基于MFA/LCA的典型有色金屬生產環境負荷評價與優化

高　峰，陽丹品，聶祚仁，龔先政

(北京工業大學材料科學與工程學院，北京 100124)

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基于MFA/LCA的典型有色金屬生產環境負荷評價與優化

高峰，陽丹品，聶祚仁，龔先政

(北京工業大學材料科學與工程學院，北京 100124)

摘要：有色金屬生產、消費和循環利用是一個復雜的非線性系統，與其相關的資源消耗及其產生的環境影響很難預測。近年來，物質流分析和生命周期評價方法在有色金屬行業循環經濟和可持續發展研究領域發展迅速。它們作為定量化的決策分析工具，不僅能夠為企業技術升級改造提供可行的建議和措施，還能為行業宏觀節能減排目標的實現程度提供評判依據。闡述了物質流分析和面向流程的生命周期評價方法的主要觀點、理論基礎、研究思路和框架，以鋁、鎂、銅、鉛、鋅等為例，對上述方法在典型有色金屬生產中的應用進行了總結和分析，并對其在有色金屬工業節能減排中的進一步研究予以討論和展望。

關鍵詞：有色金屬；環境負荷；節能減排；物質流分析；生命周期評價

1前言

有色金屬是國民經濟重要的基礎原材料，由于其產品種類多、應用領域廣、產業關聯度高，在國民經濟發展乃至國防工業建設等方面發揮著重要的作用。2000～2014年我國10種常用有色金屬產量增長了4.6倍，年均遞增13.3%，產量連續12年位居世界第一。其中，鋁、銅、鉛、鋅的產量占10種常用有色金屬總產量的95%以上；其他有色金屬產量也呈現出快速增長的趨勢(圖1)。從能耗方面來看，2000～2014年我國有色金屬行業主要產品的單位能耗大幅下降(表1)，一些主要指標如鋁錠綜合交流電耗已接近或達到世界先進水平。但由于產量的過快增長導致能耗總量居高不下。2012年有色金屬行業總能耗約16 020萬噸標準煤(按發電煤耗值計算)，占全國能耗總量的4.4%。其中，電力消耗為3 909億千瓦時，占全國電力消費量的7.9%，其中，電解鋁生產電力消耗占有色金屬行業電力消耗的71.6%，占全國電力消耗的5.6%。

圖1　2000～2014年10種常用有色金屬產量Fig.1　The outputs of ten kinds of non-ferrous metals from 2000 to 2014

IndicatorUnit200020052010201120122013Overallenergyconsumptionofcoppersmelting&refiningkgce/t1277.2733.1398.8407.1424.3316.4Specificoverallenergyconsumptionofaluminakgce/t1212.4998.2590.6573.7542.8527.8A.C.OverallconsumptionofaluminumingotskWh/t154801457513964139021382713740Specificoverallenergyconsumptionofaluminumingotskgce/t1986.01870.01791.61783.61774.01762.8Overallenergyconsumptionofleadsmeltingkgce/t721.0654.6421.1433.8467.7469.3Overallenergyconsumptionofelectrolyticzinckgce/t2306.91953.1999.1945.7901.9909.3Overallenergyconsumptionofmagnesiumsmeltingkgce/t12184.49165.95453.65159.84959.84859.8Overallenergyconsumptionofnicklesmeltingkgce/t5581.74056.13594.83527.63274.2—Overallenergyconsumptionofcopperprocessingkgce/t1106.8719.9243.6254.3222.7—Overallenergyconsumptionofaluminumprocessingkgce/t1139.5746.2390.8372.5342.8—

