前言
鈦白粉的生產(chǎn)過(guò)程是資源和能源轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品并排放廢棄物的“工業(yè)代謝”過(guò)程。在這一過(guò)程中，輸入各種資源和能源；輸出主產(chǎn)品、各種副產(chǎn)品和廢棄物。對(duì)于不同的鈦白粉生產(chǎn)工藝過(guò)程，輸入和輸出不同，其物質(zhì)代謝不同，對(duì)環(huán)境造成的影響也不同。
本文引入了“生態(tài)效率"(Eco-Emciency)這一概念，對(duì)鈦白粉生產(chǎn)資源消耗、能源消耗和廢棄物排放狀況進(jìn)行分析，揭示鈦白粉生長(zhǎng)的效率水平，為了解和認(rèn)識(shí)鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境性能和降低其環(huán)境負(fù)荷提供參考依據(jù)。
1生態(tài)效率及其指標(biāo)
生態(tài)效率的概念于1992年在“世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(huì)"(WorldBusinessCouncilforSustainableDevelopment，WBCSD)上首次提出。它作為一種推動(dòng)企業(yè)朝可持續(xù)方向發(fā)展的工具和理論而被大力提倡；尤其是在OECD國(guó)家，它作為一種比較新的環(huán)境管理方法而被廣泛應(yīng)用。WBCSD認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)生態(tài)效率，企業(yè)必須在提供具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和服務(wù)，滿足人們的生活需求和提高人們的生活質(zhì)量的同時(shí)，在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)逐步將其對(duì)天然資源的消耗和對(duì)環(huán)境的影響減少到地球的承載能力(CarryingCapacity)以內(nèi)。
1．1生態(tài)效率的定義
Vogtlander提出的生態(tài)效率的定義已為世界所公認(rèn)。其定義為：生態(tài)效率是生態(tài)資源滿足人類需要的效率，它是產(chǎn)出與投入的比值。其中“產(chǎn)出"是指企業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)濟(jì)體提供的產(chǎn)品和服務(wù)的價(jià)值；“投入"是指企業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)濟(jì)體消耗的資源和能源及它們所造成的環(huán)境負(fù)荷(EnvironmentalLoading)。生態(tài)效率核心思想是“以少產(chǎn)多"，即利用盡可能少投入獲得盡可能多的產(chǎn)出。對(duì)于產(chǎn)品而言，就是要求在其生產(chǎn)過(guò)程中，消耗最少的資源和能源，產(chǎn)最多的產(chǎn)品，并且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生最小的影響。
1．2生態(tài)效率指標(biāo)
生態(tài)效率指標(biāo)(IndicatorsofEco—Emciency)就是通過(guò)對(duì)環(huán)境負(fù)荷的評(píng)估，為管理者制定環(huán)境治理目標(biāo)，提出工藝改進(jìn)方案，作為經(jīng)營(yíng)和管理借鑒的指標(biāo)。它是支持企業(yè)決策的重要工具之一，也為不同企業(yè)間比較生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境負(fù)荷提供一種方法。
對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)而言，生態(tài)效率指標(biāo)一般包括如下3個(gè)方面：資源強(qiáng)度指標(biāo)、能源強(qiáng)度指標(biāo)和廢棄物排放指標(biāo)。這3個(gè)指標(biāo)可分別表述為單位產(chǎn)出的資源消耗量、單位產(chǎn)出的能源消耗量和單位產(chǎn)出的廢棄物排放量，它們都是“產(chǎn)出與投入"比值的倒數(shù)。
已有學(xué)者將能源效率和資源效率的指標(biāo)鼬應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)以研究鋼鐵生產(chǎn)睫的物流對(duì)能耗和鐵資源效率的影響。本文綜合利用3個(gè)指標(biāo)分析鈦白粉生產(chǎn)的資源消耗、能源消耗和廢棄物排放狀況。
2鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率指標(biāo)
