本站原创词高炉渣；绿色建材；生命周期清单；环境效益
中图分类号 X757：X820文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2012)04-0051-05 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.201
2.04.010
高炉渣是钢铁厂高炉炼铁产生的矿渣，冶金行业产生量最大的工业固体废物。粒化高炉矿渣已广泛用于生产矿渣硅酸盐水泥、商品混凝土、免烧砖、微晶玻璃等绿色建材产品。我国高炉渣综合率达90%［1］，高炉渣资源化生产绿色建材的可观的环境效益已受到。关于固体废物综合管理的环境效益，已有学者对餐厨垃圾资源化［2］及不同处置方式［3］、电子废物处理［4］、危险废物处置［5］等了定量评价，而有关工业固体废物综合的环境效益多为定性浅析［6-7］，是高炉渣资源化的环境效益评价见探讨。以环境效益的评估策略论文范文上看，现有探讨可分为3大类，是，个别环境影响类型（能耗、水耗、温室气体排放等）的改善［8,9］；影子等将环境效益货币化［10-11］；生命周期评价策略论文范文评价环境体现［5,12-13］。本探讨基于生命周期视角，对高炉渣资源化生产矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土全的物质输入输出清单浅析，能源消耗、原消耗和碳排放情况，并以节能、降耗和碳减排三对高炉渣资源化全生命周期的环境效益评估，为废物管理决策定量化的数据支持。
1 探讨策略论文范文
1.1 系统边界
熔融高炉渣经水淬形成粒化高炉渣，烘干后在立磨内粉磨成高炉矿渣微粉，可水泥混合材和混凝土掺合料。矿渣微粉既可与水泥熟料按比例配比生产矿渣硅酸盐水泥，也可替代普通硅酸盐水泥生产商品混凝土。以我国某建材企业粒化高炉渣生产绿色建材产品为例，对高炉渣资源化浅析。该企业典型工艺，将探讨的系统边界确定为“以摇篮到大门”的全，即以原生产、能源生产、高炉渣预处理、高炉渣粉磨直至生产出矿渣硅酸盐水泥（见图1）和商品混凝土（见图2）的全部。，水泥生产所需的铁质料和钢球，混凝土生产使用的外加剂等，用量较少，探讨中忽略其生产。至于运输，高炉渣来自厂区附近的钢铁企业，运输距离环境影响十分有限，不考虑高炉渣的运输。
图1 高炉渣资源化生产矿渣硅酸盐水泥系统边界
Fig.1 System boundary of BF slag recycling for slag portland cement
图2 高炉渣资源化生产商品混凝土系统边界
Fig.2 System boundary of BF slag recyclingfor commercial concrete
本探讨以1 t矿渣硅酸盐水泥和1 m3商品混凝土为功能单位，高炉渣用于生产矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土全生命周期的能源消耗、原消耗和碳排放情况，并与等量的不掺加高炉渣矿粉的普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥普通商品混凝土的生产比较。出于比较浅析的，本探讨未考虑普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥在产品性能上的差别。
1.2 评价策略论文范文和工具
基于生命周期评价专业软件GaBi 4构建产品系统。生命周期清单浅析(Life cycle inventory analysis, LCI)策略论文范文对高炉渣资源化生产建材产品的物耗、能耗和环境排放量化。对矿渣水泥和商品混凝土两种绿色建材产品生产全生命周期的物质输入输出浅析，并选取生命周期清单能源消耗、原消耗和碳排放三项指标，与对应的普通建材产品比较，进而以节能、降耗和碳减排三评估高炉渣资源化生产绿色建材产品全的环境效益。本探讨节能、降耗和碳减排的相对值表征环境效益。计算出绿色建材产品相对于普通建材产品节能、降耗和碳减排的绝对量，再将其与普通建材产品相应指标值比较。计算策略论文范文如下：
节能效益EBe=(Eo-Eg)/Eo(1)
式中：Eo为普通建材产品能源消耗量；Eg为绿色建材产品能源消耗量。能源消耗量的单位为MJ。
降耗效益EBm=(Mo-Mg)/Mo(2)
式中：Mo为普通建材产品原消耗量；Mg为绿色建材产品原消耗量。原消耗量的单位为kg。
碳减排效益EBg=(Go-Gg)/Go(3)
式中：Go为普通建材产品碳排放量；Gg为绿色建材产品碳排放量。碳排放量统计的是CO2在内的全部温室气体，CML2001 Global Warming Potential (GWP 100 years)核算，单位为kg CO2当量（CO2Equiv.）。
1.3 数据来源
数据是开展生命周期清单浅析的。清单数据的质量和性在很大上决定了环境效益评估结果的可靠性。生命周期清单数据来源：①某环保建材企业实际生产数据；②PEGaBi数据库；③本课题组开发的能源生产数据库。，矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥及商品混凝土（掺加矿粉）生产的清单数据来自案例企业运转工艺数据，普通商品混凝土（未掺加矿粉）生产数据来自企业初期的设计数据。大辅料生产数据选用PEGaBi数据库的清单数据。，本探讨了公开发表的文献数据补充。数据来源见表1。
表1 生命周期清单数据来源
Tab.1 Data sources of life cycle inventory
[3][4]
2 结果与浅析
2.1 能源消耗
