铜钼分离抑制剂分子生命周期评价.pdf

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1 3 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 d o i 1 0 .3 9 6 9 /j .i s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 .2 0 1 9 .0 5 .0 2 4 铜钼分离抑制剂分子生命周期评价 吴桂叶1 ’2 ,朱阳戈1 ’2 ,刘慧南1 ’2 ,刘崇峻1 ’2 ,纪爱亮1 ’2 ,何伟1 ’2 尹琨1 ’2 ,刘龙利1 ’2 1 .北京矿冶科技集团有限公司,北京1 0 0 1 6 0 ; 2 .矿物加工科学与技术国家重点实验室,北京1 0 0 1 6 0 摘要针对选矿药剂对环境影响较大的问题,首次利用生命周期评价技术,建立了铜钼分离抑制剂N a r i S 与B K 5 1 1 生命周期排放评价模型,并对比二者的生命周期排放评价指标。研究表明B K S l l 产品毒性低,用量少,采用一锅法制备技 术,生产和制备过程不产生三废,使用过程有害物质排放少,说明与N a H S 比较,B K 5 1 1 生命周期排放综合外部成本降低,对 环境影p 向z l , 。从产品抑制性能及降低生命周期排放角度两个方面证明,B K 5 1 1 是清洁、高效的铜钼分离抑制剂.是N a H S 优 良的替代物。 关键词生命周期;铜钼分离抑制剂;模型;清洁;高效 中图分类号T D 9 2 3 .1 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 5 0 1 3 0 0 5 M o l e c u l a rL i f eC y c l eA s s e s s m e n to fC o p p e r - m o l y b d e n u mS e p a r a t i o nI n h i b i t o r s W U G u i y e l ”,Z H U Y a n g g e1 ”,L I U H u i n a n2 ”,L I U C h o n g j u n l ”,J I A i l i a n 9 1 ”, H EW e i h2 ,Y I NK u n l ”。L I U L o n g l i l 2 1 .B G R I M MT e c h n o l o g yG r o u p ,B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ,C h i n a ; 2 .S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ,B e i j i n gi 0 0 1 6 0 ,C h i n a A b s t r a c t A i m i n g a tt h ep r o b l e mt h a ts o m eo ff l o t a t i o n a g e n t sh a v e a g r e a ti m p a c t o nt h e e n v i r o n m e n t ,t h i sp a p e re s t a b l i s h e st h el i f ec y c l ee m i s s i o ne v a l u a t i o nm o d e lo ft h ec o p p e ra n dm o l y b d e n u m s e p a r a t i o ni n h i b i t o r sN a r i Sa n dB K 5 11 ,a n dc o m p a r e st h el i f ec y c l ee m i s s i o ne v a l u a t i o ni n d e x e so fN a r i S w i t ht h ei n d e x e so fB K 51 1b yu s i n gl i f ec y c l ee v a l u a t i o nt e c h n o l o g yf o rt h ef i r s tt i m e .T h er e s u l t ss h o w e d t h a t c o m p a r e dw i t hN a r i S ,a p p l y i n go n e p o ts y n t h e t i ct e c h n o l o g y ,t h ep r e p a r a t i o na n dp r o d u c t i o np r o c e s s o fB K 51 1d o e sn o tp r o d u c ea n yp o l l u t i o n .L e s