1、材料环境影响的评价技术和方法材料环境影响的评价技术和方法3.1 常见的环境指标及其表达方法常见的环境指标及其表达方法l能耗表示法l环境影响因子l环境负荷单位l单位服务的材料消耗l生态指数表示法l生态因子表示法衡量材料对环境负担性影响的定量指标3.1-1 能耗表示法能耗表示法MaterialsSteelAluminumCementEnergy consumption31.836.7142.43-1 钢、铝、水泥生产过程的能耗比较(MJ/t)旅游环保 最早的表达方法 单一、偏颇3.1-2 环境影响因子环境影响因子Environmental Affect Factor, EAFEAF=资源，能源，污
2、染物，生物影响，区域性 =caki 相对于能耗表示法，环境影响因子更全面综合。3-2 常见金属材料的环境影响因子材料FeAlTiZnCrNiCuPbCdMnEAF1.339.0415.4818.1916.7319.4124.0090.35327.95.043.1-3 环境负荷单位环境负荷单位lEnvironmental load unit, ELUl瑞典环境研究所完成ELU方法l用一个综合的指标，包括资源、能源、环境污染等因素来评价某一产品、过程或事件对环境的影响ElementELU/kgElementELU/kgFe0.38Sn4200Mn21.0Co12300Cr22.1Pt4.2107V
3、42Rh4.2107Pb363Oil0.168Ni700Coal0.1Mo42003-2 某些材料及元素的环境负荷单位比较123453.1-4 单位服务的材料消耗单位服务的材料消耗Materials intensity per unit of service, MIPSProf. Schmidt, 渥泊塔研究所德，1994l某一单位过程的材料消耗量l过程：生产 或 消费3.1-5 生态指数表示法生态指数表示法Eco-pointl对某一过程或产品，根据其污染物的产生量及其他环境作用大小，综合计算出该产品或过程的生态指数，判断其环境影响程度。l玻璃，148 聚乙烯，2203.1-6 生态因子表示法
4、生态因子表示法leco-indicator, ECOIl材料 使用性能环境性能a. 材料的环境影响(environmental impact, EI)b. 材料的使用或服务性能(service performance, SP)ECOI=EI/SP3.2 材料的环境影响评价方法与标准材料的环境影响评价方法与标准l综合评价方法生命周期评价方法(life cycle assessment, LCA)l已经成为世界通行的方法，是ISO14000标准系列之一3.2-1 LCA的起源的起源20世纪60年代80年代19901993物质-能量流平衡方法计算化工工艺过程中材料用量工业产品的整个寿命周期分析Fro
5、m cradle to grave环境设计绿色设计环境意识设计与制造寿命全程设计产品责任意识环境质量设计产品完整性设计国际环境毒理和化学学会确定了LCA的概念和理论框架国际标准化组织ISO/TC207制定了ISO 14000国际环境管理系列标准ISO 14000国际环境管理系列标准框架国际环境管理系列标准框架 系 列标 准环境管理系统（EMS）14001 环境管理系统：分类和指南14004 环境管理系统：原理、系统和支撑技术环境审计（EA）14010 环境审计：原理14011 环境审计：审计程序14012 环境审计：审计资格14015 环境地域评价环境标志（EL）14020 环境标志：原理14
6、021 环境标志：术语和定义14022 环境标志：符号 14023 环境标志：测试及认证方法14024 环境标志：类型I原则及程序14025 环境标志：类型II原则及程序环境行为评价（EPE）14031 环境行为评价：原理环境影响评价（LCA）14040 环境影响评价：原理及框架14041 环境影响评价：编目分析14042 环境影响评价：环境影响评价14043 环境影响评价：结果解释术语和定义（TD）14050 环境管理：术语和定义14060 产品标准的环境因素l生命周期评价法也已经纳入中国国家标准lGB/T240402008(环境管理生命周期评价原则与框架)lGB/T240412008(环境
7、管理生命周期评价目的与范围的确定)lGB/T240422002(环境管理生命周期评价生命周期影响评价)lGB/T240432002(环境管理生命周期评价生命周期解释)lGB/T240442008(环境管理生命周期评价要求与指南)3.2-2 LCA的定义的定义Life Cycle Assessment is a process to evaluate the environmental burdens associated with a product, process, or activity by identifying and quantifying energy and material
