锰是什么，以及它在可持续基础设施和能源存储中的用途？

随着全球经济朝着去碳化转型，锰成为支持这一转型的重要材料。它在从电池存储到可持续建筑材料的技术中发挥基础作用。理解锰的性质和应用是推进清洁能源和基础设施、确保更具道德性和成本效益的供应链的关键。

本博客将探讨锰在能源存储和基础设施中的不断扩大作用，详细说明其作为关键矿物的分类，并评估其相对于钴等替代品的优点。我们还将研究其在电池供应链中的未充分利用，其环境和社会影响，以及在富锰电池化学方面的最新创新。

锰是什么？

锰是一种银灰色金属，常见于矿物中，主要用于冶金应用。它表现出几个重要的性质：它坚硬、脆性大，且与氧反应性强。锰存在多种氧化态，这赋予其在化学过程中多样的用途。这些特性使其在工业和能源相关应用中具有不可替代的价值。

由于其化学和冶金特性，锰被广泛用于多个行业。世界上超过 90% 的锰供应被钢铁行业消耗，在那里它增强了强度，作为脱氧剂，并帮助去除硫杂质。锰对电池制造尤其是锂离子化学非常关键，并用于水处理和化学生产。

锰为何重要？

锰是一种极为重要的金属，具有广泛的应用，使其成为现代工业和可持续未来转型的必要元素。 大约 90% 的锰用于钢铁行业，在这里它起到增强钢铁强度和改善其加工性能的重要作用。除了冶金之外，锰也是锂离子电池中关键的组成部分，支持不断增长的电动车市场和能源存储技术。此外，它还用于化学工业，特别是在水处理过程。

锰对未来特别重要，因为它能够支持包括电池和电动车在内的清洁能源存储；通过其在钢铁和建筑材料中的作用支持可持续基础设施的发展；并提高国家战略韧性，因为它被美国和其他国家列为关键矿物。此外，锰为更经济、更可扩展且伦理来源的技术供应链提供了一条途径，使其成为绿色经济的基石。

锰在清洁能源和电池技术中的作用

锰在电动车（EVs）和电网级能源存储的发展中发挥着越来越重要的作用。它是镍钴锰（NMC）和锂锰氧化物（LMO）等正极材料的关键组成部分。这些化学物质相比富钴替代品提供了高性能、改进的安全性和更低的成本。锰有助于稳定电池正极并增强热性能，使电池更安全、更耐用。

锰在钢铁和基础设施中的重要作用

尽管在能源存储中有新的应用，超过 90% 的锰仍用于钢铁行业。它在钢的脱氧和脱硫中是不可或缺的，并能提高硬度和耐久性。随着全球在绿色基础设施、清洁交通和城市扩张的投资加速，钢铁需求持续上升，强化了锰在现代基础设施发展中的核心地位。

锰的战略和关键矿物指定

锰被美国、欧盟和印度等多个主要经济体正式指定为关键矿物。此地位反映了其在国防、先进技术和清洁能源转型中的重要性。然而，锰供应地理上集中，主要生产商位于南非、澳大利亚、加蓬、中国和巴西。包括美国在内的许多消费国严重依赖进口，增加了多元化供应源的战略紧迫性。

锰在电池供应链中的未充分利用

尽管锰丰富且成本较低，但在电池供应链中，其利用率仍低于钴和镍。其优良特性——经济性、毒性低和相对丰富性——使其成为可扩展和伦理电池技术的理想材料。随着电池制造商因人权和环境问题而远离钴，锰有望担负起更显著的角色。

锰相对于钴的环境和社会影响优势

锰矿业通常比钴面临的伦理挑战更少，后者常与童工和不安全工作条件相关。在电池应用中，锰化学品往往毒性较低且更环保。例如，锂锰氧化物（LMO）和锂镍锰氧化物（LNMO）提供更清洁的替代品，并减少了生态足迹。

电池化学中的锰创新

新兴电池化学正在利用锰的优势。锂锰铁磷酸盐（LMFP）电池以其安全性、低成本和减少对钴的依赖而获得关注。高锰正极显示出在降低开支的同时提供更高能量密度的潜力。像特斯拉、大众和宁德时代这样的公司正在积极投资于这些技术，表明行业动能强劲。

