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安宁北京甘肃陕西厂家:复合硅酸盐水泥的生命周期研究


北京甘肃陕西厂家:复合硅酸盐水泥的生命周期研究
摘要:掺加大量工业废渣的复合硅酸盐水泥其生产过程对生态环境有重要的影响.因此,本文利用Gabi4.4软件,对复合硅酸盐水泥进行生命周期评价,比较分析生命周期各生产阶段中的非生物资源耗竭、全球变暖潜值、酸化效应、富营养化、人体毒性及光化学臭氧生成潜力等主要环境影响类型.结果表明,全球变暖潜值是复合硅酸盐水泥环境影响的主要类型,占总环境影响值的71%.
环境影响大小顺序依次为全球变暖潜值、酸化效应、非生物资源耗竭、人体 毒 性、富营养化和光化学臭氧生成潜力.煅烧阶段的环境影响是最严重的,占整个生命周期影响值的68%.各生产阶段环境影响大小顺序依次为煅烧阶段、水泥粉磨、运输阶段、生料制备和原料开采阶段.煅烧阶段的全球变暖潜值、非生物资源耗竭和酸化效应的影响值为水泥生产各阶段最高值;粉磨阶段相比其他阶段具有最高的人体毒性和光化学臭氧生成潜力影响值;运输阶段产生了最高的富营养化污染值.
本文对复合硅酸盐水泥的研究,为中国水泥生命周期评价提供了有效的基础数据,同时为推动水泥行业和建筑业的可持续发展提供了科学依据

1引言(Introduction)水泥是国民经济建设与城镇发展的基础,也是生产建设和人民生活不可缺少的基础原材料.随着我国经济的 发 展,水泥产业规模不断扩大,我 国 水泥总产量已连续二十多年居世界第一位(张 楠 等,2009).处于经济快速发展时期的中国,大规模的基础设施建设 还 将 持 续,因 此,在今后相当长的一段时期内水泥的供应量仍将维持在一个较高的水平.

北京甘肃陕西厂家:复合硅酸盐水泥的生命周期研究

水泥生产过程中能源、资源的消耗量较高且污染物9期徐小宁等:复合硅酸盐水泥的生命周期评价的排放量较大,致使水泥工业快速发展的同时带来了严重的能源、资源及环境问题.随着工业生产的发展,综合利用工业废渣如粉煤灰、硫铁矿 渣、高炉矿渣等已成为水泥工业的一项重大任务.复合硅酸盐水泥作为通用水泥品种之一,被广泛用于工业及民用建筑施工.复 合 硅 酸 盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材 料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料(傅玉辉,1997).
采用多种活性混合材料复合比掺单一混合材料的水泥有更好的强度优势,且具有优良的物理力学性能.复合硅酸盐水泥中掺加工业废弃物矿渣来 代 替 熟 料 的 使 用,既处置了工业废料,又节约了原材料资源,同时也减少了多种有害气体的排放.生命周期评价是评价产品环境影响的国际标准化方法.国内外对于生命周期评价方法在各个领域的运用已进行了广泛的研究,取得了一定的成果.对于不同类型水泥的生命周期评价及比较研究均有所开展,如刘顺妮等(1998)、韩仲琦(2006)对水泥进行生命周期评价研究;宋 小 龙 等(2012)、徐亦冬等(2004)、孔德玉(2002)等采用生命周期评价方法评价了掺不同含量粉煤灰混凝土的环境影响;刘丽莉(2001)和曹晓非(2012)等对复合硅酸盐水泥掺加矿渣量进行了相关研究.但关于我国复合硅酸盐水泥的生命周期评价研究却比较鲜、少 见.因此,本文通过对复合硅酸盐水泥进行生命周期评价,比较分析生命周期各个生产阶段中的非生物资源耗竭、全球 变 暖 潜 值、酸 化 效 应、富 营 养 化、人 体毒性及光化学臭氧生成潜力等主要环境影响类型,确定水泥生产中造成环境影响的关键环节和影响环境的主要环境影响类别.以期为我国复合硅酸盐水泥的生命周期评价研究提供基础数据,并为我国复合硅酸盐水泥的可持续发展提供指导.
2复合硅酸盐水泥生命周期评价(Lifecycleassessmentofcompositeportlandcement)
2.1目标与范围定义本文以新型干法水泥生产技术作为技术对象,根据现有国内复合硅酸盐水泥数据资料,利用GaBi4.4软件进行复合硅酸盐水泥整个生产过程生命周期评价,分析 其 环 境 影 响.目的在于分析复合硅酸盐水泥各生产阶段的环境影响和环境影响类别,确定造成环境影响的关键环节和对环境产生影响的主要类 别,为中国水泥生命周期评价提供基础数据,同时推动水泥行业和建筑业的可持续发展.
LCA功能单位为1t复合硅酸盐水泥.系 统 边界包括:粒化高炉矿渣与粉煤灰的运输和粉磨过程,不包括其生产过程;石灰石、铁矿、粘土、石膏和煤炭的开采 与 运 输;水泥生产和电力生产.水 泥 系统边界见图1.本文考虑的水泥主要生产过程包括:
①原材料的 开 采 及 运 输、工业矿渣的运输;
②原 材料的加工处 理 和 预 均 化;
③原 材 料 的 配 合;
④生 料粉磨;
⑤生料均化;
⑥熟料煅烧;
⑦熟料、石膏、工业废渣的粉磨处理;
⑧水泥粉磨(农有硕,2010).