8、s used and wastes released to the environment; to assess the impact of those energy and material uses and releases to the environment; and to identify and evaluate opportunities to affect environmental improvements. The assessment includes the entire life cycle of the product, process, or activity,
9、encompassing extracting and processing raw materials; manufacturing, transportation and distribution; use, re-use, maintenance; recycling, and final disposal.SETAC, 19933.2-2 LCA的定义的定义 通过确定和量化相关的能源、物质消耗和废弃物排放，来评价某一产品、过程或事件的环境负荷，并定量给出由于使用这些能源和材料对环境造成的影响；通过分析这些影响，找出改善环境的机会；评价过程应包括该产品过程或事件的生命全程分析，包括从原材
10、料的提取与加工、制造、运输、分发、使用、再使用、维持和循环回收直至最终废弃在内的整个生命循环过程。3.2-2 LCA的定义的定义Life Cycle Assessment: Compilation and evaluation of the inputs, outputs and the potential environmental impacts of a product system throughout its life cycle.Product system: Collection of materially and energetically connected unit-pro
11、cesses which performs one or more defined functions. (Note: In this International Standard, the term “product” used alone not only includes product systems but also includes service systems.)Life cycle: Consecutive and inter-linked stages of a product system, from raw materials acquisition or genera
12、tion of natural resources to the final disposal.ISO 14040, 19973.2-2 LCA的定义的定义 LCA是对某一产品系统在整个生命周期中的环境影响进行评价。这里的产品系统是指具有特定功能的、与物质和能量相关的操作过程单元的集合，该系统既包括产品的生产过程，也包括服务过程。生命周期是指产品系统中连续的和相互联系的阶段，从原材料的获取或资源的投入一直到最终产品的废弃为止。3.2-2 LCA的定义的定义l所谓所谓生命周期评价技术生命周期评价技术（LCA）是一种评价某一过程、）是一种评价某一过程、产品或事件从原材料投入、加工制备、使用到废气的
13、整产品或事件从原材料投入、加工制备、使用到废气的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。个生态循环过程中环境负荷的定量方法。l显然，对材料的生产和使用过程，采用显然，对材料的生产和使用过程，采用LCA来评价其来评价其对环境的影响是全面和综合的。对环境的影响是全面和综合的。3.3 LCA的技术框架的技术框架目标和范围定义环境影响评价评价结果解释编目分析lISO 140403.3-1 目标和范围定义目标和范围定义l界定对象过程、产品或事件对环境影响的大小lLCA方法应用的起点1.评价目标：界定评价对象、评价原因，评价结果的输出形式2.评价范围：评价功能单元定义、评价边界定义、系统输入输出分配方法、环
14、境影响评价的数学物理模型及其解释方法、数据要求、审核方法及评价报告的类型与格式Goal and scope definition3.3-1a LCA评价范围的内容评价范围的内容l功能单元：评价环境影响大小的度量单位l系统边界：确定哪些过程应该被包括到LCA评价范围中l数据：在LCA过程中用到的所有定性和定量的数值或信息，可为测量的环境数据，亦可为中间的处理结果（LCA的可靠性保障）l审核：第三方；公证性3.3-2 编目分析编目分析根据评价目标和范围定义，针对评价对象收集定量或定性的输入输出数据，并对这些数据进行分类整理和计算的过程LCA编目分析示意编目分析示意目标和范围定义水木材煤石油及天然气
