环境材料导论chp4

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悬浮颗粒物
(2)烟雾：在材料的升华、蒸馏、煅烧或化学反应 烟雾：在材料的升华、蒸馏、 烟雾 过程中产生的蒸汽经冷凝而形成的固体微粒。 过程中产生的蒸汽经冷凝而形成的固体微粒。通 常是指金属氧化物。尺寸非常小，一般在0.03～ 常是指金属氧化物。尺寸非常小，一般在 ～ 0.3um之间。在有色金属的冶炼过程中，如铅或 之间。 之间 在有色金属的冶炼过程中， 锌蒸发而形成的氧化铅或氧化锌就属于这种烟雾。 锌蒸发而形成的氧化铅或氧化锌就属于这种烟雾。 (3)烟：由碳氢化合物不完全燃烧而形成的固体微 烟 尺寸在0.05～1.0um。煤烟属于典型的烟类。 粒。尺寸在 ～ 。煤烟属于典型的烟类。
第4章 材料的环境负荷
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材料的环境负荷
对不同类型的材料而言，其对环境的损伤或影响 对不同类型的材料而言， 程度是不相同的。 程度是不相同的。为了定量描述这种损伤或影响 的程度，需要引入一个物理量， 的程度，需要引入一个物理量，这就是材料的环 境负荷。 境负荷。 所谓环境负荷是指某一具体材料在其生产、使用、 所谓环境负荷是指某一具体材料在其生产、使用、 消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数 以及其向环境体系排放的各种废弃物， 量，以及其向环境体系排放的各种废弃物，例如 气态、固态和液态废弃物之总量。 气态、固态和液态废弃物之总量。
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C.一氧化碳和二氧化碳 一氧化碳和二氧化碳
一氧化碳是众所周知的毒气，将其列为大气污染物是必然的。 一氧化碳是众所周知的毒气，将其列为大气污染物是必然的。一氧化 碳是含碳化合物不完全燃烧的产物。在任何燃烧过程中， 碳是含碳化合物不完全燃烧的产物。在任何燃烧过程中，无论是单质 碳还是碳化合物，总是首先被氧化成CO，因其分子中三键强度很大， 碳还是碳化合物，总是首先被氧化成 ，因其分子中三键强度很大， 使大多数CO2的反应均需很高的活化能，所以 2的生成速度较慢。 的反应均需很高的活化能，所以CO 的生成速度较慢。 使大多数 只有在供氧充分时才能全部变成CO2。而实际上燃料燃烧中总有局部 只有在供氧充分时才能全部变成 的供养不足现象，因而必有一部分反应生成物是CO。 的供养不足现象，因而必有一部分反应生成物是 。 又由于燃烧时总是温度很高，而高温能使CO2分解为 和O2。即使 分解为CO和 又由于燃烧时总是温度很高，而高温能使 急冷也不能使CO很快地再氧化以达到平衡的浓度。正是由于这些原 很快地再氧化以达到平衡的浓度。 急冷也不能使 很快地再氧化以达到平衡的浓度 在燃烧矿物燃料时总会生成一定浓度的CO。 因，在燃烧矿物燃料时总会生成一定浓度的 。
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洁净空气
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大气污染物的形成
可以分为自然源和人工源两类。 可以分为自然源和人工源两类。 自然源主要有火山爆发、森林火灾、土壤风化等， 自然源主要有火山爆发、森林火灾、土壤风化等， 一般造成二氧化硫、一氧化碳及沙尘等污染。 一般造成二氧化硫、一氧化碳及沙尘等污染。 人工污染源主要是由工业、 人工污染源主要是由工业、交通运输以及居民生 活等几方面的活动造成的。其中， 活等几方面的活动造成的。其中，飞机排放的大 气污染物约占大气污染总量的1％～ ％，而船舶 ％～2％， 气污染物约占大气污染总量的 ％～ ％，而船舶 仅占0.05％左右。居民生活主要由炊饮、取暖、 仅占 ％左右。居民生活主要由炊饮、取暖、 垃圾等活动过程造成大气污染， 垃圾等活动过程造成大气污染，形成的污染物有 CO、SO2、N0X、碳氢化合物、烟尘等。 碳氢化合物、烟尘等。 、