考慮到鈦白粉生產(chǎn)的實(shí)際情況，本文采可資源效率，能源效率和環(huán)境效率3個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率。
2.1鈦白粉生產(chǎn)的資源效率
鈦白粉生產(chǎn)的資源效率(ResourcesEfficiency）是指在鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中消耗的單位天然資源量所能產(chǎn)生的產(chǎn)品量，它等于產(chǎn)品量除以輸入該生產(chǎn)過(guò)程中的天然資源量，即：
ηr=P/R
式中：ηr為鈦白粉生產(chǎn)的資源效率（t·t-1）；P為鈦白粉生產(chǎn)的產(chǎn)品量（t）；只為生產(chǎn)P(t)產(chǎn)品所消耗的天然資源量(t)；R不包括回收的資源。可見(jiàn)，生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品，資源效率越高，資源效率值越高，消耗的天然資源量越低。
2.2鈦白粉生產(chǎn)的能源效率
鈦白粉生產(chǎn)的能源效率（EnergyEfficiency）是指鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中單位能源量所能產(chǎn)生的產(chǎn)品量，它等同于產(chǎn)品量除以輸入該生產(chǎn)過(guò)程中的能源量，即
ηe=P/E
式中：ηe為鈦白粉生產(chǎn)的能源效率（t·t-1）；E為生產(chǎn)P（t）產(chǎn)品所輸入的能源量（t）。可見(jiàn)，生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品，能源效率越高，消耗的能源量越低。
2.3鈦白粉生產(chǎn)的環(huán)境效率
鈦白粉生產(chǎn)的環(huán)境效率（WasteEfficiency）是指鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中排放的單位廢棄物對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品量，它等于產(chǎn)品量除以生產(chǎn)過(guò)程中向環(huán)境排放的廢棄物量，即：
ηw=P/W
式中：ηw為鋼鐵企業(yè)的環(huán)境效率（t·t-1）；W為生產(chǎn)P（t）產(chǎn)品時(shí)生產(chǎn)過(guò)程向環(huán)境排放的廢棄物量(t)�？梢�(jiàn)，生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品，環(huán)境效率值越高，單位廢棄物排放越低，生產(chǎn)過(guò)程的污染越少。
這里對(duì)“產(chǎn)品"的界定做一說(shuō)明。傳統(tǒng)意義上，把在一個(gè)企業(yè)內(nèi)已完成全部生產(chǎn)過(guò)程，按標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)合格或滿足用戶所需功能，且具有一定價(jià)值，并可向外銷售的物品稱為(合格)產(chǎn)品；否則，稱為廢品。而產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)(IndustrialEcology，IE)的一個(gè)重要觀點(diǎn)就是否定“廢物”的概念，它認(rèn)為，所謂廢物其實(shí)是一種放錯(cuò)位置的資源。也就是說(shuō)，一個(gè)企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢棄物若能滿足下游企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程的使用要求，它照樣可界定為“產(chǎn)品"，以產(chǎn)品形式供給下游企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程作為原料使用，并生產(chǎn)出其他的產(chǎn)品。因此，本文把凡是經(jīng)過(guò)生產(chǎn)加工，能滿足用戶使用要求，具有一定價(jià)值，并可向外銷售的物品均界定為“產(chǎn)品"。它既包括傳巰意義上的“合格產(chǎn)品"，也包括能滿足下游企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程使用要求的“廢物”。
3 鈦白粉生產(chǎn)的數(shù)據(jù)與處理
國(guó)內(nèi)某鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)采用的是典型的硫酸法(Sulfate Process)工藝，即在礦山，通過(guò)穿孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸?shù)裙ば蜷_(kāi)采含鈦共生礦；在選礦廠，含鈦共生礦通過(guò)破碎、磁選和脫水后得到鈦精礦；在鈦白廠，鈦精礦經(jīng)過(guò)酸解、水洗、煅燒和后處理得到銳鈦型鈦白(Anatase Titanium Dioxide)。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可以劃分為電力生產(chǎn)、采礦選礦。鈦精礦公路運(yùn)輸和硫酸法生產(chǎn)鈦白4階段，如圖1所示。
