江西省某铜尾矿资源化过程生命周期评价研究

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铜尾矿是指铜矿石经过采选后剩余的固体废物,其中含有丰富的可再利用物质。对铜尾矿进行资源化处理是一个新兴的研究领域,有着广阔的发展前景。江西省某地铜尾矿中SiO2的含量较高,可用于代替硅质原料用于生产建筑材料。近年来,国内外已有较多学者对铜尾矿资源化利用于生产建筑材料进行研究,为了使铜尾矿资源化技术更加绿色环保,需要采用科学的方法,从资源消耗和污染排放的角度对铜尾矿生产建筑材料过程进行分析评估,达到节能减排的目的。因此,本研究引入生命周期理论对铜尾矿资源化利用于生产建筑材料的过程中潜在的环境影响进行分析。本研究在对江西省某地铜尾矿资源化利用于生产水泥熟料、蒸压加气混凝土和泡沫微晶保温材料过程进行现场调研和实际数据收集的基础上,结合中国本土LCA基础数据库CLCD(Chinese Reference Life Cycle Database)数据质量评估方法,在eFootprint在线系统上对铜尾矿复合建筑材料和普通建筑材料的整个生产过程进行生命周期评价,通过量化过程中各个阶段的资源、能源消耗、污染物排放量和环境影响累计贡献值等,对比分析两者生产过程中环境影响指标值的大小,确定生产过程中对生态环境影响最严重的阶段和环境类别,明确铜尾矿资源化过程对自然资源和生态环境的影响程度。本研究主要结论如下:与普通硅酸盐水泥熟料生产相比,铜尾矿复合水泥熟料生产过程中各环境影响类型值均有不同程度的降低,初级能源消耗PED(Primary Energy Demand)降幅最高达10.25%。铜尾矿复合水泥熟料生产工艺造成的主要环境影响类型为PED>WU>GWP:煤粉制备过程对PED值贡献最大,占总PED的80.04%;铁粉制备和自来水过程对水资源消耗WU(Water Use)贡献较大,分别占总WU的45.05%和30.77%;熟料煅烧阶段对全球变暖潜值GWP(Global Warming Potential)贡献最大,占总GWP的89.31%。以上这几个过程是节能减排控制的重点环节。此外,铜尾矿替代粘土用于水泥熟料的生产不仅避免了铜尾矿堆存可能产生的生态毒性ET(Ecological Toxicity)、人体毒性-致癌/非致癌HT-cancer/non cancer(Human Toxicity)及占用土地的影响,同时也降低了铜尾矿复合水泥熟料生产过程中产生的生态毒性和人体毒性,其中生态毒性值削减了5.7%。与传统蒸压加气混凝土生产相比,铜尾矿蒸压加气混凝土生产过程中各环境影响类型值均有不同程度的降低,GWP降幅最高达19.51%。铜尾矿蒸压加气混凝土生产工艺造成的主要环境影响类型为PED>WU>GWP:蒸压养护过程消耗了大量的水蒸汽和天然气,对资源环境的影响最大,是节能减排控制的重要环节,主要环境影响类型为PED、GWP和WU,分别占各环境影响类型总值的57.31%、51.37%和38.30%。此外,铜尾矿替代35%的砂和10%的水泥用于蒸压加气混凝土的生产既避免了铜尾矿堆存可能产生的生态毒性、人体毒性及占用土地的影响,同时也降低了铜尾矿蒸压加气混凝土生产过程中产生的生态毒性和人体毒性,其中生态毒性值削减了54.5%,人体毒性值削减了5.6%。与普通泡沫微晶保温材料生产相比,铜尾矿泡沫微晶保温材料生产过程中各环境影响类型值均有不同程度的降低,WU降幅最高达70.35%。铜尾矿泡沫微晶保温材料生产工艺造成的主要环境影响类型为WU>PED>GWP:硼砂属于高纯物质,其上游生产过程对资源环境的影响最大,是节能减排控制的重要环节,主要环境影响类型为GWP、PED和WU,分别占各环境影响类型总值的75.33%、70.07%和39.38%。此外,铜尾矿替代石英砂和铝土矿用于泡沫微晶保温材料的生产不仅避免了铜尾矿堆存可能产生的生态毒性、人体毒性及占用土地的影响,同时也降低了铜尾矿泡沫微晶保温材料生产过程中产生的生态毒性和人体毒性,其中生态毒性值削减了29.3%,人体毒性值削减了25.85%。
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