根據2013年工業和信息化部發布的《關于有色金屬工業節能減排的指導意見》，有色金屬行業為實現“十二五”節能減排目標，提出了以重有色金屬冶煉生產過程控制為重點，針對鉛、鎘、砷、汞等重金屬污染物生產的關鍵環節，組織實施了清潔生產技術改造，推廣了一批先進適用的節能減排技術，從源頭消減了有毒有害物質的產生量，降低了末端治理的難度和壓力。然而，礦產資源開采和冶煉生產過程長期累積的污染問題仍比較突出，有色金屬行業面臨的節能減排任務仍十分艱巨。從國內發展環境看，我國重大基礎設施工程建設、戰略性新興產業及國防科技工業的發展，為有色金屬工業發展帶來了更大的空間；同時，能源、資源和生態環境的制約因素也將日趨強化。有色金屬行業過去十多年依靠資源密集、產量增長、勞動力成本和環保標準低等作為支撐的發展模式已經難以維持，迫切需要加快轉變發展方式，加速實現轉型升級。從國際環境看，金融危機之后的世界經濟緩慢曲折復蘇，圍繞資源、市場、技術、標準等方面的競爭將更加激烈。應對全球氣候變化，減少二氧化碳等溫室氣體排放的新形勢，使有色金屬工業發展的外部環境更趨復雜。

有色金屬冶煉環節約占產業能源消耗總量的70%左右，因此生產過程節能降耗技術的開發與應用是有色金屬工業節能減排工作的重點。結合有色金屬生產過程重點節能技術的應用情況及未來的技術發展趨勢，對冶煉工藝的資源效率、節能減排效果進行分析與評價，不僅能夠為企業技術升級改造提供可行的建議和措施，還能為行業宏觀節能減排目標的實現程度提供評判依據。本文闡述了物質流分析和面向流程的生命周期評價方法的主要觀點、理論基礎、研究思路和框架，以鋁、鎂、銅、鉛、鋅等為例，對上述方法在典型有色金屬生產中的應用進行了總結和分析，并對其在有色金屬工業節能減排中的進一步研究予以討論和展望。

2生命周期評價方法與物質流分析

2.1面向流程的生命周期評價方法

生命周期評價(Life Cycle Assessment，簡稱LCA)是對產品系統的生命周期中輸入、輸出及其潛在環境影響的匯編和評價[1]。生命周期評價通過考察產品、行業甚至產業鏈的整個生命周期，對決策過程中的環境因素做出評價，這種評價可以是戰略性的，也可以是具體運營和細節操作方面的，從而促使產業內部行為更符合可持續發展的原則。對于面向產品系統的完整的生命周期評價所涉及的系統邊界范圍包括資源開采、原材料生產、產品加工制造、使用與維護、廢棄處置與循環再利用等過程，即從“搖籃到墳墓”[2]。如果研究的對象和目的是單位有色金屬生產的環境負荷，則定義其系統邊界時通?？紤]其生產工藝過程及其主要的輔助生產過程，因此對于這類原材料生產過程的生命周期評價，也稱之為從“搖籃到大門”的評價。

面向有色金屬生產工藝流程的生命周期分析模型，首先需要詳盡描述其生產過程，包括重要的輔助生產過程，即對系統邊界的確定。第二，定義物質流。所謂物質流是指系統中區分各種物質的標識，用于描述系統中的物質與能量流向。對于物質流的描述包括物質流名稱、化學結構與主要成分等，另外還要定義每個物質流所具有的形態及形態間的轉換因子。第三，建立單元過程。功能單元是系統中某一過程的輸入輸出流集合，其主要作用是將產品系統中單元過程所涉及到的輸入、輸出流組織在一起，并通過配置參數，建立不同單元過程間的流入與流出比例關系。第四，流程建模。流程建模就是對產品系統的建模，用于將各個單元過程組織在一起，單元過程間以物質流(或中間產品)相互連接。各個單元過程的輸入輸出通常存在一定的比例關系，系統模型將根據指定的基準功能單位，將各單元的輸入輸出量調整為以功能單位為基準的參數，以保證流程模型內的輸入輸出平衡，形成完整的生產流程圖。第五，平衡計算。平衡計算對流程模型進行匯總計算，系統將不同單元過程的輸入輸出按其層次進行分類匯總，將相同的輸入輸出項目進行合并，最終用一個S×N矩陣表示計算結果，其中N表示單元過程數，S表示物質流數，每個矩陣單元Kij表示物質i在單元過程j中的輸入/輸出量。圖2描述了生產系統的輸入和輸出及其內部單元過程。