15、矿物自由金属矿产其他能源生态系统温室气体效应酸雨有机挥发物臭氧层破坏大气污染物水污染物废渣排放固体有害污染物光、声、电磁波污染编目分析的步骤编目分析的步骤1.系统和系统边界定义2.系统内部流程 为了更清晰地显示系统内部的联系，以及寻找环境改善的时机和途径3. 编目数据的收集与处理 包括流入每个过程的物质和能量，以及从这个过程流出、排放到空气、水体和土壤中的物质编目分析即是对所有穿过系统边界的物质、能量流进行量化的过程聚乙烯塑料饮料瓶的生产流程聚乙烯塑料饮料瓶的生产流程油井开采原油运输原油提炼石油脑生产原料包装、运输塑料原料生产聚乙烯生产乙稀生产塑料瓶生产饮料灌装整瓶包装饮料运输废 物丢 弃饮用
16、消费饮料零售编目分析中注意两类问题编目分析中注意两类问题l分配问题多个对象l能源问题从系统中的物理、化学过程出发，依据质量和热力学标准，以及经济学上的权衡能源类型、转化效率、能源生产中的编目数据及能源消耗量3.3-3 环境影响评价环境影响评价l评价目的：编目分析数据与环境的相关性，定量评价各种环境损害l4个步骤：分类、表征、归一化、评价编目分析结果编目分析结果电能燃料内在能量一氧化碳二氧化硫NOx碳氢化合物粉尘COD氟利昂油脂苯酚生物资源消耗非生物资源消耗臭氧层减少全球变暖土壤酸化人体毒性土地占有生物多样性损失人体健康损失自然资源损失产出损失相对于生物多样性损失相对人体健康损失相对自然资源损失
17、相对产出损失总报告编目分析结果分类表征归一化评价常用表征指标常用表征指标环境损害类型指标名称参照物温室效应GWP100CO2臭氧层变薄ODPCFC 11酸雨APSO2富营养化NPP3.3-4 评价结果解释评价结果解释l综合编目分析和环境影响评价的结果；l阐述和分析目标过程、事件或产品的环境影响l给出评价的结论及建议3.4 常用的常用的LCA评价模型评价模型l精确方法l近似方法数学模型和数学方法输入输出法，模糊数学分析法，etc.线性规划法、层次分析法，逆矩阵法，etc.3.4.1 输入输出法输入输出法最简单，最常用材料生产或使用过程输入参数输出参数能源资源废弃物温室效应有效产品废水污染程度考虑
18、系统的输入和输出量，定量计算出该系统对环境所产生的影响。3.4.2 线性规划法线性规划法l约束条件和目标函数都属线性问题，在一定约束条件下寻找目标函数的极值Ai,jBi,j = Fi,j (i, j = 1, 2, , n)A 环境影响的分类因子；B 各环境影响因子在系统各个阶段的环境影响数据；F 该环境影响因子的环境影响评价结果；i,j 系统各阶段序号3.4.3 层次分析法层次分析法Analytic hierarchy process, AHP准则1准则2准则3准则N子准则1子准则2子准则3子准则N方案1方案2方案3方案N决策目标目标层准则层方案层环境问题3.5 LCA应用举例应用举例l材料
19、：钢铁、有色金属材料、玻璃、水泥、塑料、橡胶、铝合金、镁合金等l产品：容器、包装、复印机、计算机、汽车、轮船、飞机、洗衣机（家用电器）等ISO 14000国际环境管理标准材料领域应用日臻完善3.5.1 建筑瓷砖的环境影响评价建筑瓷砖的环境影响评价配料球磨搅拌成形干燥烧成包装废水废渣废气加水加热瓷砖生产工艺示意图年产量30万m2，连续性流水线生产3.5.1 建筑瓷砖的环境影响评价建筑瓷砖的环境影响评价l输入输出法模型由钢渣生产瓷砖的工艺过程输入参数输出参数能源资源废渣全球温室效应瓷砖废水3.5.1 建筑瓷砖的环境影响评价建筑瓷砖的环境影响评价评价结果解释：改进工艺（降低能耗、降低废水排放量、减少
20、温室气体效应影响等）3.5.2 聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价l目标定义；防水涂料的生产过程，不考虑涂料的施工及使用对环境和人体健康的影响。l编目分析防水涂料的生产工艺示意图配料搅拌脱水调配反应包装废渣废气3.5.2 聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价l输入输出法模型聚氨酯防水涂料生产过程输入参数输出参数能源资源废渣全球温室效应涂料产品区域毒性水平有机挥发物3.5.2 聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价评价结果解释：改进工艺（提高资源效率、降低能耗、降低总有害物的排放量、减少温
21、室气体效应影响等）3.5.3 用层次分析法评价一般材料的环境影响用层次分析法评价一般材料的环境影响l铁、铝、高密度聚乙烯环境指数(eco-indicator) 环境影响(environmental impact)材料性能(service performance)3.5.3 用层次分析法评价一般材料的环境影响用层次分析法评价一般材料的环境影响l编目分析环境指数材料性能环境影响资源消耗温室效应废气废水总能耗废渣拉伸强度线膨胀系数热容电导率区域毒性水平电极电位3.5.3 用层次分析法评价一般材料的环境影响用层次分析法评价一般材料的环境影响l铁、铝、高密度聚乙烯S FeAlHEDP21.21.188.
