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材料作为人类社会文明的物质基础,始终对人类社会进步与发展起着基础和先导作用。金属铝是国民经济、人民生活、国防工业以及科学技术发展必不可少的基础材料,近些年来,我国铝工业获得了飞跃发展,已经形成了一个具有较大生产规模、品种比较齐全、门类比较完整的工业体系。但是,基于我国铝工业的资源消耗及环境影响的精确定量尚不明确,尤其是针对铝合金部件的生产、加工、使用及循环利用的环境影响。本文选取典型铝合金对其整个生命周期过程进行环境影响评价研究。 在原材料生产阶段,对我国2008年原铝生产进行生命周期评价研究,结果表明:与2003年相比,原铝生产过程能耗下降16%,环境影响类别中不可再生资源、温室效应、酸化效应、光化学烟雾和人体健康损害下降的百分比分别约为:36%、21%、45%、34%、45%。我国原铝生产与欧洲及世界平均水平仍存在一定差距,高出欧洲及世界原铝平均水平的23.38%和14.5%。 在铝合金部件生产加工阶段,本文选取两种典型铝合金6063和A356以及相应的挤压和压铸加工流程,进行了生命周期评价。研究表明零部件生产过程的主要环境压力来自成型工艺,挤压和压铸工艺分别占生产流程总能耗的66%和69%。另外,通过计算原铝、原镁、硅生产及合金生产过程对部件生产过程的累计环境负荷发现:原铝生产环境负荷的大小决定了铝合金零部件生产过程的环境负荷:其中人体健康损害(HTP)的比重几乎达到了100%;温室效应(GWP)所占比例为90%,位居第二;酸化效应次之,所占比例为81%;光化学烟雾(POCP)所占比例为69%。 在使用阶段,本文以汽车用铝合金轮毂为典型案例,分析了铝合金从“摇篮到大门”阶段的环境影响。结果表明:铝合金部件使用过程的环境负荷在铝合金的整个生命周期环境负荷中占据最大的比重,使用过程的能耗所占百分比约为86.9%,其次是原材料生产阶段,所占比重为11.7%。除此之外,本文定量计算了铝合金在交通运输行业应用的节能减排效果,在汽车的行驶寿命中,通过对典型零部件的分析,应用每kg铝合金可以减少376-2501.5MJ的能耗,减少温室气体排放18.4-147.7kg CO2 eq。 在铝合金废弃再生阶段,本文从废杂铝回收、预处理、重新熔铸三个过程对再生铝的生产进行了环境影响评价。研究表明:再生铝生产的能耗为原铝生产的4.9%,环境影响类别中不可再生资源、温室效应、酸化效应、光化学烟雾和人体健康损害分别为原铝的1/16、1/24、1/39、1/130、1/230。 近几年来,随着新技术、新设备的应用,我国原铝生产过程的资源、能源消耗和各类环境影响类别均有显著下降。但受资源品质、生产工艺、技术和装备水平的制约,我国铝工业总体效率与能耗水平与国际先进水平仍存在一定差距。本文研究结果为铝工业应做好结构调整,合理利用资源,发展再生资源,采用节能、污染物排放物少的清洁工艺,减少环境影响,为铝工业在其它行业尤其交通运输业发挥节能减排优势提供了技术支持。