生命周期评价在锌冶炼加工过程中的应用.pdf

第5 8 卷第2 期 2 0 06 年5 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 8 ．N O ．2 M a v20 06 生命周期评价在锌冶炼加工过程中的应用 何静1 ，马荣骏2 ，曾光明3 ，焦胜3 ，李倩3 1 ．长沙环境保护职业技术学院，长沙4 1 0 0 0 4 ； 2 ．长沙矿冶研究院，长沙4 10 0 12 ；3 ．湖南大学环境科学与工程系，长沙4 10 0 8 2 摘 要以株洲冶炼厂为例，运用生命周期评价对锌加工过程中产生的环境影响进行系统的研究。结果表明，株冶的酸化指 数远远高于国外一些著名湿法冶炼厂，甚至明显高于国内一些火法炼锌厂，因此建议株冶对挥发窑原料与能源结构进行适当调 整，并加强对s 0 2 和c 0 2 等温室气体排放的控制。 关键词环境工程；生命周期评价 L C A ；锌冶炼；环境影响指数 中图分类号T F 8 1 3 ；X 3 8 3文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 6 0 2 0 0 9 9 0 4 1我国锌工业技术现状 改革开放以来，我国锌工业得到了长足的发展， 取得了的显著成就。热酸浸出一铁矾法除铁湿法炼 锌新工艺广泛推广，锌的回收率显著提高。在火法 炼锌方面，淘汰了横罐炼锌技术，减少了环境污染。 然而与西方发达国家相比，我国锌工业仍存在较大 差距⋯。 为了进一步改善锌材料冶炼过程中对环境的影 响，从而改善锌材料的环境面貌，采用生命周期评价 L C A 标准化环境管理工具[ 2J ，以株洲冶炼厂为例， 系统地研究锌加工过程中的环境影响，为企业决策 者提供锌冶炼过程的资源使用、能源消耗、环境负担 等基本信息，以便发现锌冶炼过程中存在的环境因 素“瓶颈”。 2锌材料7 台炼过程的生命周期评价 L C A 2 ．1 L C A 系统边界 理论上在生命周期评价 L C A 研究中所有内流 收稿日期2 0 0 4 一1 1 3 0 基金项目国家自然科学基金资助项目 7 0 1 7 1 0 5 5 ； 国家杰出青年科学基金资助项目 5 0 4 2 5 9 2 7 作者简介何静 1 9 7 9 一 ，女，河南信阳市人，助教，硕士，主要从 事环境管理与清洁生产等方面的研究； 马荣骏 1 9 3 1 一 ，男，河北大城县人，教授，博士生导师， 斯洛伐克工程院外籍院士，主要从事有色金属冶炼中的 清洁生产等方面的研究。 应追溯到技术领域与环境的边界，所有外流必须跟 踪到排放物离开技术领域的分离点，但是这样实现 起来相当困难bJ 。在研究中，锌材料冶炼过程的生 命周期评价研究对象为株洲冶炼厂湿法冶炼系统， 具体包括干燥、焙烧、浸出、净化、电解、锌产品生产 等主体工序及系统内的热电生产、原材料及产品运 输、废水处理等辅助工序，未考虑锌冶炼系统外的 电、焦炭、煤及铅锌开采、锌材料的使用及回收、运输 等过程的环境负担，并将系统的功能单位定义为吨 基础锌 t - Z n 含锌9 9 ．9 9 ％ 。 2 ．2L C A 的清单分析 生命周期评价清单即系统的投人、产出列表，主 要包括能源消耗、产品及向外界排放三方面的数据， 其中向外界排放又包括向大气、水等外界环境排放 的废气、废水、固体废物及其中组元物种信息数据。 具体到锌冶炼过程，生命周期评价清单数据包括主 要原材料、能源消耗、产品产出和S 0 2 ，H C I ，C 0 2 ， N O 。等废气、废水、废渣及其中重金属等污染物的 排放[ 4 5 J 。 研究的原始数据主要来源于株洲冶炼厂的能源 平衡表、环境监测年报与工业企业“三废”排放与处 理利用情况报表，其中冶炼过程及其他辅助过程的 能源消耗及产品产量数据来源于能源平衡表，污染 物排放浓度及数量则来自环境监测年报与工业企业 污染治理情况表，以上信息均具有法律效力，真实可 靠。冶炼过程中各子模块能源消耗及向大气、水环 境排放量详细列于表1 ～表3 中。 万方数据 1 0 0有色金属第5 8 卷 表2 株冶锌冶炼过程向大气的 排污量／ k g t ～- Z n T a b l e 2E m i s s i o nt oa t m o s p h e r eo fz i n cm e t a l l u r g y p r o c e s so fZ h u z h o us m e l t e r ／ k g t 一1 一Z n 表3 株冶锌冶炼过程向水环境中 的排污量／ k g t ～．Z n T a b l e 3E m i s s i o nt ow a t e re n v i r o n m e n to fz i n cm e t a l l u r g y p r o c e s so fZ h u z h o uS m e l t e r ／ k g t ～一Z n 2 ．3 锌材料冶炼过程L C A 的影响评价 株冶锌材料冶炼过程L C A 的影响评价采用的 是美国环境毒理与化学协会 S E T A C 提出的影响 评价方法，该方法为“三步走”模型，这三步是分类、 特征化和量化№_ 9J 。