环境协调性评价在镁合金轮毂材料替代中的应用

摘要

生命周期评价(LCA)作为一个面向产品的环境管理工具，通过对某一产品系统或服务系统整个生命周期(包括原材料获取、生产及产品的制造、产品使用直至最终处理)的环境影响进行评价，其目的是使材料在其寿命周期内与环境相互协调和适应，避免由于传统环境影响评价的局限性而导致的片面结论。LCA的应用已覆盖了整个工业社会，涉及到工业产品及生产工艺的设计、评价及环境政策制定、废弃物管理等各个方面，成为许多发达国家制定工业发展战略的首选工具。
　　 本文依据现有生命周期评价的原则和技术框架，选取我国的优势资源金属镁作为研究对象，选取具有代表性的产品轮毂来进行评价。研究范围包括原材料生产、轮毂加工制造、轮毂的使用和轮毂的回收处理四个阶段所组成的全生命周期过程，即主要包括矿石的采选、采选辅助材料、运输、矿石的冶炼、精炼与铸锭、合金生产、轮毂生产及辅助材料生产等工序、轮毂的使用和再生。本文首先对我国现阶段应用较多的铝合金(ZL101)轮毂生产进行全生命周期分析，并对镁合金轮毂(AZ91D)也进行生命周期分析。最后分析了我国功能单位的铝合金轮毂与镁合金轮毂的环境影响特征化结果，从而比较出镁合金轮毂在替代中铝合金轮毂中的优势与劣势。
　　 通过对镁合金轮毂与铝合金轮毂各个阶段的环境影响比较可以发现，镁合金、铝合金轮毂生产所排放的污染物主要集中在原材料生产和轮毂使用这两个阶段。在原材料生产阶段，其中不可再生资源消耗，温室气体、臭氧层破坏以及酸性气体的排放量，都比铝排放高，分别高出14％、60％、71％和47％。而光化学烟雾形成、人体健康损害潜值和水体富营养化比镁低。分别为45％、17％和29％。在轮毂生产阶段，除不可再生资源消耗、臭氧层破环和水体富营养三个指标比铝低，分别为96％、90％和14％。其余指标镁比铝略高，分别比铝合金高82％、90％、98％、92％和1.11倍。轮毂使用阶段主要是由于自身重量引起，对其资源、排放可按比例进行计算，其比例为0.67∶1.00。回收处理阶段，镁合金总体略比铝合金高，在这个阶段镁合金的不可再生资源、温室效应、臭氧层破环、酸化效应潜值、光化学烟雾形成、人体健康损害潜值和水体富营养化分别比铝合金的高9％、14％、26％、12％、4％、11％和11％。生命周期进行评价汇总，得出所有七个评价指标中，镁合金轮毂均比铝合金轮毂低，分别为铝合金的75％、82％、68％、93％、67％，14％、32％。表明采用镁合金制造轮毂有较好的社会、环境效益。
　　 通过对镁合金轮毂与铝合金轮毂的环境影响评价，得到的结果不仅能够为镁、铝及其加工产品以及镁铝系合金材料产品的环境负荷评价提供数据支持，而且为我国其他的镁、铝工业开展节能减排等可持续发展的决策提供数据依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2镁合金及镁合金轮毂应用发展现状

1.2.1镁合金的概述

1.2.2轮毂的发展

1.2.3镁合金轮毂在车辆上的应用概况

1.3本课题选题依据和主要研究内容

1.3.1本课题的选题依据

1.3.2本课题的主要研究内容

2产品生命周期评价

2.1 LCA的研究概况

2.2生命周期评价的理论框架

2.3环境协调性评价的研究现状及评述

2.4我国LCA研究情况

2.5本章小结

3铝合金轮毂的环境协调性评价

3.1我国原铝生产的环境协调性评价

3.1.1我国原铝生产概况和环境问题

3.1.2我国原铝生产的目标与范围的确定

3.1.3我国原铝的生命周期清单分析

3.1.4我国原铝的生命周期影响评价

3.2铝合金轮毂生产的环境负荷研宄

3.2.1铝合金轮毂生产目标与范围的确定

3.2.2铝合金轮毂生产的生命周期清单分析

3.2.3铝合金轮毂生产的生命周期影响评价

3.3铝合金轮毂的使用过程环境协调性评价

3.4铝合金轮毂的回收再生环境协调性评价

3.4.1铝合金轮毂回收再生目标与范围的确定

3.4.2铝合金轮毂回收再生的清单分析

3.4.3铝合金轮毂回收再生的影响评价

3.5铝合金轮毂全生命周期评价

3.5.1铝合金轮毂全生命周期清单

3.5.2铝合金轮毂全生命周期影响评价

3.5.3铝合金轮毂全生命周期结果解释

3.6本章小结

4镁合金轮毂的环境协调性评价

4.1常用的炼镁工艺

4.2皮江法炼镁工艺过程的环境负荷研究

4.2.1皮江法炼镁工艺

4.2.2我国原镁生产的目标与范围确定

4.2.3我国原镁的生命周期清单分析

4.2.4我国原镁的生命周期的影响评价

4.3镁合金轮毂的制造环境负荷研究

4.3.1镁合金轮毂制造目标与范围的确定

4.3.2镁合金轮毂的生命周期清单分析

4.3.3镁合金轮毂制造的的影响评价

4.4镁合金轮毂的使用过程环境协调性评价

4.5镁合金轮毂的回收再生环境协调性评价

4.5.1镁合金轮毂回收的目标与范围的确定

4.5.2镁合金轮毂回收的清单分析

4.5.3镁合金轮毂回收的影响评价

4.6.1镁合金轮毂全生命周期清单分析

4.6.2镁合金轮毂全生命周期影响评价

4.7镁合金轮毂与铝合金轮毂的环境影响比较

4.8本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献

附 录 A.攻读学位期间发表的学术论文目录