sw a s t ed i s c h a r g e dd u r i n gt h ef l o t a t i o np r o c e s sw i t hl o w e r t o x i c i t ya n dl e s sr e a g e n td o s a g ei n d i c a t e sB K 5 11h a sc o m p r e h e n s i v e l yb e t t e re x t e r n a ll i f ec y c l ef o o t p r i n t . B K 511 i sp r o v e dt ob eac l e a na n dh i g h e f f i c i e n c yc o p p e r m o l y b d e n u ms e p a r a t i o ni n h i b i t o r sa n da ne x c e l l e n t s u b s t i t u t ef o rN a H Si nt e r m so fp r o d u c ti n h i b i t i o np e r f o r m a n c ea n dl i f ec y c l ee m i s s i o n . K e y w o r d s l i f ec y c l e ;c o p p e r m o l y b d e n u ms e p a r a t i o n ;m o d e l ;c l e a n ;h i g h e f f i c i e n c y 铜钼混合精矿分离是开发大型斑岩型铜 钼 矿 的主要技术难点之一[ 1 ] ,通过加入抑制剂实现选择 性分离的目的,抑制剂分为无机和有机抑制剂。无 机抑制剂主要包含硫化物、氧化剂、诺克斯试剂及氰 化物[ 2 ≈] ,具有毒性高、用量大、操作环境差等特点, 其中应用最多的为硫氢化钠。有机抑制剂因用量 少、高效等特点而成为近年研究的热点,相继研制出 巯基乙酸钠、O r f o mD 8 、C D 药剂、M 8 等[ 4 书] 。其中 最具代表性的为巯基乙酸钠,用量少、添加方便,但 适应性较差,经过几十年的推广应用,仍然无法完全 取代硫化钠、氰化钠等无机抑制剂。铜钼分离抑制 剂毒性高,生产及使用过程的环境污染问题仍持续 存在,亟待解决。 目前常见的环境治理技术主要针对生产环节的 污染物末端进行治理,以致无法从源头上解决问 题[ 7 ] 。从根源治理环境污染问题,需要考察产品全 生命周期各阶段对环境的影响。生命周期评价 L i f e C y c l eA s s e s s m e n t ,L C A 是近年来逐渐形成的考察 基金项目北京矿冶科技集团科研项目 2 0 1 6 - 0 3 收稿日期2 0 1 9 - 0 7 1 6修回日期2 0 1 9 0 8 0 9 作者简介吴桂叶 1 9 8 2 一 ,女,河北保定人,博士,高级工程师,主要从事浮选药剂研发与应用。 万方数据 2 0 1 9 年第5 期吴桂叶等铜钼分离抑制剂分子生命周期评价 1 3 1 和量化产品对环境影响的重要工具。1 9 9 3 年,国际 环境毒理学与化学学会 S E T A C 首先提出了生命 周期评价指南“实践准则”,随后国际标准化组织 I S O 参与到L C A 的研究中,并相继出台了一系列 标准来指导L C A 的实施[ 8 。0 | 。 生命周期评价 L C A 是目前行之有效的环境 管理工具,用于评价产品在“从摇篮到坟墓”的全过 程中所涉及的环境问题[ 1 1 1 。研究人员[ 1 2 3 利用L C A 方法从原材料的提取与加工、设备生产、应用和报废 阶段评价了碳纳米管传感器的生命周期,对其环境 影响进行了评估。高熔点的铅基黏合剂 H M P 与 导电黏合剂 E C A 对于潜在毒性和能源消耗方面 的分析对比也同样采用了L C A 方法,研究表明 H M P 的C O 。排放低于E C A ,而E C A 的人体危害远 远低于H M P [ 13 | 。李雪迎[ 1 4 ] 等利用L C A 方法,以介 孔M n O 。催化剂为研究对象,考察其L C A 涉及的基 础数据,为筛选和开发净化行业产品提供支持。殷 仁述[ 1 5 ] 等针对车用钛酸锂电池进行生命周期评价研 究,构建了包括重制与二次使用阶段在内的车用锂 电池全生命周期评价模型,评估其对能源、环境与资 源的影响。 综上,生命周期评价L C A 研究的是产品从自然 中来回到自然中去的全过程,是指产品从摇篮到坟 墓的整个生命周期各个阶段对环境影响的总和[ 1 引, 借助L C A 可识别并量化产品全生命周期各阶段对 环境的影响,寻求改善环境影响的机会以及如何利 用这种机会。但是,在选矿药剂领域还未见本研究 的报道。 本研究在现有铜钼分离抑制剂研究的基础上, 首次利用生命周期评价方法,对抑制剂产品原材料、 生产制备、运输、储存、使用及排放过程对环境的压 力进行客观评价,构建铜钼分离抑制剂分子生命周 期评价模型。