硫酸法鈦白粉生產(chǎn)全過(guò)程
根據(jù)質(zhì)量守恒定律，以某工業(yè)活動(dòng)為中心考慮所有進(jìn)出該工業(yè)活動(dòng)的物流和能流的收支分析，稱為工業(yè)代謝分析。本文通過(guò)工業(yè)代謝分析，建立了上述鈦白粉生產(chǎn)的輸入輸出清單(見(jiàn)表1)，其中采選和硫酸法階段的數(shù)據(jù)主要通過(guò)實(shí)地調(diào)研和計(jì)算得到，電力生產(chǎn)和公路運(yùn)輸?shù)臄?shù)據(jù)從文獻(xiàn)得到。
表1的前18項(xiàng)為參與工業(yè)代謝的各項(xiàng)物料，第19項(xiàng)為物料的合.對(duì)表1作如下說(shuō)明：
1)在工業(yè)活動(dòng)的全部代謝過(guò)程中，水和空氣約占95％，其余“物料"約占5％，它們之間比例相差懸殊，勢(shì)必影響對(duì)物料的代謝分析。鈦白粉生產(chǎn)的物質(zhì)代謝過(guò)程也是這樣的，僅水的消耗量就占輸入資源總量的90％左右，通常對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的代謝分析。所以，本文不考慮空氣和水的代謝。
2)該企業(yè)每年外購(gòu)電1．5×1 07 kWh。參照文獻(xiàn)中，將生產(chǎn)1．5×1 07 kWh電力所消耗的煤炭、柴油、汽油和產(chǎn)生的灰、粉塵、電渣、C02、CO、S02、NOx等疊加到鈦白生產(chǎn)的相關(guān)物料中。
3)因未考慮空氣量，故C02、CO、SO，和NOx的量均以C、S和N來(lái)表示。
由表l知，該鈦白粉企業(yè)全年生產(chǎn)輸入的物料共18項(xiàng)，總量為5 63 673 t。其中，資源有1 5項(xiàng)，其輸入量為529 086 t，占輸入物料量的93．8 6％；能源有3項(xiàng)，其輸入量為3 4 5 8 7 t，占輸入物料量的6．1 4％。該鈦白粉廠全年生產(chǎn)輸出的物料共1 7項(xiàng)。其中，鈦白粉為主產(chǎn)品，硫酸亞鐵為副產(chǎn)品，鐵精礦將直接用作鋼鐵生產(chǎn)。這3項(xiàng)加在一起，得輸出的“產(chǎn)品’’量為1 60 905 t，占輸出物料量的2 8．5 7％；其余輸出為廢棄物，共1 4項(xiàng)，總量為402 424 t，占輸出物料量的7 1．43％。
根據(jù)鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率指標(biāo)定義，計(jì)算其資源效率、能源效率和環(huán)境效率，結(jié)果如表2所示。
鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率
4分析與討論
4．1鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率
鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率指標(biāo)由高到低排列為：ηe>ηw>ηr(見(jiàn)表2)�？梢�(jiàn)，該鈦白粉企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，由此引起的環(huán)境負(fù)荷較為突出。除主產(chǎn)品鈦白粉以外，僅有占輸池總量26．79％的鐵精礦和硫酸亞鐵被其它企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程使用，占輸出總量71．43％的物料均為排入環(huán)境的廢棄物；同時(shí)，該企業(yè)鈦白粉的生產(chǎn)幾乎完全依賴于天然資源，沒(méi)有廢棄物作為回收資源，致使該廠的資源效率和環(huán)境效率較低。
4．2廢棄物資源化對(duì)生態(tài)效率的影響
礦山原礦的品位較低，釩鈦磁鐵礦含TiO2為10.42％，選鈦原礦(即磁選尾礦)含TiO2為8.63％，且分選效率不足40％，磁尾中的TiO2回收率只有24％，致使選礦中產(chǎn)生大量的尾礦。每生產(chǎn)1t鈦精礦約產(chǎn)生11.5t尾礦。選鈦尾礦中，含F(xiàn)e16.1％，含Ti8.1％。
該鈦白粉企業(yè)每年約產(chǎn)生302749t尾礦。常年閑置堆積的大量尾礦占用了土地資源，破壞了植被，污染了地下水，造成了水土流失。同時(shí)，尾礦壩的建設(shè)和維護(hù)耗資巨大，對(duì)企業(yè)造成了明顯的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此實(shí)現(xiàn)尾礦的減量化和資源化實(shí)為當(dāng)務(wù)之急。