圖2　生產系統及其內部單元過程示意圖Fig.2　The sketch of production system and its unit processes

2.2物質流分析方法

物質流分析(Material Flow Analysis，簡稱MFA)是研究特定工業部門或區域經濟系統物質新陳代謝的一種方法，其通過對自然資源的開采、生產、轉移、消耗、循環和廢棄等過程的分析，揭示物質在特定區域中的流動特征和轉化效率。其基本思想是，人類活動所產生的環境影響在很大程度上取決于進入經濟系統的自然資源和物質的數量與質量，以及從經濟系統排入環境的資源和廢棄物的數量和質量[3-4]。

物質流分析方法為產品設計、商業管理和制定公共政策等資源管理措施提供了系統分析的觀點與方法。從總體上看，物質流分析主要分為兩種類型：

(1)研究某種物質材料的環境問題，目的是減小這類物質材料在流動過程中的環境負荷。工業系統是全球生態系統的子系統，應以生態學的理論和方法來觀察和分析工業系統的物質與能量流動。在考慮工業系統的物質流動時，應在全球生態的背景下，設計原料和廢棄物的使用，以便將其對地球生態系統的影響最小化。

(2)對不同空間尺度進行物質流分析，研究解決物質使用效率、使用強度和減少廢棄物產生的策略和方法。從部門、區域或國家的尺度，分析原料與能量的流動以及相關經濟活動對全球或某個地區物質流動與循環的影響，研究物質生產及其生產結構是否符合可持續發展的要求，此類物質流分析的研究目的是，工業或社會新陳代謝的重構和減量化，以及資源生產力的提高。從某一產品的角度，分析原料、能量和廢棄物在產品的生產、使用、廢棄等整個生命周期內的分配和流動，其目的是開展生態設計、源頭減量化或替換、再循環、再制造、有毒有害廢物的減少、延伸生產者的責任等。

物質流分析主要是一種靜態的分析工具，其分析方法多是建立在輸入-輸出(Input-Output)分析的思想基礎之上。物質流分析總的指導原則是質量守恒。一定數量的物質因人類活動而散失在自然界中，但其質量總是不變的。對于一個給定的系統，其物質平衡表現為以下形式：總輸入=總輸出+凈累積，如公式(1)。這說明系統中的物質總是與輸入、在系統中累積以及作為輸出而離開系統這三股物質流相聯系。

∑Finput=∑Foutput+∑Fnetstore

(1)

式中，Finput表示系統物質的輸入量；Foutput表示系統物質的流出量；Fnetstore表示物質在系統內的凈累計量。

針對有色金屬的特點，基于輸入輸出分析方法建立的用于模擬其全生命周期的物質流動過程如圖3所示。這一輸入輸出流分析包括兩項基本研究內容：首先是追蹤并描述出入于環境的物質流，構建一個材料流和能量流分析的輸入輸出模型框架，包括研究對象，即物質或過程、以及系統邊界；其次是描述與物質流動量相關的系統行為，即對系統中材料所流經過程的度量以及對材料循環的度量，主要度量指標包括：物質總需求、物質直接輸入量、生產過程排出量、生態包袱(Eco-Rucksack)或隱流(Hidden Flow)以及進口和出口等。最后，根據系統行為的衡量結果，在總體考慮外在環境和材料流系統變量的基礎上，提出改進系統環境表現的措施。

圖3　物質流分析框圖Fig.3　The framework of Material Flow Analysis

材料的生命周期評價主要是對材料系統從原材料獲取階段開始到最終廢棄的全過程中的環境影響(資源、能源、排放物)進行綜合評估。它作為一種定量化的決策分析工具，在材料及產品的環境負荷分析、生態設計、清潔生產審計、產業結構調整等領域發揮著重要的作用。從清單分析和影響評價階段的研究內容來看，它們都與物質的輸入和輸出有著緊密的聯系。生命周期評價和物質流分析都從研究系統或過程的各個子階段入手，但是前者注重研究生態環境、人體健康、資源消耗等方面的環境問題，而后者主要分析物質材料流動的數量、結構和特征。因此在LCA分析中結合MFA分析，能夠彌補生命周期評價中空間、時間等方面信息的局限性，提高基礎數據資料的可靠性和全面性，進而提高影響評價的精確性[5]。