生命周期清单数据，对生产1 t矿渣硅酸盐水泥（P.S.A32.5）、复合硅酸盐水泥（P.C32.5）、普通硅酸盐水泥（P.O42.5）1 m3商品混凝土（掺加矿粉）、普通商品混凝土（未掺加矿粉）能源消耗总量核算。图3了生产1 t水泥产品的能源消耗情况。普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的能耗量依次为7 461.9 MJ、5 903.0 MJ和5 551.1 MJ。矿渣硅酸盐水泥的能耗值最低，究其理由，高炉矿渣微粉替代水泥熟料，降低了单位水泥产品的熟料消耗量，而熟料的煅烧是水泥生产能源消耗。
图3 水泥生产的能源与原消耗
Fig.3 Energy and raw material consumption from the production of cement
图4了生产1 m3商品混凝土的能源消耗情况。商品混凝土（掺加矿粉）与普通商品混凝土（未掺加矿粉）能耗量是1 944.1 MJ和2 040.8 MJ。结果，商品混凝土（掺加矿粉）生产的能耗值略低于普通商品混凝土（未掺加矿粉）生产，前者掺加的矿粉的量不大，能耗下降幅度并不。
2.2 原消耗
废物资源化可减少生产建材产品所需的原。以图3不难，矿渣硅酸盐水泥消耗的原显著低于复合硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，依次为3 128.0 kg/t， 图4 商品混凝土生产的能源与原消耗
Fig.4 Energy and raw material consumption from the production of commercial concrete
3 406.0 kg/t和4 286.3 kg/t。与普通商品混凝土（未掺加矿粉）相比，掺矿粉的商品混凝土的原的消耗量也下降，即以2 058.8 kg/t降低到2 05
2.1 kg/t（见图4）。
2.3 碳排放
核算的碳排放为建材产品生产工艺本身的排放，也原料、燃料等生产及使用间接排放。高炉矿渣微粉替代水泥熟料可减少温室气体尤其是CO2的排放，，比较碳排放强度可高炉渣资源化的碳减排效益。图5和图6所示为3种水泥产品和2种商品混凝土产品生产的碳排放情况。生产1 t普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的温室气体排放值依次为894.6 kg CO2当量，706.3 kg CO2当量和659.1 kg CO2当量；生产1 m3普通商品混凝土（未掺加矿粉）与商品混凝土（掺加矿粉）的温室气体排放值为244.1 kg CO2当量和231.7 kg CO2当量。结果，高炉矿渣微粉生产的绿色建材产品的碳排放强度有显著下降。
2.4 环境效益
生命周期清单浅析的结果均，掺加高炉矿渣微粉能降低建材生产能耗、物耗和碳排放强度。图5 水泥生产的碳排放比较
Fig.5 GHG emissions from the production of cement
图6 商品混凝土生产的碳排放比较
Fig.6 GHG emissions from the production of commercial concrete
表2和表3是绿色建材产品相对于普通建材产品节能、降耗和碳减排的绝对量环境效益。，以普通硅酸盐水泥P.O42.5和复合硅酸盐水泥P.C32.5为对照，对高炉渣生产的矿渣硅酸盐水泥P.S.A32.5的环境效益表征；以普通商品混凝土（未掺加矿粉）为对照，核算掺加高炉矿渣微粉的商品混凝土的环境效益。
表2 绿色建材相对于普通建材节能、降耗和碳排放的绝对量
Tab.2 Absolute amounts of energy sing, raw materials
reduction and GHG emissions mitigation of green building materials compared with common building materials
表3 高炉渣资源化生产绿色建材的环境效益
Tab.3 Environmental benefits of BF slag recycling for green building materials
结果，高炉渣资源化生产的矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土均具有显著的环境正效益。与普通硅酸盐水泥P.O42.5相比，矿渣硅酸盐水泥P.S.A32.5可节约能源1 911 MJ/t（节能26%），降低原消耗1 158 kg/t（降耗27%），减少碳排放236kg/t（碳减排26%）；与复合硅酸盐水泥P.C32.5相比，矿渣硅酸盐水泥P.S.A32.5可节约能源352 MJ/t（节能6%），降低原消耗278 kg/t（降耗8%），减少碳排放47 kg/t（碳减排7%）。与普通商品混凝土（未掺加矿粉）比较，掺加矿粉的商品混凝土可节约能源97 MJ/m3（节能5%），降低原消耗7 kg/m3（降耗0.3%），减少碳排放12 kg/m3（碳减排5%）。
以高炉渣生产矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土这两种不同资源化途径来看，前者掺加的高炉矿渣微粉比例较高，核算的节能、降耗和碳减排幅度高于后者。但这并不意味着高炉渣用于生产矿渣水泥的环境体现优于生产商品混凝土，本节核算的环境效益绿色建材产品与对应的同类普通建材产品的比较，且探讨是1 t水泥产品和1 m3商品混凝土。若要比较高炉渣不同资源化途径的环境体现，以量的高炉渣功能单位，对其不同资源化开展生命周期评价。
