CN116663782A - 一种尾矿温室气体排放量核算方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
一种尾矿温室气体排放量核算方法、电子设备及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于数据监测、预测和处理技术领域，具体涉及一种尾矿温室气体排放量核算方法、电子设备及计算机可读存储介质，所述方法包括：依据尾矿矿物组成及化学组成，选择尾矿利用方案，识别利用方案中产生温室气体的处理路径，核算每一路径产生的碳排放量；处理路径包括堆存、充填矿山采空区和用作建筑材料，将每个处理路径中产生的温室气体排放量加和得到尾矿总温室气体排放量。本发明以量化方式计算出温室气体排放量，为后续尾矿的合理利用提供有力依据，利于环境保护和资产的合理配置。
Description
技术领域
本发明属于数据监测、预测和处理技术领域，具体涉及一种尾矿温室气体排放量核算方法、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
尾矿是选矿分选作业的产物中目标组分含量较低而无法用于生产的部分，尾矿由于产地和选矿工艺不同，其成分和含量也不尽相同，但其化学成分基本相似。铁尾矿是铁矿石经过破碎和分选处理，选出铁精矿后剩余废弃物的总成，铁尾矿的化学组成主要以硅、钙、铝、镁、铁的氧化物为主，并含有少量的磷、硫等，铁尾矿的矿物组成包括非金属矿物和少量金属组分，非金属矿物来源于脉石，主要包括石英、长石和辉石等，主要含有的氧化物为Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等。
然而随着工业的快速发展，许多国家开始积极推行碳交易政策，有利于企业积极地进行节能减排。铁尾矿虽然不能用于生产，但是其仍具有一定的利用潜力，并且尾矿的长期搁置不仅占用大量土地，而且污染环境，随着经济技术的发展，需要对尾矿进行合理利用。对铁尾矿的合理处理，能够生产出各类符合国家标准的制品，但是仍需要对其利用方案中产生的温室气体排放量进行核算。然而对于尾矿利用方案的温室气体排放量还没有统一的核算方法，严重影响了企业对尾矿利用方案的优化选择。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种尾矿温室气体排放量核算方法、电子设备及计算机可读存储介质。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种尾矿温室气体排放量核算方法，包括：依据尾矿矿物组成及化学组成，选择尾矿利用方案，识别利用方案中产生温室气体的处理路径，核算每一路径产生的碳排放量；
其中，处理路径包括堆存、充填矿山采空区和用作建筑材料，则尾矿产生的温室气体排放量为：
其中，表示堆存过程中产生的温室气体排放量，/>表示充填矿山采空区过程中产生的温室气体排放量，/>表示用于建筑材料过程中产生的温室气体排放量。
进一步地，温室气体包括和非/>，对于非/>，利用对应的折算系数折算为的排放量。
进一步地，设定尾矿总重量为M，设定用于堆存、充填矿山采空区和用作建筑材料的尾矿重量分别为、/>、/>，同时设定阈值/>和/>，且/>＜/>；
计算/M，并比较/>/M与阈值/>、/>的大小，
若/M≤/>，则利用方案满足处理要求，按照既定利用方案处理尾矿；
若/M≤/>，则比较/>//>和/>//>的大小，计算/>=min（/>//>，/>//>），根据/>调整利用方案中充填矿山采空区和用作建筑材料处理路径对应的尾矿重量/>、/>；
若/M，则重新选取新的利用方案。
更进一步地，根据调整利用方案中充填矿山采空区和用作建筑材料处理路径对应的尾矿重量/>、/>，具体方法为：
设定//>和/>//>中的最小值对应的处理路径为主调节项，将/>补入主调节项中，同时，在另一调节项中减去相应重量的尾矿。
更进一步地，堆存过程中产生的温室气体排放量为：
其中，表示尾矿用于堆存时使用的运输车辆数量；/>表示运输用于堆存的尾矿的平均距离；/>表示/>的排放因子，/>表示/>的排放因子，a表示/>折算为/>排放量的折算系数，b表示/>折算为/>排放量的折算系数。
更进一步地，a取值为21，b取值为310。
更进一步地，充填矿山采空区过程中产生的温室气体排放量为：
其中，表示尾矿用于充填矿山采空区时使用的运输车辆数量；表示运输用于充填矿山采空区的尾矿的平均距离；/>表示/>的排放因子，表示/>的排放因子，a表示/>折算为/>排放量的折算系数，b表示/>折算为排放量的折算系数。