22、700.110.446.42.362.660.221.663.612.000.510E FeAlHEDP5326012.1220041.951630433.21.17210000015.5310002.06120000013005.40430001.67118001.724800016.00.09FeAlHEDP环境影响(E)2.027659.95131.9384材料性能(S)1.11161.30312.9910环境指数(ECOI)1.824046.00670.6481结论钢铁生产流程的环境影响评价钢铁生产流程的环境影响评价l高炉转炉连铸热轧工艺流程，年产800104 t钢的钢铁联合企业；l电
23、炉薄板坯连铸热轧工艺流程，年产200104 t钢的小型钢厂。钢渣的来源和分类钢渣的来源和分类 钢渣是炼钢过程中排出的副产物，主要来源于金钢渣是炼钢过程中排出的副产物，主要来源于金属液中的属液中的硅、锰和磷等氧化后形成的氧化物硅、锰和磷等氧化后形成的氧化物，调，调节炉渣性能所加入的造渣剂如节炉渣性能所加入的造渣剂如石灰石，白云石，石灰石，白云石，萤石和硅石萤石和硅石，以及被侵蚀、剥落下来的，以及被侵蚀、剥落下来的炉衬材料炉衬材料。钢渣的产生率为粗钢的钢渣的产生率为粗钢的10%-20%。 钢渣的来源和分类钢渣的来源和分类 按炼钢所用炉型按炼钢所用炉型转炉钢渣转炉钢渣电炉钢渣电炉钢渣按碱度按碱度低碱
24、度钢渣低碱度钢渣(R2.5)按钢渣的形态按钢渣的形态粒状钢渣粒状钢渣块状钢渣块状钢渣粉状钢渣粉状钢渣钢渣的组成钢渣的组成炼钢厂炼钢厂CaOMgOSiO2A12O3FeOFe2O3MnOP2O5f-CaO宝钢宝钢马钢马钢上钢上钢邯钢邯钢404945504551425447455123813171011810122013140.6126112210185204184107105102.513560.52.51.52.51211.435230.21.329.5511410210我国几个大型钢铁企业转炉钢渣的化学成分，我国几个大型钢铁企业转炉钢渣的化学成分，%钢渣的组成钢渣的组成CaO/( SiO2+
25、 P2O5)矿物成分矿物成分1.36橄榄石橄榄石(CRS) )、蔷薇辉石、蔷薇辉石( (C3MS2) )、RO相相1.80蔷薇辉石蔷薇辉石( (C3MS2) )、硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO2) )、RO相相2.51硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO2) )、硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO2) )、RO相相2.99硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO2) )、硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO2) )、RO相、铁酸相、铁酸盐盐CaO+RO+ SiO2CaOROSiO2（橄榄石橄榄石） 2CaOROSiO2+CaO3CaORO2SiO2（蔷薇辉石蔷薇辉石） +RO3CaORO2SiO2+CaO2(
26、2CaOSiO2)+RO2CaOSiO2+CaO3CaOSiO2钢渣的处理工艺钢渣的处理工艺预处理工艺预处理工艺加工工艺加工工艺陈化工艺陈化工艺 冷弃法冷弃法 水淬水淬、风淬风淬法法 热泼法热泼法 浅盘水冷法浅盘水冷法 滚筒法滚筒法 热闷法热闷法 钢渣内部综合利用碳减排效果的生命周期钢渣内部综合利用碳减排效果的生命周期评价评价 钢铁行业是重要的温室气体排放行业之一。消减单位钢铁产品碳排放是实现我国2020年碳减排目标的重要保证。除改进钢铁生产工艺外，钢铁工业固废综合利用也是温室气体减排的重要手段和途径。钢渣是钢铁冶炼过程排放的主要固废之一。钢渣内部综合利用碳减排效果的生命周期钢渣内部综合利用碳
27、减排效果的生命周期评价评价l目标和范围定义 研究对象：转炉钢渣的钢铁企业内部综合利用钢渣内部综合利用碳减排效果的生命周期钢渣内部综合利用碳减排效果的生命周期评价评价钢渣内部综合利用碳减排效果的生命周期钢渣内部综合利用碳减排效果的生命周期评价评价编目分析编目分析l本文生命周期清单的数据包括多个数据来源：通过与国内某特大型钢铁企业以及某大型钢铁企业进行现场访谈及调查问卷的方式，获取了其工艺过程的主要物料数据；上述企业的环境影响评价报告、循环经济报告等内部报告也是本文重要的数据来源； 各类工业产排污系数也是本文重要辅助数据来源。l本研究所涉及的部分生命周期清单数据来自中国科学院生态环境研究中心所完成
