基于生命周期评价的铝工业环境负荷研究

摘要

生命周期评价——作为一种重要的环境特性评价方法和企业环境管理工具，目前还没有建立起能够为人们普遍接受的实用模型方法。本文将这种系统评价工具应用于铝工业生产过程的环境行为分析，提出了铝工业生产环境协调性评价问题。针对铝生产过程实际情况，提出了生产过程环境协调性的目标、边界条件，详细分析了我国铝工业的资源、能源消耗和环境状况。建立了包括资源消耗、能源消耗和环境排放在内的铝工业生产环境负荷的评价指标。针对我国铝矿产矿物资源和能源消耗过大、环境污染问题十分突出的现状，本文指出，通过改进原料结构和能源消费结构，加强环境排放控制和管理，有利于较大幅度地减少污染物的发生量和排放量。 根据国内铝工业生产的特点，提出了环境负荷的综合相对环境指数IREI，在此基础上建立了具有可对比性、可定量化的铝生产环境负荷累积对比模型，并且对多产品环境负荷的分摊进行了说明。 在流程和产品环境负荷研究的基础上，提出以环境负荷各因子为约束条件，以经济指标作为目标函数，对铝生产企业产品结构进行优化规划。结果表明，将环境负荷研究与经济效益相结合，可以实现技术上的互补，为环境负荷研究结果的实际应用提供了一个途径。 结合流程工业的具体特点，本文还开发出了定量计算流程工业产品环境负荷的数学模型。以郑州铝厂2004年的生产数据为依据，同时计算了拜耳法、烧结法、混联法流程的吨氧化铝环境负荷，并进行了分析比较。结果表明：间接加热溶出的拜耳法工艺流程的吨氧化铝环境负荷最低，烧结法的最高，混联法的介于两者之间。计算出了不同工艺各工序的吨氧化铝环境排放。找出了各环境排放产生的主要工序和具体原因，提出了降低各种环境排放的具体对策。 综合以上分析结果可知，为降低铝工业生产的环境负荷，需要从以下几个方面着手：(1)调整生产工艺流程结构：氧化铝生产，应优先采用拜耳法或混联法工艺。对于拜耳法工艺，应采用间接加热溶出技术代替蒸汽直接加热的压煮溶出技术；对于烧结法工艺，应采用间接加热脱硅技术取代直接加热脱硅技术；对于混联法工艺，应加大拜耳法的生产比例，降低烧结法的生产比例，并提高烧结法精液碳分的比例。(2)调整原、燃料结构：采用经济高效的选矿技术，将我国铝土矿的A/S提高到11～20，或进口一部分国外优质软铝石型富矿。对有条件的企业，应采用较清洁的燃料。(3)积极推进技术进步：采用先进的工艺技术、装备和废物综合利用技术。(4)对于铝电解生产，应开发应用新技术，降低能耗，提高各项技术指标。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

第二章铝工业生产LCA目标和系统边界及指标体系的确定

2.1铝工业生产LCA研究目标

2.2铝工业生产LCA研究的边界系统

2.3铝工业生产环境负荷评价指标体系

2.3.1确定评价指标体系的原则

2.3.2铝工业生产环境负荷评价指标的建立

2.3.3环境负荷评价指标框架

2.3.4铝生产过程分析清单的编制

2.3本章小结

第三章铝工业生产环境负荷评价研究

3.1铝工业环境负荷综合累积比较模型

3.1.1环境综合相对指数

3.1.2环境因子累积模型

3.1.3环境因子的环境等效系数

3.2环境负荷的分摊原则

3.3氧化铝生产环境负荷定量评价模型的建立

3.3.1计算氧化铝生产环境负荷的思想

3.3.2氧化铝生产环境负荷评价模型的建立

3.3.3氧化铝生产环境负荷评价模型的特点

3.4环境负荷变动因素分析

3.4.1和能源相关的环境影响因素分析

3.4.2和物流相关的环境影响因素分析

3.4.3和工艺过程本身相关的环境影响因素分析

3.5环境负荷的预测(以电解铝生产为例)

3.5.1因素选择

3.5.2 BP网络构建

3.5.3预测分析

3.6本章小结

第四章降低铝工业环境负荷综合决策和模糊优化规划分析

4.1降低环境负荷的多目标环境决策分析

4.1.1引言

4.1.2多目标模糊决策评价模型

4.1.3多目标综合指标评价模型

4.1.4多目标决策的线性判别函数模型的求解

4.2环境负荷的模糊优化规划

4.2.1前言

4.2.2铝生产过程LCA评价的多目标优化线性规划模型

4.3本章小结

第五章氧化铝生产环境负荷评价案例

5.1不同工艺流程氧化铝环境负荷的计算

5.1.1石灰锻烧

5.1.2母液蒸发

5.1.3原料制备工序及矿浆

5.1.4高压溶出工序及溶出精液

5.1.5熟料烧成工序及熟料

5.1.6溶出脱硅工序及烧结精液

5.1.7分解工序及氢氧化铝

5.1.8焙烧工序及氧化铝

5.2不同工艺流程氧化铝环境负荷的分析比较

5.2.1资源消耗的比较

5.2.2能源消耗的比较

5.2.3环境排放的比较

5.3降低氧化铝生产的各种能耗消耗

5.3.1氧化铝生产能源消耗的构成

5.3.2降低各主要能源的消耗

5.4降低氧化铝生产的环境排放

5.4.1不同氧化铝生产工艺各工序吨氧化铝的环境排放

5.4.2降低各种环境排放的具体途径和措施

5.5本章小结

第六章结论与建议

6.1主要结论

6.2对后续工作的展望和设想

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果