典型稀土材料制备的生命周期评价

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稀土元素因具有优异的化学和物理性能,而广泛地应用于冶金、化工、石油、电子、医药、农业等行业中,特别是在高科技领域,如在永磁材料、磁光存储材料、磁致伸缩材料、发光材料、催化材料中发挥着重要的作用。我国稀土资源分布广,现已经探明的稀土储量4300万吨,占世界总储量的43%,稀土的产量占世界总需求量的90%以上。伴随稀土大范围生产,稀土行业产生的环境影响越来越严重,但是现在还没有关于稀土生产的全生命周期评价。  本文运用生命周期评价(LCA)方法和物质流分析(MFA)方法,对包头混合型稀土矿和四川氟碳铈矿的生产工艺进行了研究,得到两类工艺生产出1吨金属钕的生命周期环境负荷清单:选矿过程,包头混合型稀土矿每富集出1吨REO需要消耗98吨稀土原矿,稀土回收率为18.6%;四川氟碳铈矿富集出1吨REO需要消耗25吨稀土原矿,稀土回收率为80.0%。包头混合型矿产生的总环境影响为1.39E-08,总能耗为10.59t-标煤,对环境影响最大是酸化效应,占总环境影响的54.51%,其次是人体健康损害和光化学烟雾效应,分别占23.87%和16.46%,温室效应仅占总环境影响的4.29%,不可再生资源消耗占总环境影响的0.06%;四川氟碳铈矿产生的总环境影响为8.05E-09,总能耗为10.35t-标煤,对环境影响最大是人体健康损害,占总环境影响的61.13%,其次是酸化效应占24.52%,温室效应仅占总环境影响的7.33%,不可再生资源消耗占总环境影响的0.11%。  对每个工艺中各流程的环境影响进行对比分析,各个流程的环境的影响:包头混合型稀土矿生产流程对环境的影响依次为:焙烧,电解,碳沉,开采,选矿,萃取,运输,对总环境影响的贡献率依次为:84.46%,9.42%,2.79%,1.28%,1.08%,0.94%,0.03%;氟碳铈矿生产流程对环境影响大小依次是:焙烧,电解,碳沉,选矿,萃取,开采,运输,对总环境影响的贡献率依次为:73.61%,16.31%,4.82%,3.11%,1.63%,0.51%,0.01%。  本文运用生命周期评价的方法定量比较了典型稀土矿生产过程中对环境产生的影响,研究表明:混合型稀土矿生产单位产品的能耗比氟碳铈矿生产过程的能耗略高2.20%,而氟碳铈矿产生的总环境影响仅为混合型矿的57.79%。造成环境影响明显差异的是混合型矿在焙烧过程使用浓硫酸,浓硫酸分解释放出大量的SO2。本论文的研究为稀土行业的绿色发展提供依据,同时为研究其他材料的全生命周期环境影响提供参考。
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