基于生命周期评价的钨尾矿再选回收钨精矿的环境影响分析

林 锦，陈云嫩，陆柳鲜，刘 俊，王俊峰，邱廷省

（江西理工大学江西省矿冶环境污染控制重点实验室，江西 赣州 341000）

钨尾矿的堆积造成大量有价金属与非金属资源流失，而选矿、非金属材料技术的进步为钨尾矿资源化利用奠定坚实的技术基础[1-3]。邓巧娟等[4]采用浮选-磁选-浮选的工艺流程对钨尾矿进行综合回收，得到回收率及品位较高的铜锌混合精矿和黑钨精矿。徐敬吟[5]采用悬振锥面选矿机对低品位黑钨细泥尾矿进行回收，经“一粗一精”选矿工艺流程，获得回收率及品位较高的钨精矿，减少了钨资源消耗，增加了经济效益。钨尾矿再选回收钨精矿的附加值高，但再选过程可能产生的环境污染不能忽略[6-7]。只有全面了解钨尾矿再选回收钨精矿的资源消耗和环境影响，才能取得最大的环境效益和经济效益。

生命周期评价（LCA）是一种对所评价产品产生的环境影响进行识别与量化的工具，可以从再选回收钨的原料来源到生产产品的生命周期各个阶段进行有关环境负荷与影响的评价，有针对性地进行技术改进，实现再选回收过程的绿色化[8-9]。本文基于生命周期评价，分别衡量全浮选工艺和重选-浮选联合工艺再选回收钨精矿过程产生的环境负荷，以优化再选回收钨精矿的技术方案，降低再选回收钨精矿的环境影响。

1 生命周期评价流程及工具

借鉴国际标准化组织颁布的《环境管理 生命周期评价 原则与框架》（ISO 14040—2006），将生命周期评价分为目标与范围确定、清单分析、影响评价和结果解释4 部分，具体流程如图1 所示[10-11]。

图1 生命周期评价流程

为了评价钨尾矿再选回收钨精矿的环境影响，本研究采用eFootprint 在线分析软件作为评价工具。它是成都亿科环境科技有限公司开发的在线数据填报与分析平台，为钨尾矿再选回收钨精矿过程的清单建立提供了可靠的来源，缩短了收集上游数据的时间[12-14]。

2 目标与范围确定

本研究以再选回收1 kg 钨精矿（含WO321%±2%）为功能单位，分别采用全浮选工艺、重选-浮选联合工艺再选回收钨精矿。其中，全浮选工艺的研究范围包括浮选（脱硫浮选、钨浮选）和浓缩烘干2 个单元，重选-浮选联合工艺的研究范围包括离心重选、浮选（脱硫浮选、钨浮选）和浓缩烘干3 个单元，不包括钨精矿的售卖过程。根据研究目标进行范围界定，两种再选回收钨精矿工艺的系统边界图如图2 所示。

图2 两种再选回收钨精矿工艺的系统边界

3 投入-产出清单分析

在钨尾矿再选回收钨精矿的过程中，利用eFootprint在线分析软件构建模型。输入相应参数，模型便可对钨尾矿再选回收钨精矿过程的环境影响指标进行量化[15-16]。本研究以再选回收1 kg 钨精矿为功能单位，生命周期评价清单以企业数据、文献数据和实测数据为基础，取具有代表性的数据进行整理。

3.1 离心重选单元清单分析

离心预富集可以大幅提高进入浮选单元的矿浆品位，进而提高浮选单元的回收率[17]。离心重选单元投加钨尾矿184.82 kg，进入离心机的钨尾矿矿浆浓度为10%。离心重选单元产生的重选废水静置沉淀后可以直接回用。该单元需要添加自来水，主要原因是二次固废和钨粗精矿会带离部分水。离心重选单元的主要环境影响来自电力和自来水的消耗，其投入-产出清单如表1 所示。

表1 离心重选单元投入-产出清单

3.2 浮选单元清单分析

全浮选工艺和重选-浮选联合工艺涉及的浮选单元包括脱硫浮选和钨浮选。全浮选工艺中，投加浓度18%的钨尾矿矿浆进入浮选单元，然后投加浮选药剂，经过一粗选、三精选、二扫选，得到钨精矿；重选-浮选联合工艺中，往离心重选单元得到的钨粗精矿中投加浮选药剂，经过一粗选、二精选、一扫选，得到钨精矿。

根据进入浮选单元的矿浆量，合理投加浮选药剂，浮选药剂的浓度为6%，其中精选和扫选只投加一次浮选药剂。该单元需要添加自来水，主要原因是硫化矿、二次固废以及钨精矿会带离部分水。浮选单元产生的废水含有浮选药剂，不能直接回用，需要经过处理才可回用于浮选单元，处理1 t 浮选废水的投入-产出清单如表2 所示。

