环境材料学chp4..docVIP

第四章 材料的环境负荷 对不同类型的材料而言，其对环境的损伤或影响程度是不相同的。为了定量描述这种损伤或影响的程度，需要引入一个物理量，这就是材料的环境负荷。所谓环境负荷是指某一具体材料在其生产、使用、消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数量，以及其向环境体系排放的各种废弃物，例如气态、固态和液态废弃物之总量。 4.1 环境负荷的评价内容 任何材料在其生产中，例如采矿、冶炼、加工成型等均涉及能源的消耗。对于高分子材料和无机材料也是如此，没有能耗就不可能制备材料。而材料产业是能源的主要消耗者，其能耗约占工业总能耗的30%-40%。 表4-1 钢铁材料生产过程中的能耗 生产过程 炼铁 炼钢 炼铸 轧钢 机加工 能耗吨（标准煤）/(吨产品) 0.6047 0.0160 0.1808 0.1980 0.5481 标准煤:是一种理想能源,定义每公斤可以发出29.308×106J的热量 材料的生产过程涉及大量的资源消耗。这种资源包括两大类：一类是主原料，例如生产碳钢时的铁矿石；另一类是辅料，例如碳钢生产过程中的脱氧剂、脱硫剂、铁合金等。 表4-2 生产1t金属的资源量 金属名称 Al Fe Ti Ni Mn Cr Cu Zn 原矿量/t 2.5 2.0 66.7 100 4.0 2.5 200 40 辅料量/t 31.34 21.58 785.66 614.47 25.68 77.3 10.65 123.57 材料的环境负荷的另一个因子是材料寿命周期中向环境的排放物，它包括污染物和废弃物两大部分。通常将排放物按其存在的物理特征分为大气物质、水体物质、固体物质及能量形式4种类型。 4.2 污染物的排放 除对资源和能源的消耗外，在材料的生产和使用过程中不可避免地要向环境排放大量的各种污染物。这些污染物主要包括废气、废水和固体污染物，它们对环境产生很大的影响。以钢铁冶金生产为例，生产1亿t钢铁排放的废水占工业总排放量的14.1%，废气占工业总排放量的30.0%，废水、废气污染排放量仅次于化工行业，居第二。有色金属工业是以品位很低的矿产资源为对象进行提取、加工的产业，年产500万t的有色金属产品，所造成的以尾矿和废渣为主的工业固体废弃物每年超过6000万t，尾矿总库容达10亿m3。另外，有色金属生产过程中排放的二氧化硫、氟化氨、砷等废气，是有毒废气的主要源头之一。 4.2.1大气污染 空气中的氮、氧、氩三者共占大气总浓度的99.9%以上，成为大气的主要成分。此外大气中还有少量的二氧化碳、稀有气体等（表4-3）。 表4-3 正常干空气的组成 成分 浓度/×10-6 成分 浓度/×10-6 氮 780,900 氪 1.0 氧 209,400 一氧化碳 0.5 氩 9,300 氢 0.5 二氧化碳 315 氙 0.008 氖 18 臭氧 0.02 氦 5.2 其它 0.01-0.04 甲烷 1.0-1.2 大气中由于空气以外的物质或空气正常组成成分中的过量物质对人体健康和环境造成的危害状态叫大气污染或气体污染。相应地，空气污染物的定义为空气中存在的物质，当其浓度足以致使不良效应时，该物质即为空气污染物。 由于人类活动排放的污染物进入大气所产生的不利于动植物及设施的状况称为大气污染，混入大气的各种有害成分称为大气污染物。大气污染的危害主要影响人类和动物的健康，使植物变质并枯萎，以及引起工业和生活设施老化和腐蚀破坏，影响使用年限。根据《中国环境经济核算报告》2004年大气污染造成的环境退化成本为2198.0亿元，占总环境退化成本的42.9%，占当年地方合计GDP的1.31%，其中，大气污染造成的城市居民健康损失为1527.4亿元，农业减产损失为537.8亿元，材料损失为132.8亿元。20世纪10大环境污染事故中，有5次是大气污染事故。除1次是城市汽车尾气排放污染事故外，其他4次是由钢铁生产排放的含硫烟气造成的。这些数据表明，材料的生产和使用过程对大气污染有很大的影响。 大气污染物的形成可以分为自然源和人工源两类。自然源主要有火山爆发、森林火灾、土壤风化等，一般造成二氧化硫、一氧化碳及沙尘等污染。人工污染源主要是由工业、交通运输以及居民生活等几方面的活动造成的。交通运输行业排放的污染物主要是由汽车、飞机、铁路、船舶等运输动力机械工作引起的，排放的主要污染物有碳氢化合物、CO、NOX、有害化合物、Pb和油类等。其中，飞机排放的大气污染物约占大气污染总量的1%-2%，而船舶仅占0.05%左右。居民生活主要由炊饮、取暖、垃圾等活动过程造成大气污染，形成的污染物有CO、SO2、N0X、碳氢化合物、烟尘等。 使空气受到污染的物质有两大类：一是气体污染物；二是固体或液体颗粒物，悬浮