在某些企業(yè)，尾礦被用來(lái)復(fù)選，有的也用于生產(chǎn)瓷磚、鈾面磚和玻璃，這樣增加了生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品的輸出量，減少了廢棄物的排放量，從而提高了生態(tài)效率。如果該鈦白粉企業(yè)通過(guò)廢棄物的回收利用，使尾礦的資源化率由0提高到20％、40％甚至更高，則該企業(yè)的各項(xiàng)生態(tài)效率指標(biāo)均會(huì)得到相應(yīng)的提高(見(jiàn)圖2)。
尾礦資源化對(duì)鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率的影響
由圖2可知，提高選鈦尾礦等廢棄物的資源化率，可以提高鈦白粉生產(chǎn)的資源效率、能源效率和環(huán)境效率。并且，在一般情況下(資源化效率小于60％)，隨著資源化率的增加，能源效率的增加最為迅速，環(huán)境效率次之，資源效率增加相對(duì)緩慢。
5結(jié)語(yǔ)
從產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的角度界定了企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，在生態(tài)效率理論的基礎(chǔ)上定義了鈦白粉生產(chǎn)的資源效率、能源效率和環(huán)境效率。對(duì)某典型鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)的生態(tài)效率的計(jì)算和分析表明，硫酸法生產(chǎn)鈦白粉工藝中，能源效率最高。在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝水平下，大部分的輸出物料未加利用，作為廢棄物直接排入環(huán)境，使得鈦白粉生產(chǎn)的資源效率和環(huán)境效率低下。鈦白粉廠與其它廠家形成物質(zhì)交換是降低其生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境負(fù)荷的重要途徑之一。對(duì)計(jì)算結(jié)果的討論表明，在一定的生產(chǎn)工藝下，通過(guò)尾礦的復(fù)選和回收利用可以提高生產(chǎn)的生態(tài)效率，尤其是能源效率。當(dāng)然，利用生態(tài)效率指標(biāo)分析生產(chǎn)效率時(shí)，收集的生產(chǎn)過(guò)程的物料清單越完備，數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果越可靠。
鈦白粉的生產(chǎn)過(guò)程是資源和能源轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品并排放廢棄物的“工業(yè)代謝”過(guò)程。在這一過(guò)程中，輸入各種資源和能源；輸出主產(chǎn)品、各種副產(chǎn)品和廢棄物。對(duì)于不同的鈦白粉生產(chǎn)工藝過(guò)程，輸入和輸出不同，其物質(zhì)代謝不同，對(duì)環(huán)境造成的影響也不同。
本文引入了“生態(tài)效率"(Eco-Emciency)這一概念，對(duì)鈦白粉生產(chǎn)資源消耗、能源消耗和廢棄物排放狀況進(jìn)行分析，揭示鈦白粉生長(zhǎng)的效率水平，為了解和認(rèn)識(shí)鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境性能和降低其環(huán)境負(fù)荷提供參考依據(jù)。
1生態(tài)效率及其指標(biāo)
生態(tài)效率的概念于1992年在“世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(huì)"(WorldBusinessCouncilforSustainableDevelopment，WBCSD)上首次提出。它作為一種推動(dòng)企業(yè)朝可持續(xù)方向發(fā)展的工具和理論而被大力提倡；尤其是在OECD國(guó)家，它作為一種比較新的環(huán)境管理方法而被廣泛應(yīng)用。WBCSD認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)生態(tài)效率，企業(yè)必須在提供具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和服務(wù)，滿足人們的生活需求和提高人們的生活質(zhì)量的同時(shí)，在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)逐步將其對(duì)天然資源的消耗和對(duì)環(huán)境的影響減少到地球的承載能力(CarryingCapacity)以內(nèi)。
1．1生態(tài)效率的定義
