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| 編輯推薦： |
1.铅作为重要的战略性资源，以它良好的延展性和耐腐蚀性成为第四大工业基础金属。铅锌矿经过开采和冶炼进入下游消费领域制造含铅产品，目前全球有近86%的铅用于铅酸电池制造。以废铅酸电池为主要原料的再生铅冶炼行业的兴起，实现了铅资源从摇篮-坟墓-摇篮的可持续性循环代谢。
2.本书科学有效构建再生铅冶炼过程资源能源消耗以及污染物产排系统分析和优化的方法学，科学指导和引领行业绿色发展政策制定实施，系统规范和支撑行业企业开展清洁生产实现节能、降耗、减污和增效目标，为支撑再生铅冶炼行业绿色发展提供借鉴。
3.本书基于系统学、协同学、物质代谢、冶金热力学、清洁生产和循环经济及神经网络等基础理论和方法，科学并具有前瞻性。
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| 內容簡介： |
本书主要介绍了系统学、协同学、物质代谢、冶金热力学、清洁生产和循环经济及神经网络等基础理论和方法，从物质代谢机理、代谢系统边界、代谢物质流分类、代谢路径、代谢模式、代谢量、代谢形态以及代谢效率8个方面，围绕再生铅冶炼过程清洁生产与末端治理协同代谢模式、资源和能源协同代谢效率、多污染物协同代谢机理和效率以及物质代谢量和代谢形态的协同优化的四个协同优化尺度，提出并构建了再生冶炼过程物质代谢及协同优化的理论和方法学体系，阐述了我国再生铅冶炼行业物质代谢及其协同优化的实证研究结果，旨在丰富和创新工业生产过程物质代谢方法学体系，为再生铅冶炼行业绿色发展提供科学理论和方法学指导，同时为其他工业代谢及其协同优化领域研究提供技术参考和案例借鉴。
本书具有较强的技术性和针对性，可供从事金属冶炼过程清洁生产、污染控制等的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、生态工程、冶金工程及相关专业师生参阅。
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| 關於作者： |
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李艳萍，中国环境科学研究院，工程师，现为中国环境科学研究院清洁生产与循环经济研究中心研究人员。专业业务方向为环境管理、清洁生产、生态工业与循环经济理论、战略和标准研究。目前主要从事清洁生产政策和标准的制订，生态工业理论和方法以及物质流代谢方法和实践研究。运用物质流分析方法，独立承担并完成十五攻关第二子课题我国循环经济发展战略研究中对我国经济发展、资源利用、以及环境影响现状、特征和规律的研究和分析，在此基础上对我国十一五资源利用和环境影响提出规划建议。主要负责国家环境保护部清洁生产标准180余项的编制和组织工作。目前独立承担中央级环保公益项目1项，主要参加国家（部）级项目8项，地方研究项目8项，多次参加中日韩循环经济等国际研讨会并做大会主旨发言。截止目前，获得国家环境保护部科技创新奖一、二、三等奖项各1次，独译出版专著1部，合作出版著作3部，发表中文核心、EI以及国际研讨会等学术论文20余篇。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1研究背景2
1.2研究目的和意义4
第2章再生铅冶炼行业及物质代谢7
2.1再生铅冶炼行业发展现状8
2.1.1国内外行业发展现状8
2.1.2行业原料类型及来源12
2.1.3行业典型生产工艺13
2.2行业环境污染问题17
2.2.1废气污染17
2.2.2固体废物污染20
2.2.3废水污染21
2.3再生铅冶炼行业环境监管政策23
2.3.1源头预防政策24
2.3.2过程控制政策30
2.3.3末端治理政策33
2.4再生铅冶炼行业物质代谢研究进展38
第3章再生铅物质代谢及协同控制理论基础43
3.1系统学44
3.2物质代谢45
3.3清洁生产49
3.4协同学53
3.4.1协同学概述53
3.4.2协同效应54
3.4.3协同控制58
第4章再生铅冶炼过程物质代谢及协同控制方法63
4.1物质代谢量的系统学理论方法64
4.1.1物质代谢边界确定64
4.1.2物质流代谢路径66
4.1.3代谢物质流分类67
4.1.4物质代谢模式68
4.2物质代谢形态分析方法71