28、的LCA数据库，主要的清单包括：我国洗精煤生产过程的生命周期清单、国家电网电力的生命周期清单、石灰石、白云石生产的生命周期清单等。水泥的定义及分类水泥的定义及分类定义：凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。分类：按组成可分为以下两种： 常用水泥/硅酸盐水泥（以硅酸盐水泥熟料）如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等 特种水泥（以非硅酸盐类水泥熟料为主要组分）如：高铝水泥、硫铝酸盐水泥等按化学成分分：硅酸盐系水泥，其中包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸
29、盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等六大常用水泥，以及快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等； 铝酸盐系水泥，如铝酸盐自应力水泥、铝酸盐水泥等； 硫铝酸盐系水泥，如快硬硫铝酸盐水泥、型低碱硫铝酸盐水泥等； 氟铝酸盐水泥； 铁铝酸盐水泥； 少熟料或无熟料水泥。水泥的定义及分类水泥的定义及分类按水泥的特性与用途划分，可分为： 通用水泥，是指大量用于一般土木工程的水泥，如上述“六大”水泥； 专用水泥，是指专门用途的水泥，如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥等； 特性水泥，是指某种性能比较突出的水泥，如快硬水泥、白色水泥、膨胀水泥、低热及中热水泥等。水泥的定义及分类水泥的定义及分类（1）
30、生料：由石灰质原料、黏土质原料及少量校正原料按比例配合，粉磨到一定细度的物料，称为水泥生料。 （2）熟料：以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物。（3）校正原料：当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称校正原料。水泥的定义及分类水泥的定义及分类 石灰石质原料（主要成份为碳酸钙，提供氧化钙），如石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等 粘土质原料（提供氧化硅和氧化铝及部分氧化铁），如黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等 少量校正原料（铁质校正原料和硅质校正原料，提供氧化铁和氧化硅），铁质校正原
31、料如低品位铁矿石、炼铁厂尾矿以及硫酸厂工业废渣硫酸渣（硫铁矿渣）等；硅质校正原料如砂岩、河砂、粉砂岩等。 水泥原料水泥原料l生产硅酸盐系水泥的原料主要是石灰石和粘土质原料两类。石灰质原料主要提供CaO，常采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原料主要提供SiO2、Al2O3及Fe2O3，常采用粘土、粘土质页岩、黄土等。有时两种原料化学成分不能满足要求，还需加入少量校正原料来调整，常采用黄铁矿渣等。另外，还要加入石膏来调节水泥的凝结时间。现在水泥生产中还经常加入一些活性掺合料，如粉煤灰、矿渣等。水泥原料水泥原料水泥生产设备 水泥的生产工艺在熟料的煅烧方式上可以立窑和回转窑两种生产方式。 （1）
32、立窑的煅烧方式是采用一种静置的立式煅烧设备，其生料煅烧过程与回转窑不完全相同，而且其资源浪费大、环境污染严重。立窑中的物料是成球后入窑的，在煅烧过程中物料的变化特点是料球的外部已烧结反应完毕，内层可能还在进行固相反应，而核心部分可能还在进行碳酸钙分解。水泥生产设备（2）回转窑的煅烧方式是采用一种旋转式的横式煅烧设备，物料是先经预热器和窑外分解，与回转窑喷出的火焰成相向运动，因而其煅烧较立窑而更完全、更彻底。回转窑内的物料能上下自由翻滚，水泥产量和质量大幅提高，能耗和生产成本大大降低。由于立窑内的物料是依靠重力使料层整体下移，因而立窑烧成的水泥熟料则具有较多的孔隙和较大的不均匀性，回转窑熟料均匀
