基于全生命周期理论的金属矿采选业产品碳足迹研究*

李安平，周致远，刘勇，金东汉

(金徽矿业股份有限公司，甘肃 徽县 742312)

0 引言

产品碳足迹是从全生命周期的角度去表现企业所生产或销售产品的温室气体排放总量，通常所有温室气体排放用二氧化碳当量来表示，并利用100年全球升温潜能值(GWP100)计算二氧化碳当量[1]。温室气体通过燃烧化石燃料、开荒、生产和消费食品、制造货物等其他服务导致碳排放，《京都议定书》中规定的6种温室气体分别是：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）和六氟化硫（SF6）[2−3]。

目前，金属矿采选业产品碳足迹的研究还比较少，文献检索矿山产品碳足迹的研究多在煤矿领域，Bogunovic和Kecojevic根据从美国南部一个正在运营的露天煤矿收集的能源消耗数据来计算露天煤矿设备的碳足迹；AbdulMajeed Aziz讨论了美国矿业的碳足迹和潜在成本[4]；刘静静核算了山西某煤炭企业的碳足迹，并进行了评价[5]。

碳足迹是能源消耗的一种表现形式，通过开展碳足迹评价，企业可以分析其在能源使用上存在的不足，从而提升能源效率，减少能源消耗，减少运营成本，减少污染物排放，促进企业的良性和可持续发展[6]。另外，工业和信息化部已将产品碳足迹的核算纳入到“绿色工厂”复核工作的核查项目[7]。本研究以金徽矿业股份有限公司徽县郭家沟铅锌矿（以下简称“郭家沟铅锌矿”）采选生产为例，按照PAS2050标准要求的“从摇篮到坟墓”的全生命周期过程[8]，计算郭家沟铅锌矿最终生产1t精矿的碳足迹，以期为金属矿采选业产品碳足迹的核算与评价提供借鉴。

1 研究方法

郭家沟铅锌矿由金徽矿业股份有限公司开发，矿区位于甘肃省徽县柳林镇，年生产规模是采选矿石量150×104t，2018年4月建成投产，采矿生产采用全机械化作业，选矿生产采用自动化生产，该矿是国家级“绿色矿山”、工业和信息化部首批“绿色工厂”。郭家沟铅锌矿采用主平硐+主（箕斗）副（罐笼）竖井联合开拓，采矿方法采用机械化进路式充填采矿，采矿生产工艺流程是开拓—采准—回采—运输—提升；选矿生产采用电位调控浮选技术，先铅后锌的优先浮选工艺，最终产品是铅精矿和锌精矿。

1.1 工艺流程温室气体排放情况

本文研究的矿石全生命周期范围是从井下凿岩到选矿生产最终的产品铅锌精矿为终点，该生命周期内的温室气体排放主要有直接温室气体排放和间接温室气体排放，直接温室气体排放是指柴油燃烧、2号岩石乳化炸药所含成分液体石蜡油产生的温室气体。间接温室气体是指外购电能产生的排放。

生产过程中耗能设备有凿岩台车、锚杆台车、铲运机、矿用卡车、有轨电机车、矿井提升机、通风设备、充填系统、照明设备、应急发电机、颚式破碎机、球磨机、半自磨机、浮选机、压滤机等。

矿井爆破使用2号岩石乳化炸药，该炸药的配比是硝酸铵含量为82%、含水量为12%、液体石蜡油含量为6%，在爆炸后石蜡油会产生温室气体。

郭家沟铅锌矿生产供水取自永宁河，取水方式是电力提水，退水方式是循环利用，因此，以取水耗电量为依据计算碳足迹。

机械设备润滑油使用量少，废弃的润滑油由第三方进行回收，计算碳足迹时采用郭家沟铅锌矿润滑油出库数据。

设备、耗材等外包装垃圾产生量极少，郭家沟铅锌矿设备、耗材等产生的外包装垃圾由第三方回收，研究过程中不做统计。

1.2 数据来源

研究所用数据有2020上半年郭家沟铅锌矿采选能源消耗数据、炸药消耗数据、铅锌精矿量数据，数据由金徽矿业股份有限公司提供，该数据仅用于科研与教学活动，不作为其他依据。

1.3 计算模型

温室气体的直接排放量根据式（1）计算：

式中，C为碳足迹；Eij为第i种生产中第j种能源消耗水平值；Dij为第i种生产中第j种温室气体的排放系数；JGWP100j为第j种温室气体100年的排放标准值。

温室气体的间接排放量根据式（2）计算：

2 矿石生产碳足迹计算

2.1 排放系数的确定

间接产生温室气体的能源，电能的排放系数依据生态环境部公布的《2016年度减排项目中国区域电网基准线排放因子》确定（见表1）[9]。

表1 2020上半年间接产生温室气体的能源消耗活动水平

直接产生温室气体能源的排放系数和GWP根据ICPP第五次评估报告的值确定（见表2）[10]。

表2 2020上半年直接产生温室气体的能源消耗活动水平

2.2 数据计算

根据公式（1）可以计算出郭家沟铅锌矿2020上半年采选生产产品而直接排放的二氧化碳当量是 1806935 kg；根据公式（2）可计算出郭家沟铅锌矿2020上半年采选生产产品而间接排放的二氧化碳当量是34359271 kg，2020上半年郭家沟铅锌矿采选生产产品的碳足迹总量是36166206 kg CO2e，2020上半年郭家沟铅锌矿生产铅精矿和锌精矿合计74800t。因此，生产1t精矿的碳足迹是483.51 kg CO2e。

2020上半年，郭家沟铅锌矿采选生产1t精矿电能消耗产生的碳足迹是45.935 kg CO2e，柴油消耗产生的碳足迹是24.16 kg CO2e。

单独就郭家沟铅锌矿而论，各种能源中电能产生的碳足迹最高，原因是郭家沟铅锌矿采用了全机械化、自动化生产。

2.3 讨论

2号岩石乳化炸药所含成分液体石蜡油的量是根据厂家提供的该炸药的配方比例和郭家沟铅锌矿2020上半年炸药消耗量计算得到的，加之爆炸现场环境的复杂性等因素影响,因此炸药碳足迹的计算可能存在误差。

研究过程中，没有区分铅精矿和锌精矿各自产生的碳足迹，而是将铅精矿与锌精矿合计为一种产品计算出最终生产1t精矿的碳足迹。

受到用电设备数量、安全等因素影响，研究没有对各生产工艺环节和设备贡献的碳足迹进行分析。

3 结论

低碳企业是未来矿山企业发展和生存的必然之路，也是“绿色矿山”、“绿色工厂”建设的要求，矿山企业进行产品碳足迹的核算是矿山企业发展“低碳矿山”的第一步，是实现温室气体管理的重要方法。对郭家沟铅锌矿生产1t精矿的碳足迹进行了分析，明确了金属矿采选业在生产过程中碳足迹核算的技术路线，找到了金属矿采选业碳足迹的计量方法，为金属矿采选业今后动力设备的选型以及节能减排降耗提供了决策依据。