Vogtlander提出的生態(tài)效率的定義已為世界所公認(rèn)。其定義為：生態(tài)效率是生態(tài)資源滿足人類需要的效率，它是產(chǎn)出與投入的比值。其中“產(chǎn)出"是指企業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)濟(jì)體提供的產(chǎn)品和服務(wù)的價(jià)值；“投入"是指企業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)濟(jì)體消耗的資源和能源及它們所造成的環(huán)境負(fù)荷(EnvironmentalLoading)。生態(tài)效率核心思想是“以少產(chǎn)多"，即利用盡可能少投入獲得盡可能多的產(chǎn)出。對(duì)于產(chǎn)品而言，就是要求在其生產(chǎn)過(guò)程中，消耗最少的資源和能源，產(chǎn)最多的產(chǎn)品，并且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生最小的影響。
1．2生態(tài)效率指標(biāo)
生態(tài)效率指標(biāo)(IndicatorsofEco—Emciency)就是通過(guò)對(duì)環(huán)境負(fù)荷的評(píng)估，為管理者制定環(huán)境治理目標(biāo)，提出工藝改進(jìn)方案，作為經(jīng)營(yíng)和管理借鑒的指標(biāo)。它是支持企業(yè)決策的重要工具之一，也為不同企業(yè)間比較生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境負(fù)荷提供一種方法。
對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)而言，生態(tài)效率指標(biāo)一般包括如下3個(gè)方面：資源強(qiáng)度指標(biāo)、能源強(qiáng)度指標(biāo)和廢棄物排放指標(biāo)。這3個(gè)指標(biāo)可分別表述為單位產(chǎn)出的資源消耗量、單位產(chǎn)出的能源消耗量和單位產(chǎn)出的廢棄物排放量，它們都是“產(chǎn)出與投入"比值的倒數(shù)。
已有學(xué)者將能源效率和資源效率的指標(biāo)鼬應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)以研究鋼鐵生產(chǎn)睫的物流對(duì)能耗和鐵資源效率的影響。本文綜合利用3個(gè)指標(biāo)分析鈦白粉生產(chǎn)的資源消耗、能源消耗和廢棄物排放狀況。
2鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率指標(biāo)
考慮到鈦白粉生產(chǎn)的實(shí)際情況，本文采可資源效率，能源效率和環(huán)境效率3個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率。
2.1鈦白粉生產(chǎn)的資源效率
鈦白粉生產(chǎn)的資源效率(ResourcesEfficiency）是指在鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中消耗的單位天然資源量所能產(chǎn)生的產(chǎn)品量，它等于產(chǎn)品量除以輸入該生產(chǎn)過(guò)程中的天然資源量，即：
ηr=P/R
式中：ηr為鈦白粉生產(chǎn)的資源效率（t·t-1）；P為鈦白粉生產(chǎn)的產(chǎn)品量（t）；只為生產(chǎn)P(t)產(chǎn)品所消耗的天然資源量(t)；R不包括回收的資源。可見(jiàn)，生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品，資源效率越高，資源效率值越高，消耗的天然資源量越低。
2.2鈦白粉生產(chǎn)的能源效率
鈦白粉生產(chǎn)的能源效率（EnergyEfficiency）是指鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中單位能源量所能產(chǎn)生的產(chǎn)品量，它等同于產(chǎn)品量除以輸入該生產(chǎn)過(guò)程中的能源量，即
ηe=P/E
式中：ηe為鈦白粉生產(chǎn)的能源效率（t·t-1）；E為生產(chǎn)P（t）產(chǎn)品所輸入的能源量（t）。可見(jiàn)，生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品，能源效率越高，消耗的能源量越低。
2.3鈦白粉生產(chǎn)的環(huán)境效率
鈦白粉生產(chǎn)的環(huán)境效率（WasteEfficiency）是指鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中排放的單位廢棄物對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品量，它等于產(chǎn)品量除以生產(chǎn)過(guò)程中向環(huán)境排放的廢棄物量，即：
ηw=P/W
