电解铜应用领域「有色金属工业」

今天带来电解铜应用领域「有色金属工业」，关于电解铜应用领域「有色金属工业」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

（报告出品方/作者：华创证券 王保庆）

一、铜：国之重器

铜（Copper）是人类最早开始使用的金属。

距今4000年前，夏朝已经开始使用红铜，即锻锤出来的天然铜。

古代虽然可开采的矿藏相对稀少，但并不难从铜矿石中提取纯铜。

河南安阳殷墟发掘出的炼铜器具展示了古人炼铜的一种方法，即将孔雀石CuCO3﹒Cu(OH)2和石青2CuCO3﹒Cu(OH)2等矿石在空气中燃烧后得到铜的氧化物，再利用碳还原得到金属铜。

另一种炼铜方法则是利用天然铜的化合物进行湿法炼铜，西汉《淮南子·万毕术》中记载到：曾青得铁则化为铜，曾青就是硫酸铜，我国是最早采用湿法炼铜的国家。

13世纪，瑞典法伦铜矿用水分离出硫酸铜并使之流淌过铁屑表面，铜会沉淀并形成薄层，这种湿法炼铜术是当时瑞典法伦巨大的财富来源。

此外，古人为了提高铜制品硬度，把锡掺到铜里制成铜锡合金即青铜，青铜器件坚硬、易熔、易铸造成型且稳定性较好，在古代得到了广泛的应用，成就了我国历史上辉煌的青铜器时代。

在近代工业中，铜被广泛应用于电力、电子领域。

20世纪60年代，电力电子领域用铜量占到28%，到目前为止，占比已超过50%。

经济发展，电力先行，电解铜作为最优质的导电金属，其主要消费市场也由2000年以前的欧美国家逐步转移到2000年后的中国、俄罗斯、印度和巴西等发展中国家。

未来，“碳中和”背景下能源结构的转换推动电力系统的发展，以光伏、风电等清洁能源和新能源汽车等新兴产业为铜带来新的增量需求。

（一）属性决定应用

铜（Cu）是元素周期表的第 29 号元素，呈浅玫瑰色或淡红色，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫铜色，密度为8.9g/cm3，熔点1083℃。

其质稍硬，极坚韧，化学稳定性强，具有较好的耐腐蚀能力，同时具有很好的延展性、导热性及导电性，铜与其他元素结合制成不同种类的铜合金后，还可具有其他性能如形状记忆、超弹性、减震性等。

铜因其优良的金属特性，尤其是极佳的导电导热性，被广泛地应用于电力、电子、能源及石化、机械及冶金、交通、轻工、新兴产业及等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。

（二）产业链概述

铜已形成上游矿山采选—中游冶炼—下游压延加工的完整产业链。

铜产业链上游主要涉及矿山的开采和选矿，得到主要冶炼原料铜精矿。

全球铜矿资源集中分布在南美的智利和秘鲁，其中智利为全球最大的铜矿生产国，产量约占全球产量1/3。

中游冶炼环节主要为冶炼厂将铜精矿通过粗炼和精炼两个步骤加工成阳极铜和电解铜。

冶炼厂与矿山之间通过加工费（TC/RC）来确定双方产业利润。

全球电解铜冶炼产能主要集中在亚洲，尤其是中国。中国电解铜的产量和需求量均占据全球供需的半壁江山。

下游主要是通过不同的加工工艺，将电解铜加工成各种铜材，如铜线材、铜棒、铜管、铜板带、铜箔等。

铜材被进一步加工成产品进入消费终端，被广泛应用到电力、建筑、电子、交通运输等行业。其中，电解铜因其优良的导电导热性，是重要的导电金属材料。

二、上游：资源决定产量，废铜为有效补充

铜产业链上游为原材料供给，包括铜矿的开采以及铜矿石的选矿。

铜在地壳中含量约为0.01%，相对铁和铝较少，主要以硫化铜矿形式存在。全球铜矿山资源分布不均衡，主要集中在南美的智利和秘鲁，中国铜矿资源较为匮乏但需求量约占全球50%，因此需要从智利和秘鲁等国进口大量铜精矿以满足自身需求。

铜矿增产依赖于铜矿企业持续的资本开支和勘探支出，是驱动上游产能周期的核心。

其中，勘探支出的铜矿山投产周期较长，一般为5-8年，而矿山企业的资本开支会受到铜价影响，具有较强的周期性，一般铜矿产出滞后于资本开支3-5年，因此关注全球主要矿山的资本开支能有效预测未来铜矿的产出量。

