环境材料学 第2章 材料对环境的影响

资源消耗
直接消耗：用于材料的生产和使用 间接消耗：材料的运输、储藏、包装、管理、流
通、人工、环境迁移等环节造成的资源消耗
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2.3.4 我国材料加工和使用过程中的能源消耗
直接消耗 间接消耗
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黑色金属 有色金属 非金属
木材 纸
纤维 橡胶 塑料
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2.4 材料加工和使用过程中固、液、气污染物排放
现状
化工造纸行业废水排放量居首，钢铁冶金次之 非金属矿物制品业废气排放居首, 建材（水泥)行
业烟尘排放居首 黑色及有色金属采选业固废、重金属排放量居首
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大气污染物排放——形成和分类
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工业排放废气是大气污染的主要原因 冶金、建材、化工行业是主要排放源
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材料加工过程燃料燃烧的大气污染
二氧化碳的作用占到55％，浓度从100年前 的260～280ppm增加到340ppm
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《京都议定书》
2005年2月16日，《京都议定书》生效。 １９９７年１２月，１４９个国家和地区的代表
在日本东京召开《联合国气候变化框架公约》缔 约方第三次会议，经过紧张而艰难的谈判，会议 通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制 全球变暖的《京都议定书》 《京都议定书》需要在占全球温室气体排放量５ ５％的至少５５个国家批准之后才具有国际法效 力。
污染物来源：工业、矿业、城市、放射性
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欧洲工业废弃排放小，美国矿业排放大 欧洲工业发达，固废排放小，说明其工业废弃物
和城市生活垃圾处理和再利用水平高
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我国材料工业产生和排放的固体废弃物是 主体，再利用和再资源化具有重要意义
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m
钢铁、有色、建材、水泥、化工生产排放大量的 粉尘烟雾（微米级）
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2.1 材料在国民经济中的地位和作用
国民经济和社会发展的基础和先导 现代文明的三大支柱（能源、信息、材料） 社会文明进化的标志（人类社会时代命名与材料密不可分）
• 近代两次产业革命离不开新材料的开发（铁基材料与蒸汽 机；能源革命相联系的交通运输工业）
科技发展史来看，重大技术革新起始于材料的革新（Ni基 高温材料与超音速；高温陶瓷与航天飞机；电子材料与信 息革命；生物医学技术与材料）
尾矿和粉煤灰
煤矸石自燃
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2.5 其它环境影响-温室效应
全球温室效应原理 温室气体：二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮
氧化物、甲烷、四氟化碳 能源含碳量与消费过程中的气体排放
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2.5 其它环境影响-温室效应
温室效应指数GAI：评价某一气体的温室效应影响 依据气体的分子内部振动和转动能级水平，以及在
环境材料学
第二章 材料对环境影响
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第2章 材料对环境的影响
材料在国民经济中的作用 材料与资源、环境的关系 材料加工和使用过程中的资源和能源消耗 材料加工和使用过程以及废弃回收过程中的污染
物排放（气、水、渣） 材料加工和使用过程及废弃后的其它环境效应
（温室效应、区域毒性水平、臭氧层、电磁波、 噪声、放射性、光污染）
大气中的寿命等，以上决定了其易于吸收红外长波 辐射的程度
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温室效应与气候变化
有些痕量气体吸收太阳能并将其转变为热 量，最终可能引起具有灾难性后果的气候 变化
全球变暖的结果：两极冰雪融化造成洪水 泛滥，良田伦为沙漠以及最终出现饥荒。
增加慢性病和传染病的发病率。
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温室效应是一个自然过程，如果没有它， 地球表面的平均温度将不是现在的15℃， 而是-18℃。现在的问题是大气中的温室气 体增加了，温室效应加强了，因而导致全 球气候变暖。
的输入与废弃物的排放
资源、能源
原料
材料
零件
产品
使用
废弃
污染物
推动社会进步 消耗资源能源 破坏生态环境（局部化——全球化）
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人类面临的资源环境问题
全球气温显著变暖 （气温上升3度，海平面上升60cm)
食物短缺 62亿人 废弃物问题
人口爆炸 100亿人
石油天然气枯竭
矿物资源枯竭
全球气温变暖 （气温上升1度，海平面上升20cm)
1990 2000
2050
2100
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十大环境公害与材料生产有关的达一半之多
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我国材料工业的情况
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材料生产和消费大国，支撑国民经济发展 能耗大，排放强；资源过度消耗，环境污染严重 趋势：能耗降低；废气排放增加，其它减少
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2.3 材料加工和使用过程中资源和能源消耗
源自文库2.3.1全球资源和能源现状
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减排目标
《京都议定书》规定，到２０１０年，所有发达国家排放 的二氧化碳等６种温室气体的数量，要比１９９０年减少 ５.２％，发展中国家没有减排义务。
对各发达国家说来，从２００８年到２０１２年必须完成 的削减目标是：
我们从个人到社会国家的方方面面都离不开材料和材料的 革新
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材料的发展趋势
结构材料：轻质、高强高韧、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、 低成本、复合化
功能材料：新型电池材料、稀土永磁材料、生物医学与仿 真材料、超导
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2.2 材料与资源环境的关系
工业品的链式生产流程：原料的投入和产品的产出；能源
资源现状 总量大，种类齐全，数量丰富 人均水平远低于全球平均水平，资源与人口矛盾
突出 地域分布不平衡 质量差别大，低劣资源比重高
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能源现状 结构和分布不合理 能源效率低下，环境污染严重
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2.3.3 我国材料加工和使用过程中的资源消耗
资源效率低下，浪费严重
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现状：资源危机，能源短缺 原因：人口膨胀，经济总量增加
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资源危机 非再生资源迅速耗竭（矿产资源） 物种灭绝 淡水资源不足 森林资源持续赤字 水土流失加剧
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能源危机 矿物能源面临枯竭（化石能源、核矿物） 可再生能源开发不足（风、水、日光）
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2.3.2 中国资源和能源现状
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水体污染物形成和排放
概念：污染物进入水体造成的水体变质现 象
后果：影响人类和动物健康；水体植物变 质；渔业枯萎
污染物来源：生活污水；工业废水（重金 属、有机物、酸碱盐、油、放射性）
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固态污染物形成和排放
概念：固态、半固态以及高浓度液态废弃 物的总称
后果：侵占土地，污染土壤、水体、大气 ，影响环境卫生