更进一步地，用于建筑材料过程中产生的温室气体排放量为：
其中，△Ew是减少河砂消耗节约的原料开采环节的CO2排放量；△Et是引入尾矿前后运输原材料及尾矿产生的CO2排放量的差值；△E电耗是尾矿引入前后免烧砖工艺对燃料动力需求差值，△E其他是其他CO2排放量。
更进一步地，
△ADw是作为原料的河砂减少的数量；EFw是作为原料的河砂资源开采生命周期的排放因子。
更进一步地，
其中，△E尾矿-t是由于尾矿运输产生的CO2排放量；N尾矿是用于建筑材料的尾矿运输车辆的使用数量；S尾矿是运输尾矿的平均距离；是CH4的排放因子；/>是N2O的排放因子。
更进一步地，的具体计算方法为：
其中，△Ew-t是由于尾矿引入使河砂的消耗量减少从而导致的运输减少的CO2排放量；Nw是未引入尾矿时运输河砂的车辆使用数量；Nw'是引入尾矿后运输河砂的车辆使用数量；Sw是运输河砂的平均距离，是CH4的排放因子；/>是N2O的排放因子。
更进一步地，取值为零。
更进一步地，取值为175mg/km，/>取值为30mg/km。
本发明还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述指令时实现上述的尾矿温室气体排放量核算方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述的尾矿温室气体排放量核算方法。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的尾矿温室气体排放量核算方法，首先对尾矿处理方案中每一处理路径产生为温室气体进行识别，然后针对性的核算温室气体总排放量，使得温室气体核算结果更为准确。
本发明提供的尾矿温室气体排放量核算方法，最终以量化方式计算出温室气体排放量，为后续尾矿的合理利用提供有力依据，利于环境保护和资产的合理配置。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种尾矿温室气体排放量核算方法，包括：依据尾矿矿物组成及化学组成，选择尾矿利用方案，识别利用方案中产生温室气体的处理路径，核算每一路径产生的碳排放量；其中，处理路径包括堆存、充填矿山采空区和用作建筑材料，则尾矿产生的温室气体排放量为：
其中，表示堆存过程中产生的温室气体排放量，/>表示充填矿山采空区过程中产生的温室气体排放量，/>表示用于建筑材料过程中产生的温室气体排放量。
其中，对于尾矿堆存过程中温室气体的排放识别，自然条件下尾矿中的硅酸盐矿物与大气中反应方程式如式（5-1）所示，尾矿堆存状态不产生温室气体，从热力学角度，式（5-1）的反应为放热反应，虽然可以自发进行，但是自然界大气中CO2浓度相对较低，故反应速率十分缓慢。
5-1
对于尾矿充填矿山采空区温室气体排放识别，尾矿充填矿山采空区是以尾矿为主要成分，辅以水泥等胶凝材料制备成充填料，再将充填料输送至矿山地下开采形成的采空区中进行回填作业。由于尾矿中过高的硫化物含量，会在水泥水化产生的强碱环境下氧化产生硫酸盐，而硫酸盐会与水泥等材料中的活性铝相，如铝酸三钙C3A以及Ca(OH)2等作用，发生如(5-2)式所示反应，生成钙钒石AFt。尾矿用作充填矿山采空区从物质组成方面不产生温室气体排放，仅考虑材料运输过程和能源消耗过程。
(5-2)
对于尾矿用于建筑材料的温室气体排放识别，尾矿免烧砖是指不进行烧结工业，而采用以SiO2、Al2O3作为主要成分的尾矿，添加水泥等胶凝材料，经过成分设计、搅拌、混合，压制成型后再经过自然养护或蒸压养护而形成的实心砖或空心砖，尾矿加水后，与水发生反应，生成水化硅酸钙CSH和水化铝酸钙CAH，CSH及CAH将小粒度的尾矿颗粒结合在一起，组成骨架结构，能够承受一定的荷载，并提高尾矿砖的强度。通过大量研究，当铁尾矿与河沙用量比为5：4，水泥在固料中占15%，用水量5%，减水剂与葡萄糖酸钠缓凝剂用量为（0.8+0.03）%时，可制得各项性能符合JC/T422《非烧结垃圾尾矿砖》标准要求的MU15级铁尾矿免烧砖。
尾矿砖制备时需要将尾矿与胶凝材料均匀混合，可以把成分复杂的多种重金属元素固定于胶凝材料的基体中，抑制重金属元素的逃逸，从而将性质不稳定的有害废弃物转化为稳定的化合物，方程式见式（5-3）、式（5-4）、式（5-5）。因而尾矿制免烧砖反应过程中不产生温室气体。
（5-3）
（5-4）
（5-5）
尾矿制免烧砖产生的温室气体主要为：替代原料开采过程、材料运输和提供压力的动力燃料产生的温室气体。
温室气体包括和非/>，对于非/>，利用对应的折算系数折算为/>的排放量。