（一）铜矿：TC/RC反应供需格局

1、矿石种类及采选

铜矿主要分为 4 大类，即斑岩型、砂页岩型、黄铁矿型、铜镍硫化物型，其中斑岩型和砂页岩型，拥有铜金属储量最多，约占全球铜金属总储量的 85%以上。

2、加工费及品位

加工费不仅是铜矿的定价基础，同时也是判断铜矿供需的重要指标。

铜精矿价格为相对价格，其定价机制为电解铜价格减去加工费。

加工费通常包含粗炼加工费（TC:指铜精矿加工到阳极铜的费用）和精炼加工费（RC：指阳极铜加工到阴极铜的费用）。

加工费的涨跌由铜矿供需相对强弱决定，当铜矿产量增长大于冶炼需求增长，铜精矿过剩， 加工费下跌；当铜矿产量增长小于冶炼需求增长，铜精矿紧缺，加工费上涨。

铜矿石品位下降制约铜矿产量。

矿山开采时间过长会导致矿石品位逐渐下降，目前全球矿龄超过 50 年的铜矿山占到 50%以上，其中智利 Chuquicamata 铜矿的开采历史更是长达一个世纪之久。

从 1990 年至今，全球铜矿山平均品位由 1.6%下降到 1%左右，而全球最大铜矿生产国智利铜矿石品位下降情况尤为突出。

铜矿石品位下降导致单位矿石获得的金属铜减少，进而导致开采成本不断上升。

另一方面，矿山品位下降表明矿石杂质增多，由此会导致固体废物排放增加，随着环保政策趋严，会对铜矿产量形成一定的制约。

未来，全球铜矿品位的逐步下降将成为影响铜产量及价格的重要因素。

（二）供需格局：南美主导供给

全球性和区域性的铜成矿区带包括：（1）环太平洋铜矿带；（2）阿尔卑斯—喜马拉雅铜矿带；（3）中亚—蒙古铜矿带。

1、储量

全球铜矿资源集中分布在南美的智利、秘鲁等地区。

美国地质调查局公布的数据显示，2020 年全球铜资源储量 8.7 亿吨，智利是目前铜矿资源最丰富的国家，铜矿储量 2 亿吨占总储量的 23%，其他储量较多的国家有秘鲁 9200 万吨（11%）、澳大利亚 8800 万吨（10%）、俄罗斯 6100 万吨（7%）、墨西哥 5300 万吨（6%）、美国 4800 万吨（6%）等。而我国铜资源较为匮乏，铜矿储量仅为 2600 万吨，占全球储量的 3%。

智利铜矿资源优势明显。

智利是世界上铜矿资源最丰富的国家，也是主要的铜矿生产国和出口国。

根据USGS数据，2020年智利铜储量约为2亿吨，约占世界总储量的四分之一，其铜矿产量为570万吨，几乎占全球总产量的三分之一。

智利铜矿资源集中分布在其中北部地区，主要受南极洲板块和南美洲板块的碰撞，形成了一条南北延续2000多公里的斑岩型铜钼金矿化带。

从首都圣地亚哥以南约50英里开始一直延伸到智利北部和秘鲁交界处，已发现大、中、小型矿床400多个，包括10个世界级大型、特大型矿床。

世界著名矿业公司嘉能可 Glencore、必和必拓 BHP、英美资源 Anglo American 等均在智利投资了铜矿山及选冶厂，其中智利国家铜业 Codelco 为该地区最大资源持有者，同时也是全球最大铜矿企业。

秘鲁铜矿资源储量和产量均为全球第二。

秘鲁铜矿资源储量仅次于智利，也是主要的铜矿生产国和出口国。

根据 USGS 数据，2020年智利铜储量约为9200万吨，约占全球总储量的11%，2020年铜矿产量为220万吨，占全球总产量11%。

秘鲁铜矿以斑岩型矿床为主，总资源储量低于智利，但铜资源平均品位却略占优势。

安塔米纳（Antamina）为秘鲁第一大铜矿，必和必拓和嘉能可分别拥有该矿33.75%的股 份，泰克资源拥有22.5%的股份。

除国际铜矿巨头外，中国五矿资源和中国铝业也在积极布局铜矿资源。

中国铜矿资源较为匮乏，且高度集中。

根据 USGS 数据，截止2020年，中国铜矿资源储量2600万吨，仅占全球铜储量的3%。根据国家统计局数据，我国铜矿资源主要分布在西藏、江西、内蒙古以及云南，其储量占比分别为22%、17%、16%以及11%，合计占比超过60%。

