材料与环境2材料产业与生态环境

第二章材料产业与生态环境

⏹材料产业简介

⏹材料与资源、能源、环境的关系

⏹材料的环境负荷及其对生态环境的影响

2.1 材料产业简介

⏹材料：是可以用来制造构件、器件或物品的物质。

⏹材料的分类

⏹材料是人类社会进步的里程碑

⏹材料是国民经济和社会发展的基础和先导

2.2 材料与资源、能源、环境的关系

⏹资源：是指人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。

⏹能源：是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体

资源。

⏹环境：相对于中心事物而言的背景。在环境科学中，是指以人类为主体的外部世界，

主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体。它是人类生存发展的基础，也是人类开发利用的对象。

一般工业产品的生产工艺流程

⏹材料的环境负荷：是指某一具体材料在生产、使用、消费或再生过程中耗用的自然

资源数量和能源数量，以及其向环境体系个排放的各种废弃物（如气态、固态和液态废弃物）的总和。即

材料的环境负荷＝{资源，能源，排放物}

⏹我国的资源和能源现状

“资源丰富、地大物博”

土地面积世界第三

水能资源世界第一

煤炭资源世界第一

全世界已利用的160多种矿藏中，我国有148种已探明储量，其中稀土、石墨、钨、锑、锌、镁、锰、钛、重晶石、硫铁矿等20多种矿产资源的储量居世界首列。

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⏹全球的资源和能源现状

静态储量50年内枯竭的非能源矿产资源有16种：锰、铜、铅、锌、锡、汞、钒、金、银、硫、金刚石、石棉、石墨、石膏、重晶石、滑石等。

⏹全球的资源和能源现状

非再生资源迅速消耗

淡水资源不足

水土流失

人均水平低

经济发展快，资源需求大

资源的利用率不高，资源浪费严重

矿产能源结构核分布不合理：每万元国民收入的能耗为20.5t标准煤，为发达国家的10倍。

标准煤：又称标准燃料，是计算能源总量和折合各种能源的综合指标，我国规定每公斤标准煤的含热量为7000Cal，以此可把其他能源的含热量折合成标准煤来计算。

⏹材料加工和使用过程中的资源消耗

直接消耗：直接用于材料的生产和使用的资源消耗。

间接消耗：指在材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、环境迁移等环节造成的资源消耗。

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，例如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、铁合金等。

*指在单位国民生产总值条件下，生产某种材料的资源消耗量与世界水平的比较

材料加工和使用过程中的能源消耗

直接能耗：直接用于材料的生产和使用的能源消耗。

间接能耗：指在材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、劳保、照明等环节造成的资源消耗。

材料生产使用过程的排放物及环境影响

●材料生产过程的排放物

2.3 材料的环境负荷对生态环境的影响

⏹大气污染

温室效应

臭氧层破坏

酸雨

⏹水体污染

⏹固体污染物

⏹其他污染

噪声污染

放射性物质污染

光污染

2.3.1 大气污染

⏹温室效应

是指大气层中一些气体吸收了地球表面的红外线能量，并将其反射回地球表面，引起地球表面温度升高的现象。

温室气体：CO2、CO、CH4、CF4等。

⏹臭氧层破坏

在紫外线的照射下，氟氯烃化物（CFCs）与臭氧发生链式反应，破坏臭氧层。

氟氯烃化物（CFCs）的应用领域：冰箱、雪柜、空调机、摩丝、空气清新剂、灭火剂、喷雾杀虫剂、发泡剂、漂白剂等。

⏹酸雨

是指因空气污染而造成的酸性降水，通常认为大气降水与二氧化碳气体平衡时的酸度pH5.6为降水天然酸度，并将其作为判断是否酸化的标准，当降水的pH低于5.6时,降水即称为酸雨。

材料产业对酸雨的贡献：（1）化石燃料燃烧；（2）工业生产过程：金属冶炼；（3）土法炼硫；（4）机动车尾气

2.3.2 水体污染

地球上水体总储量海水,占97.3%,冰川和冰冠占2.14%, 地面水包括江河湖泊在内约占0.02%, 地下水占0.61%,大气中的水蒸气不到0.01%。

水是一种宝贵的自然资源，材料的生成和加工都离不开水资源，例如生成1t钢需要49吨水资源。

水体受到污染，不仅妨碍了工农业生产，影响水生生态系统，还直接或间接地危害人体的健康。尤其是重金属元素以可溶离子状态溶解在水中，通过人体吸收，会造成严重的病变，如金属镉离子污染会引起人体的骨痛病；汞中毒可以使人中枢神经失灵，并造成永久性病变；铬、锑及其化合物具有致癌作用。

水体污染物的来源：一是生活废水，一般来自居民住宅、医院、学校、商业等生活活动；

二是工业废水，主要是由工业生产中一些有害物如重金属有机物、酸碱盐、油、放射性废水等混入工业用水造成的。

工业水体污染来源

水中主要污染物的主要来源

2.3.3 固体污染物

在生产活动及其他活动过程中产生的各种固态半固态和高浓度液态废弃物统称为固体废弃物，因这些固体废弃物对环境造成的变质现象称为固体废弃物污染，相应地，这些可污染环境的固体废弃物称为固体污染物。

⏹固体污染物的环境影响

固体污染物的主要危害形式有侵占土地、污染土壤、污染水体、污染大气、影响环境卫生等。我国固体废弃物的排放量已超过6亿t／a。固态废弃物的堆存占地面积已超过100万亩（1亩＝666.6 m2），其中农田25万亩。这些固体废弃物被雨雪淋湿，浸出大量毒物和有害物，使土地毒化、酸化、碱化，污染面积往往超过所占土地数倍；进入土壤中的各种有害成分还会导致水体污染。

在材料生产中排放的固体废弃物对大气造成的污染不容忽视。如尾矿和粉煤灰在4级以上风力作用下，可飞扬40～50m，使其周围灰砂弥漫；长期堆放的煤矸石因含硫量高可引起自燃，向大气中散发大量的二氧化硫气体

由固体废弃物造成的危害中，最为严重的是危险废物的污染。易燃、易爆、腐蚀性、剧毒性和放射性固体废弃物既易造成即时性危害，又易产生持续性危害，如我国有色金属冶炼过程中，每年从固体废物中约流失上千吨砷、上百吨镉、几十吨汞，其危害无法估计。

⏹固体污染物的来源

固体污染物的来源可分为工业、矿业、城市和放射性废弃物等。工业废弃物主要有冶金钢渣、煤灰、硫铁矿渣、碱渣、含油污泥、木屑以及各种机械加工产生的固体边角料等；矿业废弃物主要来自采、选矿过程中废弃的尾矿；城市固体废弃物主要有生活垃圾、城建渣土以及商业固态废弃物等；放射性废弃物主要有核电站运行排放的废弃核燃料及旧的核电设备等。

2.3.4 噪声污染

环境噪声的来源主要有由机械振动、摩擦、撞击和气流扰动而产生的工业噪声，由汽车、火车、飞机、拖拉机、摩托车等行使过程中产生的交通噪声，以及由街道或建筑物内部各种生活设施、人群活动产生的生活噪声等。

在工业噪声中，材料的生产和使用所产生的噪声占主要份额。如金属材料的生产和加工，无机材料如水泥、陶瓷材料的粉碎和研磨等，都产生大量的噪声，影响环境和居民的日常生活