表2 浮选废水处理的投入-产出清单

根据所投加的浮选药剂、废水处理试剂以及浮选单元消耗的资源，两种工艺的浮选单元投入-产出清单如表3 和表4 所示。

表3 全浮选工艺浮选单元投入-产出清单

表4 重选-浮选联合工艺浮选单元投入-产出清单

3.3 浓缩干燥单元清单分析

浮选单元得到的含水钨精矿（含水率80%）先通过浓密机浓缩，得到含水率50%的钨精矿，再经压滤得到含水率13%的钨精矿滤饼，最后对滤饼进行干燥处理，使钨精矿含水率小于1%。经浓缩干燥单元后，两种工艺均得到钨精矿1 kg（含水率小于1%），故浓缩干燥单元的投入-产出清单相同。根据浓缩干燥单元消耗的能源及产生的污染物，得到投入-产出结果，如表5 所示。

表5 浓缩干燥单元投入-产出清单

4 钨尾矿再选回收钨精矿的环境影响评价

4.1 生命周期评价结果

为了更好地分析钨尾矿再选回收钨精矿的环境影响，首先要对清单的投入因子、产出因子进行分类[18-19]。根据清单中资源和污染物的潜在环境影响，确定10 个环境影响评价指标，包括初级能源消耗（PED）、水资源消耗（WU）和全球变暖潜值（GWP）等[20]，具体情况如表6 所示。

表6 环境影响评价指标

基于eFootprint 在线分析软件及数据库，将清单分析结果特征化，得到生命周期评价结果，明确环境影响，如表7 所示。由表7 可知，两种再选回收工艺均在GWP、WU 和PED 三个方面对环境的影响较大，而在ADP、AP和POFP等七个方面对环境的影响较小，因此应重点分析GWP、WU 和PED 这三个方面的环境影响。

表7 全浮选工艺和重选-浮选联合工艺的环境影响评价结果

4.2 累计贡献分析

累计贡献是指某一工艺单元直接贡献及其所有上游工艺单元的贡献（原料消耗所有贡献）的累加值。在两种工艺再选回收钨精矿的过程中，重选废水在上游进行循环利用，钨尾矿在上游进行废物利用，故二者环境影响忽略；丁黄药、2#浮选油等单一浮选药剂的环境影响较小，故将浮选单元涉及的6 种浮选药剂整合，简化后仅用单一的浮选药剂指标进行评价，全浮选工艺和重选-浮选联合工艺对环境影响的累计贡献如图3 所示。

图3 两种再选回收钨精矿工艺对环境影响的累计贡献

由图3（a）、图3（b）可知，从PED、WU 和GWP 来看，浮选单元是全浮选工艺中造成环境影响的主要环节，而离心重选单元是重选-浮选联合工艺中造成环境影响的主要环节。由图3（c）可知，在全浮选工艺的浮选单元中，浮选药剂消耗是对PED及GWP 影响最大的因素，浮选药剂和自来水消耗对WU 的影响较大。为了减少浮选药剂及自来水消耗对环境的影响，可以探索环境友好的浮选药剂，优化工艺和设备[21-22]。由图3（d）可知，电耗是重选-浮选联合工艺中对PED 和GWP 影响最大的因素，因为我电力生产以火力发电为主，其对环境影响很大[23-24]，自来水消耗是对WU 影响最大的因素。为了减少自来水和电力消耗对环境的影响，可以优化工艺和设备，使用清洁能源[25-26]。浓缩烘干过程需要消耗大量煤炭，环境影响较大，温室气体、酸性气体、颗粒物等排放量均较高，可使用清洁能源降低耗煤的环境影响[27-28]。相比全浮选工艺，重选-浮选联合工艺较少消耗浮选药剂，环境影响较小。

4.3 数据质量评估

采用eFootprint 在线分析软件，评估全浮选工艺和重选-浮选联合工艺再选回收钨精矿的模型清单数据不确定度，得到两种工艺的数据质量评估结果[29]，如表8 所示。全浮选工艺数据质量评估结果的不确定度在16%以内，重选-浮选联合工艺数据质量评估结果的不确定在13%以内。从基础数据来源、引用数据的年份、样本大小、各项技术的差异等角度考虑，全浮选工艺和重选-浮选联合工艺的数据质量评估结果的不确定度浮动偏差处于正常范围，数据具有参考价值[30]。

表8 两种再选回收钨精矿工艺的数据质量评估结果

5 结论

本文采用生命周期评价，对比分析全浮选工艺和重选-浮选联合工艺再选回收钨精矿的环境影响。结果表明，相比全浮选工艺，重选-浮选联合工艺对环境的影响更小，因此优先选用重选-浮选联合工艺。分析发现，全浮选工艺中，浮选单元消耗大量浮选药剂，对PED、WU 和GWP 的累计贡献最大；重选-浮选联合工艺中，离心重选单元消耗的电力较多，对PED 和GWP 的累计贡献大，自来水消耗对WU 的累计贡献最大。在再选回收钨精矿时，生产工艺和资源消耗对环境的影响较大。在保证产品质量的前提下，可以探索环境友好的浮选药剂，优化工艺和设备，使用清洁能源，降低负面环境影响。钨尾矿资源化的生命周期评价结果显示，合理改进钨尾矿再选回收钨精矿工艺，可以减少资源消耗，降低生产成本，减少环境压力。但是，钨尾矿再选回收钨精矿的研究目前仍具有一定局限性，今后需要持续推进。