我国电解镍生产的生命周期评价

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镍作为全球低碳能源转型的关键金属,是三元动力电池、地热能利用和电解储氢等新兴技术的关键材料。镍金属在其消费阶段被认为是清洁高效的“赋能资源”,但前期镍资源的开采、冶炼和精炼过程会消耗大量的能源并造成成分复杂的“三废”排放。为实现镍金属生产过程环境风险的精准管控,并提升镍相关低碳技术产品的生命周期减碳效益,对镍金属生产开展全过程的潜在环境风险量化和关键阶段污染溯源分析势在必行。本研究依据ISO 14040系列标准,结合企业数据和生命周期清单背景数据库,从“摇篮”到“工厂大门”构建了我国电解镍生产主流工艺的生命周期清单,采用本土化生命周期影响评价模型针对电解镍生产全过程展开中间点水平的影响评价和终点水平的损伤评价,并基于蒙特卡洛模拟进行不确定性分析以确保指标评价结果的稳健性。为提升数据代表性,本研究遴选出对我国电解镍生产整体环境负荷贡献显著的关键因子,采用国家统计数据和企业集成数据替代上述因子的原始清单投入,以实现我国行业层面电解镍生产主流工艺的环境影响评价。研究结果表明,在中间点水平,化石资源损耗、金属资源损耗、水资源损耗、非致癌性、淡水生态毒性、致癌性以及全球变暖类别是高镍锍磨浮电解法和高镍锍浸出电积法生产电解镍的关键环境影响类别。直接过程的污染物排放以及间接过程的水泥和能源(如电力和煤炭)制备对电解镍全过程环境负荷贡献显著,总贡献额度超62.1%。镍矿采选阶段在终点水平上贡献最为突出,造成了54.7%-65.9%的人类健康损伤,83.0%-84.7%的生态系统质量损伤,80.8%-83.7%的资源损伤。受镍矿石需求增长的驱动,2018年我国镍矿采选行业的整体潜在环境风险相比于2010年提升了29.2%。同地质采矿相比,以城市矿山的镍工业废料作为冶炼原料,单位镍金属生产环境负荷的削减幅度可高达74.4%。若我国镍金属回收率能够达到全球平均水平,则每年镍金属生产相关的人体健康、生态系统质量和资源损伤总值将分别降低3.8×102 Daly、59.8 Species·year和1.6×108 $。为提升我国镍金属生产的环境效益,本研究提出如下建议:(1)在电解镍生产核心省份(即甘肃和新疆)形成可再生能源与煤电互补模式,保障风能、太阳能等可再生能源的充分消纳;(2)优先选用无熟料的胶结回填材料,进而避免水泥间接生产过程带来的高碳排放;(3)采用生物浸出技术充分回收尾矿中的贵金属,同时对采矿废石进行资源化回收利用,以实现绿色无废的开采之路;(4)在镍相关行业落实生产者延伸责任制,保障城市矿山的利用效率,缓解地质开采对生态环境的负面影响和镍资源供应压力。
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