基于生命周期評(píng)價(jià)的鎢尾礦再選回收鎢精礦的環(huán)境影響分析

林 錦，陳云嫩，陸柳鮮，劉 俊，王俊峰，邱廷省

（江西理工大學(xué)江西省礦冶環(huán)境污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000）

鎢尾礦的堆積造成大量有價(jià)金屬與非金屬資源流失，而選礦、非金屬材料技術(shù)的進(jìn)步為鎢尾礦資源化利用奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)[1-3]。鄧巧娟等[4]采用浮選-磁選-浮選的工藝流程對(duì)鎢尾礦進(jìn)行綜合回收，得到回收率及品位較高的銅鋅混合精礦和黑鎢精礦。徐敬吟[5]采用懸振錐面選礦機(jī)對(duì)低品位黑鎢細(xì)泥尾礦進(jìn)行回收，經(jīng)“一粗一精”選礦工藝流程，獲得回收率及品位較高的鎢精礦，減少了鎢資源消耗，增加了經(jīng)濟(jì)效益。鎢尾礦再選回收鎢精礦的附加值高，但再選過(guò)程可能產(chǎn)生的環(huán)境污染不能忽略[6-7]。只有全面了解鎢尾礦再選回收鎢精礦的資源消耗和環(huán)境影響，才能取得最大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）是一種對(duì)所評(píng)價(jià)產(chǎn)品產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行識(shí)別與量化的工具，可以從再選回收鎢的原料來(lái)源到生產(chǎn)產(chǎn)品的生命周期各個(gè)階段進(jìn)行有關(guān)環(huán)境負(fù)荷與影響的評(píng)價(jià)，有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)再選回收過(guò)程的綠色化[8-9]。本文基于生命周期評(píng)價(jià)，分別衡量全浮選工藝和重選-浮選聯(lián)合工藝再選回收鎢精礦過(guò)程產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷，以?xún)?yōu)化再選回收鎢精礦的技術(shù)方案，降低再選回收鎢精礦的環(huán)境影響。

1 生命周期評(píng)價(jià)流程及工具

借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布的《環(huán)境管理 生命周期評(píng)價(jià) 原則與框架》（ISO 14040—2006），將生命周期評(píng)價(jià)分為目標(biāo)與范圍確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋4 部分，具體流程如圖1 所示[10-11]。

圖1 生命周期評(píng)價(jià)流程

為了評(píng)價(jià)鎢尾礦再選回收鎢精礦的環(huán)境影響，本研究采用eFootprint 在線(xiàn)分析軟件作為評(píng)價(jià)工具。它是成都億科環(huán)境科技有限公司開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)數(shù)據(jù)填報(bào)與分析平臺(tái)，為鎢尾礦再選回收鎢精礦過(guò)程的清單建立提供了可靠的來(lái)源，縮短了收集上游數(shù)據(jù)的時(shí)間[12-14]。

2 目標(biāo)與范圍確定

本研究以再選回收1 kg 鎢精礦（含WO321%±2%）為功能單位，分別采用全浮選工藝、重選-浮選聯(lián)合工藝再選回收鎢精礦。其中，全浮選工藝的研究范圍包括浮選（脫硫浮選、鎢浮選）和濃縮烘干2 個(gè)單元，重選-浮選聯(lián)合工藝的研究范圍包括離心重選、浮選（脫硫浮選、鎢浮選）和濃縮烘干3 個(gè)單元，不包括鎢精礦的售賣(mài)過(guò)程。根據(jù)研究目標(biāo)進(jìn)行范圍界定，兩種再選回收鎢精礦工藝的系統(tǒng)邊界圖如圖2 所示。

圖2 兩種再選回收鎢精礦工藝的系統(tǒng)邊界

3 投入-產(chǎn)出清單分析

在鎢尾礦再選回收鎢精礦的過(guò)程中，利用eFootprint在線(xiàn)分析軟件構(gòu)建模型。輸入相應(yīng)參數(shù)，模型便可對(duì)鎢尾礦再選回收鎢精礦過(guò)程的環(huán)境影響指標(biāo)進(jìn)行量化[15-16]。本研究以再選回收1 kg 鎢精礦為功能單位，生命周期評(píng)價(jià)清單以企業(yè)數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，取具有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。