2.2清单分析LCA主要考虑水泥生产过程中的原材料、燃料和电力消耗及污染物排放的环境影响.本文评价中所使用的数 据 主 要 来 源 为:开 采、运输与电力生产相关数据均来自中国生命周期参考数据库(CLCD)(刘夏璐等,2010) ;原材料、燃料、电力消耗量和二氧化碳排放数据为作者根据物质守恒计算获得;其他污染物排放数据来源于中国生产线统计值、中国统计年鉴和中国水泥工业大气污染物排放标准等.根据复合硅酸盐水泥成分要求、质量守恒定律(各个工艺流程中输入输出的质量守恒)和熟料煅烧工艺部分的化学平衡,计算生产1t复合硅酸盐水泥的原料投入、燃料及电力消耗和污染物排放(董世根等,2008).复合硅酸盐水泥生产需要的主要原材料包括石灰石、粘土、铁粉、石膏、粒化高炉矿渣和粉煤灰.在生产过程中,粒化高炉矿渣和粉煤灰代替熟料添加到水泥中.取GB-175-2007通用硅酸盐水泥标准值的平均值 作 为 原 材 料 数 据,其 中,石 膏 添 加 比 例为水泥 质 量 的5%,熟料添加比例为水泥质量的60%.熟料是由石灰石、粘土及铁粉作为原料配合而成,并经煅烧 制 成对水泥生产的5个阶段(原料开采、运输阶段、生料制备、煅烧阶段、水泥粉磨) ,建立环境影 响 柱状图,结果见图3.由图3a可知,水泥生命周期各个阶段的环境影响大小顺序依次为煅烧阶段、水泥粉磨阶段、运输阶段、生料制备阶段和原料开采阶段.煅烧阶段的环境影响最严重,占水泥生命周期总环境影响值的68%,其主要影响因素为全球变暖潜值(GWP) ;水泥粉磨阶段次之,占总值的14%;而其他各个阶段对环境总的影响比例约为20%,原料开采影响值最小.由图3b可知,煅烧阶段的全球变暖潜值

(GWP)、非生物资源耗竭(ADP)和 酸 化 效 应(AP)的影响值为水泥生产各阶段最高值,分 别 占81%、58%和30%.煅烧阶段原材料石灰石、粘土和铁粉制成的生料及粉煤添加到回转窑中煅烧制成熟料,资 源 消 耗 最 大,同 时 排 放 大 量 的CO2、NOx、SO2等有毒气 体.水泥粉磨阶段具有最高的人体毒性(HTP)和光化学臭氧生成潜力(POCP)影 响 值分别为49%和31%.这是由于大量的工业废弃物添加,消耗大量 的 粉 磨 电 力,同时产生大量的粉尘污染,影响人体健康.运输阶段产生了最高的EP污染值,主要由于柴油汽车运输中排放较多的氮氧化物、粉尘和碳氢化合物利用GaBi软件对复合硅酸盐水泥与硅酸盐水泥进行生命周期对比分析.两种水泥生命周期环境影响结果见表7.由表7可知,复合硅酸盐水泥与硅酸盐水泥相比,

