材料加工及制备

（1） 资源再生回收利用
资源再生化技术既包括废物的直接回收利用， 也包括废 弃物的再生加工使用等。 而资源回收技术一般指某种废弃物不经过加工过程， 直 接进行再生利用。 从经济成本方面看，对生产过程中每一步工艺过程产生的 废物，应该首先考虑在该工艺过程内部进行回收和循环利 用，即现场循环，既提高资源利用率，也减轻末端治理的 负担。 对废物进行再生利用，从资源意义上理解，其实是发展 “第二矿业”。
4.2.1 清洁生产的概念
在环境友好型加工技术中，清洁生产是一个重要内 容。研究、开发清洁生产工艺和技术， 实行清洁生 产管理方式， 大力推行清洁产品， 已成为世界各 国工业界、环保界、经济界、科学界的共识和关注 的热点。
定义：清洁生产是通过产品设计、原料选择、工艺 改革、生产过程管理和物料内部循环利用等的科学
无害的可持续发展的生产活动.
因此，清洁生产的中心思想是用减少或避免产生污 染等始端防止技术代替传统的末端治理技术，即
节约原材料和能源， 淘汰有害材料， 减少污染物和废弃物的排放， 避免废物排放对人类和环境的有害性。
应该指出，在清洁生产的概念中不但含有技术方面 的可行性，还包括经济方面的可盈利性和社会方面 的可持续发展性。
4.1.4 补救修复技术
对一个具体的工艺生产过程， 废弃物再生循环利用技术、 避免有害物产生的避害技术及污染物控制技术都是希望 将污染控制在该生产过程内部， 当一生产过程经过上述 处理后， 仍有一些污染物不得不向环境排放。在这种情 况下必须对污染的环境采取补救修复技术。
广义上， 环境的补救修复包括对由于过去污染物排放的 积累造成的环境污染的补救和修复， 以及由于正在进行 的生产过程对环境造成的污染的补救修复处理。 后一种情况相当于把污染控制过程移至生产过程外面进 行， 这样可对几个生产工艺过程用一种污染处理工艺进 行同时处理，相当于一个独立的环境污染处理系统。详 细的技术原理示意图如图下所示。 生产
防止有害物质未经处理就进入环境， 关键在于工艺生产 流程的密封程度， 包括设备本身的密闭状况及保证投料、 出料、物料输送等过程中有害物不能逸出。 如橡胶加工中的塑炼和混炼是在开炼机和密炼机中进行 的， 如不密闭， 则散发出大量有毒气体和烟尘。 一些生产设备， 如破碎机、 电镀机、 清洗槽等， 均 可采用密闭的方法。 此外， 加强防范意识， 杜绝生产过程中的跑、冒、滴、 漏现象， 也是很重要的。
4.1.2 避害技术
在某些工业生产过程中，由于原料或工艺的要求，需引 入一些对环境和人体有毒有害的物质，在这种情况下， 为减轻环境污染，一般可采取避害趋利技术，即通过改 变生产方式、技术更新和工艺置换来减少有害物的产生， 改善环境，减小污染。 其目标是希望将污染控制在生产过程内部，尽量减少这 些有害物向外部环境排放。
资源 能源
生产
产品 补救修复 无害废物
生产
环境
例如 核工业产生的废水、废气、废渣及受到放射性污染的各 类废物， 经过充分的缩减后， 所剩的放射性物质仍很 难通过化学或生物的方法稳定下来。它们一旦生成， 就 会对环境产生影响。 为了尽量减少放射性物质对人类和自然界的危害， 一般 将其固化后深埋， 与环境永远隔离。 核分离技术和反应堆技术的发展， 可以从高放射性废液 中分离出长寿命的放射性元素并通过反应堆使其转变为 其他无危害或危害小的放射性元素。
有污染工艺 资源 能源
环境友好工艺
途径： 用无害材料替代有害 产品 材料； 无害废物 用环境友好的生产工 艺代替污染较重的生产 环境 工艺
避害技术处理示意图
一些常见的毒性较大的化学品有： 苯类； 甲苯类； 二甲苯类； 二氯甲烷； 四氯化碳； 三氯乙烷； 三氯乙烯； 四氯乙烯； 氯仿；甲基酮类； 氰及其化合物； 镍及其化合物； 镉及其化合物； 铬及 其化合物； 铅及其化合物； 汞及其化合物。
4.1.3 污染控制技术