3.1 離心重選單元清單分析

離心預(yù)富集可以大幅提高進(jìn)入浮選單元的礦漿品位，進(jìn)而提高浮選單元的回收率[17]。離心重選單元投加鎢尾礦184.82 kg，進(jìn)入離心機(jī)的鎢尾礦礦漿濃度為10%。離心重選單元產(chǎn)生的重選廢水靜置沉淀后可以直接回用。該單元需要添加自來(lái)水，主要原因是二次固廢和鎢粗精礦會(huì)帶離部分水。離心重選單元的主要環(huán)境影響來(lái)自電力和自來(lái)水的消耗，其投入-產(chǎn)出清單如表1 所示。

表1 離心重選單元投入-產(chǎn)出清單

3.2 浮選單元清單分析

全浮選工藝和重選-浮選聯(lián)合工藝涉及的浮選單元包括脫硫浮選和鎢浮選。全浮選工藝中，投加濃度18%的鎢尾礦礦漿進(jìn)入浮選單元，然后投加浮選藥劑，經(jīng)過(guò)一粗選、三精選、二掃選，得到鎢精礦；重選-浮選聯(lián)合工藝中，往離心重選單元得到的鎢粗精礦中投加浮選藥劑，經(jīng)過(guò)一粗選、二精選、一掃選，得到鎢精礦。

根據(jù)進(jìn)入浮選單元的礦漿量，合理投加浮選藥劑，浮選藥劑的濃度為6%，其中精選和掃選只投加一次浮選藥劑。該單元需要添加自來(lái)水，主要原因是硫化礦、二次固廢以及鎢精礦會(huì)帶離部分水。浮選單元產(chǎn)生的廢水含有浮選藥劑，不能直接回用，需要經(jīng)過(guò)處理才可回用于浮選單元，處理1 t 浮選廢水的投入-產(chǎn)出清單如表2 所示。

表2 浮選廢水處理的投入-產(chǎn)出清單

根據(jù)所投加的浮選藥劑、廢水處理試劑以及浮選單元消耗的資源，兩種工藝的浮選單元投入-產(chǎn)出清單如表3 和表4 所示。

表3 全浮選工藝浮選單元投入-產(chǎn)出清單

表4 重選-浮選聯(lián)合工藝浮選單元投入-產(chǎn)出清單

3.3 濃縮干燥單元清單分析

浮選單元得到的含水鎢精礦（含水率80%）先通過(guò)濃密機(jī)濃縮，得到含水率50%的鎢精礦，再經(jīng)壓濾得到含水率13%的鎢精礦濾餅，最后對(duì)濾餅進(jìn)行干燥處理，使鎢精礦含水率小于1%。經(jīng)濃縮干燥單元后，兩種工藝均得到鎢精礦1 kg（含水率小于1%），故濃縮干燥單元的投入-產(chǎn)出清單相同。根據(jù)濃縮干燥單元消耗的能源及產(chǎn)生的污染物，得到投入-產(chǎn)出結(jié)果，如表5 所示。

表5 濃縮干燥單元投入-產(chǎn)出清單

4 鎢尾礦再選回收鎢精礦的環(huán)境影響評(píng)價(jià)

4.1 生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果

為了更好地分析鎢尾礦再選回收鎢精礦的環(huán)境影響，首先要對(duì)清單的投入因子、產(chǎn)出因子進(jìn)行分類(lèi)[18-19]。根據(jù)清單中資源和污染物的潛在環(huán)境影響，確定10 個(gè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括初級(jí)能源消耗（PED）、水資源消耗（WU）和全球變暖潛值（GWP）等[20]，具體情況如表6 所示。

表6 環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)

基于eFootprint 在線(xiàn)分析軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)，將清單分析結(jié)果特征化，得到生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果，明確環(huán)境影響，如表7 所示。由表7 可知，兩種再選回收工藝均在GWP、WU 和PED 三個(gè)方面對(duì)環(huán)境的影響較大，而在ADP、AP和POFP等七個(gè)方面對(duì)環(huán)境的影響較小，因此應(yīng)重點(diǎn)分析GWP、WU 和PED 這三個(gè)方面的環(huán)境影響。

表7 全浮選工藝和重選-浮選聯(lián)合工藝的環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果

4.2 累計(jì)貢獻(xiàn)分析

累計(jì)貢獻(xiàn)是指某一工藝單元直接貢獻(xiàn)及其所有上游工藝單元的貢獻(xiàn)（原料消耗所有貢獻(xiàn)）的累加值。在兩種工藝再選回收鎢精礦的過(guò)程中，重選廢水在上游進(jìn)行循環(huán)利用，鎢尾礦在上游進(jìn)行廢物利用，故二者環(huán)境影響忽略；丁黃藥、2#浮選油等單一浮選藥劑的環(huán)境影響較小，故將浮選單元涉及的6 種浮選藥劑整合，簡(jiǎn)化后僅用單一的浮選藥劑指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，全浮選工藝和重選-浮選聯(lián)合工藝對(duì)環(huán)境影響的累計(jì)貢獻(xiàn)如圖3 所示。