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D.碳氢化合物 碳氢化合物
大气中的碳氢化合物泛指各种烃类及其衍生物， 大气中的碳氢化合物泛指各种烃类及其衍生物， 品种极多，一般以HC为代表符号 为代表符号。 品种极多，一般以 为代表符号。 焦化厂、煤气厂、 焦化厂、煤气厂、炼油厂等工厂以及交通运输工 具是HC的主要来源 的主要来源。 具是 的主要来源。这些化合物多为石油的副产 物。 HC的重要性在于它和 的重要性在于它和NOx在阳光作用下发生光化 的重要性在于它和 在阳光作用下发生光化 学反应，衍生出种种污染物， 学反应，衍生出种种污染物，由这些物质所造成 的烟雾污染现象，称之为光化学烟雾。 的烟雾污染现象，称之为光化学烟雾。
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4.1 环境负荷的评价内容
任何材料在其生产中， 任何材料在其生产中，例如金属材料的采 冶炼、加工成型等过程中， 矿、冶炼、加工成型等过程中，均涉及能 源的消耗。 源的消耗。对于高分子材料和无机材料也 是如此。没有能耗就不可能制备材料。 是如此。没有能耗就不可能制备材料。而 材料产业是能源的主要消耗者， 材料产业是能源的主要消耗者，其能耗约 占工业总能耗的30%～40%。 占工业总能耗的 ～ 。
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悬浮颗粒物
(4)雾：由蒸气凝结成或化学反应形成的液体颗粒。 雾 由蒸气凝结成或化学反应形成的液体颗粒。 其尺寸范围约为0.5～ 其尺寸范围约为 ～3.0um。硫酸雾就是一例典 。 由于不同颗粒物径级的来源和形成机制不同， 型。由于不同颗粒物径级的来源和形成机制不同， 其化学组成也存在差异。通常粒径小于2.5um的 其化学组成也存在差异。通常粒径小于 的 颗粒物为： 颗粒物为：SO42-，Pb，As，Se，Zn，Cu，Ni， ， ， ， ， ， ， Mn，Sn，Cd，V，Sb，炭黑等；而粒径大于 ， ， ， ， ，炭黑等； 2.5um的颗粒物为：Fe，Ca，Ti，Mg，K， 的颗粒物为： ， ， ， ， ， 的颗粒物为 PO43-，Si，Al，NO3-等。 ， ，
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大气污染物
气体污染物是指那些在常温常压下为气态的有害 物质以及某些有害固体或液体的蒸气 。 当前， 当前，各国普遍列入影响空气质量标准的污染物 除颗粒物外，主要是二氧化硫、一氧化碳、 除颗粒物外，主要是二氧化硫、一氧化碳、二氧 化碳、碳氢化物、臭氧5种气体污染物 种气体污染物。 化碳、碳氢化物、臭氧 种气体污染物。 一般情况下大气污染物中的颗粒物与二氧化硫之 和为40%，二氧化氮、碳氢化物以及其它废气占 和为 ，二氧化氮、 30%，一氧化碳占 ，一氧化碳占30%。 。
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金属材料
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4.2 污染物的排放
4.2.1大气污染 大气污染 空气中的氮、 空气中的氮、氧、氩三者共占大气总浓度 以上， 的99.9%以上，成为大气的主要成分。此外 以上 成为大气的主要成分。 大气中还有少量的二氧化碳、稀有气体等。 大气中还有少量的二氧化碳、稀有气体等。
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(1)气体污染物 气体污染物
