04-25责任编辑宋菲

中国地质调查局地质调查项目“地质调查发展路线图与管理政策研究”资助(编号：DD20160087)

冯迪彬(1991-)，女，云南昆明人，硕士研究生，主要从事矿产资源经济、资源环境经济方面研究，E-mail：fengdibin@163.com。

闫晶晶(1982-)，女，汉族，副教授，硕士生导师，主要从事资源环境经济方面的研究工作，E-mail：yanjingjing312@hotmail.com。