台吉乃尔盐湖区锂硼环境地球化学特征及生命周期分析

来源 :中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:v80ak48
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青海省蕴含丰富的盐湖矿产资源,其中位于柴达木盆地中部的台吉乃尔盐湖富含钾、锂、硼、镁等矿物元素,经济价值巨大,盐湖锂硼资源已实现规模化开发。然而,盐湖矿产资源开发利用过程不可避免地对环境产生影响,而评估盐湖工业过程可能造成的环境影响已成为“建设世界级盐湖产业基地、打造国家清洁能源产业高地”的必要条件和迫切任务。本研究探讨了台吉乃尔盐湖区表层沉积物中锂、硼和痕量元素的赋存特征,采用生命周期评价方法对台吉乃尔盐湖锂硼自然浓缩过程、锂硼实际生产过程、锂硼提取新技术及锂硼联合提取过程进行环境和经济影响评估,探讨盐湖锂硼生产的可持续性,从而为未来盐湖区锂和硼生产过程的环境保护和可持续发展提供理论指导。本研究所取得的主要结论如下:(1)台吉乃尔盐湖厂区附近表层沉积物中锂硼含量较高,而远离工业区较低;其他痕量元素含量大小顺序为砷(As)>铅(Pb)>汞(Hg)>锌(Zn)>铬(Cr)>镉(Cd)。锂和硼的形态主要是铁锰氧化物结合态和残渣态。可交换态的Li-Zn和Cr-As呈极显著的正相关性,而铁锰氧化物结合态的Zn-Li与Cr-B呈极显著正相关性。相关性分析结果表明p H、电导率和阳离子交换量能够对锂和硼的含量和化学形态产生明显的影响,不同形态的Zn、Cr、Pb对锂和硼的赋存形态有一定的影响。(2)对台吉乃尔盐湖锂生产过程进行了生命周期分析,结果表明盐湖自然蒸发浓缩过程中的环境影响主要表现在全球变暖和粉尘排放两方面。对比分析结果表明除NOX(氮氧化物)之外,煅烧法的污染物排放量均大于电渗析法,煅烧法产生的环境负荷大于电渗析法。煅烧法的外部成本远大于电渗析法,总水耗也远比电渗析法大,从生命周期评价的角度来说,该法不具备资源友好型,可持续性较低。(3)对纳滤膜法提锂新技术进行了生命周期分析,结果表明纳滤阶段的环境排放最大,其次是反渗透阶段。GWP(全球变暖潜值)在整个纳滤膜提锂技术中数值最高。各阶段的环境排放量和环境影响指标均有类似的变化趋势:纳滤>反渗透>电渗析>MVR蒸发>干燥。LCCIn(生命周期内部成本)/总成本为99%,NOX、SO2和PM10产生的成本是LCCEx(生命周期外部成本)的主要影响因素,纳滤膜提锂技术的LCCEx要比LCCIn小得多。(4)酸化结晶法提硼技术的环境影响主要表现在全球变暖、酸化和粉尘排放三个方面。提硼新技术(萃取法)的环境影响评价结果表明:GWP的数值最高,其他指标大小排序依次为GWP(全球变暖潜值)>AP(酸化潜值)>NE(富营养化潜值)>POCP(光化学臭氧的产生)>SA(粉尘排放),说明硼的生产过程对气候变化的影响可能更大。减少化学品的使用量和技术改进可以在很大程度上降低生产硼的LCCIn。(5)锂-硼联合提取过程中纳滤阶段、蒸发阶段、萃取和反萃取阶段的环境排放量较大。环境影响指标大小依次为GWP>AP>SA>POCP>NE。蒸发阶段、纳滤阶段、萃取阶段和反萃取阶段产生的环境负荷最大。LCCIn显著高于LCCEx,电和水的消耗占LCCIn的比重较大。LCWCdirect(生命周期直接水耗)远大于LCWCindirect(生命周期间接水耗),LCWCdirect占总水耗的97.55%。纳滤阶段的总水耗量最大,其次是蒸发阶段,这主要是因为这两个阶段的直接水耗量大,直接水耗占了主导地位。
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