基于全生命周期理論的金屬礦采選業(yè)產(chǎn)品碳足跡研究*

李安平，周致遠(yuǎn)，劉勇，金東漢

(金徽礦業(yè)股份有限公司，甘肅 徽縣 742312)

0 引言

產(chǎn)品碳足跡是從全生命周期的角度去表現(xiàn)企業(yè)所生產(chǎn)或銷售產(chǎn)品的溫室氣體排放總量，通常所有溫室氣體排放用二氧化碳當(dāng)量來(lái)表示，并利用100年全球升溫潛能值(GWP100)計(jì)算二氧化碳當(dāng)量[1]。溫室氣體通過(guò)燃燒化石燃料、開(kāi)荒、生產(chǎn)和消費(fèi)食品、制造貨物等其他服務(wù)導(dǎo)致碳排放，《京都議定書》中規(guī)定的6種溫室氣體分別是：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）和六氟化硫（SF6）[2?3]。

目前，金屬礦采選業(yè)產(chǎn)品碳足跡的研究還比較少，文獻(xiàn)檢索礦山產(chǎn)品碳足跡的研究多在煤礦領(lǐng)域，Bogunovic和Kecojevic根據(jù)從美國(guó)南部一個(gè)正在運(yùn)營(yíng)的露天煤礦收集的能源消耗數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算露天煤礦設(shè)備的碳足跡；AbdulMajeed Aziz討論了美國(guó)礦業(yè)的碳足跡和潛在成本[4]；劉靜靜核算了山西某煤炭企業(yè)的碳足跡，并進(jìn)行了評(píng)價(jià)[5]。

碳足跡是能源消耗的一種表現(xiàn)形式，通過(guò)開(kāi)展碳足跡評(píng)價(jià)，企業(yè)可以分析其在能源使用上存在的不足，從而提升能源效率，減少能源消耗，減少運(yùn)營(yíng)成本，減少污染物排放，促進(jìn)企業(yè)的良性和可持續(xù)發(fā)展[6]。另外，工業(yè)和信息化部已將產(chǎn)品碳足跡的核算納入到“綠色工廠”復(fù)核工作的核查項(xiàng)目[7]。本研究以金徽礦業(yè)股份有限公司徽縣郭家溝鉛鋅礦（以下簡(jiǎn)稱“郭家溝鉛鋅礦”）采選生產(chǎn)為例，按照PAS2050標(biāo)準(zhǔn)要求的“從搖籃到墳?zāi)埂钡娜芷谶^(guò)程[8]，計(jì)算郭家溝鉛鋅礦最終生產(chǎn)1t精礦的碳足跡，以期為金屬礦采選業(yè)產(chǎn)品碳足跡的核算與評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 研究方法

郭家溝鉛鋅礦由金徽礦業(yè)股份有限公司開(kāi)發(fā)，礦區(qū)位于甘肅省徽縣柳林鎮(zhèn)，年生產(chǎn)規(guī)模是采選礦石量150×104t，2018年4月建成投產(chǎn)，采礦生產(chǎn)采用全機(jī)械化作業(yè)，選礦生產(chǎn)采用自動(dòng)化生產(chǎn)，該礦是國(guó)家級(jí)“綠色礦山”、工業(yè)和信息化部首批“綠色工廠”。郭家溝鉛鋅礦采用主平硐+主（箕斗）副（罐籠）豎井聯(lián)合開(kāi)拓，采礦方法采用機(jī)械化進(jìn)路式充填采礦，采礦生產(chǎn)工藝流程是開(kāi)拓—采準(zhǔn)—回采—運(yùn)輸—提升；選礦生產(chǎn)采用電位調(diào)控浮選技術(shù)，先鉛后鋅的優(yōu)先浮選工藝，最終產(chǎn)品是鉛精礦和鋅精礦。

1.1 工藝流程溫室氣體排放情況

本文研究的礦石全生命周期范圍是從井下鑿巖到選礦生產(chǎn)最終的產(chǎn)品鉛鋅精礦為終點(diǎn)，該生命周期內(nèi)的溫室氣體排放主要有直接溫室氣體排放和間接溫室氣體排放，直接溫室氣體排放是指柴油燃燒、2號(hào)巖石乳化炸藥所含成分液體石蠟油產(chǎn)生的溫室氣體。間接溫室氣體是指外購(gòu)電能產(chǎn)生的排放。

生產(chǎn)過(guò)程中耗能設(shè)備有鑿巖臺(tái)車、錨桿臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)、礦用卡車、有軌電機(jī)車、礦井提升機(jī)、通風(fēng)設(shè)備、充填系統(tǒng)、照明設(shè)備、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、顎式破碎機(jī)、球磨機(jī)、半自磨機(jī)、浮選機(jī)、壓濾機(jī)等。

礦井爆破使用2號(hào)巖石乳化炸藥，該炸藥的配比是硝酸銨含量為82%、含水量為12%、液體石蠟油含量為6%，在爆炸后石蠟油會(huì)產(chǎn)生溫室氣體。

