【摘 要】
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金属钛具有形状记忆、比强度高、耐高温和抗腐蚀等一系列优点，因而在航天航空、石油化工、体育休闲、医疗民用等诸多领域有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。但是金属钛的
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金属钛具有形状记忆、比强度高、耐高温和抗腐蚀等一系列优点，因而在航天航空、石油化工、体育休闲、医疗民用等诸多领域有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。但是金属钛的冶炼是一个高污染、高能耗的过程，降低其冶炼过程的能耗和环境负荷是中国钛工业实现可持续发展的必然选择。目前关于中国金属钛资源利用效率和冶金流程的生命周期分析等相关研究十分缺乏。因此，本文首先从宏观层面对中国金属钛资源进行物质流分析;其次，以海绵钛冶炼流程为基础，构建面向流程的生命周期评价模型，对中国海绵钛生产过程进行环境负荷评价，并对海绵钛冶炼过程的节能减排潜力进行分析和预测，为中国钛工业的可持续发展提供理论参考和数据支持。 首先，从产业生态学角度对中国钛工业的运行状况进行了系统研究。运用物质流分析方法研究了中国金属钛资源在其生命周期内的循环代谢状况，计算了矿石消耗率等资源效率指标。研究表明，2005年～2015年中国钛工业从发展壮大期进入到了稳定成长期，钛生产和消费的各项指标均有所提高，但现阶段出现了产能过剩趋势，而高端产品仍需依赖进口，钛产业结构亟待调整;另外，矿石品位是影响钛元素利用效率的主要原因，钛元素利用率每提高1％，海绵钛生产的矿石消耗量将减少57.8kg/t;钛废料的循环利用主要来源于加工过程，使用阶段报废的钛材回收率依然较低。 根据镁热还原法冶炼金属钛的工艺特点，将海绵钛生产分为矿石采选、钛渣熔炼、氯化精制、还原蒸馏和氯化镁电解五个单元过程，详细分析并计算了各单元过程的资源、能源消耗和各类污染物排放情况，编制了海绵钛生产过程清单。采用ReCiPe方法评价了海绵钛生产过程的环境负荷，研究结果表明:生产1t海绵钛的累积电耗为27656kWh，温室气体排放量为2.99E+04kg CO2eq。生产过程环境影响最大的是人体毒性，占生命周期总环境影响的45.4％;其次是颗粒物形成和海水富营养化，分别占总环境影响的13.8％和9.6％。各单元过程的环境负荷比例依次为:氯化镁电解39.6％、钛渣熔炼22.4％、氯化精制18.0％、还原蒸馏13.2％、矿石采选6.8％。氯化镁电解过程既是高能耗环节，也是冶炼过程的环境热点。电力使用过程产生的间接污染物排放是环境压力的主要来源。 最后，分析预测了中国海绵钛生产的节能减排潜力。通过筛选当前切实可行的先进冶炼技术和装备，比较了技术装备应用前后海绵钛生产主要过程和全流程的环境效益，结果表明:中国海绵钛冶炼综合电耗有望降低至22876kWh/t，下降幅度达17％，同时可以减少90％颗粒物和CO的直接排放，生命周期总环境影响可下降21％，海绵钛冶炼节能减排效果显著。
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