4.2.1冶炼烟气代谢形态分析71
4.2.2冶炼渣代谢形态分析75
4.3物质代谢的协同优化方法78
4.3.1资源代谢的协同优化78
4.3.2资源和能源代谢的协同优化83
4.4物质代谢效率分析方法86
4.4.1资源代谢效率分析86
4.4.2协同优化代谢效率分析88
第5章再生铅冶炼过程物质代谢机理95
5.1冶炼过程物质代谢化学机理96
5.2物质代谢冶金热力学机理97
第6章再生铅冶炼过程物质代谢量105
6.1冶炼过程物质代谢边界106
6.2冶炼过程物质代谢路径106
6.3冶炼过程代谢物质流分类107
6.4冶炼过程物质代谢量109
6.4.1资源代谢量核算111
6.4.2能源代谢量核算119
第7章再生铅冶炼过程物质代谢效率125
7.1冶炼过程资源代谢效率分析126
7.1.1资源代谢直接利用率126
7.1.2资源代谢综合循环利用率127
7.1.3资源代谢损失率129
7.2资源和能源协同优化代谢效率分析130
7.2.1冶炼系统输入130
7.2.2冶炼系统输出135
7.2.3冶炼系统物质代谢效率139
第8章再生铅冶炼过程物质流代谢形态147
8.1物质代谢形态研究背景148
8.2冶炼过程物质流代谢形态分析150
8.2.1冶炼烟气的理化特征150
8.2.2冶炼渣的理化特征161
第9章再生铅冶炼过程物质代谢规律169
9.1物质代谢规律试验模拟170
9.1.1试验样品制备170
9.1.2试验方案设计170
9.1.3试验分析方法173
9.2物质代谢规律及影响要素174
9.2.1碳酸钠对废物流代谢迁移转化的影响174
9.2.2铁粉对废物流代谢迁移转化的影响178
9.2.3氧化钙对废物流代谢迁移转化的影响180
9.2.4焦炭对废物流代谢迁移转化的影响183
9.2.5冶炼温度对废物流代谢迁移转化的影响185
第10章再生铅冶炼过程物质代谢的协同优化189
10.1资源代谢协同优化模型190
10.1.1BP神经网络模型参数190
10.1.2BP神经网络模型结构192
10.1.3BP网络模型精度优化194
10.2资源代谢协同优化模拟196
10.2.1冶炼烟气废物流代谢协同优化196
10.2.2固体废物流代谢协同优化198
10.2.3协同优化影响因素敏感性分析201
10.3资源和能源代谢协同优化202
10.3.1资源和能源代谢协同优化模型202
10.3.2资源和能源代谢协同优化206
参考文献210
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| 內容試閱：
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铅作为重要的战略性资源，以它良好的延展性和耐腐蚀性成为第四大工业基础金属。铅锌矿经过开采和冶炼进入下游消费领域制造含铅产品，目前全球有近86%的铅用于铅酸电池制造。由于铅矿开采和冶炼过程的高污染和高能耗的特点，造成了原生矿产铅冶炼行业重金属污染排放及生态破坏问题突出，往往是开了一座山，污染一大片。铅酸电池使用寿命一般为2～3年，2016年中国铅酸电池产量已达世界总产量的50%以上，大量报废电池若未经合理回收利用会造成大量铅资源浪费，还带来重金属和酸液等严重的环境污染问题。以废铅酸电池为主要原料的再生铅冶炼行业的兴起，实现了铅资源从摇篮坟墓摇篮的可持续性循环代谢。
随着再生铅冶炼行业的日渐兴起和不断壮大，冶炼企业周边儿童血铅事件频发，土壤和水体重金属污染问题严重。近年来，再生铅冶炼企业对环境造成的影响研究成为国内外学者研究的热点和重点；少数学者从工艺替代角度探索性开展再生铅湿法冶炼工艺研究，但受技术经济成本、二次污染等因素影响，湿法冶炼工艺至今尚未大规模普及。为了有效开展再生铅冶炼行业污染防控，2013年以来中国政府发布实施了再生铅行业准入条件、污染物排放标准以及清洁生产标准等政策性文件，但由于行业工艺技术水平相对落后且管理模式粗放，企业普遍面临着无法持续稳定达标的困境，资源高效利用和环境污染防控的双重挑战，已成为制约再生铅冶炼行业绿色发展的巨大障碍。因此，如何科学有效地构建再生铅冶炼过程资源能源消耗以及污染物产排系统分析和优化的方法学，科学指导和引领行业绿色发展政策制定和实施，系统规范和支撑行业企业开展清洁生产实现节能、降耗、减污和增效的目标，是支撑再生铅冶炼行业绿色发展亟待解决的重大科学问题。