此外，安徽、黑龙江、甘肃、新疆和山西相较于其他省份均有较为丰富的铜矿资源，以上省份铜资源储量合计占我国总储量的90%以上。

2、产量

南美丰富的铜矿资源决定其为全球主要铜矿生产国。

根据 ICSG 数据，2020年全球铜矿产量2053万吨，其中智利和秘鲁铜矿产量分别为570万吨（27.8%）、220万吨（10.7%），合计占比高达38.5%，资源优势明显。相较于3%的储量占比，中国铜矿产量较高，2020年产量为170万吨，占全球产量的9%。

此外，美国（120万吨）、澳大利亚（87万吨）、俄罗斯（85万吨）和墨西哥（69万吨）等铜矿主产国也均为铜矿资源储量丰富的国家。

全球铜矿产量维持低速增长。

根据ICSG数据，2006年-2020年全球铜矿产量由1494万吨增长至2053万吨，年均复合增长率为2.29%，略低于经济增速。

铜矿产量的增长依赖于铜矿企业持续的资本开支和勘探支出。

其中，勘探支出的铜矿山投产周期较长，一般从矿山勘探开发到产出矿石需要5-8年，而铜矿山企业的资本开支会受到铜价影响，具有较强的周期性，一般铜矿产出滞后于资本开支3-5 年，因此关注全球主要矿山的资本开支能有效预测未来铜矿的产出量。

中国铜精矿对外依存度逐年升高。

中国经济的高速发展带动电解铜需求稳步增长，相比之下，中国铜资源匮乏，根据SMM数据，2020年中国铜矿产量仅为168万吨，而电解铜产量为1002.5万吨，供需严重失衡导致市场对外依存度持续攀升。

根据海关总署数据，2020年中国进口铜金属量为544万吨，对外依存度由2010年的58.31%增长至2020年的76.41%。

智利和秘鲁为中国最大铜矿出口国。

根据海关总署数据，2020年中国分别从智利、秘鲁和墨西哥进口铜矿771万吨、480万吨和 173万吨，合计1426万实物吨，占总进口量的65%。

其中，智利进口量逐年上升，2020年智利出口至中国铜精矿约占其当年产量的34%。

3、废铜

废铜是铜矿资源的有效补充。

废铜具有良好的循环再生利用性能，一般可通过重熔冶炼成电解铜或直接加工成铜材等方式提供有效供给，通过对废铜资源进行循环利用，有利于缓解矿端供应的紧张局面。

另一方面，废铜资源循环利用可带来良好的节能减排效果，与原生铜生产相比，每吨再生铜节能约 1 吨标煤，节水近400m3，减少固体废物排放380吨，相当于少排放二氧化硫0.137 吨。

三、中游：来料加工，资源为王

铜产业链中游为铜矿石的冶炼。

铜矿石冶炼包括火法冶炼及湿法冶炼两类，其中火法冶炼适用于硫化铜精矿，设备和工艺流程较湿法冶炼复杂，但产出电解铜品质较高；湿法冶炼适用于氧化铜精矿，产出铜杂质相对较高，且精矿中贵金属较难回收。

电解铜产量主要集中在中国和铜资源国。其中，中国不仅产量占全球产量42%，而且需要进口大量电解铜以满足自身需求。

（一）冶炼：来料加工商业模式

1、火法冶炼

目前世界上从硫化矿中提取铜，85%-90%是采用火法冶炼。火法冶炼起步时间较早，冶炼技术成熟，具有原料适应性强、能耗低、效率高、生产规模大、金属回收率高等优点。

火法炼铜流程包括铜精矿造锍熔炼、铜锍吹炼成粗铜、粗铜火法精炼、阳极铜电解精炼。

a)熔炼：使铜与脉石分离，产出含铜30%-70%的冰铜。

在1150℃-1300℃下熔化精矿或部分铜焙砂，使炉料中的铜尽可能全部进入冰铜，同时使炉料中的氧化物和氧化产生的铁氧化物形成炉渣，并分离冰铜和炉渣。

b)吹炼：

主要目的是脱铁脱硫，同时通过造渣和挥发来进一步降低其他有害杂质，得到含铜98%-99%的粗铜，同时让贵金属进入粗铜中。

c)火法精炼：

利用某些杂质对氧的亲和力大于铜，而其氧化物又不溶于铜液的性质，通过氧化造渣或挥发除去,产生含铜 99.2%-99.7%的阳极铜。

d)电解精炼：

为提高铜的性能，去除阳极铜中含有 0.3%-0.8%的杂质，同时回收有价金属，需进行电解精炼。

以火法精炼产出的精铜为阳极，以电解产出的薄铜片（始极片）作阴极，以硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，纯铜在阴极沉积，杂质则进入阳极泥和电解液中，从而实现了铜与杂质的分离。