3環境負荷評價與物質流分析

3.1鎂

由于鎂合金材料在交通工具的節能和環保領域具有重要的應用潛力，國際上針對鎂生產和使用階段的環境影響開展了相關研究工作。自2002年以來，由于世界鎂生產和技術結構發生了很大的變化，澳大利亞等國的研究者們開展了原鎂生產工藝過程及鎂產品的環境負荷研究[6-9]，大部分原鎂生產環境影響的研究報告和論文都將焦點集中于中國皮江法工藝的溫室氣體排放。Ramakrishnan等[8]對2003年鎂生產工藝的研究結果顯示，電解法的溫室氣體排放在20.4～26.4 kg CO2eq/kg Mg，而中國皮江法的溫室氣體排放則在37～47 kg CO2eq/kg Mg，皮江法的排放量約是電解法的兩倍。這也成為國際上對中國皮江法煉鎂環境影響的負面評價。在已開展的鋁、鎂等輕質結構材料替代鋼質汽車零部件的生命周期比較分析中，仍有相當一部分研究以此結果作為評價依據[10-13]。

自2005年，作者課題組基于中國資源、能源消費特征，結合我國皮江法煉鎂的典型工藝過程，建立了面向鎂生產流程的LCA分析模型。并對直接燃煤、發生爐煤氣、焦爐煤氣3種能源利用方案的皮江法煉鎂工藝進行了“從搖籃到大門”的流程分析，計算得到了我國原鎂生產3種能源利用方案工藝過程的環境負荷貢獻率。結果表明：煉鎂過程的環境負荷最大，在3種方案中所占比重均超過了60%。煉鎂過程燃料的使用量決定了環境負荷的大小。盡管考慮了焦爐煤氣和發生爐煤氣生產過程的環境負荷，采用焦爐煤氣作為煉鎂主要能源的總體環境負荷相對最小，與直接燃煤相比下降17.5%[14]。該評價結果為構建煤焦化-硅鐵-煉鎂共生型產業鏈，實現產業鏈中各成員間的物質傳遞、副產品交換和能量的梯級利用，并為減少焦炭和原鎂生產污染物排放提供了理論和實踐依據。該產業共生模式在中國鎂工業中推廣后，作者單位與鎂業協會合作進行了持續的跟蹤研究，結果如圖4所示，中國原鎂生產的能耗和溫室氣體排放持續下降。考慮到中國原鎂生產技術在清潔能源、余熱利用等新技術和新裝備的推廣應用仍有很大的提升空間，因此，中國鎂原材料溫室氣體排放的連續降低仍是值得期待的。

圖4　生產1 kg原鎂的能耗和溫室氣體排放指標比較Fig.4　Comparisons of energy consumption and greenhouse gas emission of 1 kg primary magnesium

國際鎂業協會在2013年發布了《交通工具結構中鎂部件的生命周期評價》報告，這對于彌補鎂LCA研究數據的缺失起到了積極的作用[15]，該報告也引用和評述了作者課題組的相關工作。

3.2鋁

鋁是國民經濟建設和發展的關鍵基礎材料，因此其生產過程的環境影響在20世紀90年代初就受到了普遍關注。自1992年，美國鋁業協會、歐洲鋁業協會和國際鋁業協會先后編制了原生鋁錠、鋁板帶、鋁箔、鋁擠壓材和再生鋁錠的生命周期清單，并進行了環境影響評價[16-18]。在國際鋁業協會的倡導和推動下，世界主要鋁生產和消費大國建立了以生命周期評價為基本原則的鋁與資源、能源和生態環境相協調的可持續發展戰略框架和主要目標。