锰的回收利用和循环经济潜力

锰可以从电池废料、矿渣和尾矿中回收，支持更循环的材料经济。通过从使用过的产品中回收锰，制造商可以减少对原材料的依赖，降低成本，并促进环境可持续性。

锰的矿床和生产商在哪里？

锰矿床分布在全球多个关键地区，生产集中在几个主要国家。

• 南非拥有全球最大和最高品位的锰储量之一，是领先的出口国之一。
• 澳大利亚是另一个重要的生产国，进行广泛的锰开采，支持国内使用和国际市场。
• 西非的加蓬以其优质矿石而闻名，在全球锰供应中起着关键作用。
• 中国是主要消费国，同时也具备显著的国内生产能力。
• 巴西也在主要生产商名单中，占有其丰富的锰储量和采矿基础设施，对全球供应做出贡献。

这些国家共同构成了世界锰生产的支柱，使其在全球材料经济中具有战略重要性。

锰是如何分析的？

锰的分析使用一系列技术，提供关于其成分、矿物学和加工行为的关键信息。

• X 射线衍射 (XRD)用于确定含锰材料的矿物组成，这对理解锰可以呈现的不同氧化态（价态）至关重要。这些信息很重要，因为氧化态会影响锰在各种化学和冶金过程中的行为。
• X 射线荧光 (XRF)通常用于测量样品中的总锰含量。此技术非常多用途，仪器范围从便携的手持设备到实验室使用的先进落地系统，允许现场分析以及高精度评估。
• 颗粒大小分布 (PSD) 分析是另一种关键方法，尤其重要于浮选和浸出等加工阶段。颗粒的大小可显著影响这些分离和提取过程的效率。
• 最后，密度测量在浮选中至关重要，因为它们会影响颗粒如何根据其比重进行分离。了解锰矿物的密度有助于在矿物加工过程中优化锰的回收和浓缩。

锰废料在水泥生产中的重要性是什么？

锰废料作为水泥生产中的重要资源正获得关注，提供了一种可持续的解决方案来管理工业副产品，尤其是锰铁矿渣和锰尾矿。这种方法符合循环经济原理，将废物转化为有用的建筑材料。

一种主要的应用是将锰渣作为熟料生产中的原材料替代品。锰渣通常含有二氧化硅 (SiO₂)、氧化铝 (Al₂O₃)、石灰 (CaO) 和氧化铁 (Fe₂O₃)，这些都是波特兰水泥熟料的基本组成部分。因此，锰渣可以部分替代水泥制造过程中传统的原材料如石灰石、粘土和铁矿石。

另一种方法涉及处理富锰残渣以作为辅助胶凝材料 (SCMs)。经过研磨和化学中和等工序后，这些材料可以表现出火山灰性质，类似于粉煤灰或粒化高炉矿渣。将它们加入混凝土配方中可以提高强度、耐久性和对凝结时间的控制。

此外，细磨的锰废料可用作混合水泥或混凝土混合物中的填料。作为惰性或半反应添加剂，它有助于减少所需水泥量，从而降低生产成本并促进更可持续的建筑实践。

将锰废料融入水泥生产的好处是巨大的。它帮助减少那些否则将存储在垃圾填埋场或尾矿池中的工业废物量。环保方面，通过减少对高能耗熟料生产的需求，帮助降低 CO₂ 排放。经济方面，通过用工业副产品替代天然原材料来降低成本。在某些情况下，锰化合物甚至可以增强水泥的机械性能，从而制造出更坚固和耐久的建筑材料。

锰在研究和工业上是如何使用的？

锰越来越多地被探索用于研究和工业应用，特别是在可持续建筑材料的背景下。在印度、中国和南非等国家，试点和商业规模的项目已成功地将锰铁矿渣整合到水泥制造中。这些计划证明了在大规模工业过程中重新利用锰副产品的实际可行性。

研究表明，在水泥生产中的原料混合物中用锰渣替代 10-15% 的比例可以生产出具有相当或更高机械强度的水泥。这不仅验证了锰增强水泥的结构性能，还突出了其减少环境影响和对传统原材料依赖的潜力。这些发现强调了对于锰作为创新、低废弃建筑技术组成部分的日益兴趣。

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