揭示2000年至2023年中国人为铅循环的动态过程：一项物质流动分析研究

《Resources, Conservation and Recycling》：Uncovering the anthropogenic lead cycle in China from 2000 to 2023: a dynamic material flow analysis

铅广泛应用于铅酸蓄电池、板材、管道、合金制品及化工领域。本研究通过动态、贸易整合的物质流分析方法，揭示中国2000-2023年铅代谢特征：铅需求激增8倍，主要受铅酸蓄电池（LABs）生产驱动，进口依赖度达30%，但再生铅回收率仅40%-60%。2023年铅在用库存达14012千吨，再生潜力显著。需多元化资源供应，强化经济激励，提升再生铅比例。

　　

董秋霞|耿勇|高子彦|高珍|张伟琦

上海交通大学环境科学与工程学院，上海200240，中国

摘要

铅被广泛用于制造铅酸电池、板材和管道、合金制品以及化学品。作为世界上最大的铅生产和消费国，中国主要依赖初级铅资源，但回收率较低。本研究旨在通过采用动态的、整合贸易数据的铅物质流分析方法，探讨2000-2023年间中国的铅资源代谢特征。采用自下而上的方法进行在用库存核算，同时利用蒙特卡洛模拟进行不确定性分析。结果显示，由于铅酸电池生产的快速增长，铅需求增加了八倍。中国依赖进口铅精矿来满足国内需求，净进口依赖率为30%。2023年，铅的报废量和累计在用库存分别达到4,848千吨和14,012千吨，表明存在巨大的二次资源潜力。然而，由于回收效率低下，报废铅的回收率在40%至60%之间波动。这些发现表明，中国应通过多样化资源供应、实施经济手段并鼓励铅回收来改善铅资源管理。

引言

铅（Pb）是最重要的重金属元素之一，原子序数为82。地壳中铅的平均浓度为0.13%。铅通常与其他基础金属（如锌、银和铜）一起存在于矿床中，并与这些金属一同被开采。主要的铅矿石是方铅矿（PbS），其他含铅矿物包括白铅矿（PbCO₃）和anglesite（PbSO₄）（美国地质调查局，2023年；Kamila Bicanová，2015年）。由于其耐腐蚀、抗辐射、密度高、延展性好、非常柔软且可塑性强等优异特性，铅被广泛应用于各种行业，如铅酸电池、板材和管道、合金制品以及化学品（Mao等人，2008a）。铅酸电池是铅的主要应用领域，用于车辆、备用应急系统、通信设备和叉车，占总铅消费量的80%以上（Kropschot和Doebrich，2011年；Prengaman，2000年；国际电池委员会，2015年）。全球铅资源丰富的国家包括澳大利亚、中国、秘鲁、墨西哥、美国和俄罗斯（支持信息中的表S1-2）。全球铅储量估计为90,000千吨。澳大利亚和中国的铅储量分别占全球总量的41%和20%。中国是最大的铅供应国，占全球铅矿产量的47%（美国地质调查局，2021年）。中国的铅资源主要分布在内蒙古、云南、甘肃、江西、西藏和湖南（Sun等人，2016年）。由于是中国最大的铅酸电池生产国，中国不得不进口大量铅精矿以满足国内需求，这些进口铅资源占其总铅消费量的近40%（Sun等人，2016年）。

目前，随着通信技术（如5G）和电动汽车（EVs）的快速发展，对铅酸电池的需求正在迅速增加（Pan等人，2019年）。由于其优异的稳定性、安全性、高回收率和低价格，铅酸电池很难被其他类型的电池替代。近年来，铅酸电池的年消费量达到了200GWh，但其使用寿命仅为2-3年（Van den Bossche等人，2006年；Liu等人，2016年）。因此，这些报废的铅酸电池被收集和回收，占铅废料的90%（Hao等人，2017年）。然而，2023年中国铅的回收率仅为48%，远低于欧洲（90%）、美国（超过80%）和全球平均水平（60-66%）（Zhang等人，2016年；CNIA，2019年）。此外，由于铅的毒性，铅的回收会导致严重的环境污染和公共卫生问题（Canal Marques等人，2013年）。因此，中国政府发布了更严格的铅产业法规，以提高铅资源利用效率并减少相关环境排放。然而，关于中国铅资源流动和库存的生命周期研究仍然较少。