当工业过程产生的废弃物既不能重新再生循环利用，也 不能通过工艺更新减少有害物的产生，同时也不能在该 工艺过程内部进行消化处理时，为了维持生产过程的继 续进行，不得不向环境排放一定量的污染物。 所谓污染控制技术是指对向环境排放的污染物，在排放 到环境以前进行处理的工艺过程和技术。
例1 以前苯胺的生产主要采用铁粉还原硝基苯的工艺路线， 生产过程产生大量铁泥废渣及废水， 其中含有对人体危 害极大的硝基苯和氨基苯。 现在采用流态化技术， 改用氢气催化还原， 使生产过 程连续化， 大大减少了生产中有害物对人及环境的污染。
例2 在金属制造及表面涂装行业中， 经常要对工件进行表面 化学清洗处理， 而化学清洗过程往往会产生酸碱废液及 重金属离子等有害物。 因此， 对不同金属和生产工艺， 可以采取不同的环境 友好表面处理工艺， 减少直至避免污染物的产生。 如对黄铜材料， 可采用内装玻璃磨料或钢球的震动装置 代替硝酸酸洗的工艺； 对钛及其合金可采用机械刮膜的 方法代替化学清洗去除钛的表面氧化层； 采用丝和碳化 物的机械抛光方法代替碱洗处理， 等等。
化与合理化，使工业生产最终产生的污染物最少的
一种工业生产方法和管理思路。
从概念上理解，清洁生产是指既可满足人类的需要、
又可合理使用自然资源和能源，并保护环境的生产 方法和措施，其实质是物料和能耗最少的人类生产 活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害 化，或消灭于生产过程之中，是一种对人类和环境
在环境方面可直接表现出减少或消除污染； 在经济方面可表现出节约资源能源、降低生产成本、 提高产品质量、增加产品的市场竞争力；
同时， 开发固体废弃物的综合利用技术， 降低材料的环境负担性；
开发环境净化材料、环境修复材料等功能材料， 改善地球的生态环 境。
4.2 清洁生产技术
面对环境污染日趋严重、资源日趋短缺的局面，工业 发达国家在对其经济发展过程进行反思的基础上，认识到 不改变长期沿用的大量消耗资源和能源来推动经济增长的 传统模式，单靠一些补救的环境保护措施，是不能从根本 上解决环境问题的，解决的办法只有从源头到全过程考虑。 为此，清洁生产应运而生。
（2）无害化转化处理指对一些污染物进行物理或化学转化 处理， 使有害物变成无害物再向环境排放， 消除有害 物对环境的影响。 物理转化除上述的分离处理外，还包括沉淀、过滤、 吸附、吸收等处理技术； 化学转化则主要包括氧化、还 原、催化及生物处理等。 （3）有害物收集储存处理， 在工业三废处理中目前应用较 普遍。 工业废气排放前， 应先进行除尘， 将固体颗粒 物收集脱除， 再根据废气成分及环保要求进行其他处理。 废水、废渣处理前先进行清污分流、减量化和回 收有用组分等预处理，然后用化学或生物方法将有害物 转化为无害物。
当再生材料用于原用途的处理代价太大或技术不成熟时， 可根据废弃物材料的性质和需要开发其他利用途径 如：作为另一种产品的原材料降级使用。例如， 制 造汽车用的钢板必须用杂质极低的钢材， 从废旧汽车回 收的钢铁经电炉重熔后， 可用于生产建筑用的钢筋材料。 利用各种固体废弃物如尾矿、钢渣、燃料灰渣生产建材 是资源回收利用的一个主要方面。 如：占工业固体废弃物一大类的粉煤灰， 既可用 于生产水泥和各种新型墙体材料， 也可用于生产高质量 保温耐火材料，特别是高等级公路和建筑工程的粉煤灰 综合利用技术。
第四章 材料的环境友好 加工
内容： 环境友好加工制备工艺 清洁生产
4.1 环境友好加工制备工艺
对于材料产业，为了遏制污染，减轻材料的环境负 担，应着重发展材料的环境友好加工和制备技术。这些 工艺技术包括： 未排放到环境以前的再循环利用技术； 为避免环境污染而采取的避害趋利技术； 对不得不排放污染物的某些工艺过程，为尽量减少环境 污染而采取的污染控制技术； 对已造成污染的生产过程而采取的环境补救和修复技术 等。
钢铁厂排放的废气
火力发电厂排烟污染大气
小炼油
“泡沫翻滚”的淮河