设定尾矿总重量为M，设定用于堆存、充填矿山采空区和用作建筑材料的尾矿重量分别为、/>、/>，同时设定阈值/>和/>，且/>＜/>；
计算/M，并比较/>/M与阈值/>、/>的大小，
若/M≤/>，则利用方案满足处理要求，按照既定利用方案处理尾矿；
若/M≤/>，则比较/>//>和/>//>的大小，计算/>=min（/>//>，/>//>），根据/>调整利用方案中充填矿山采空区和用作建筑材料处理路径对应的尾矿重量/>、/>；具体方法为：
设定//>和/>//>中的最小值对应的处理路径为主调节项，将/>补入主调节项中，同时，在另一调节项中减去相应重量的尾矿。
若/M，则重新选取新的利用方案。
其中，堆存过程中产生的温室气体排放量为：
其中，表示尾矿用于堆存时使用的运输车辆数量；/>表示运输用于堆存的尾矿的平均距离；/>表示/>的排放因子，/>表示/>的排放因子，a表示/>折算为/>排放量的折算系数，取值为21；b表示/>折算为/>排放量的折算系数，取值为310。
充填矿山采空区过程中产生的温室气体排放量为：
其中，表示尾矿用于充填矿山采空区时使用的运输车辆数量；表示运输用于充填矿山采空区的尾矿的平均距离；/>表示/>的排放因子，表示/>的排放因子，a表示/>折算为/>排放量的折算系数，取值为21；b表示/>折算为/>排放量的折算系数，取值为310。
用于建筑材料过程中产生的温室气体排放量为：
其中，△Ew是减少河砂消耗节约的原料开采环节的CO2排放量；△Et是引入尾矿前后运输原材料及尾矿产生的CO2排放量的差值；△E电耗是尾矿引入前后免烧砖工艺对燃料动力需求差值，△E其他是其他CO2排放量，在铁尾矿中该项取值为零。
本实施例中，用于建筑材料的尾矿产生的温室气体排放量定义为：生产同等量免烧砖，尾矿引入后生产免烧砖排放的温室气体量的差值与用正常原料所产生的温室气体量，正常情况下，由于尾矿引入后生产免烧砖排放的温室气体量小于用正常原料所产生的温室气体量，因此，通常为负值，也表示尾矿制备免烧砖更为环保。
优选的，
△ADw是作为原料的河砂减少的数量；EFw是作为原料的河砂资源开采生命周期的排放因子。
其中，是由于运输尾矿而导致的运输产生的CO2排放量；N尾矿是用于建筑材料的尾矿运输车辆的使用数量；S尾矿是运输尾矿的平均距离；/>是CH4的排放因子；是N2O的排放因子。
的具体计算方法为：
其中，△Ew-t是由于尾矿引入使河砂的消耗量减少从而导致的运输减少的CO2排放量；Nw是未引入尾矿时运输河砂的车辆使用数量；Nw'是引入尾矿后运输河砂的车辆使用数量；Sw是运输河砂的平均距离，是CH4的排放因子；/>是N2O的排放因子。
本实施例中，为尾矿引入前后免烧砖工艺对燃料动力需求的差值，设定燃料动力需求不变，则/>取值为零。
优选地，取值为175mg/km，/>取值为30mg/km。
实施例一
本实施例基于2020年北京市、唐山市、保定市、秦皇岛市和承德市的尾矿产生量以及处理方案，进一步核算这些城市的尾矿温室气体排放量。对于这些城市的处理方式以及具体重量数据如表1所示。
表12020年各城市尾矿处理方式及重量数据
尾矿用于堆存的部分使用的运输车辆，每辆运输重量为35吨，则按照=/35×104计算堆存运输车辆数量，运输平均距离根据实际情况测量而得；用于堆存的尾矿温室气体排放计算结果如表2所示。
表2用于堆存的尾矿温室气体排放计算结果
尾矿用于充填矿山采空区的温室气体核算，使用的运输车辆采用与堆存中使用的运输车辆相同，取值为175mg/km，/>取值为30mg/km，用于充填矿山采空区的尾矿温室气体排放计算结果如表3所示。
表3用于充填的尾矿温室气体排放计算结果
尾矿用作建筑材料（免烧砖）排放的温室气体考虑替代原料开采过程、材料运输过程和提供压力的动力燃烧等过程，尾矿引入后河砂用量为尾矿的80%进行计算，各物质重量占比约为：水泥15%、水5%、尾矿44.4%、河砂35.6%，河砂资源开采生命周期的排放因子EFw取值为6.6kgCO2eq/吨河砂，△ADw为尾矿掺杂前河砂用量减去尾矿掺杂后河砂用量，根据此数据计算河砂运输车辆数量，河砂运输距离根据实际情况测量所得，尾矿运输车辆数量/35×104，/>取值为175mg/km，/>取值为30mg/km，用于充填矿山采空区的尾矿温室气体排放计算结果如表4所示。
表4用于建筑材料的尾矿温室气体排放计算结果
进而尾矿的总温室气体排放核算结果如表5所示。
表5各城市尾矿温室气体排放计算结果
其中的城市综合排放因子表示每万吨尾矿产生的相应温室气体排放量，从表5可以得出，北京市的城市综合排放因子最低，其尾矿处理方案相对最佳，秦皇岛市和保定市对于尾矿的处理方案处于中间水平，可以根据设定阈值合理分配处理路径的尾矿重量，而唐山市的城市综合排放因子相对最高，其对尾矿的处理方案需要重新优化。