33、性和质量均高于立窑水泥。 水泥的生产工艺硅酸盐水泥生产的大体步骤是： 先把几种原材料按适当的比例配合好后在磨机中磨成生料；然后将制得的生料入窑进行煅烧；再把烧好的熟料配以适当的石膏（和混合材料）在磨机中磨成细粉，即得水泥。硅酸盐系水泥的生产概括起来就是“两磨一烧两磨一烧”。l“两磨一烧”生料制备：石灰质原料，粘土质原料与少量校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合适，质量均匀的生料熟料煅烧：生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料水泥粉磨：熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细为水泥 水泥生产方法水泥生产随生料制备方法不同，可分为干法(包括
34、半干法)与湿法（包括半湿法）两种。干法生产。将原料同时烘干并粉磨，或先烘干经粉磨成生料粉后喂入干法窑内煅烧成熟料的方法。但也有将生料粉加入适量水制成生料球，送入立波尔窑内煅烧成熟料的方法，称之为半干法，仍属干法生产之一种。湿法生产。将原料加水粉磨成生料浆后，喂入湿法窑煅烧成熟料的方法。也有将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧成熟料的方法，称为半湿法，仍属湿法生产之一种。 水泥生产方法干法和湿法生产特点干法生产特点：干法是将生料粉直接送入窑内煅烧，入窑生料的含水率一般仅12，省去了烘干生料所需的大量热量。不仅可以制备出质量均匀的生料而且逐步向大型方向发展。现在将悬浮预热和预分解窑统称为新
35、型干法窑，它们成为干法生产今后发展的方向。湿法生产特点：将生料制成含水32一36的料浆，在回转窑内将生料浆烘干并烧成熟料。湿法制备料浆，粉磨能耗较低，约低30，料浆容易混匀，生料成分稳定，有利于烧出高质量的熟料。但球磨机易磨件的钢材消耗大，熟料出窑温度较低，不宜烧高硅酸率和高铝氧率的熟料。3 3、生产工艺流程图、生产工艺流程图水泥生产过程详图水泥的生产原理水泥的生产原理水泥生产各阶段成分： 原料：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等熟料： 3CaO.SiO2、 2CaO.SiO2 、 3CaO. Al2O3 、 4CaO.Al2O3.Fe2O3等水泥窑系统中发生的化学反应2COCaO石灰
36、石322OAlSiO 粘土OHOFe232323232224323OFeOAlCaOOAlCaOSiOCaOSiOCaO水泥窑系统中发生的物理化学反应(1)干燥与脱水 在温度100时脱去物料中的自由水和粘土矿物的层间水 在400600时脱去粘土矿物的配位水(2)碳酸盐分解碳酸钙与碳酸镁在煅烧过程中分解放出二氧化碳 590，MgCO3MgO+CO2 890，CaCO3CaO+CO2（3）固相反应在800，CaOAl2O3、CaOFe2O3与2CaOSiO2开始形成。在800900，开始形成12CaO7Al2O3。在9001100，2CaOAl2O3SiO2形成后又分解。开始形成3CaOAl2O3
37、和4CaOAl2O3Fe2O3。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达最高值。当达到10001200，大量形成3CaOAl2O3 和4CaOAl2O3Fe2O3 ， 2CaOSiO2 含量达最大值。（4）液相和熟料的烧结 到达最低共熔温度（1250）后，开始出现液相。硅酸二钙与游离氧化钙都逐步溶解于液相中，反应生成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙 CaOSiO2（CS）。在高温液相作用下，水泥熟料逐渐烧结。水泥的技术指标水泥的技术指标l1、凝结时间 水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是从水泥加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度
38、所需的时间。 国家标准规定，六大常用水泥的初凝时间均不得短于45min，硅酸盐水泥的终凝时间不得长于6.5h，其他五类常用水泥的终凝时间不得长于10h。 l2、体积安定性 水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即所谓体积安定性不良，就会使混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑工程质量，甚至引起严重事故。因此，施工中必须使用安定性合格的水泥。 水泥的技术指标水泥的技术指标l3、强度及强度等级 水泥的强度是评价和选用水泥的重要技术指标，也是划分水泥强度等级的重要依据。水泥的强度除受水泥熟料的矿物组成、混合料的掺量、石膏掺量、细度、龄期和养护条件