在生命周期評價方面，作者課題組通過構建鋁生產流程模型，計算編制了我國原鋁從鋁土礦開采、氧化鋁生產、炭陽極制備、鋁電解和錠鑄等階段的生命周期清單，并對能耗和溫室氣體排放這兩項指標進行了時間序列分析和比較；通過構建灰色關聯度分析模型，分析了資源消耗和生產工序能耗等影響因素與溫室氣體排放的關聯性[19]；計算了我國再生鋁和原鋁生產的能耗和溫室氣體排放指標，并與歐洲再生鋁生產進行了比較，找出了我國再生鋁生產能耗和溫室氣體排放較高的原因[20]。根據主要影響因素對溫室氣體排放的關聯度等設定減排方案的系統邊界、排放清單的概率密度函數以及主要影響因素的變化范圍等相關參數，并結合我國鋁工業中長期發展戰略規劃，對我國原鋁生產的溫室氣體排放進行蒙特卡羅模擬，獲得了溫室氣體減排的目標預測值。結果表明，中國單位原鋁生產的溫室氣體排放量在低效率方案、中等效率方案和高效率方案中分別下降24%，30%和37%；其中，氧化鋁和電解鋁生產的溫室氣體減排值分別占到總溫室氣體減排的8%和13%，12%和16%，18%和17%，而且氧化鋁生產在減少總排放時的潛力不斷上升；并預測在2023年我國原鋁的溫室氣體排放總量將達到峰值并呈現下降趨勢。

在物質流分析方面，陳偉強等[21-22]基于金屬元素物質流分析的一般性框架，細化了鋁在國家尺度上的社會流動過程，為進行中國國家尺度的鋁物質流分析提供了研究框架；并以2005 年為時間截面，定量地描繪了中國國家尺度的鋁物質流靜態圖景，提出了一系列改善進出口結構、減少鋁損耗量、增加鋁循環利用量的政策建議。楚春禮等[23]應用投入產出方法描述了中國鋁物質流各過程之間的相關關系，揭示了各過程的隱藏流，追蹤了全國鋁損失的主要來源，為鋁行業循環經濟的發展提供了政策建議。岳強等[24-25]繪制了鋁的物質循環流圖，并分析了我國2007年的鋁循環狀況以及2003～2007年間各種含鋁物質的凈進口量、鋁循環中各種含鋁物質損失量和鋁社會蓄積量凈增量的變化，提出了我國今后鋁工業進出口政策的重點和減少鋁損失的工作重點。

3.3銅

目前，我國是全球最大的銅消費國和重要的銅加工制造基地。長期以來，我國銅資源不能滿足國內生產和消費的需求，尤其是近年來中國銅冶煉產能的急劇擴張而導致供需缺口較大，而且進口依賴性高，由此引起的資源瓶頸和環境約束問題日益突出。銅的生產、消費和循環回收與銅資源的保障能力密切相關。國內外許多學者通過物質流分析對銅的生產、供應預測和銅資源的循環回收進行了相關研究。溫宗國等[26]應用情景分析、存量模型和物質流方法分析研究了中國未來銅資源的代謝趨勢，并用情景分析方法比較3種減量化措施的資源環境影響。岳強等[27]在物質流分析中引入熵分析來研究我國銅資源效率，并提出通過減少尾礦和熔渣中銅的損失量，能夠有效降低銅產品生命周期的熵增。在回收階段，含銅物質聚集度的提高更有利于銅資源的回收。郭學益等[28-29]運用“STAF”模型研究了我國銅的礦石指數、資源效率、貿易平衡指標、廢銅指數等物質流分析指標，并與歐洲水平進行了對比，提出了控制原生銅產能，推進銅消費結構調整，加強再生銅的回收利用，以及尾礦和爐渣的回收利用，并加大相關工藝的研發，努力降低環境影響等措施。丁一等[30]利用生態包袱系數對中國銅資源開發利用中的物質投入進行了估算，但生態包袱系數與不同國家物質資源的特點、生產方式和技術水平等相關，對于如何確定中國本土資源的生態包袱系數還有待于進一步研究。Daigo等[31]運用動態的物質流分析方法研究了日本銅資源的存量和廢銅循環的潛力，并指出日本的高純銅與銅合金在回收統計上的誤差，強調了進一步細化分類回收對于提高含銅廢料循環利用的重要意義。