影响框架流程如图1 所示。 研究主要考虑能源消耗、温室气体排放、酸雨、 重金属污染以及固体废弃物五类环境影响，并分别 用能源总需求 G E R 、温室效应指数 G W P 、酸化 指数 A P 、重金属当量 H M E 及固体废弃物负担 S W B 等5 个环境指数表征其影响大小。 图1生命周期影响评价框架流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fl i f ec y c l ea s s e s s m e n t 环境影响指数计算结果列于表4 ，株冶各子模 块的G E R 、G w P 、A P 指数列于表5 。从表4 和表5 可以看出，G E R 的主要贡献者为电解子模块，占总 量的5 1 ．3 3 ％，其次为渣处理，占总量的2 7 ．4 1 ％，整 个冶炼过程的能源组成详见表6 。G W P 的主要贡 献者为渣处理子模块，占总量的6 6 ．7 ％，其次为辅 助工序，占总量的2 7 ．9 1 ％，其中各种能源对G W P 的贡献详见表7 。A L P 中，渣处理子模块为主要贡献 源，占总量的8 7 ．4 9 ％。整个冶炼过程，H M E 由烟 气排放的铅及废水所含汞、镉、铅、砷、铜两部分组 成，各重金属的H M E 及对H M E 的贡献率未详细列 出。 表4 株冶锌冶炼过程L C A 的环境影响指数 T a b l e 4E c o i n d i c a t o r so fz i n cm e t a l l u r g yp r o c e s so fZ h u z h o uS m e l t e ri nL C A 万方数据 第2 期何静等生命周期评价在锌冶炼加工过程中的应用1 0 1 G E R ／ t 标准能再t 一1 Z n 0 ．0 5 7 0 ．1 2 1 ．3 6 9 0 ．0 6 80 ．7 3 1 0 ．3 2 22 ．6 6 7 G W P ／ t C 0 2 ．e q t ～．Z n 0 ．0 3 8 0．0 ．0 5 20 ．0 2 51 ．4 2 20 ．5 9 52 ．1 3 2 A P ／ k g ．S 0 2 ．e q t ～。Z n 2 ．2 30001 6 ．5 8 10 ．1 4 11 8 ．9 5 2 表7 株冶锌冶炼过程各种能源对G W P 的贡献／ t ．C 0 2 ．e q t ～- Z n 西b l e7C o n t r i b u t i o no fe a c he n e r g yt OG W Po fz i n cm e t a l l u r g y p r o c e s so fZ h u z h o uS m e l t e r ／ t - C 0 2 一e q ‘t _ 。一Z n 能源焦块焦粉烟粉煤柴油煤气 G W P0 ．O l1 ．5 1 90 ．1 4 10 ．0 0 20 ．4 6 贡献率／％0 ．4 77 1 ．2 56 ．6 10 ．0 92 1 ．1 1 3总结 1 根据前面的株冶锌冶炼生命周期评价的清 单分析和影响评价的数据可以看出，株洲锌冶炼厂 的酸化指数远远高于国外著名湿法锌冶炼厂，甚至 明显高于国内某些火法锌冶炼厂的指数。因此，株 州冶炼厂应将S 0 2 等酸雨气体排放控制作为进一 步污染治理与清洁生产、改善环境的重点和关键。 从污染源来说，渣处理子模块是酸化指数主要 贡献源，占总量的8 7 ．4 9 ％。其中锌挥发窑收尘烟 气排放口的S 0 2 排放量所引起的酸化指数占总量 的6 8 ．2 6 ％，故在作进一步的污染治理时要将挥发 窑收尘烟气S 0 2 的治理放在首要位置。 另外，在株冶锌冶炼过程中，渣处理工序贡献了 2 7 ．4 1 ％的G E R 、6 6 ．7 ％的G W P 和8 7 ．4 9 ％的A P ， 是全厂环境影响主要承担者，必须作为进一步污染 治理与环境改善的重点对象，具体除挥发窑收尘烟 气S 0 2 污染治理控制外，还应该对挥发窑原料与能 源结构进行调整，要尽可能的减少焦粉、煤等脏碳质 能源直接使用量，提高能源的利用率，减少C 0 2 和 S 0 2 等温室气体的排放。 2 生命周期评价是试图在源头上解决环境问 题，而不是在环境问题产生后再去治理，这是环境保 护战略的重要转变，但同时必须看到产品系统边界 范围界定，评价分析模型建立，输入、输出清单参数 选取及其数值确定等因素对锌冶炼生命周期环境评 价结果可能引起的不确定性，这是有效理解并运用 评价结果的条件，也是进一步深入分析锌冶炼生命 周期环境影响的基点。 参考文献 [ 1 ] 肖松文，马荣骏．生态友好锌材料及其清洁生产我国锌工业的发展方向[ J ] ．有色金属，2 0 0 0 ，5 2 3 8 4 8 6 ． [ 2 ] K r o z e rJ ，V i sJC ．H o wt Og u i d el i f ec y c l ea s s e s s m e n tp r o p e r l y [ J ] ．