39、等因素影响外，还与试验方法有关。 国家标准规定，采用胶砂法来测定水泥的3d和28d的抗压强度和抗折强度。根据测定结果来确定该水泥的强度等级。 水泥的技术指标水泥的技术指标l4、其他技术要求 其他技术要求包括标准稠度用水量、水泥的细度及化学指标。水泥的细度属于选择性指标。通用硅酸盐水泥的化学指标有不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子和碱含量。 国家标准规定，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示，其比表面积不小于300m2/kg；水泥中的碱含量应不大于0.6%或由买卖双方协商确定。 水泥的技术指标水泥的技术指标水泥行业存在的问题水泥行业存在的问题 1、重复建设产能过剩的矛盾尚未得到有
40、效解决。 近年来由于需求的拉动和投资回报率的提高，加之一些地方水泥项目核准多头审批，以致局部地区水泥盲目投资、重复建设问题有所蔓延和加剧。今年在建、拟建的水泥生产线仍然不少，如果这些生产线都建成，全国水泥产能将严重过剩。 2、落后产能数量较大。 在水泥产能总量潜在过剩的同时，目前全国仍有5亿吨落后产能，约占现有总产能的27%。 3、产业集中度总体仍然偏低。 全国5000多家水泥生产企业，平均生产规模只有30万吨左右。排列前10位的大企业总规模占全部水泥比重只有20%多一点。水泥行业存在的问题水泥行业存在的问题4、资源浪费、环境污染、生产无序等状况依然比较严重。 一些地方能耗和环保超限企业没有得
41、到及时整治，部分地区仍然存在无证企业的非法生产。5、产品出口急剧下降。 去年全国水泥及熟料出口仅1561万吨，同比下降42.3%。 水泥行业存在的问题水泥行业存在的问题针对上述五项问题的措施：针对上述五项问题的措施： 国家推出及时调整水泥产业结构，支持加快发展新型干法水泥,淘汰落后生产力， 重点支持在有资源的地方建设日产4000吨及以上规模新型干法熟料基地项目, 鼓励地方和企业以淘汰落后生产能力的方式发展新型干法水泥;但是各地要根据水泥工业发展的实际情况, 确定加快淘汰现有立窑及其他落后工艺水泥的目标和进度, 并严格禁止新建和扩建机立窑、干法中空窑、立波尔窑、湿法窑水泥项目，并对水泥行业树立和
42、落实科学发展观, 坚定不移发展大型新型干法水泥, 以此加快水泥行业结构调整步伐, 走新型工业化道路, 进行了规范, 指明了方向。同时指出在水泥工业的发展上要时刻保持清醒头脑, 防止盲目投资和低水平重复建设。不同水泥煅烧工艺的不同水泥煅烧工艺的LCA评价评价l目标和范围定义 对水泥不同的煅烧工艺进行环境评价 普通机立窑、普通回转窑、悬浮预热器窑、预分解窑 评价的功能单元为：1吨水泥熟料不同水泥煅烧工艺的不同水泥煅烧工艺的LCA评价评价l编目分析不同水泥煅烧工艺的不同水泥煅烧工艺的LCA评价评价l环境影响评价不同水泥煅烧工艺的不同水泥煅烧工艺的LCA评价评价l评价结果解释 预分解窑在所有的指标上都
43、优于其它窑型，而湿法长窑所有的指标都最差。同时可以看到，对各种煅烧工艺，主要的环境污染都主要集中在EDP、GwP、POCP等三个指标。LCA在高炉渣资源化利用中的应用在高炉渣资源化利用中的应用l目标和范围定义 ： 以我国某建材企业利用粒化高炉渣生产绿色建材产品为例，对高炉渣资源化过程进行分析。渣罐渣罐接渣槽接渣槽高压水管高压水管流渣槽流渣槽滚筒滚筒膨珠膨珠14001600高温的熔融体高温的熔融体 本研究分别以1t矿渣硅酸盐水泥和lm3商品混凝土为功能单位，重点关注高炉渣用于生产矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土全生命周期过程的能源消耗、原材料消耗和碳排放情况，并与等量的不掺加高炉渣矿粉的普通硅酸盐水泥
44、、复合硅酸盐水泥以及普通商品混凝土的生产过程进行比较。l编目分析l环境影响评价水泥生产过程能源与材料消耗混凝土生产过程能源与材料消耗水泥生产过程碳排放混凝土生产过程碳排放玻璃生产工艺及设备筒介玻璃生产工艺及设备筒介玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体，一般是从熔融态冷却而成。其原子不像晶体那样在空间上作长程有序的排列，而近似于液体作短程有序的排列。玻璃像固体能保持一定的外形，而不像流体那样能在自身重力作用下滚动，玻璃的种类 日用玻璃瓶罐器皿、保温瓶、工艺美术品； 平板玻璃实心玻璃、隔声隔热的浮法玻璃，各种建筑中普遍采用。钢化玻璃、磨光玻璃、夹层玻璃、彩色玻璃等装饰各种运输工具的挡风和门窗。 电
