生命周期評價在硫鐵礦摻燒亞鐵渣制硫酸中的應用研究

袁曉梅，王 斌

(四川大學建筑與環境學院，四川 成都 610065)

1 引言

硫酸是基本化學工業中重要產品之一，它不僅是許多化工產品的原料，還廣泛應用于冶金、石化、化纖、農用肥、原子能等行業［1］。隨著我國經濟的發展，對硫酸的需求量也越來越大。我國目前已開發利用供生產硫酸的硫資源主要是硫鐵礦，其次是冶煉煙氣［2］。硫酸生命周期中排放一定的污染物，需要通過一定的方法找到其主要的產污點，從而采取一定的措施加以防治，減少其環境污染。通過對硫酸生命周期的研究，可以找到硫酸生命周期的主要產污點，從而提出切實可行的防治方案。

LCA是一種定量描述和分析產品與環境相互關系的方法［3］。生命周期評價能夠幫助企業有步驟、有計劃地實施清潔生產［4］。LCA基本可以歸納為4個有機聯系的部分:目標和范圍定義、清單分析、影響評價和結果解釋［4］。

2 材料與方法

2.1 目標和范圍的確定

以某企業生產的硫酸(98%)為研究對象。功能單元為生產出1t硫酸，定量收集硫酸生產的相應的資源能源投入和環境排放數據。初步分析硫酸生產過程的主要環境問題和其發生的關鍵環節。

硫酸生產的全過程可以劃分為4個階段:電力生產階段、采礦選礦階段、硫鐵礦精礦運輸階段、硫酸生產階段。

2.2 清單分析

在硫鐵礦采選階段，所得的清單數據見表1。

表1 生產1t硫鐵礦精礦的清單數據

從表1可以看出，在硫鐵礦采選階段排放的廢水和固體廢物量是比較大的，固體廢物主要是硫鐵礦開采階段產生的廢石和浮選階段產生的尾礦。目前，這部分固體廢物采取的處置方式是固定地點堆存。新水的投入為4.2 m3，而廢水的排放只有3 m3，減少的那部分水主要是以蒸發、滲透的形式損失掉了。電力生產階段的清單數據見表2。

表2 1kW·h電力生產階段的清單數據

硫酸生產階段的清單數據如表3所示。其中，在公路運輸階段，只考慮硫鐵礦精礦的運輸過程。公路平均運輸距離為85km。水的輸入是指新鮮水，不包括循環水。

表3 硫酸生產階段生產1t硫酸的清單數據

硫酸生產階段使用的亞鐵渣是硫酸法鈦白粉生 產過程中產生的固廢，經過一定處理后作為制硫酸的原料之一。從表3可以看出，硫酸生產階段消耗的電量是較大的，電力主要作為硫酸生產中各種機械的運行和電除塵器的動力來源。將亞鐵渣作為生產硫酸的原料之一，減少了硫鐵礦資源的投入，同時實現了鈦白粉生產過程中廢物的綜合利用，減小了對環境的影響。硫酸生產中礦渣是在焙燒工段中生成的，此工段中礦渣含鐵量能達到60%，因此可以作為優質的煉鐵原料?？梢詫⒋瞬糠值V渣外售，不外排，既有一定的經濟效益，又可以減少環境排放。

綜合表1、表2、表3和運輸的清單數據，硫酸生產全過程的清單數據見表4。

表4 生產1t硫酸總清單數據

3 數據分析

3.1 資源與主要原材料消耗分析

以生產1t硫酸為功能單元，各階段的主要資源和原材料消耗見表5。

表5 生產1t硫酸主要資源與原材料消耗 kg

從表5可以看出，每生產1t硫酸需消耗新鮮水10.219 m3，總的耗水量很大。具體來看，電力生產和公路運輸階段的耗水量較少。硫酸生產階段的耗水量最大，占總用水量的64%。此過程中每生產1t硫酸需消耗新鮮水6.5 m3，另外循環用水100 m3。其主要的耗水環節是尾氣吸收，占該階段水耗的50%左右。原油在采選礦階段的消耗量最大。電力階段消耗的硬煤最多，每生產1t硫酸需消耗112.6kg。占總的硬煤投入的78%。提高的煤的燃燒利用率或者在電力生產階段利用更清潔的能源來發電，比如水力發電和風力發電，可以減少煤的投入。