郭家溝鉛鋅礦生產(chǎn)供水取自永寧河，取水方式是電力提水，退水方式是循環(huán)利用，因此，以取水耗電量為依據(jù)計(jì)算碳足跡。

機(jī)械設(shè)備潤(rùn)滑油使用量少，廢棄的潤(rùn)滑油由第三方進(jìn)行回收，計(jì)算碳足跡時(shí)采用郭家溝鉛鋅礦潤(rùn)滑油出庫(kù)數(shù)據(jù)。

設(shè)備、耗材等外包裝垃圾產(chǎn)生量極少，郭家溝鉛鋅礦設(shè)備、耗材等產(chǎn)生的外包裝垃圾由第三方回收，研究過(guò)程中不做統(tǒng)計(jì)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所用數(shù)據(jù)有2020上半年郭家溝鉛鋅礦采選能源消耗數(shù)據(jù)、炸藥消耗數(shù)據(jù)、鉛鋅精礦量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由金徽礦業(yè)股份有限公司提供，該數(shù)據(jù)僅用于科研與教學(xué)活動(dòng)，不作為其他依據(jù)。

1.3 計(jì)算模型

溫室氣體的直接排放量根據(jù)式（1）計(jì)算：

式中，C為碳足跡；Eij為第i種生產(chǎn)中第j種能源消耗水平值；Dij為第i種生產(chǎn)中第j種溫室氣體的排放系數(shù)；JGWP100j為第j種溫室氣體100年的排放標(biāo)準(zhǔn)值。

溫室氣體的間接排放量根據(jù)式（2）計(jì)算：

2 礦石生產(chǎn)碳足跡計(jì)算

2.1 排放系數(shù)的確定

間接產(chǎn)生溫室氣體的能源，電能的排放系數(shù)依據(jù)生態(tài)環(huán)境部公布的《2016年度減排項(xiàng)目中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子》確定（見(jiàn)表1）[9]。

表1 2020上半年間接產(chǎn)生溫室氣體的能源消耗活動(dòng)水平

直接產(chǎn)生溫室氣體能源的排放系數(shù)和GWP根據(jù)ICPP第五次評(píng)估報(bào)告的值確定（見(jiàn)表2）[10]。

表2 2020上半年直接產(chǎn)生溫室氣體的能源消耗活動(dòng)水平

2.2 數(shù)據(jù)計(jì)算

根據(jù)公式（1）可以計(jì)算出郭家溝鉛鋅礦2020上半年采選生產(chǎn)產(chǎn)品而直接排放的二氧化碳當(dāng)量是 1806935 kg；根據(jù)公式（2）可計(jì)算出郭家溝鉛鋅礦2020上半年采選生產(chǎn)產(chǎn)品而間接排放的二氧化碳當(dāng)量是34359271 kg，2020上半年郭家溝鉛鋅礦采選生產(chǎn)產(chǎn)品的碳足跡總量是36166206 kg CO2e，2020上半年郭家溝鉛鋅礦生產(chǎn)鉛精礦和鋅精礦合計(jì)74800t。因此，生產(chǎn)1t精礦的碳足跡是483.51 kg CO2e。

2020上半年，郭家溝鉛鋅礦采選生產(chǎn)1t精礦電能消耗產(chǎn)生的碳足跡是45.935 kg CO2e，柴油消耗產(chǎn)生的碳足跡是24.16 kg CO2e。

單獨(dú)就郭家溝鉛鋅礦而論，各種能源中電能產(chǎn)生的碳足跡最高，原因是郭家溝鉛鋅礦采用了全機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。

2.3 討論

2號(hào)巖石乳化炸藥所含成分液體石蠟油的量是根據(jù)廠家提供的該炸藥的配方比例和郭家溝鉛鋅礦2020上半年炸藥消耗量計(jì)算得到的，加之爆炸現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性等因素影響,因此炸藥碳足跡的計(jì)算可能存在誤差。

研究過(guò)程中，沒(méi)有區(qū)分鉛精礦和鋅精礦各自產(chǎn)生的碳足跡，而是將鉛精礦與鋅精礦合計(jì)為一種產(chǎn)品計(jì)算出最終生產(chǎn)1t精礦的碳足跡。

受到用電設(shè)備數(shù)量、安全等因素影響，研究沒(méi)有對(duì)各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)和設(shè)備貢獻(xiàn)的碳足跡進(jìn)行分析。

3 結(jié)論

低碳企業(yè)是未來(lái)礦山企業(yè)發(fā)展和生存的必然之路，也是“綠色礦山”、“綠色工廠”建設(shè)的要求，礦山企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品碳足跡的核算是礦山企業(yè)發(fā)展“低碳礦山”的第一步，是實(shí)現(xiàn)溫室氣體管理的重要方法。對(duì)郭家溝鉛鋅礦生產(chǎn)1t精礦的碳足跡進(jìn)行了分析，明確了金屬礦采選業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中碳足跡核算的技術(shù)路線，找到了金屬礦采選業(yè)碳足跡的計(jì)量方法，為金屬礦采選業(yè)今后動(dòng)力設(shè)備的選型以及節(jié)能減排降耗提供了決策依據(jù)。