A.二氧化硫 二氧化硫 主要来自矿物燃料的燃烧和材料的生产过程。 主要来自矿物燃料的燃烧和材料的生产过程。 许多金属矿物，特别是有色金属矿， 许多金属矿物，特别是有色金属矿，如CuS、PbS、NiS、ZnS等都 、 、 、 等都 是含硫的化合物。 是含硫的化合物。 如欲将硫化物还原为纯金属，则硫最后必定转变成SO 如欲将硫化物还原为纯金属，则硫最后必定转变成 2。如在铜的冶 炼过程中，由于Cu和 的原子量均为64，所以生产一单位的Cu意 炼过程中，由于 和SO2的原子量均为 ，所以生产一单位的 意 的原子量均为 味着生产一单位的SO 味着生产一单位的 2。 由于SO 具有强烈的刺激性，当空气被二氧化硫污染时， 由于 2具有强烈的刺激性，当空气被二氧化硫污染时，容易被人发 即使大气中的SO 浓度低到1× 人的嗅觉也能感觉到。 现。即使大气中的 2浓度低到 ×10-6时，人的嗅觉也能感觉到。 SO2在空气中的滞留时间大约一周。二氧化硫性质活泼，不仅易溶于 在空气中的滞留时间大约一周。二氧化硫性质活泼， 水造成酸性腐蚀，还容易进一步发生各种化学反应。 水造成酸性腐蚀，还容易进一步发生各种化学反应。
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金属材料
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金属材料
材料的生产过程涉及大量的资源消耗。 材料的生产过程涉及大量的资源消耗。这 种资源包括两大类。一类是主原料， 种资源包括两大类。一类是主原料，例如 生产碳钢时的铁矿石。另一类是辅料， 生产碳钢时的铁矿石。另一类是辅料，例 如碳钢生产过程中的脱氧剂、脱硫剂、 如碳钢生产过程中的脱氧剂、脱硫剂、铁 合金等。 合金等。
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一氧化碳和二氧化碳
CO的毒性特点是它无色、无味、无嗅，故使人不 的毒性特点是它无色、无味、无嗅， 的毒性特点是它无色 易察觉其存在。当其被吸入人体后， 易察觉其存在。当其与CO的亲合力比与 2的 的亲合力比与O 红蛋白结合（血红蛋白与 的亲合力比与 亲和力大200—300倍），使血红蛋白失去携氧能 亲和力大 倍），使血红蛋白失去携氧能 浓度高时可造成窒息死亡， 力。浓度高时可造成窒息死亡，浓度低时可造成 慢性中毒。 慢性中毒。 CO2无毒，对人体无害。将它列为环境污染物的 无毒，对人体无害。 原因在于它的温室气体效应。 原因在于它的温室气体效应。
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光化学烟雾
主要的光化学反应： 主要的光化学反应： (1)汽车排放出 汽车排放出NOx和HC，NOx在阳光作用下推 汽车排放出 和 ， 在阳光作用下推 发生反应； 动HC发生反应； 发生反应 (2)在日光作用下 在日光作用下NOx光解； 光解； 在日光作用下 光解 (3)NOx经光化学作用生成“氧化剂”。这些氧化 经光化学作用生成“ 经光化学作用生成 氧化剂” 剂包括O3、O，过氧化物和激发态的O2； 剂包括 ，过氧化物和激发态的 (4)由HC氧化生成多种产物，其中有烟雾和刺激 氧化生成多种产物， 由 氧化生成多种产物 眼睛的物质，如醛类、酮类等。 眼睛的物质，如醛类、酮类等。 VOC 和 PAN的重要性 的重要性
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悬浮颗粒物
大气中不同的颗粒物包括： 大气中不同的颗粒物包括：烟、尘、雾等。 雾等。 不同颗粒的粒径各不相同。 不同颗粒的粒径各不相同。 (1)粉尘：是一种尺寸较大的固体颗粒，约 粉尘： 粉尘 是一种尺寸较大的固体颗粒， 1～100um。在材料的制造和处理过程中产 ～ 。 生的各种粒子，如煤粉、石墨粉、水泥、 生的各种粒子，如煤粉、石墨粉、水泥、 尾矿灰尘等就是典型的粉尘。 尾矿灰尘等就是典型的粉尘。