实施例二
本实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述指令时实现实施例一提供的尾矿温室气体排放量核算方法。
实施例三
本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行实施例一提供的尾矿温室气体排放量核算方法。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种尾矿温室气体排放量核算方法，其特征在于，包括：依据尾矿矿物组成及化学组成，选择尾矿利用方案，识别利用方案中产生温室气体的处理路径，核算每一路径产生的碳排放量；
其中，处理路径包括堆存、充填矿山采空区和用作建筑材料，则尾矿产生的温室气体排放量为：
其中，表示堆存过程中产生的温室气体排放量，/>表示充填矿山采空区过程中产生的温室气体排放量，/>表示用于建筑材料过程中产生的温室气体排放量；
设定尾矿总重量为M，设定用于堆存、充填矿山采空区和用作建筑材料的尾矿重量分别为、/>、/>，同时设定阈值/>和/>，且/>＜/>；
计算/M，并比较/>/M与阈值/>、/>的大小，
若/M≤/>，则利用方案满足处理要求，按照既定利用方案处理尾矿；
若/M≤/>，则比较/>//>和/>//>的大小，计算/>=min（/>//>，/>//>），根据/>调整利用方案中充填矿山采空区和用作建筑材料处理路径对应的尾矿重量/>、/>；
若/M，则重新选取新的利用方案。
2.根据权利要求1所述的尾矿温室气体排放量核算方法，其特征在于，根据调整利用方案中充填矿山采空区和用作建筑材料处理路径对应的尾矿重量/>、/>，具体方法为：
设定//>和/>//>中的最小值对应的处理路径为主调节项，将/>补入主调节项中，同时，在另一调节项中减去相应重量的尾矿。
3.根据权利要求1所述的尾矿温室气体排放量核算方法，其特征在于，堆存过程中产生的温室气体排放量为：
其中，表示尾矿用于堆存时使用的运输车辆数量；/>表示运输用于堆存的尾矿的平均距离；/>表示/>的排放因子，/>表示/>的排放因子，a表示/>折算为/>排放量的折算系数，b表示/>折算为/>排放量的折算系数。
4.根据权利要求1所述的尾矿温室气体排放量核算方法，其特征在于，充填矿山采空区过程中产生的温室气体排放量为：
其中，表示尾矿用于充填矿山采空区时使用的运输车辆数量；/>表示运输用于充填矿山采空区的尾矿的平均距离；/>表示/>的排放因子，/>表示/>的排放因子，a表示/>折算为/>排放量的折算系数，b表示/>折算为/>排放量的折算系数。
5.根据权利要求1所述的尾矿温室气体排放量核算方法，其特征在于，用于建筑材料过程中产生的温室气体排放量为：
其中，△Ew是减少河砂消耗节约的原料开采环节的CO2排放量；△Et是引入尾矿前后运输原材料及尾矿产生的CO2排放量的差值；△E电耗是尾矿引入前后免烧砖工艺对燃料动力需求差值，△E其他是其他CO2排放量。
6.根据权利要求5所述的尾矿温室气体排放量核算方法，其特征在于，
△ADw是作为原料的河砂减少的数量；EFw是作为原料的河砂资源开采生命周期的排放因子。
7.根据权利要求6所述的尾矿温室气体排放量核算方法，其特征在于，
其中，△E尾矿-t是尾矿运输产生的CO2排放量；N尾矿是用于建筑材料的尾矿运输车辆的使用数量；S尾矿是运输尾矿的平均距离；是CH4的排放因子；/>是N2O的排放因子。
8.根据权利要求7所述的尾矿温室气体排放量核算方法，其特征在于，的具体计算方法为：
其中，△Ew-t是由于尾矿引入使河砂的消耗量减少从而导致的运输减少的CO2排放量；Nw是未引入尾矿时运输河砂的车辆使用数量；Nw'是引入尾矿后运输河砂的车辆使用数量；Sw是运输河砂的平均距离，是CH4的排放因子；/>是N2O的排放因子。
9.一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其特征在于，所述存储器存储有指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述指令时实现权利要求1-8任一项所述的尾矿温室气体排放量核算方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1-8任一项所述的尾矿温室气体排放量核算方法。
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