J o u r n a lo fC l e a n e rp r o d u c t i o n ，1 9 9 8 ，6 1 5 3 6 1 [ 3 ] 杨建新，王如松．生命周期评价的回顾与展望[ J ] ．环境科学进展，1 9 9 8 ，6 2 2 1 2 8 ． [ 4 ] 杨建新，王寿兵，徐成．生命周期清单分析中的分配方法[ J ] ．中国环境科学，1 9 9 9 ，1 9 3 2 8 5 2 8 8 ． [ 5 ] 王寿兵，胡冉，杨建新．综合产品环境审计工具生命周期清单分析[ J ] ．环境科学，2 0 0 0 ，2 1 3 2 7 3 0 ． [ 6 ] 席德立，彭小燕．L C A 环境影响分析新探[ J ] ．环境科学，1 9 9 7 ，1 8 6 7 6 8 0 ． [ 7 ] 刘顺妮，林宗寿，张小伟．硅酸盐水泥的生命周期评价方法处探[ J ] ．中国环境科学，1 9 9 8 ，1 8 4 3 2 8 3 3 2 ． [ 8 ] 叶茂．生命周期矩阵在评价环境标志产品中的应用[ J ] ．江苏环境科技，2 0 0 0 ，1 3 1 2 4 2 7 ． [ 9 ] 杨建新，王如松，刘晶茹．中国产品生命周期影响评价方法研究[ J ] ．环境科学学报，2 0 0 1 ，2 1 2 2 3 4 2 3 7 ． 万方数据 1 0 2 有色金属 第5 8 卷 A p p l i c a t i o no fL i f eC y c l eA s s e s s m e n ti nZ i n cM e t a l l u r g yP r o c e s s H EJ i n 9 1 ，M AR o n g - j u n2 ，Z E N GG u a n g - m i n 9 3 ，J I A OS h e n 9 3 ，L IQ i a n 3 1 ．C h a n g s h aE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o nC o l l e g e ，C h a n g s h a4 1 0 0 0 4 ，C h i n a ；2 ．C h a n g s h aR e s e a r c h I n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，C h i n a ；3 ．D e p a r t m e n to fE n v i r o n m e n t a l S c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，H u n a nU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee n v i r o n m e n t a li m p a c to fz i n cm e t a l l u r g i c a lp r o c e s si ss y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e db yt h el i f ec y c l ea s s e s s m e n tw i t ht h eZ h u z h o uS m e l t e ra st h ee x a m p l e ．A c c o r d i n gt h ea n a l y t i c a lr e s u l t ．t h eA Po fZ h u z h o uS m e l t e ri f f a rh i g h e rt h a nt h a to ft h ef o r e i g nh y d r o m e t a l l u r g i c a lp l a n t s ，e v e no b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h ．a to fs o m ed o m e s t i c p y r o m e t a l l u r g i c a ls m e l t e r ．S ot h es u g g e s t i o ni sp r o p o s e dt oZ h u z h o uS m e l t e rt h a tt h er a wm a t e r i a l sa n de n e r g yo f W a e l z r o t a r yf u r n a c es h o u l db ea d ju s t e da n dt h ec o n t r o lo fs o za n dC 0 2e m i s s i o ns t r e n g t h e n e d ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ；l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ；z i n cm e t a l l u r g y ；e n v i r o n m e n t a li m p a c t i n d i c a t o r 上接第9 8 页，C o n t i n u e df r o mP ．