N a r i S 为目前最常用的无机抑制剂, B K 5 1 1 为近期研发的有机抑制剂,对比两种铜钼分 离抑制剂的环境影响评价,为环境友好型抑制剂的 研发提供依据。 1 铜钼分离抑制剂分子生命周期评价 1 .1 确定目标与范围 进行生命周期评价第一步需要确定评价的目标 与范围,以此为基础进一步对系统边界进行确认,包 括产品从原材料的采集、加工和再加工等生产过程 形成最终产品,又经过产品贮存、运输、使用等过程, 直至产品报废或处置,从而构成一个物质转化的生 命周期[ 17 | 。 本文研究的目的是评价铜钼分离抑制剂分子全 生命周期对环境的影响,识别环境影响较大的阶段, 有针对性的对其进行改进,将环境影响降低至最小。 研究对象采用两种铜钼分离抑制剂,一种为目前应 用最广泛、最具代表性的无机抑制剂N a r i S ,另一种 为新型有机抑制剂B K 5 1 1 。系统边界为两种抑制剂 生命周期全过程,包括抑制剂原料、生产、存储、运 输、使用、排放6 个阶段,并建立评价模型,两种抑制 剂具体的系统边界如图1 所示。 原料 生产 输出l 天气’行架。. 输入 存储 『资源消耗卜一 废水污染 运输 使用 固体废弃物 排放 图1 铜钼分离抑制剂分子系统边界 F i g .1S y s t e mb o u n d a r yo fc o p p e ra n dm o l y b d e n u m s e p a r a t i o ni n h i b i t o r s 1 .2 生命周期评价 L C A 1 .2 .1 原材料准备和选择 在实施生命周期设计的原料准备阶段,要求原 材料在满足一般功能要求的前提下,应具有良好的 环境兼容性,以便产品在制备、使用以及用后处置等 生命周期的各阶段具有最大的资源利用率和最小的 环境影响。生命周期设计要求选择原材料应遵循以 下原则优先选用低能耗、少污染的材料;尽量选择 环境兼容性好的材料,避免选用有毒、有害和有辐射 特性的材料。所用材料应易于回收、再利用、再制造 或易于降解。 对此N a H S 与B K 5 1 1 的原料来源,N a H S 原料 包括硫化氢气体。硫化氢气体的特点是急性毒性, 吸入少量高浓度硫化氢气体即可于很短时间内致 命,同时低浓度的硫化氢气体对人的眼睛、中枢神经 及呼吸系统都有不同程度的影响;B K 5 1 I 原料采用 食品级原料,可溶性好,安全性高。对比原料评价数 据,N a r i S 原料毒性高、危险性大,而B K 5 1 1 安全、无 毒、来源广泛,说明在原料环境安全性评价B K 5 1 1 优于N a r i S ,两种原料对比详见表1 。 万方数据 1 3 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 表lN a r i S 与B K 5 1 1 的原料来源及生产工艺对比 T a b l e1C o m p a r i s o no fr a wm a t e r i a ls o u r c e sa n dp r o d u c t i o np r o c e s s e sb e t w e e nN a r i sa n dB K 51 1 1 .2 .2 生产工艺和流程 化工产品制造阶段应该采用绿色工艺实现绿色 制造,绿色工艺与清洁生产密不可分。清洁生产要 求对产品及其工艺不断实施综合的预防性措施,其 实现途径包括清洁材料、清洁工艺和清洁产品。绿 色工艺要求在提高生产效率的同时必须兼顾削减或 消除危险废物及其他有毒化学品的用量,改善劳动 条件,减少对操作者的健康威胁,并能生产出与环境 兼容的安全产品。 对比N a r i S 与B K 5 1 1 的制备工艺 表1 。 N a H S 生产最常用工艺为将硫化氢气体通人N a 0 H 溶液或用N a S 溶液通过吸收反应制备。因硫化氢 气体有剧毒,为了防止气体逸出,需要控制反应环境 为负压,采用真空泵抽真空,额外增加了能量的输 入。由于生产过程中存在硫化氢气体吸收不完全的 现象,需要采用多级吸收装置,使生产尾气中硫化氢 气体含量降至较低程度。该制备过程,硫化氢具有 可燃、剧毒,多级吸收、防护,设备投入成本高,且硫 化氢吸收不完全,安全隐患大。B K 5 1 1 采用一锅法 制备工艺,反应条件温和,反应尾气吸收回用,终点 精准控制,实现无三废排放的绿色生产。这说明,从 产品生产工艺方面B K 5 1 1 的安全性与清洁程度优 于N a H S 。 1 .2 .3 存储与运输 在存储、运输阶段,产品的稳定性是主要因素。 不当的储存条件,会导致物料分解,产生有害物质, 并对人体与环境造成影响。因此,在产品的储存、运 输阶段要充分考察产品的稳定性能,提高产品的利 用率,减少有害物质排放,在保证产品性能的前提 下,尽可能的延长生命周期,有利于降低成本,保证 运输的安全性。 经查寻可知,N a r i S 的L D 5 。