式中：ηw為鋼鐵企業(yè)的環(huán)境效率（t·t-1）；W為生產(chǎn)P（t）產(chǎn)品時(shí)生產(chǎn)過(guò)程向環(huán)境排放的廢棄物量(t)�？梢�(jiàn)，生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品，環(huán)境效率值越高，單位廢棄物排放越低，生產(chǎn)過(guò)程的污染越少。
這里對(duì)“產(chǎn)品"的界定做一說(shuō)明。傳統(tǒng)意義上，把在一個(gè)企業(yè)內(nèi)已完成全部生產(chǎn)過(guò)程，按標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)合格或滿足用戶所需功能，且具有一定價(jià)值，并可向外銷售的物品稱為(合格)產(chǎn)品；否則，稱為廢品。而產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)(IndustrialEcology，IE)的一個(gè)重要觀點(diǎn)就是否定“廢物”的概念，它認(rèn)為，所謂廢物其實(shí)是一種放錯(cuò)位置的資源。也就是說(shuō)，一個(gè)企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢棄物若能滿足下游企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程的使用要求，它照樣可界定為“產(chǎn)品"，以產(chǎn)品形式供給下游企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程作為原料使用，并生產(chǎn)出其他的產(chǎn)品。因此，本文把凡是經(jīng)過(guò)生產(chǎn)加工，能滿足用戶使用要求，具有一定價(jià)值，并可向外銷售的物品均界定為“產(chǎn)品"。它既包括傳巰意義上的“合格產(chǎn)品"，也包括能滿足下游企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程使用要求的“廢物”。
3 鈦白粉生產(chǎn)的數(shù)據(jù)與處理
國(guó)內(nèi)某鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)采用的是典型的硫酸法(Sulfate Process)工藝，即在礦山，通過(guò)穿孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸?shù)裙ば蜷_(kāi)采含鈦共生礦；在選礦廠，含鈦共生礦通過(guò)破碎、磁選和脫水后得到鈦精礦；在鈦白廠，鈦精礦經(jīng)過(guò)酸解、水洗、煅燒和后處理得到銳鈦型鈦白(Anatase Titanium Dioxide)。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可以劃分為電力生產(chǎn)、采礦選礦。鈦精礦公路運(yùn)輸和硫酸法生產(chǎn)鈦白4階段，如圖1所示。
硫酸法鈦白粉生產(chǎn)全過(guò)程
根據(jù)質(zhì)量守恒定律，以某工業(yè)活動(dòng)為中心考慮所有進(jìn)出該工業(yè)活動(dòng)的物流和能流的收支分析，稱為工業(yè)代謝分析。本文通過(guò)工業(yè)代謝分析，建立了上述鈦白粉生產(chǎn)的輸入輸出清單(見(jiàn)表1)，其中采選和硫酸法階段的數(shù)據(jù)主要通過(guò)實(shí)地調(diào)研和計(jì)算得到，電力生產(chǎn)和公路運(yùn)輸?shù)臄?shù)據(jù)從文獻(xiàn)得到。
表1的前18項(xiàng)為參與工業(yè)代謝的各項(xiàng)物料，第19項(xiàng)為物料的合.對(duì)表1作如下說(shuō)明：
1)在工業(yè)活動(dòng)的全部代謝過(guò)程中，水和空氣約占95％，其余“物料"約占5％，它們之間比例相差懸殊，勢(shì)必影響對(duì)物料的代謝分析。鈦白粉生產(chǎn)的物質(zhì)代謝過(guò)程也是這樣的，僅水的消耗量就占輸入資源總量的90％左右，通常對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的代謝分析。所以，本文不考慮空氣和水的代謝。
2)該企業(yè)每年外購(gòu)電1．5×1 07 kWh。參照文獻(xiàn)中，將生產(chǎn)1．5×1 07 kWh電力所消耗的煤炭、柴油、汽油和產(chǎn)生的灰、粉塵、電渣、C02、CO、S02、NOx等疊加到鈦白生產(chǎn)的相關(guān)物料中。
3)因未考慮空氣量，故C02、CO、SO，和NOx的量均以C、S和N來(lái)表示。
由表l知，該鈦白粉企業(yè)全年生產(chǎn)輸入的物料共18項(xiàng)，總量為5 63 673 t。其中，資源有1 5項(xiàng)，其輸入量為529 086 t，占輸入物料量的93．8 6％；能源有3項(xiàng)，其輸入量為3 4 5 8 7 t，占輸入物料量的6．1 4％。該鈦白粉廠全年生產(chǎn)輸出的物料共1 7項(xiàng)。其中，鈦白粉為主產(chǎn)品，硫酸亞鐵為副產(chǎn)品，鐵精礦將直接用作鋼鐵生產(chǎn)。這3項(xiàng)加在一起，得輸出的“產(chǎn)品’’量為1 60 905 t，占輸出物料量的2 8．5 7％；其余輸出為廢棄物，共1 4項(xiàng)，總量為402 424 t，占輸出物料量的7 1．43％。