9 8 [ 5 ] G r a n tPJ ，F r e e m a nJS ，V a i lR ，e ta 1 ．P r e p a r a t i o no fav i r t u a lp r o v i n gg r o u n df o rc o n s t r u c t i o ne q u i p m e n ts i m u l a t i o n [ C ] ／／ A S M ED e s i g nE n g i n e e r i n gT e c h n i c a lC o n f e r e n c e s ．A t l a n t a ，U S A A S M EP r e s s ，1 9 9 8 1 1 1 ． [ 6 ] B u z d u g a nLI ，B a i l i n gO ，C h i e nP ．M u l t i r a t ei n t e g r a t i o nf o rr e a l t i m es i m u l a t i o no fw h e e ll o a d e rh y d r a u l i c s [ C ] ／／A S M ED e s i g n E n g i n e e r i n gT e c h n i c a lC o n f e r e n c e s ．L a sV e g a s ，U S A A S M EP r e s s ，1 9 9 9 1 ～1 5 ． [ 7 ] R e n oF i l l a ，A U a nE r i c s s o n ，J a n O r eP a l m b e r g ．D y n a m i cs i m u l a t i o no fc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y T o w a r d sa no p e r a t o rm o d e l [ C ] ／／I n t e r n a t i o n a lF l u i dP o w e rE x h i b i t i o nT e c h n i c a lC o n f e r e n c e ．L a sV e g a s ，U S A T h eP r e s so fN a t i o n a lF l u i dP o w e rA s s o e i a t i o n ，2 0 0 5 4 2 9 4 3 8 ． [ 8 ] L a r s ．s o nJ ．C o n c e p t sf o rm u l t i d o m a i ns i m u l a t i o nw i t ha p p l i c a t i o nt Oc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y [ D ] ．L i n k p i n g ，S w e d e n L i n k p i n gU n i v e r s i t y ，2 0 0 1 1 8 7 ． 【9 ] F i l l aR ．O p e r a t o ra n dm a c h i n em o d e l sf o rd y n a m i cs i m u l a t i o no fc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y [ D ] ．L i n k p i n g ，S w e d e n L i n k p i n g U n i v e r s i t y ，2 0 0 5 2 7 3 9 ． [ 1 0 ] B l o u i nS ，H e m a m iA ，L i p s e t tM ．R e v i e wo fr e s i s t i v ef o r c em o d e l sf o re a r t h m o v i n gp r o c e s s e s [ J ] ．A S C EJ o u m a lo fA e r o s p a c e E n g i n e e r i n g ，2 0 0 1 ，1 4 3 1 0 2 1 1 1 ． R e v i e wo nV i r t u a lP r o t o t y p i n gT e c h n o l o g yA p p l i c a t i o nt oW h e e lL o a d e r N I N GX i a o - 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