城市矿山：从城市废品中获取资源，解决全球性问题的重要技术

城市矿山：从城市废品中获取资源，解决全球性问题的重要技术

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摘要：城市采矿是指从废旧家电、手机、个人电脑等产品中回收并再利用金属材料，从城市垃圾中获取资源，被定位为解决资源循环利用、碳中和等全球问题的重要技术之一。

关键词：城市矿山、稀有金属、金属回收、城市垃圾、水平回收、梯级回收

引言——什么是“金属矿”

随着环境和能源成为全球性问题，资源回收利用成为非常重要的课题。实现资源回收利用的思路之一就是“城市采矿”。城市采矿是指从废弃的家电、手机、个人电脑等产品中回收并再利用金属材料。之所以被比作采矿，是因为它是从城市垃圾中获取资源。城市采矿的思路由来已久，但现在随着资源回收利用势头渐起，人们正从更全面的角度推动新的举措。

资源循环包含供应链的巧妙性以及多种技术的组合。“城市矿山”也正在通过多种技术的组合而得到推进。根据金属的特性，回收方法也有所不同，需要多种技术，例如废料的拆解和分选、有用金属的回收、同质金属的堆积、精炼和加工等。IKOS正在包括城市矿山在内的资源循环领域进行相关研究和开发。

目录

•城市矿山的必要性

• 金属资源概念的变化

• 不同金属的回收方法及价值

• “水平回收”和“级联回收”

• 实现资源循环利用的措施

1 城市矿山的必要性

自 1990 年代左右以来，“生态”、“城市采矿”等词汇开始流行，代表环保。“城市采矿”自 1980 年代开始被提倡，即从城市垃圾中回收金属资源，再利用制造这些产品。如今，它被定位为解决资源循环利用和碳中和等全球问题的一组技术之一。

日本大部分资源依赖进口，近年来受冲突、灾害、传染病等影响，生产和物流延误增加。可以说，未来各种物质资源不仅从环境角度，而且从经济角度都必须循环利用。

2. 金属资源概念的变化

“城市矿山”一词在日本引起广泛关注，源于2010年中国因钓鱼岛问题而暂停稀土出口*¹。这给日本产业带来巨大影响，精密设备等高科技产品不可或缺的材料保障成为讨论焦点。

日本的金属资源，包括稀有金属*2，大部分都是进口的，通过制造和出口使用这些资源的高科技产品，在世界市场上获利。这次事件动摇了这一前提，因此日本开始注重废料的回收利用，但由于随后稀有金属价格暴跌等因素，这一趋势并未持续多久。然而，金属资源是有限的，未来的供应不稳定是不可避免的。除了已经回收的贵金属（金、银、铂、钯等）和贱金属（铁、铝、铜等）外，还需要建立一种能够经济、稳定地回收稀有金属和废料以供再利用的体系和技术。

3 不同金属的回收方法及价值

关于金属资源，制定多种资源回收利用和一定量储备的战略很重要。因为我们永远不知道某种资源何时会短缺，所以能够应对国际形势并平衡市场价格很重要。但是，不同的金属有不同的回收和再利用方法，金属的重要性随着时代而变化。例如，钴一直用于锂离子电池。但是，最近在中国，电动汽车的电池正在转换为基于磷酸铁的锂离子电池，使用钴的锂离子电池中钴的比例正在减少，资源回收所需的作用正在逐渐发生变化。

至于铝，优质铝被回收制成窗框等，而劣质铝则被压铸成汽车发动机的材料。然而，有人担心电动汽车的普及会导致发动机产量下降和回收铝的短缺。

此外，个人电脑电路板上安装的电容器也使用钽。目前，钽正在被其他电容器取代，印刷电路板中只能回收少量的钽。因此，从报废电脑中回收钽的积极性将降低，钽等稀有金属将继续用作道路和混凝土的基础材料。

过去，主流是只回收特定产品中的特定金属，但随着所用金属的变化，回收方式也需要改变。此外，为了应对不可预测的供应不稳定，稳定地循环多种金属和材料的战略非常重要。

4.“水平回收”与“梯级回收”