2、湿法冶炼

湿法炼铜约占世界铜产量的 15%，适用于低品位的氧化铜矿。

该法利用溶剂将矿石中的铜溶入溶液，再用电积置换或氢还原等方法将溶液中的铜提取出来。其中，焙烧-浸出-电积法是目前世界上应用最广泛的湿法炼铜方法，包括三道工序，即焙烧、浸出和净化、电积。

a）焙烧：

硫酸化焙烧为湿法冶炼的首道工序，其目的是使绝大部分铜转变为可溶于稀硫酸的 CuSO4和 CuO﹒CuSO4，铁全部转变为不溶氧化物。

b）浸出和净化：

铜精矿经焙烧后获得焙砂，通过与稀硫酸发生浸出反应，铜进入溶液，少量 FeSO4也会溶解。

c）电积：

以铜的始极片作阴极，以 Pb-Sb 合金板作阳极，以净化除铁后的浸出液作电解液，电解时阴极始极片析出铜，阳极水分解析出氧。

废电解液部分可返回用于焙砂浸出，剩余部分经处理可回收钴镍及硫酸。

3、冶炼利润

铜冶炼厂的业务模式为来料加工。

一般情况下，冶炼厂通过电解铜期货价格减去加工费确定铜精矿价格，购买铜精矿后加工成电解铜，再按照期初电解铜期货价格加减基差的方式出售，同时销售冶炼过程中产生的硫酸和金银等副产品，通常情况下，加工费为冶炼厂主要利润，副产品为重要补充。

铜冶炼过程中的主要副产品是硫酸和金、银等贵金属。

硫酸制备工艺主要包括硫磺制酸、冶炼制酸和硫铁矿制酸，其中冶炼制酸产能占硫酸总产能的 36%，一般冶炼 1 吨铜会伴生3-3.5吨硫酸。

贵金属的伴生量则相对不稳定，主要因铜精矿品质不同，部分铜精矿含贵金属量相对较高，则金银等副产品就相对较高，反之亦然。

（二）供需格局：中国占全球供需半壁江山

电解铜产量主要集中在中国和铜资源国。

根据 WBMS 数据，2020年全球电解铜产量主要集中在中国、智利、日本、俄罗斯、美国等国，分别占比为42%、9.78%、6.64%、4.3%和4.35%，合计约占全球产量的67%。

全球精炼铜产能不断扩张，原生铜增速略高于再生铜。

根据 ICSG 数据，全球精炼铜产能从 2005 年的 2048 万吨，增加至 2020 年的 3016 万吨，年复合增速为 2.6%，同期全球精炼铜产量从 1647.1 万吨增至 2442.7 万吨，年复合增速达到 2.67%，产能利用率维持在 82%左右，其中原生精炼铜产量增速略高于再生精炼铜。

中国电解铜产量约占全球电解铜产量一半，且占比稳步提升。

中国虽然上游铜矿资源匮乏，但铜冶炼产量居全球领先，是全球产量增长的主要驱动力。

根据 ICSG 数据，2006 年全球精炼铜（原生 再生）产量为 1731 万吨，中国产量为 292.5 万吨，占比仅为 17%；2020 年全球精炼铜（原生 再生）产量为 2442.7 万吨，中国产量为 1002.5 万吨，占比稳步提升至 41%。

中国电解铜产能主要集中于铜资源丰富的江西和安徽，以及靠近港口的山东与广西。

根 据 Mysteel 数据，截止到 2021 年 10 月，中国电解铜产能为 1249 万吨，山东、江西、安徽、广西和甘肃产能分别为 177 万吨、126 万吨、116 万吨、100 万吨和 85 万吨，合计 占比为 48%。