物质流分析（MFA）是一种有效的方法，可用于追踪特定系统内特定时期内的物质流动和库存情况。它可以为改进资源管理提供有价值的决策支持（Brunner和Rechberger，2017年）。遵循质量平衡原则，MFA可以研究整个生命周期内所有输入、输出和库存的物质流动（Graedel等人，2004年；Graedel，2019年）。该方法已被广泛用于研究许多大宗金属的人为循环，如铁和钢（Wang等人，2007年；Hatayama等人，2010年）、铜（Graedel等人，2004年；Dong等人，2019年）、铝（Liu和Müller，2013年；Li等人，2022年）、锌（Liu等人，2013年；L Rostek等人，2022年）和镍（Su等人，2023年）。一些研究还利用该方法追踪了美国、荷兰、日本、捷克共和国、韩国和尼日利亚等国家和地区的铅历史流动和库存情况（Smith，2001年；Elshkaki等人，2004年；Murakami等人，2004年；Mao等人，2008a,b；Rauch和Pacyna，2009年；Bicanová等人，2015年；Jeong等人，2018年）。关于中国，Mao等人（2003年，2006年）使用MFA方法从生命周期角度分析了中国的铅酸电池铅流动情况。随后，一些研究利用静态MFA更新了2000年（Tao等人，2008年）、2006年（Guo等人，2009年）和2010年（Liang和Mao，2015年）的中国铅流动数据。还研究了影响铅流动变化的关键因素（Ma和Mao，2014年）。Liu等人（2016年）使用自下而上的方法研究了2000-2014年间中国铅酸电池中的在用铅库存。该团队进一步对中国1990-2015年间的铅库存和流动进行了动态分析（Liu等人，2018年）。Sun等人（2016年）还评估了铅利用的可持续性。其他与铅相关的研究从政策或技术角度进行了探讨。例如，Van der Voet等人（2019年）和Abdul等人（2023年）发现，更严格的排放法规有助于减少铅相关排放。Bai等人（2017年）使用相平衡数学模型分析了铅冶炼厂的排放控制并提出缓解措施。通过结合物质流分析，Yokoi等人（2022年；Zhou等人，2024年）研究了铅金属的温室气体排放，并确定了铅行业的脱碳路径。此外，随着铅技术的快速发展，铅碳电池（LCBs）已成为大规模储能领域的新热点（Lopes等人，2020年；Yin等人，2022年）。

尽管这些研究揭示了不同层面的铅流动情况，但由于数据限制，大多数研究都是针对特定年份和地区的静态研究。因此，铅流动的动态趋势仍不明确。此外，含铅产品的贸易情况在其整个生命周期内尚未得到研究，特别是中间产品和最终产品的贸易联系。为了填补这些研究空白，本研究采用整合贸易数据的动态MFA方法，探讨了2000-2023年间中国的铅资源代谢特征，以获得提高整体铅资源效率的宝贵见解。同时，也识别出了更新中国铅产业的主要挑战和机遇。本文的结构如下：引言部分之后，第2节详细介绍了研究方法和数据来源；第3节展示了铅流动和库存、消费、回收和贸易模式的研究结果；第4节根据中国实际情况提出了若干政策建议；最后，第5节总结了研究结论。

研究片段

系统边界

本研究采用动态MFA方法探讨中国的铅循环。研究的空间范围为中国大陆，台湾、香港和澳门因缺乏相关数据而被排除在外。研究的时间范围为2000年至2023年，以反映本世纪铅循环的变化。本研究将整个铅生命周期分为四个阶段：生产、制造和加工（F&M）、使用以及废物管理和回收

中国铅代谢特征

图2展示了2000-2023年中国铅循环的桑基图。在生产阶段，进入中国社会经济系统的铅总量主要由开采的铅（初级铅）提供，数量为59,191千吨，其次是回收的铅（二级铅），数量为32,914千吨。开采铅的来源包括国内铅精矿、含铅渣料以及进口铅精矿

政策建议

采用动态MFA方法追踪2000-2023年间中国铅流动和库存的人为循环。2023年中国在用铅库存达到14,012千吨，其中9,271千吨用于铅酸电池。这表明具有显著的回收潜力，可以减少中国的进口依赖。基于中国实际情况，提出了若干政策建议。

首先，中国应多样化铅资源供应

结论

铅被广泛用于制造各种产品。然而，作为最大的铅生产和消费国，中国的铅代谢特征仍不明确。本研究利用动态MFA方法从空间和时间角度探讨了2000-2023年间中国的铅代谢特征。结果显示，2000年至2023年间中国铅需求增加了八倍以上，净进口依赖率为30%。铅主要被用于制造铅酸电池

作者贡献声明

董秋霞：撰写初稿、可视化、验证、软件使用、方法论设计、调查、数据分析、概念构建。耿勇：撰写初稿、验证、监督、资源协调、项目管理、方法论设计、资金获取、数据分析、概念构建。高子彦：撰写初稿、可视化、软件使用、方法论设计、数据分析、概念构建。高珍：撰写初稿、可视化、软件使用、方法论设计、数据分析、概念构建。

利益冲突声明

所有作者声明不存在利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（72561147302、72088101）、上海哲学与社会科学规划项目（2025EGL004）、内蒙古自治区自然科学基金青年项目（2023QN07013）和内蒙古自治区哲学与社会科学基金（2025NDB149）的财政支持。