生命周期评价

电解锰生产过程的生命周期评价

10012322 叶祥东以软锰矿浆烟气脱硫尾液制电解锰（新工艺）和传统电解锰生产工艺为对象作全生命周期评

价，结果显示：电解锰生产过程对环境的首要影响是非生物资源耗竭（ＡＤＰ），在传统生产工艺中ＡＤＰ占总影响的９８％，在新工艺中比例更高；新工艺所有类型的环境影响值均低于传统工艺，尤其是新工艺酸化（ＡＰ）影响值为－２．１０×１０—８＜０，说明新工艺对酸化产生负贡献，另外，高硫煤的在新工艺中得到了安全环保的使用。本文首次对电解锰行业尝试进行ＬＣＡ分析，旨在为该行业环境影响评价提供参考，同时为决策者作决策提供客观的依据。

关键词：电解锰生命周期评价新工艺传统工艺

近年来，我国电解锰行业蓬勃发展，带来巨大的经济效益的同时，也给我国的环境带来很多负面影响，各种制电解锰工艺对环境的影响成为电解锰生产行业关注的首要因素之一。

生命周期影响评价（ＬＣＡ）是通过对能源、原材料消耗及废物排放的鉴定及量化来评估一个产品的过程或活动对环境带来的负担的客观方法。在国外已被应用于电力［１］、食品及其生产系统［２］、垃圾处理系统［３］，甚至控制温室效应的政策［４］；在国内ＬＣＡ方兴未艾，应用于钛白粉生产过程［５］、复合包装处置方式［６］、新型干法水泥［７］等行业。然而，国内外均尚未开展针对电解锰行业的ＬＣＡ，本文选取国内９０％以上电解锰生产企业使用的传统生产工艺与一项新工艺（软锰矿浆烟气脱硫液制电解锰［８，１３］）为评价对象进行全生命周期影响评价，以全面反映两种工艺对环境的影响方面及程度，填补电解锰生产过程生命周期评价方面的空白，为决策者提供有效的参考。

１目标与范围

以年产２万ｔ电解锰为功能单元，以生产１ｔ电解锰产品为单位，电解锰的生命周期包括采矿选矿、电力生产、煤矿的运输、二氧化硫浸取或者硫酸浸取锰矿制电解锰。使用和处置阶段对环境没有什么负面影响，故使用与处置阶段不作考虑。评价范围见图１、２。

图１传统工艺制电解锰的生命周期评价范围

２清单分析

图２新工艺制电解锰的生命周期评价范围

２．１成品锰矿生产

在采选阶段，每产生１ｔ成品锰矿石，消耗原矿石２．１ｔ。假设采矿、选矿阶段的环境影响与产出质量成正比，即按照质量比１：１的比例对成品软锰矿和尾矿进行分配，则尾矿量为１ｔ。产生的粉尘量为２．１－１－１＝０．１ｔ，消耗的新水主要以蒸发、渗透的形式损失，消耗新水１．４５ｔ。传统工艺与新工艺在成品锰矿石生产阶段没有差异。

２．２电力生产［１０－１１］

２．２．１使用标准煤

以我国常规燃煤电厂（Ｃ－Ｆ）为对象，电力生产包括煤矿开采、煤炭运输、锅炉燃烧和汽轮机发电机组四部分。使用标准煤为燃料，电解锰厂家大部分分布在煤炭缺乏的南方，煤炭产于北方，煤炭运输阶段不能忽视，含硫量以２％计。参考文献［９］、［１０］，每生产１ｋＷ·ｈ，煤矿开采阶段产生８．６７×１０－３ｋｇＣＯ２、７．５０×１０－５ｋｇＳＯ２、３．６７×１０－５ｋｇＮＯ２、消耗煤０．００８１３２ｋｇ；煤矿运输阶段产生３．０２×１０－３ｋｇＣＯ２、１．８０×１０－

６ｋｇＳＯ２、１．２６×１０－６ｋｇＮＯ２、消耗煤０．００１７ｋｇ；使用阶段，即燃煤产电阶段产生９．９１×１０－１ｋｇＣＯ２、６．５３×１０－３ｋｇＳＯ２、３．１２×１０－３ｋ