中国为全球最大电解铜进口国。

中国每年不仅要进口大量铜精矿以满足自身冶炼需求，同时还需要进口大量电解铜，以满足终端需求。

根据海关总署数据，2020 年中国电解铜净进口量为 445.7 万吨，占全年产量的 44.5%。

其中，智利不仅为中国最大的铜精矿出口国，同时也为中国最大电解铜出口国，2020 年出口 126 万吨，约占中国总进口量的 31%。

再生铜为供给端的重要补充。

根据 ICSG 数据，2020 年全球原生铜产量为 2055 万吨，再生铜产量为 387 万吨，再生铜占全球总电解铜产量的 16%，再考虑到直接用于加工成铜材的废铜量，全球废铜供应占总供给的约 30%，是电解铜供给端的重要组成。

四、下游：电力为主，新能源决定未来

铜产业链下游主要将电解铜通过压延、锻造等多种方式加工成各种形态的铜材，然后进一步加工成铜制品，广泛应用到电力、家电、建筑和机械电子等领域。

电解铜优良的导电性使其被广泛应用于电力系统，未来，新能源产业如新能源汽车、光伏等行业的快速发展，将为铜带来新的增量需求。

（一）初级消费

铜的初级加工是将电解铜或铜合金通过压延、铸造等多种方式加工成各种形态的铜材，常见的有铜杆、铜管、铜板带、铜箔和铜棒等。

根据 SMM 数据，铜杆产量约占铜材产量的 45%，铜板带、铜管和铜棒占比依次为 16%、15%和 14%、其中，铜杆和铜管主要用来制作电线电缆、变压器、水管和热交换器等产品，充分发挥了电解铜优良的导电导热性能。

（二）终端消费

电解铜因其优良的导电性被广泛应用于电力行业。铜的导电性能仅次于银，能够有效提 高电气设备的效率，促进发电和运输效率的最大化，是电力系统中必不可少的材料。

国内外因消费习惯和统计口径不同，终端消费占比略有差异。

根据 SMM 数据，中国电解铜主要应用于电力行业，占比达 46%，其次是家电、交通运输、电子和建筑行业，占比分别为 15%、11%、9%和 9%。

1、传统终端消费

a)电力行业

铜具有良好的导电性，是最适合作为导体的金属材料。电力行业铜需求主要分为电力输送和电机制造，其中电力输送中的应用包括电缆、变压器、开关和连接器等，电机制造中的应用包括定子、转子、轴头和中空导线等，此外，通讯电缆及住宅电气线路也对铜导线有较大的需求。

b)家电

铜是家电产品中的重要原材料，使用类型既包括通用铜材，如接插元件、开关等，也包括专用铜材，如空调用内螺纹管、微波炉磁控管、电冰箱散热管等。

c)建筑

铜具有较强的稳定性和耐腐蚀性，在建筑行业可用于生产建筑面板、雨水管、上下管道等，又因其具有一定的美学价值，所以也可用于制作装饰品等。

2、新能源领域终端消费“碳中和”背景下，能源结构的转换催生大量新兴需求。

2021年是“双碳”元年，能源结构的转换，即发展太阳能、风能和水利等可再生能源替代火电，是实现“碳达峰”、“碳中和”的充分必要条件。

在低碳发电设备和新能源基础设施建设的浪潮中，作为导 电介质的铜将扮演重要角色，这意味着铜下游终端需求将迎来新的增长空间。

a)可再生能源系统

相较于传统的火力发电，光伏太阳能发电和风力发电较为分散，需要用电线把散布在地 表上的太阳能发电板和风机连接起来，因此增加了铜需求量。

国际铜业协会（ICA）的 研究数据显示，可再生能源系统中铜的平均用量是传统发电系统的 8-12 倍，其中太阳 能光伏发电每兆瓦用铜量为 4 吨，风力发电机组每兆瓦用铜量为 2.5-6 吨。 可再生能源衍生出的其他应用如空气源热泵设备，也需要大量的铜。

空气源热泵相对于一般的热源设备更加节能，成为中国北方地区“煤改清洁能源”的重要工具。

b)新能源汽车

相较传统燃油车，电动车的铜消费场景更多，电池、变频器、电动机等部件中都有对铜的使用，关联产业如新能源车充电桩也将成为助推铜需求增长的重要领域。

ICSG 调查 资料显示，纯电动车铜消费为 83kg/辆，比传统燃油车高出 60kg/辆，插电混动车铜消费 为 60kg/辆，比传统燃油车高出 37 kg/辆。

五、风险提示

铜矿企业资本开支不足，铜精矿产量不及预期；下游新兴行业电解铜需求未达预期。

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