3.2 環境排放分析

在硫酸生產過程中，有大量的環境排放，各階段主要的環境輸出見表6。

表6 生產1t硫酸的主要環境輸出 kg

從表6可以看出，硫酸生產的廢酸排放量較大，廢酸主要是在硫酸生產階段凈化工段產生的。每生產1t硫酸產生廢酸468kg。直接排入水體會對水體造成污染，這部分酸性廢水需要經過中和處理后達標排放。

SO2的排放集中在電力生產階段和硫酸生產階段，電力生產階段排放SO20.73kg，硫酸生產階段排放SO21.31kg。這兩個階段的SO2排放占到了總的SO2排放的99.8%。其中，電力生產階段SO2的排放主要來自于煤的燃燒，所以在電力生產生產階段中減少煤的用量、提高煤的脫硫率可以有效減少SO2的排放。同時，在硫酸生產階段，焙燒工段沸騰爐爐氣會帶出一部分SO2，在此階段設置先進的除SO2的裝置以減少SO2排放。

CO2的排放主要來自于電力生產階段和采選礦階段。CO2造成的的主要環境影響是全球變暖。

粉塵方面的影響主要來自于采選礦階段，是由于機械在操作過程中會產生較多的粉塵。要減少粉塵哦排放，首先在硫鐵礦采場應該經常采取灑水等措施，減少揚塵。其次在硫鐵礦浮選階段，設置先進的除塵設備，比如袋式除塵器進行除塵。

固體廢棄物主要來自于采選礦階段。主要是采礦過程中的廢石和選礦過程中的尾礦。這部分固體廢物長期大量堆存不僅占用土地，還有可能污染土壤和地下水。應該積極尋找這部分固體廢物的利用途徑，避免長期大量堆存造成對環境的危害。

硫酸生產階段的危險廢物主要是廢觸媒，每生產1t硫酸產生廢觸媒0.04kg。雖然廢觸媒的產生量不大，但是它屬于危險廢物，直接排放對環境和人體的危害很大，因此需要送專門的公司以妥善的處置。

3.3 影響評價

硫酸生命周期對環境造成的主要影響表現在全球變暖、酸化、工業粉塵和固體廢棄物幾個方面。對全球變暖貢獻的主要物質因子是CO2和CH4。這兩種物質產生量最大的階段都是電力生產階段，主要是由于燃煤產生的。酸化影響主要是由硫酸生命周期排入空氣中的SO2和NOX造成的。在區域環境影響方面，硫酸生產對固體廢棄物的貢獻最大，而對工業粉塵和富營養化的貢獻最小。

4 結語

通過對硫酸生產的LCA分析，綜合來看，在資源投入方面，降低硫酸生產中的耗水量，提高硫鐵礦中的硫的轉化率是重點。

在能源消耗方面，硫酸生產耗能較大。減少煤的使用是重點。減少煤的用量不僅能降低能耗，還能減少CO2、SO2、NOX等廢氣的排放。硫鐵礦中摻燒硫酸法鈦白粉生產中產生的亞鐵渣生產硫酸，實現了廢物的綜合利用，有很好的經濟和環境效益。可以減少硫鐵礦的消耗量，減小亞鐵渣直接排放對環境造成的影響。

在環境輸出方面，可以看到主要的硫酸生命周期的環境輸出主要集中在電力生產階段和采選礦階段。固體廢物的排放量很大，在硫鐵礦的采選中，要重視對廢石和尾礦的處理，以免對當地的土壤、地下水造成污染。硫酸生產階段的廢酸產生量也較大，這部分廢酸如果直接排入水體，會改變水體的pH值，造成水體酸化，影響水生生物的生長。因此這部分廢酸在排入水體前，要經過污水站的中和處理，達到合適的pH值再排放。

［1］陳勇兵.稀硫酸濃縮工藝及設備選型［J］.山東化工，2008(9):23.

［2］沙業汪.我國硫酸工業可持續發展探討［J］.硫磷設計與粉體工程，2004(6):6.

［3］王春華，王洪濤，肖定全，等.鈦白粉生產過程的生命周期評價［J］.2006，38(11):6.

［4］鄧南圣，王小兵.生命周期評價［M］.北京:化學工業出版社，2003(4):35～43.

［5］第一次全國污染源普查資料編纂委員會.污染源普查產排污系數手冊［M］.北京:中國環境科學出版社，2011.