一1 8m g /k g ,易分 解产生硫化氢气体,属于高毒危化品,存储与运输均 按照危化品进行操作,导致存储与运输成本显著提 高,且环境危害性大。 考察B K 5 1 l 的稳定性,对于产品的储存、运输 过程的安全性进行评价。通过紫外分光光度计检测 B K 5 1 1 含量随时间变化规律得出其稳定性参数。通 过试验结果,可以发现B K 5 1 1 的原液稳定性较好, 降解速度缓慢,稳定性能测试结果详见图2 。 , ■ ● 望 型 矮 盟 ∞ 图2B K 5 1 1 稳定性能测试结果 F i g .2S t a b i l i t yt e s tr e s u l t so fB K 5 1 1 B K S l l 属于新型物质,经过中国疾病预防控制 中心环境与健康相关产品安全所检测L D 。。 50 0 0 m g /k g ,低毒物质,存储、运输按照普通货物进行,具 体情况详见表2 。对比N a H S 与与B K 5 l l 存储与运 输过程生命周期评价,可以得到B K 5 1 1 在存储与运 输过程中的评价结果均优于N a H S 。 1 .2 .4 使用过程 1 使用过程有害物质排放对环境的影响 国外选矿厂多使用硫氢化钠,硫氢化钠使用过 程释放硫化氢,迫于安全考虑,所有的浮选设备必须 密封,不但提高设备成本,而且给选厂生产造成不 便。B K 5 1 1 系列药剂使用过程不释放硫化氢气体, 对设备的要求较低,无需密闭操作。浮选过程矿浆 中添加B K 5 1 1 与N a r i S 硫化氢释放对比结果见图 3 ,B K 5 1 1 作用下,矿浆p H 值为6 或7 时,硫化氢的 释放值均为0 ,N a r i S 作用下p H 值为7 时硫化氢释 放值3 5 “g /m L 、p H 值为6 时硫化氢释放值达到 1 5 5 “g /m L 。而工作场所空气中硫化氢最高容许浓 度为1 0 /- g /m L ,如此高浓度的硫化氢给健康与环境 带来极大危害,使用B K 5 1 1 替代N a r i S 可以改善生 产操作环境。 万方数据 2 0 1 9 年第5 期吴桂叶等铜钼分离抑制剂分子生命周期评价 1 3 3 硫氢化钠 B K 5 1 1 L D 5 0 1 8m g /k g ,高毒物质,腐 蚀性物质;遇酸分解,生成硫化 氢} 易潮解,吸湿性强,易氧化, 保存时常释出硫化氢;并放热, 易自燃。 L D 5 0 50 0 0m g /k g ,低毒物质; 水溶性好,常温条件稳定;不 可燃。 霎麟黧燃鬻薹嚣T 絮’ 氧化剂、酸类;与食用化学品分开存放;禁止使用易产生火花的具 。一。。二、。’ 和机械设备;储存区应备有合适的收容材料、泄漏应急处理设施与 。⋯‘ 管理制度普通化学品管理;储存条件阴凉、通风、避免阳光直射、普通货物运输, 远离热源、火源;禁配物氧化剂、酸类;与食用化学品分开存放。常规包装 圣 藿 婴 撂 图3B K 5 1 1 与N a H S 释放硫化氢对比 F i g .3C o m p a r i s o no fh y d r o g e ns u l f i d er e l e a s e d b yN a H Sa n dB K 5 1 1 2 使用过程用量对环境影响 本课题组在前期研究中借助于C A M D 技术研 发的B K 5 1 1 系列产品与黄铜矿具有很强的结合能 力,应用于山西某铜钼混合精矿分离,闭路试验中 B K 5 1 1 总用量为7 .4k g /t 混合精矿获得含铜 1 .0 4 %、品位4 6 .3 1 %的钼精矿,钼回收率8 9 .9 4 %; 而采用N a S 进行分离,总用量达到3 7 .5k g /t 混合 精矿获得含铜0 .9 9 %、品位4 7 .5 5 %的钼精矿,钼回 收率8 2 .5 7 %。与N a S 对比,采用B K 5 1 1 流程,药剂 用量下降了8 0 %,钼回收率提高了7 .2 个百分 点[ 18 1 。在智利某选厂,B K 5 1 1 以1 9 用量比例替 代N a r i S ,获得与N a r i s 相同分离效果[ 1 ⋯。这说明 在铜钼混合精矿分离指标相当的前提下,B K 5 1 1 替 代N a r i S N a 。S ,大幅度减少了药剂用量,有效节省 能源的输入,有利于降低对环境排放指标,详见图4 。 1 .2 .5 排放阶段 1 降解性能考察 采用测定微生物的生化呼吸线方法检测B K 5 1 1 的生物降解性能,所用仪器W T WA N l 2 呼吸速率 测定仪,反应瓶总容积3 1 3m I 。,反应体系容积 1 5 0m L ,气体体积1 5 8m L ,反应温度3 5 ℃,反应体 系污泥浓度5g /L 污泥取自肖家河污水处理厂 。 检测结果表明,B K 5 1 1 具有很好的生物降解性能,药 剂在微生物作用下降解速度快,对环境影响小。降 解性能结果见图5 。 