第二章  材料产业与生态环境
⏹ 材料产业简介
⏹ 材料与资源、能源、环境的关系
⏹ 材料的环境负荷及其对生态环境的影响
2.1 材料产业简介
⏹ 材料：是可以用来制造构件、器件或物品的物质。
⏹ 材料的分类
⏹ 材料是人类社会进步的里程碑
⏹ 材料是国民经济和社会发展的基础和先导
2.2 材料与资源、能源、环境的关系
⏹ 资源：是指人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。
⏹ 能源：是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。
⏹ 环境：相对于中心事物而言的背景。在环境科学中，是指以人类为主体的外部世界，主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体。它是人类生存发展的基础，也是人类开发利用的对象。
一般工业产品的生产工艺流程
⏹ 材料的环境负荷：是指某一具体材料在生产、使用、消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数量，以及其向环境体系个排放的各种废弃物（如气态、固态和液态废弃物）的总和。即
            材料的环境负荷＝{资源，能源，排放物}
⏹ 我国的资源和能源现状
  “资源丰富、地大物博”
  土地面积世界第三
  水能资源世界第一
  煤炭资源世界第一
  全世界已利用的160多种矿藏中，我国有148种已探明储量，其中稀土、石墨、钨、锑、锌、镁、锰、钛、重晶石、硫铁矿等20多种矿产资源的储量居世界首列。
⏹
⏹
⏹ 全球的资源和能源现状
全球矿产资源枯竭时间的预测
年  代
21世纪50年代
21世纪70年代
21世纪80年代
22世纪20年代
矿产资源
一般矿产资源
金属矿产资源
石油、天然气
煤资源
静态储量50年内枯竭的非能源矿产资源有16种：锰、铜、铅、锌、锡、汞、钒、金、银、硫、金刚石、石棉、石墨、石膏、重晶石、滑石等。
⏹ 全球的资源和能源现状
    非再生资源迅速消耗
    淡水资源不足
    水土流失
    人均水平低
    经济发展快，资源需求大
    资源的利用率不高，资源浪费严重
    矿产能源结构核分布不合理：每万元国民收入的能耗为20.5t标准煤，为发达国家的10倍。
标准煤：又称标准燃料，是计算能源总量和折合各种能源的综合指标，我国规定每公斤标准煤的含热量为7000Cal，以此可把其他能源的含热量折合成标准煤来计算。
⏹ 材料加工和使用过程中的资源消耗
直接消耗：直接用于材料的生产和使用的资源消耗。
间接消耗：指在材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、环境迁移等环节造成的资源消耗。
材料的生产过程涉及大量的资源消耗。这种资源包括两大类。一类是主原料，例如生产碳钢时的铁矿石。另一类是辅料，例如碳钢生产过程中的脱氧剂、脱硫剂、铁合金等。
我国几种原材料的单位GNP资源消耗率与世界平均水平的比较
材  料
钢材
铜
铝
铅
锌
单位GNP的资源消耗率*
3.6
3.7
2.4
2.7
2.2
世界平均水平
1
1
1
1
1
*指在单位国民生产总值条件下，生产某种材料的资源消耗量与世界水平的比较
⏹ 材料加工和使用过程中的能源消耗
直接能耗：直接用于材料的生产和使用的能源消耗。
间接能耗：指在材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、劳保、照明等环节造成的资源消耗。
材料生产使用过程的排放物及环境影响
一些材料生产过程的排放物及环境影响
材料
大气
水
土壤/土地
纸、纸浆
排放含SO2、NOx、CH4、CO2、CO、硫化氢、硫醇、氯化物、二噁英等的废气
(1)水资源消耗；
(2)排放悬浮性固体物、有机物等
 
水泥、玻璃、陶瓷
排放含砷、钒、铅、铬、碱、氟化物等的粉尘，及SO2、NOx、CO2、CO等废气
排放含油、重金属离子的废水
(1)矿物资源及土地消耗；
(2)排放固体废弃物
金属及矿物开采
排放各种粉尘及有害气体
排放含金属离子及有害化学品的废水
(1)矿物资源及土地消耗；
(2)土地退化
钢铁
(1)排放含重金属的粉尘，以及含有机物、H2S、HCl等的废气；
(2)紫外线辐射
(1)水资源消耗；
(2)排放含悬浮性固体物、有机物、重金属离子等的废水
(1)矿物资源及土地消耗；
(2)排放固体废弃物
有金属
排放含砷、钒、铅、铬、碱、氟化物等的粉尘，及SO2、NOx、CO2、CO等废气
排放含金属离子及有害化学品的废水
(1)矿物资源及土地消耗；
(2)排放固体废弃物
(3)土地退化
● 材料生产过程的排放物
2001年我国主要原材料工业污染物排放统计
材料产业
工业废水/万t
工业废气/亿m3(标准状态)
固体废物/万t
矿业
125 804
4 089
35 903
化学纤维工业
59 695
2 811
355
橡胶制品业
7 070
431
72
塑料制品业
2 588
246
33
非金属矿制造业
其中：水泥制造业
46 194
34 062
1 960
28 055
27 975
1 071
黑金属冶炼
191 745
25 015
11 858
有金属冶炼
37 451
9 958
4 477
金属制品业
11 742
487
76
合计
510 344
105 074
55 805
占工业排放总量百分数（％）
25.19
65.32
62.81
2.3 材料的环境负荷对生态环境的影响
⏹ 大气污染
    温室效应
    臭氧层破坏
    酸雨
⏹ 水体污染
⏹ 固体污染物
⏹ 其他污染
    噪声污染
    放射性物质污染
    光污染
2.3.1 大气污染
主要气体污染物特征
核燃料汽车
名称
分子式
重要性质
在大气污染中的特征
二氧化硫
SO2
无气体，强烈窒息性气味
产生于自然过程、燃烧、工业活动。
三氧化硫
SO3
易溶于水，形成H2SO4
腐蚀性强，由SO2氧化而成。
硫化氢
H2S
低浓度时有臭蛋气味
毒性大，产生于有机物降解及工业过程。
一氧化二氮
N2O
无气体
不大活泼，有毒。
一氧化氮
NO
无气体
产生于高温高压燃烧过程，N2氧化为NO。
二氧化氮
NO2
棕橙气体
产生于光化学烟雾形成过程或工业过程，有毒。
一氧化碳
CO
无无臭气体
产生于不完全燃烧过程，有毒。
二氧化碳
CO2
很活泼
产生于自然过程、工业生产和燃烧过程。
臭氧
O3
 
产生于形成光化学烟雾过程。
碳氢化合物
HC
 
产生于汽车、化学工业，其中一些有毒。
⏹ 温室效应
    是指大气层中一些气体吸收了地球表面的红外线能量，并将其反射回地球表面，引起地球表面温度升高的现象。
温室气体：CO2、CO、CH4、CF4等。
表 一次能源的含碳量及消费过程中气体排放数据统计表