这里要特别提到“水平回收”和“级联回收”这两个概念。“级联回收”是指将价值低于原产品的产品进行回收。例如，压铸件中使用的铝和道路基层材料中使用的钽就是级联回收的例子。虽然有些可以多次回收，但它们基本上是用于其他目的并“被社会吸收”，因此不会成为废物。另一方面，“水平回收”是指将它们回收成与已使用过的原始产品等同的产品。如果能够做到这一点，“资源循环”就可以多次使用。可以说，金属的水平回收是利用收集系统和技术创造与天然矿山等同的资源。

回收层级图（产业研究院倡导的概念）

与塑料的价值在于其脆弱的“分子结构”不同，金属的价值在于其坚不可摧的“元素本身”，因此横向回收是理想的选择。但目前，横向回收仅限于铜和一些贵金属。这是因为即使在回收时金属浓度相对较低的情况下，冶炼也可以获利。如果在回收厂将金浓缩至 10ppm，将铜浓缩至百分之几，将钽浓缩至 20% 至 30%，那么就可以在冶炼厂制造出用于横向回收的剩余金属。

其他很多金属如果无法达到较高的浓度就无法进行水平回收，很多都是采用级联回收。级联回收也有阶段，而高价的钽作为路基材料虽然有助于减少废弃物（填埋处理量），但不能说是有效的回收。

因此，为了战略性地扩大金属的水平回收，IKI正在对所谓的“战略城市矿山”进行研究。

5 实现资源循环利用的措施

2013年，产业研究院成立城市矿产战略研究基地SURE（城市基地），汇集跨部门资源回收相关研究人员，致力于改进回收技术、金属回收冶炼技术、促进资源回收利用的产品设计、废弃物量预测技术。

资源回收需要企业间的合作，因此2014年成立了SURE联盟，成员包括民间企业、行业团体、地方政府及政府机构，旨在提高金属资源的回收率、拓展城市矿产市场、实现日本回收设备产业及回收工厂的国产化。

分离技术开发中心 (SURE) 于 2018 年成立，是 SURE 的举措之一。它是国家项目的研发基地，目前正在开发世界上第一个自动/自主回收工厂的设备。除了与参与公司一起独立开发单个设备外，还在开发集成整个系统的无人分拣系统。目标是以比传统手工劳动快 10 倍的速度拆卸和分拣废品，并以 80% 或更高的分拣效率对旧零件进行分拣。

工厂内部

目前，这里正在开发一套系统，可以识别和拆解 2000 多种型号的智能手机、数码相机、摄像机、平板电脑等，安全取出电池，并从电路板中提取稀有金属。计划于 2023 年建成一座示范工厂。

为了实现资源循环利用，还需要打造循环利用设备市场。由于日本的资源循环利用企业大多为中小企业，设备投资有限。因此，不仅要拓宽对设备的了解，更要拓宽对设备结构和原理的理解。

此外，在优先推进日本国内资源回收的同时，未来也应考虑日本回收设备的全球化发展，如果能将回收设备出口到亚洲各国就更好了。重要的是要证明，通过引进先进的回收技术，如果当地可用的优质回收资源增加，那么日本当地的工厂就可以利用这些资源，这对进口国也是有利的。

不能只照搬欧洲的技术，而要创造扎根于日本产业的资源循环技术和机制，这是当务之急。为了构建未来的资源循环型社会，需要更广泛地描绘日本产业和社会的未来，以及为此需要什么样的技术。

*¹稀土：钪、钇等 17 种镧系元素的总称。其中许多元素是工业产品所必需的，例如用于制造永磁体的钕。尤其是镝和铽等元素，被称为重稀土元素，极其稀有。

*²稀有金属：镍、钴、铂、稀土等流通量较低的金属的总称。以前选定了47种元素（1种稀土元素为17种矿物，共31种矿物），现在已扩展到55种元素。稀土是世界通用的学术术语，而稀有金属是日本独有的分类。作为政策术语，名称和类型因国家而异。

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