圖3 兩種再選回收鎢精礦工藝對(duì)環(huán)境影響的累計(jì)貢獻(xiàn)

由圖3（a）、圖3（b）可知，從PED、WU 和GWP 來(lái)看，浮選單元是全浮選工藝中造成環(huán)境影響的主要環(huán)節(jié)，而離心重選單元是重選-浮選聯(lián)合工藝中造成環(huán)境影響的主要環(huán)節(jié)。由圖3（c）可知，在全浮選工藝的浮選單元中，浮選藥劑消耗是對(duì)PED及GWP 影響最大的因素，浮選藥劑和自來(lái)水消耗對(duì)WU 的影響較大。為了減少浮選藥劑及自來(lái)水消耗對(duì)環(huán)境的影響，可以探索環(huán)境友好的浮選藥劑，優(yōu)化工藝和設(shè)備[21-22]。由圖3（d）可知，電耗是重選-浮選聯(lián)合工藝中對(duì)PED 和GWP 影響最大的因素，因?yàn)槲译娏ιa(chǎn)以火力發(fā)電為主，其對(duì)環(huán)境影響很大[23-24]，自來(lái)水消耗是對(duì)WU 影響最大的因素。為了減少自來(lái)水和電力消耗對(duì)環(huán)境的影響，可以?xún)?yōu)化工藝和設(shè)備，使用清潔能源[25-26]。濃縮烘干過(guò)程需要消耗大量煤炭，環(huán)境影響較大，溫室氣體、酸性氣體、顆粒物等排放量均較高，可使用清潔能源降低耗煤的環(huán)境影響[27-28]。相比全浮選工藝，重選-浮選聯(lián)合工藝較少消耗浮選藥劑，環(huán)境影響較小。

4.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估

采用eFootprint 在線(xiàn)分析軟件，評(píng)估全浮選工藝和重選-浮選聯(lián)合工藝再選回收鎢精礦的模型清單數(shù)據(jù)不確定度，得到兩種工藝的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果[29]，如表8 所示。全浮選工藝數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果的不確定度在16%以?xún)?nèi)，重選-浮選聯(lián)合工藝數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果的不確定在13%以?xún)?nèi)。從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源、引用數(shù)據(jù)的年份、樣本大小、各項(xiàng)技術(shù)的差異等角度考慮，全浮選工藝和重選-浮選聯(lián)合工藝的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果的不確定度浮動(dòng)偏差處于正常范圍，數(shù)據(jù)具有參考價(jià)值[30]。

表8 兩種再選回收鎢精礦工藝的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果

5 結(jié)論

本文采用生命周期評(píng)價(jià)，對(duì)比分析全浮選工藝和重選-浮選聯(lián)合工藝再選回收鎢精礦的環(huán)境影響。結(jié)果表明，相比全浮選工藝，重選-浮選聯(lián)合工藝對(duì)環(huán)境的影響更小，因此優(yōu)先選用重選-浮選聯(lián)合工藝。分析發(fā)現(xiàn)，全浮選工藝中，浮選單元消耗大量浮選藥劑，對(duì)PED、WU 和GWP 的累計(jì)貢獻(xiàn)最大；重選-浮選聯(lián)合工藝中，離心重選單元消耗的電力較多，對(duì)PED 和GWP 的累計(jì)貢獻(xiàn)大，自來(lái)水消耗對(duì)WU 的累計(jì)貢獻(xiàn)最大。在再選回收鎢精礦時(shí)，生產(chǎn)工藝和資源消耗對(duì)環(huán)境的影響較大。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可以探索環(huán)境友好的浮選藥劑，優(yōu)化工藝和設(shè)備，使用清潔能源，降低負(fù)面環(huán)境影響。鎢尾礦資源化的生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，合理改進(jìn)鎢尾礦再選回收鎢精礦工藝，可以減少資源消耗，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境壓力。但是，鎢尾礦再選回收鎢精礦的研究目前仍具有一定局限性，今后需要持續(xù)推進(jìn)。