國內外學者針對銅的開采、冶煉等生產過程的環境影響也開展了大量的研究。姜金龍等[32]運用LCA方法，對比了火法和濕法生產金屬銅的環境負荷。評價結果表明，濕法煉銅工藝簡單、能耗低，污染物排放少，環境協調性好于火法煉銅。然而，我國濕法工藝發展較為緩慢，90%以上的銅產量均來源于火法。另外，SO2回收率低是造成酸雨和人體毒害效應較大的主要原因。因此，提高SO2的回收率對減小火法煉銅的環境負荷至關重要。阮仁滿等[33]對生物提銅、浮選—閃速煉銅生產過程進行了生命周期分析，結果表明，生物提銅生產流程短、物耗少、節能減排，與火法煉銅相比,對環境的影響顯著減少。從保護環境和可持續發展出發，應加強生物冶金技術研究開發。李英順等[34]對銅爐渣和銅礦石回收銅的選礦過程的環境協調性進行了對比研究，并獲得了選礦各工序過程的環境負荷評價結果。該研究認為，盡管銅爐渣選礦生產過程每生產1 kg精礦的環境負荷約為銅礦石的1.32倍，但隨著國內銅精礦供應缺口的增大，從銅爐渣中回收銅資源將顯著地提高資源利用率，有利于循環經濟發展。Memarya等[35]運用時間序列的生命周期評價方法研究了澳大利亞銅采礦和冶煉生產過程的環境影響。結果表明，礦石品位的變化、生產技術及區域能源結構都會對銅生產的碳足跡和其它環境負荷產生重要影響，其中礦石品位的變化對環境負荷的影響較為顯著。隨著銅資源的短缺和銅冶煉能力的提高，大量銅爐渣中的銅經過選礦過程得到了回收，但是不可避免地帶來了環境負荷。

3.4鉛鋅

2013年我國鉛鋅產量合計978萬噸，占世界鉛鋅總產量的41%，產量連續多年位居世界第一。鉛鋅廣泛用于電氣工業、機械工業、軍事工業、冶金工業、化學工業、輕工業和醫藥業等領域。世界上80%以上的鉛被用于生產鉛酸電池。此外，鉛金屬在核工業、石油工業等部門也有較多的用途。鋅金屬具有良好的壓延性、耐磨性和抗腐蝕性，能與多種金屬制成物理與化學性能更加優良的合金。我國鉛鋅工業的快速發展，也給生態環境造成了一定的影響和破壞。張偉建等[36]采用LCA方法針對韶冶帝國熔煉法(ISP法)的生產過程進行了環境負荷評價，確定了能源總需求、溫室效應和酸化效應在各工藝階段中所占的比重，找出了生產流程主要環境壓力所在，并在此基礎上指出了韶冶ISP工藝改進的措施。何靜等[37]以株洲冶煉廠為例，對鋅冶煉過程的環境影響進行系統研究，確定了渣處理過程是該廠環境負荷的主要承擔者，并針對該環節提出了進一步削減污染物排放的措施。Daniel等[38]采用LCA方法對廢棄電池中鉛的兩種處置方式進行了對比研究，結果表明廢電池中鉛的回收在危險廢棄物排放、持續性毒性、富營養化、酸化效應和光化學煙霧形成潛力等方面的環境表現更好，但在人體毒性、溫室效應等方面的影響大于廢電池中鉛的常規處置。

國內外學者對鉛鋅的物質流進行了研究，其目的在于進一步闡明鉛鋅物質的流向及其資源循環利用的狀況，為實現鉛鋅資源的高效綜合利用提供指導。萬文玉等[39]對再生鉛熔煉各個工序的鉛物質流核算表明，鉛污染主要來源于短窯熔煉工序爐渣和鉛塵的排放，以及合金工序中的浮渣。因此，應加強熔煉工序中煙塵的處理，降低爐渣和浮渣的產生量。郭學益等[40]分析了2006 年我國鉛的社會存量變化及其流動狀況，計算了鉛礦石資源效率、廢鉛指數等指標，總結了我國在鉛資源循環利用方面的不足，并對鉛工業的發展和資源的循環利用提出了建議。馬蘭等[41-42]運用“STAF”模型對比分析了2000～2010年我國鉛物質流的變化，計算了鉛礦石消耗量、環境釋放量、資源和環境效率、循環率等指標，分別從消費、貿易、技術、管理等方面分析了我國鉛物質流改變的原因，為鉛工業資源環境改善提供了依據。Spatari等[43]采用“STAF”模型研究了歐洲鋅的物質流動情況，結果表明，歐洲廢棄的鋅資源主要來源于建筑拆遷廢料和報廢車輛；然而，只有約34%的廢鋅得到了循環利用，鋅大量損失到環境中，對其帶來的環境影響應考慮從時空尺度進行評估。Mao等[44-45]討論了基于時間和空間因素的鉛全生命周期物質流的數據采集和評估方法，指出盡管在數據方面存在相當大的限制，但對于在各種空間尺度合理定量描述鉛生命周期的信息是足夠可用和準確的。并在此基礎上研究了世界范圍內鉛的流量和流向，為鉛資源的互補性研究、能源利用、鉛廢棄的管理和環境問題提供了框架。