3 结 论
生命周期清单浅析结果，相对于传统建材产品，高炉渣资源化生产绿色建材：矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土，可减少资源消耗和和温室气体排放。与普通硅酸盐水泥P.O42.5和复合硅酸盐水泥P.C32.5相比，高炉渣生产的矿渣硅酸盐水泥P.S.A32.5可节能26%和6%，降耗27%和8%，碳减排26%和7%。与普通商品混凝土（未掺加矿粉）比较，掺加高炉矿渣微粉生产的商品混凝土可节能5%，降耗0.3%，碳减排5%。高炉渣资源化体现出的环境效益。高炉渣生产矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土是可行、环境友好的综合方式。
（编辑：常 勇）
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Environmental Benefits Assesent of Blast Furnace Slag Recycling for
Green Building Materials Based on LCA
SONG Xiaolong YANG Jianxin LIU Jingru
（Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Ecoenvironmental Sciences,
[4]
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China）
Abstract
Blast furnace (BF) slag from iron elting process, has great recycling potential for producing green building materials. It can be used as cement or concrete admixture in the form of slag powder which is produced in the processing of water quenching and granulating. The recycling processes of BF slag were focused in this study. Based on life cycle inventory (LCI) analysis and GaBi 4 software, resources consumption and greenhouse gas(GHG) emissions of slag portland cement and commercial concrete production processes using BF slag were analysed in a building materials factory, and then environmental benefits from the recycling of BF slag were assessed in terms of energy sing, reduction of raw material consumption and mitigation of GHG emissions. Compared with ordinary portland cement, slag portland cement can se energy 1 911 MJ/t (decreased by 26%), reduce raw material consumption 1 158 kg/t (decreased by 27%) and mitigate GHG emissions 236 kg/t (decreased by 26%). Meanwhile, those results for slag portland cement were 352 MJ/t (decreased by 6%), 278 kg/t (decreased by 8%) and 47 kg/t (decreased by 7%), respectively, in contrast to composite portland cement. Likewise, commercial concrete (with slag powder) can se energy 97 MJ/m3 (decreased by 5%), reduce raw material consumption 7 kg/m3 (decreased by 0.3%) and mitigate GHG emissions 12 kg/m3 (decreased by 5%), compared with common commercial concrete (without slag powder). The results showed that the recycling of BF slag for slag portland cement and commercial concrete he obvious positive environmental benefits.
Key words blast furnace slag; green building materials; life cycle inventory; environmental benefits
[3]