三门峡大坝出水口处的水质污染十分严重 （2005年1月9日摄）
造纸厂排污“血”染小河 被染成红色的小河道在 向远方延伸
江西永平铜矿污染触目惊心
一家化工厂的工 人戴着简易防毒 面具正在生产碱 性玫瑰精染料， 工人身上被染得 红一块、白一块。
全球气候变暖、臭氧层耗竭、大面积的酸雨污染等环境 问题的实质在于人类经济活动索取资源的速度超过了资 源本身及其替代品的再生速度，以及向环境排放废弃物 的数量超过了环境自净能力。
在材料行业，可采取的环境补救修复措施有：
对生产过程推行清洁生产， 节能降耗， 减少排污量和污染物的毒 性； 建立一种高效生产和污染源削减， 并能使废物循环回收利用的生产 闭合圈， 实现可持续发展。
利用回收到的废弃物生产材料，在循环利用时其材料产品 的性能就会退化，因此有一个在循环利用时保持产品的性 能问题。 在资源回收再利用时，材料生产技术的开发和革新起着举 足轻重的作用。 如对废旧汽车保险杠材料的回收利用， 日本采用一 种特殊的改性剂与废旧汽车保险杠碎粒在双螺杆挤出机中 进行反应性共混， 改性剂可破坏涂料分子的醚键，使涂 料的三维结构变成线性结构， 并增加涂料与聚丙烯的粘 和性和相容性。用这种方法回收的塑料保险杠材料的性能 与新材料相当，并可用常规加工方法制成新的汽车保险杠。
一些材料生产过程对环境的影响
关于污染物排放控制方法， 一般包括减少有害物排放的 分离处理、无害化转化处理及有害物收集储存处理等。 其技术原理示意图如下。 其核心还是将有害物在进入环境之前转化为无害物，尽 量减小对环境的损害。
资源 能源
ห้องสมุดไป่ตู้
生产
废物处理
产品 无害废物 环境
（1）减少有害物排放的分离处理方法 这种方法是将生产过程产生的废弃物进行分离， 将有害物和无害物分开， 回收利用有用成分， 直接排放无害物， 对有害成分进行处理后再排 放。 典型的污染物分离处理方法是成分分离处理工艺。 如采用电磁快速加热法处理金属 - 塑料复合体 系，利用交变磁场中金属部件产生的热， 使金 属与高分子聚合物之间的粘合剂失去作用， 达 到分别回收金属和废塑料的目的。
（ 2 ） 能源回收利用 对生产过程中产生的余热进行综合利用， 一直是工业界 的一个重要任务。回 收能源不仅可以得到直接经济效益， 而且可以减少煤耗和烧煤引起的二氧化硫污染， 是增效 减污的重要举措。
一个典型的资源和能源回收再利用工艺过程举例
该生产过程的工艺主要包括反应和蒸馏过程， 其中反应过程主要有 废弃催化剂的再生处理， 蒸馏过催化剂再生回收利用处理反应废热 蒸馏产品副产品失效催化剂废弃物废气排放催化剂循环利用原料催 化剂用后程有废品、废热再回收利用技术等。从该工艺过程内部看， 蒸馏的废热可以回收再利用， 废品经处理后可部分回收再利用。 排放进入环境的有废气、部分失效催化剂及部分废弃物等。按照再 循环利用的原理，应将这几部分排放的废弃物采用先进技术进行回 收利用，至少处理成对环境无害的废弃物再进行排放。因此，可对 废气进行处理，对废品以及废弃催化剂进行回收利用。


4.1.1 再循环利用技术
对材料加工过程而言，再循环利用技术努力使生产中产 生的废料在未排放到环境以前尽量重新利用。 其技术途径包括资源再生化技术、废物回收再利用技术 及能源回收再利用技术等。 其中最重要的途径是资源再生化技术，可使废弃物重新 变为资源，替代不可再生的一次性矿物资源。
再循环利用技术原理示意图 空心双箭头所示的过程都有回收利用资源的必要
把产品的生产过程和消费过程看成一个整体。对环境 而言，再循环利用技术的原理则是尽量增加废弃产品的再 循环利用率，减少污染物对环境的排放，即把从原料 → 工业生产 → 使用 → 废弃物这一传统的开环模式变为原 料 → 工业生产 → 使用 → 废弃物 → 一次资源或原料 → 工业生产 → 产品 → 废品 → 二次资源这种闭环系统， 使原料或资源在生产 → 消费过程中多次循环。