6种环境影响潜值均有明显减少.硅酸盐水泥的生命周期环境影响潜值总值为3.15×10-10,与复合硅酸盐水泥的总值1.97×10-10相比,环境影响总值减少37.5%.主要原因为复合硅酸盐水泥生产中掺加大量工业废弃物矿渣来代替熟料,降低了单位水泥产品的熟料消耗量,有效地减少了燃煤和原材料的使用量,同 时减少了CO2、SO2及氮氧化物等有害气体污染物的排放.全球变暖潜值(GWP)、非生物资源耗竭(ADP)和酸化效应(AP)的影响值得到了明显减少.与硅酸盐水泥相比,复合硅酸盐水泥采用多种活性混合材料,如粉煤灰、粒化矿渣等工业废弃物,代替水泥熟料掺加到水 泥 中,生产过程具有更低的环境影响,是一种经济环保型水泥产品

结论(Conclusions)

北京甘肃陕西厂家:复合硅酸盐水泥的生命周期研究

1)通过计算整理水泥原材料和能源消耗及污染物排放清 单,结 果 发 现:生 产1t复 合 硅 酸 盐 水泥,全球变暖 潜 值、酸 化 效 应、非生物资源耗竭、人体毒性、富营养化和光化学臭氧生成潜力加权结果依次 为1.40×10-10、1.72×10-11、1.25×10-11、1.01×10-11、9.03×10-12和7.89×10-12.全球变暖潜值和酸化效应是水泥环境影响的主要类型.
2)生产1t复合硅酸盐水泥,煅烧阶段、水泥粉磨、运输阶段、生料制备和原料开采阶段环境影响总值 分 别 为1.34×10-10、2.67×10-11、1.63×10-11、1.22×10-11和7.62×10-12.煅烧阶段和水泥粉磨阶段为影响环境的主要环节.由 于 污 染 物 排放,煅烧阶段的全球变暖潜值(GWP)、非生 物 资 源耗竭(ADP)和酸化效应(AP)的影响值为水泥生产各阶段最高 值.由于大量的工业废弃物添加,消 耗了大量的粉磨电力,产生了大量的粉尘污染,因此,复合硅酸盐水泥粉磨阶段相比其他阶段具有最高的人体毒性(HTP)和光化学臭氧生成潜力(POCP)影响值.同时,运输阶段产生了最高的光化学臭氧生成潜力(EP)值.
3)从环境角度出发,复合硅酸盐水泥的主要环境影响类型是全球变暖潜值和酸化效应,主要环境影响环节为煅烧阶段和水泥粉磨阶段.因 此,应 着重考虑复合硅酸盐水泥煅烧过程中排放的大量污染气体,粉磨中消耗的大量电力和产生的大量粉尘污染,以及运输过程中非甲烷系碳氢化合物的排放,以减少复合硅酸盐水泥生产过程中的环境影响.
4)复合硅酸盐水泥生产中清单数据的敏感度分析表 明,煤炭和石灰石的输入是全球变暖潜值(GWP)和 酸 化 效 应(AP)影 响 最 大 的 关 键 清 单 数据;煤炭和铁粉的输入会对多个环境指标的数据结果产生明显影响,要减少复合硅酸盐水泥的环境影响需要着重减少煤炭和铁粉的输入.
5)与硅酸盐水泥相比,复合硅酸盐水泥是一种更经济环保型水泥产品.复合硅酸盐水泥生产中掺加大量工业废弃物矿渣来代替熟料的使用,降低了单位水泥产品的熟料消耗量,有效地减少了燃煤和原材料的使 用 量,减少了气体污染物的排放,生 产过程具有更低的环境影响.