根據(jù)鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率指標(biāo)定義，計(jì)算其資源效率、能源效率和環(huán)境效率，結(jié)果如表2所示。
鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率
4分析與討論
4．1鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率
鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率指標(biāo)由高到低排列為：ηe>ηw>ηr(見(jiàn)表2)�？梢�(jiàn)，該鈦白粉企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，由此引起的環(huán)境負(fù)荷較為突出。除主產(chǎn)品鈦白粉以外，僅有占輸池總量26．79％的鐵精礦和硫酸亞鐵被其它企業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程使用，占輸出總量71．43％的物料均為排入環(huán)境的廢棄物；同時(shí)，該企業(yè)鈦白粉的生產(chǎn)幾乎完全依賴于天然資源，沒(méi)有廢棄物作為回收資源，致使該廠的資源效率和環(huán)境效率較低。
4．2廢棄物資源化對(duì)生態(tài)效率的影響
礦山原礦的品位較低，釩鈦磁鐵礦含TiO2為10.42％，選鈦原礦(即磁選尾礦)含TiO2為8.63％，且分選效率不足40％，磁尾中的TiO2回收率只有24％，致使選礦中產(chǎn)生大量的尾礦。每生產(chǎn)1t鈦精礦約產(chǎn)生11.5t尾礦。選鈦尾礦中，含F(xiàn)e16.1％，含Ti8.1％。
該鈦白粉企業(yè)每年約產(chǎn)生302749t尾礦。常年閑置堆積的大量尾礦占用了土地資源，破壞了植被，污染了地下水，造成了水土流失。同時(shí)，尾礦壩的建設(shè)和維護(hù)耗資巨大，對(duì)企業(yè)造成了明顯的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此實(shí)現(xiàn)尾礦的減量化和資源化實(shí)為當(dāng)務(wù)之急。
在某些企業(yè)，尾礦被用來(lái)復(fù)選，有的也用于生產(chǎn)瓷磚、鈾面磚和玻璃，這樣增加了生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品的輸出量，減少了廢棄物的排放量，從而提高了生態(tài)效率。如果該鈦白粉企業(yè)通過(guò)廢棄物的回收利用，使尾礦的資源化率由0提高到20％、40％甚至更高，則該企業(yè)的各項(xiàng)生態(tài)效率指標(biāo)均會(huì)得到相應(yīng)的提高(見(jiàn)圖2)。
尾礦資源化對(duì)鈦白粉生產(chǎn)的生態(tài)效率的影響
由圖2可知，提高選鈦尾礦等廢棄物的資源化率，可以提高鈦白粉生產(chǎn)的資源效率、能源效率和環(huán)境效率。并且，在一般情況下(資源化效率小于60％)，隨著資源化率的增加，能源效率的增加最為迅速，環(huán)境效率次之，資源效率增加相對(duì)緩慢。
5結(jié)語(yǔ)
從產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的角度界定了企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，在生態(tài)效率理論的基礎(chǔ)上定義了鈦白粉生產(chǎn)的資源效率、能源效率和環(huán)境效率。對(duì)某典型鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)的生態(tài)效率的計(jì)算和分析表明，硫酸法生產(chǎn)鈦白粉工藝中，能源效率最高。在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝水平下，大部分的輸出物料未加利用，作為廢棄物直接排入環(huán)境，使得鈦白粉生產(chǎn)的資源效率和環(huán)境效率低下。鈦白粉廠與其它廠家形成物質(zhì)交換是降低其生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境負(fù)荷的重要途徑之一。對(duì)計(jì)算結(jié)果的討論表明，在一定的生產(chǎn)工藝下，通過(guò)尾礦的復(fù)選和回收利用可以提高生產(chǎn)的生態(tài)效率，尤其是能源效率。當(dāng)然，利用生態(tài)效率指標(biāo)分析生產(chǎn)效率時(shí)，收集的生產(chǎn)過(guò)程的物料清單越完備，數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果越可靠。