ｇＮＯ２、消耗煤０４ｋｇ；所以，使用标准煤电力生产共计产生１．００２７ｋｇＣＯ２、６．６

０６８×１０－３ｋｇＳＯ２、３．１５８×１０－３ｋｇＮＯ２、消耗煤０．４０９８ｋｇ。

２．２．２使用高硫煤

电力生产步骤同常规电厂（Ｃ－Ｆ），高硫煤广泛分布在南方电解锰主产区，所以煤炭运输阶段可以

不计。但是高硫煤含硫量较高，以６％计，所以使用阶段产生的ＳＯ２可预计较使用标准煤时高，同

时因为Ｃ元素质量分数下降，煤消耗量也会增大。每产生１ｋＷ·ｈ，合计产生１．０４５３７ｋｇ

ＣＯ２、１．９６６５×１０－２ｋｇＳＯ２、３．１５６７×１０－３ｋｇＮＯ２、消耗煤０．４

２５５ｋｇ。

２．３硫酸生产

硫酸是传统电解锰生产的重要原料，本阶段的

数据参照文献［１２，１３］。每生产１ｔ硫酸，投入硫磺

３４０ｋｇ、煤７０ｋｇ、新水４．５ｔ；输出废水０．３５ｔ、１．７５ＳＳ、酸雾１０３．５ｇ、

ＳＯ２２．２０８ｋｇ。

２．４电解锰生产［１４－１６］

２．４．１传统电解锰生产

每生产１ｔ电解锰（ＧＢ／Ｔ０５１－２００３中的ＤＪＭｎＣ类），传统电解锰生产中投入软

锰矿３．２ｔ、新水４ｔ、电８０００ｋＷ·ｈ、含铬钝化剂１．１ｔ、二氧化硒１．６ｋｇ、液氨

８００ｍｇ、硫酸２．２ｔ；输出固体废物６．４ｔ、阳极泥１００ｋｇ、废水３．０ｔ、ＣＯＤ３

００ｍｇ／ｌ、Ｍｎ２＋２ｍｇ／ｌ、ＮＨ３－Ｎ１５ｍｇ／ｌ、总硒０．１ｍｇ／ｌ、Ｇｒ５＋

０．５ｍｇ／ｌ、粉尘０．２ｋｇ、酸雾２００ｍｇ、氨气８００ｍｇ。

２．４．２ＳＯ２还原软锰矿制电解锰根据实验数据，ＳＯ２还原软锰矿制电解锰过程中，若采用含

ＭｎＯ２３０％的软锰矿，每生产１ｔ电解锰（ＧＢ／Ｔ０５１－２００３中的ＤＪＭｎＣ类），投

入软锰矿２．４６ｔ、新水４ｔ、电７２３９ｋＷ·ｈ、钝化剂０．８８ｋｇ、二氧化硒１．２８ｋ

ｇ、液氨８００ｍｇ、输出固体废物５．４ｔ、废水３．０ｔ、ＣＯＤ２００ｍｇ／ｌ、Ｇｒ５＋０．５

ｍｇ／ｌ、ＮＨ３－Ｎ１５ｍｇ／ｌ、总硒０．１ｍｇ／ｌ、ＳＯ２－１．１６４ｔ。

２．５全生命周期数据清单

搜集资料获得的传统制电解锰工艺和新工艺的

全生命周期清单见下表１。

表１两种工艺的生命周期清单

数据类型传统工艺新工艺

输入

硬煤（ｔ）３４３２．４３０８０．２４

锰矿（ｔ）６．７２５．１６６

硫磺（ｔ）０．７４８０

水（ｔ）１８．５４７．５６７

输出

酸雾ｇ）２２７．９０

数据类型传统工艺新工艺

铵盐（ｍｇ／ｔ）８００８００

氨氮（ｍｇ／ｌ）１５１５

二氧化碳（ｋｇ／ｔ）８３９８．４７５１７．４

ＣＯＤ（ｍｇ／ｌ）３００２００

六价铬ＶＩ（ｍｇ／ｌ）０．５０．５

总锰（ｋｇ／ｔ）１０００

锰离子（ｍｇ／ｌ）２０

氮氧化物（ｋｇ／ｔ）２６．４５２２．８５

颗粒物（ｋｇ／ｔ）３２０２４６

总硒（ｍｇ／ｌ）０．１０．１

废渣（ｔ）９．６７．８６

二氧化硫（ｋｇ／ｔ）５５．３４－１０１７．６４

废水（ｔ／ｔ）３．７７３

３生命周期影响评价

３．１评价方法按照一定的方法，将搜集的投入与输出数据转化成能直观表示对环境产生何种影响及影响的大小的数据。应用以ＳｉｎｏＰｒｏ７．０为基础ｅＢａｌａｎｃｅ２０１０

４．ＩｎｔｅｒｎａｌＥｄｉｔｉｏｎ的软件进行清单数据标准化，将对产品全生命周期对环境的影响分为：全球暖化（ＧＷＰ）、富营养化（ＥＰ）、酸化（ＡＰ）、可吸入无机物（ＲＩ）、非生物资源消耗（ＡＤＰ）、初级能源消耗（ＰＥＤ）、ＣＯＤ、固体废物（ｗａｓｔｅＳｏｌｉｄｓ）和水耗（ｗａｔｅｒＵｓｅ）九项，评价步骤分别是数据特征化（或标准化）、归一化和加权求综合指标。最后以加权综合指标直接比较两种过程对环境的影响大小。

３．１．１数据特征化（或标准化）

通常对某一种环境影响类型有贡献的物质有多种，这些物质中有一种被指定为该类型环境影响的

当量，标准化的目的就是将其他物质用当量表示。例如，对全球变暖有贡献的温室气体有ＣＯ２、甲烷、一氧化氮、ＣＦＣｓ等，其中ＣＯ２是当量，１ｋｇ甲烷被标准化后相当于２５ｋｇＣＯ２ｅｑ。３．１．２归一化

由于特征化（或标准化）后的数据仍然有单位，各种不同环境影响类型的单位不同，不能直接比较，归一化的目的就是将由当量表示的各类环境影响的数据化量纲为１。

３．１．３加权求综合指标

归一化后的数据虽然可以直接比较大小，但是各种类型的环境影响在整个环境的影响重要程度并不同，并可能随时间和地域发生变化，所以，需要将各种类型的环境影响归一化值乘以各自的权重，真正转变成无差异值，才能通过比较加权综合指标（也称环境影响总值）的大小，直观比较对整个环境的影响大小。通过结合专家评价打分和国家未来的环境规划确定权重因子。

３．２评价结果及解释