f - ∞ 邑 血| | 旺 蔟 器 量 B K 5 1l 替代N a H S 比例 图4N a r i S 与B K 5 1 1 用量对比 F i g .4 C o m p a r i s o no fN a r i Sa n dB K S l ld o s a g e 图5B K 5 1 1 生物降解性能检测 F i g .5 B K 511b i o d e g r a d a t i o nt e s t 万方数据 1 3 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 2 产品对环境排放影响考察 B K 5 1 1 与N a H S 平行对比试验阶段,在监测工 厂排污时,在使用B K 5 1 1 期间,选矿尾水中硫化物 的排放较N a H S 使用阶段显著降低,详见图6 。这 一方面归功于B K 5 1 1 良好的生物降解性能,另一方 面,归功于替代N a r i S 后,药剂用量的大幅度降低。 沉降池1 沉降池2 ※一离心机十过滤池 图6 选厂尾水硫化物检测 F i g .6 D e t e r m i n a t i o no fs u l f i d ei nt a i l i n g sw a t e r o fc o n c e n t r a t o r 2结论 1 运用L C A 研究方法,构建了两种铜钼分离抑 制剂N a r i S 与B K 5 1 1 的生命周期评价模型,系统边 界包括抑制剂原料、生产、存储、运输、使用、排放6 个阶段。 2 通过L C A 研究,B K 5 1 1 原料来源低毒、安全, 制备工艺绿色、无污染,产品低毒、高效,存储、使用 与运输过程不产生有害物质,说明与N a r i S 相比, B K 5 1 I 生命周期所有有害物质排放量降低,生命周 期排放外部综合成本降低。 3 在铜钼混合精矿分离指标相当的前提下, B K 5 1 1 替代N a H S N a S ,药剂用量降低了8 0 %~ 9 0 %,具有抑制能力强、药剂用量低的优势。 4 从B K 5 1 1 生命周期评价结果,并结合其实际 抑制效果,B K 5 1 1 是清洁、高效的环境友好型抑制 剂,可替代N a H S 。 参考文献 [ 1 ] 邱丽娜,戴惠新.钼矿的浮选工艺及药剂现状F J 3 .现代 矿业,2 0 0 9 7 2 2 2 3 ,3 8 . 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[ 1 0 ] I n t e r n a t i o n a lS t a n d a r dO r g a n i s a t i o n I S O .I S O1 4 0 4 4 E n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t l i f ec y c l ea s s e s s m e n t p r i n c i p l e sa n df r a m e w o r k [ S ] .G e n e v a ,S w i t z e r l a n d I S O ,2 0 0 6 . [ 1 1 ] 郑秀君,胡彬.我国生命周期评价 L C A 文献综述及 国外最新研究进展[ J ] .科技进步与对策,2 0 1 3 ,3 0 6 1 5 5 - 1 6 0 . [ 1 2 ] D A H L B E NLJ ,E C K E L M A NMJ ,H A K l M I A NA , e ta 1 .E n v i r o n m e n t a ll i f ec y c l ea s s e s s m e n to fac a r b o n n a n o t u b e - e n a b l e ds e m i c o n d u c t o rd e v i c e [ J ] . E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e &T e c h n o l o g y ,2 0 1 3 ,4 7 1 5 8 4 7 1 8 4 7 8 . [ 1 3 ] A N D R A EASG ,I T S U B ON ,Y A M A G U C H IH , e ta 1 .L i f e c y c l e a s s e s s m e n to f J a p a n e s eh i g h t e m p e r a t u r ec o n d u c t i v ea d h e s i v e s [ J ] .E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e8 LT e c h n o l o g y ,2 0 0 8 ,4 2 8 3 0 8 4 3 0 8 9 . 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