本书基于系统学和协同控制理论，提出了再生铅冶炼过程物质代谢的清洁生产与末端治理协同代谢模式，弥补了传统物质代谢仅关注生产系统资源代谢或末端治理系统废物代谢模式的系统边界和要素分析局部性的不足。基于清洁生产和循环经济原理，首次将传统物质代谢分析方法中的输入流、储存流和输出流3类物质流指标，拓展为输入流、中间产品流、产品输出流、中间废物产生流、一次污染物产生流、清洁生产回用流、末端治理循环流、一次污染物排放流和二次污染物排放流共计9类物质流，将传统物质代谢黑箱化研究深化为灰箱化甚至白箱化研究。研究发现，通过优化配置冶炼过程各类代谢物质的代谢路径、代谢节点和代谢种类，可实现再生铅火法冶炼过程铅回收率5.47%的提升以及16.00%～78.40%的产污负荷的降低。
为了有效表征物质代谢过程量变化与质衰减对代谢效率的影响，本书引入热力学第二定律的概念，协同考虑物质代谢过程量变化和质衰减，提出物质代谢效率的代谢分析方法，实现了资源和能源协同代谢效率归一化的核算，避免传统物质代谢仅仅考虑量变化，无法统一核算不同计量单位的资源和能源代谢效率造成虚高评价的不足，为完善传统物质代谢仅仅关注量代谢无法表征质衰减提供新的研究视角。同时，为了系统客观评估再生铅冶炼过程物质代谢的环境影响效果，本书基于大气科学颗粒物化学组分谱分析、米氏散射的粒径反演、重金属形态分析以及Hakanson生态风险指数法等分析方法，系统集成提出再生铅冶炼过程污染物代谢形态分析方法，完成再生铅冶炼过程物质代谢废物流代谢形态分析，从代谢量和代谢形态协同分析角度为物质代谢分析方法提供了新视角。本书首次构建了再生铅冶炼烟气化学成分谱，给出了冶炼渣中各类重金属潜在环境风险的生物有效性系数，为大气环境质量重金属污染有效溯源以及再生铅冶炼行业土壤和地下水重金属污染风险防控提供科学依据。
基于冶金热力学吉布斯自由能最小化原理，本书剖析了再生铅冶炼过程物质代谢机理以及代谢规律，构建了冶炼过程资源和能源协同代谢模型；基于模拟试验数据的模型泛化构建了再生铅冶炼过程5-25-15-4物质代谢的BP神经网络协同优化模型。优化模拟结果显示，与现行火法冶炼工艺相比，优化后的冶炼过程可实现冶炼烟气中铅、硫、砷和镉的产污负荷分别下降78.40%、52.00%、72.63%及16.00%。
本书基于系统学、协同学、物质代谢、冶金热力学、清洁生产和循环经济及神经网络等基础理论和方法，从物质代谢机理、代谢系统边界、代谢物质流分类、代谢路径、代谢模式、代谢量、代谢形态以及代谢效率8个方面，重点围绕再生铅冶炼过程清洁生产与末端治理协同代谢模式、资源和能源协同代谢效率、多污染物协同代谢机理和效率以及物质代谢量和代谢形态的协同优化的四个协同优化尺度，提出并构建了再生冶炼过程物质代谢及协同优化的理论和方法学体系，阐述了我国再生铅冶炼行业物质代谢及其协同优化的实证研究，旨在丰富和创新工业生产过程物质代谢方法学体系，为再生铅冶炼行业绿色发展提供科学理论和方法学指导，同时为其他工业代谢及其协同优化领域研究提供方法借鉴。本书具有较强的技术性和针对性，可供从事冶炼过程清洁生产、污染控制等的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、生态工程、冶金工程及相关专业师生参阅。
本书由李艳萍著，图书编写过程中得到了学术界和行业内大量专家、学者的指导和帮助，在此重点感谢中国环境科学研究院柴发合教授、北京仁博齐环境科技有限公司高境高级工程师、中国环境科学研究院张昕工程师、中国科学院战略研究所郭建新博士、矿冶科技集团有限公司范艳青研究员在本书的总体框架、模型构建、试验设计、数据核算等方面给予的悉心指导和大力帮助；同时感谢中国环境科学研究院乔琦研究员，北京师范大学赵传锋教授和何孟常教授，清华大学陈吕军教授、张天柱教授和田金平教授，矿冶科技集团有限公司的杨晓松研究员和邵立南研究员，中国矿业大学（北京）何绪文教授以及南开大学于宏兵教授给予的帮助；特别感谢本书初稿校对张青玲，同时感谢杨奕、智静、赵亚洲等同事的辛勤付出。本书能够顺利出版，还要特别感谢化学工业出版社编辑认真负责的态度、专业严谨的编校和高效的工作节奏。在此对给予本书支持和帮助的所有学者和同事表示真诚感谢。
限于著者水平及编写时间，书中不足和疏漏之处在所难免，敬请各位专家学者批评指正。
著者
2020年8月于北京
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