4結語

有色金屬生產、消費和循環利用是一個復雜的非線性系統，與其相關的資源消耗、物質流動及其產生的環境影響很難預測。物質流分析方法利用輸入-輸出或投入-產出平衡分析的方法，對整個系統物質流動的狀況進行分析，得到了簡潔的物質流動效率和可持續發展程度的示蹤指標，拓展了可持續發展研究方法在有色金屬領域的應用。然而，目前的物質流分析方法在研究有色金屬時也有其不足之處，這主要表現在：①現行的物質流分析只考慮物質的質量，卻沒有涉及不同物質流可能帶來的不同的環境影響，弱化了物質流指標與物質流動所引起的環境影響之間的聯系。一些質量小的物質流，比如少量的有毒重金屬元素(鉛、汞、鎘等)可能會帶來很大的負面環境影響。②國家尺度的物質流分析案例較多，原因在于宏觀層面物質流分析所需的數據比較容易獲得，但是類似于小品種的有色金屬，如稀土、鎢、鉬等的相關數據卻經常由于一些客觀原因(如統計內容的局限、大公司和企業的數據保密等)難以獲得，而這也限制了物質流分析方法在有色金屬中的使用范圍。

由于有色金屬品種眾多而且生產工藝流程各具特點，資源、能源消耗、污染物排放與工藝流程密切相關，生產系統某一過程的工藝改進或優化與哪些過程的關系最為密切，即是否會導致其他過程環境負荷的增加或降低；有色金屬生產過程中體現中國資源特點和工藝技術水平的特征參數，如能源消費結構、先進技術的實施、二次資源的循環率等因素與環境負荷及節能減排的關系等問題都具有重要的研究意義。但是，從總體上看，有色金屬生產的生命周期評價研究大部分仍局限于能耗和溫室氣體排放等少數指標，并沒有結合有色金屬生產流程的特點對上述問題進行深入的研究，因此為制定決策提供依據的綜合評價結果尚與業內所期待的標準存在較大差距。中國有色金屬產業節能減排的任務艱巨，潛力巨大，在有色金屬行業充分發揮生命周期評價和物質流分析技術的優勢，將為實現中國有色金屬工業節能減排中長期目標提供有利的決策支持和技術保障。

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(編輯惠瓊)

The Environment Load Evaluation and Optimization for the Typical Non-Ferrous Metals ProductionBased on the MFA/LCA Method

GAO Feng, YANG Danpin, NIE Zuoren, GONG Xianzheng

(College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

Abstract：The production, consumption and recycling of non-ferrous metals are a complicated nonlinear system. It is difficult to predict their related resources consumption and environmental impacts. In recent years, material flow analysis (MFA) and life cycle assessment (LCA) have been developed and applied in the non-ferrous metals industry for circular economy and sustainable development. These two quantitative decision analysis tools can provide not only feasible suggestions and measures for technology upgrades and renovation of enterprises, but also evaluation basis for non-ferrous metals industry to achieve the goal of energy saving and emissions reduction. The main ideas, theoretical basis, research ideas and frameworks of MFA and process-oriented LCA are elaborated in this paper. The application of these methods in typical non-ferrous metals production, such as aluminum, magnesium, copper, lead and zinc, is summarized and analyzed. Further researches of energy saving and emissions reduction in the non-ferrous metals industry are discussed and prospected.

Key words：non-ferrous metals; environmental load; energy saving and emissions reduction; material flow analysis; life cycle assessment

中圖分類號：X758

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3962(2016)03-0179-08

DOI:10.7502/j.issn.1674-3962.2016.03.03

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51304009)

收稿日期：2015-11-02

第一作者：高峰，男，1978年生，副教授，碩士生導師,Email:gaofeng@bjut.edu.cn