45、真空和照明玻璃利用其气密、透明、绝缘等性能，制成电子管、显像管、电灯等。 光学玻璃显徽镜、望远镜、照相机、光谱仪等各种光学仪器。 玻璃化学器皿温度计、大型玻璃设备、管道等，发挥其耐蚀耐温的特点。 玻璃纤维及玻璃棉作保温、绝缘及各种复合材料。 特殊玻璃防护玻璃、声光玻璃、半导体玻璃、激光玻璃。玻璃生产工艺及设备筒介玻璃生产工艺及设备筒介玻璃态物质的五个特性 各向同性质点排列是规则的，物理化学性质在任何方向都是相同的。 无固定熔点由固体转变为液体是在一定温度区域内进行的，它与结晶态物质不同没有确定的熔点。 亚稳定玻璃态物质比相应的结晶态物质会有较大的能量（内能），它不是处于能量最低的稳定状态，而属
46、于亚稳状态。 变化的可塑性玻璃态物质从熔融状态冷却（或相反加热）过程中，其物理化学性质产生逐渐和连续的变化，而且是可逆的。 可变性玻璃的性质随成分发生连续和逐渐的变化。原料车间熔制玻璃的连续作业池窑熔制玻璃的间歇作业池窑垂直引上机水平拉制法浮法连续压延法有槽法无槽法对辊法裁切水平退火窑间歇作业压延机研磨抛光裁切包装、运输玻璃生产工艺及设备筒介玻璃生产工艺及设备筒介平板玻璃的浮法生产 原料：砂岩、硅砂、长石、苦灰石、石灰石、菱美石、纯碱和芒硝等。 温度：1600 熔化率：吨平方米天 浮法是指玻璃液流漂浮在熔融的金属表面上的一种生产平板玻璃的方法。 原理：浮法生产的形成过程是在浮抛锡槽中完成的，锡
47、槽也叫浮抛窑。锡槽有一定深度，高温区温度达1200以上，并保持一定温度曲线。通入保护气体（氮气及氢气）防止锡液氧化。玻璃生产工艺及设备筒介玻璃生产工艺及设备筒介 温度为1100左右的玻璃液通过溢流口流到锡液表面上，在重力及表面张力的作用下，玻璃液摊开为玻璃带。向锡槽尾部拉引，经抛光、拉薄、硬化、冷却后被引入过渡辊台，辊台辊子转动把玻璃带拉出锡槽送入退火窑。典型玻璃生产线的生命周期评价研究典型玻璃生产线的生命周期评价研究l 目标和范围定义 以华东与华中两家典型玻璃企业的两条生产线为研究对象，采用生命周期评价的方法对其2004年-2007年资源，能源消耗及废弃物排放等生产调研数据进行环境影响评价。
48、 典型玻璃生产线的生命周期评价研究典型玻璃生产线的生命周期评价研究l编目分析典型玻璃生产线的生命周期评价研究典型玻璃生产线的生命周期评价研究l环境影响评价典型玻璃生产线的生命周期评价研究典型玻璃生产线的生命周期评价研究典型玻璃生产线的生命周期评价研究典型玻璃生产线的生命周期评价研究l评价结果解释 对于A厂，不管是350td生产线还是500td生产线，温室效应是最主要的环境影响类型，占有绝大部分比重。从时间序列上看，随着时间的推移，各环境影响值整体上呈小幅下降，说明该企业的玻璃生产在资源、能源消耗和污染物排放的控制上略有进步，但是并不十分明显，其中两条生产线2007年所造成的不可再生资源消耗甚至
49、要高于往年。B厂中温室效应及不可再生资源消耗是最主要的环境影响，远远高于其他环境影响类型。其500td生产线在2004及2005两年的环境负荷状况变化趋势不明显，具体为不可再生资源消耗降低了5.78，而光化学烟雾影响则增加了2.73，酸化等影响则基本保持不变。典型玻璃生产线的生命周期评价研究典型玻璃生产线的生命周期评价研究l综合可知，近几年华东及华中两家典型企业的玻璃生产带来的环境负荷略有减少，但是并没有实质性的进步。特别是在酸化、光化学烟雾和人体健康损害方面，基本上没有明显的改进。一方面说明企业在降低环境负荷上潜力巨大，另一方面表明需要在资源消耗上及废弃物的排放上做大量的工作，在提高资源利用
50、率的同时，要发展富氧、全氧燃烧工艺、脱硫脱销等技术来减少有害废气的排放，以有效减少玻璃生产所带来的环境影响。有色金属生产过程中的环境影响评价有色金属生产过程中的环境影响评价l目标和范围定义 ： 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，不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。LCA在锌生产中的应用在锌生产中的应用l编目分析l环境影响评价l评价结果解释 该厂酸化指数较高，应将SO2等酸雨气体排放控制作为进
