综述：电解锰渣处理技术的关键评估：机遇、挑战及可持续发展的路径

酸性电解锰渣（EMR）因富含Mn²⁺和NH₄⁺-N面临生态风险，其管理需构建分级框架（来源减少→无害化处理→资源化利用）。核心挑战为Mn²⁺与NH₄⁺-N的耦合迁移转化行为，制约各阶段技术突破，需通过智能监测、跨产业生态链及精准分质处理实现可持续发展。

王亚光|王浩|赵世珍|陈宇杰|刘晓明

河南大学土木工程与建筑学院，开封，475004，中国

摘要

电解锰渣（EMR）是一种酸性固体废物，富含可移动的锰离子（Mn²⁺）和铵离子（NH₄⁺），在锰金属生产过程中产生。由于其大量储存和长期积累，对生态环境构成了严重威胁。为了实现EMR的可持续管理，本文构建了一个分层分析框架，并对三种战略途径进行了系统和批判性的评估：源头减排、无害化处理和资源化利用。通过选矿和工艺优化进行源头减排受到高品位资源枯竭的限制，以及金属回收效率与精矿品位之间的固有权衡，进一步改进的空间有限。无害化处理技术（如洗涤和稳定/固化）可以有效去除或稳定污染物，但在动态现场条件下仍面临二次污染风险和长期环境稳定性不足的挑战。资源化利用（通过回收有价值成分、生产建筑材料或合成功能性材料）是大规模处理EMR的最可行途径，但受到技术经济可行性限制、产品性能不一致和市场接受度低等因素的阻碍。本文发现的核心科学挑战是锰离子和铵离子的耦合迁移和转化行为，这是所有处理阶段技术限制的根本原因。未来的突破将依赖于范式的转变：开发智能监测系统以确保长期稳定性，建立跨行业生态链以实现协同增值，以及实施基于EMR成分异质性的精准处理系统。本研究为研究人员提供了系统参考，以识别关键瓶颈并确定可持续EMR管理的未来技术发展方向。

引言

锰被认为是一种关键的战略金属，支撑着现代工业体系，其主要资源价值集中在两个关键领域：钢铁冶金和新能源应用。其中，全球约90%的金属锰产量用于钢铁行业（Farjana等人，2019年）。金属锰主要通过电解碳酸锰矿或还原氧化锰矿生产。生产过程如图1所示（He等人，2021a）。2023年，中国的电解锰渣（EMM）产量达到162万吨，占全球总量的98.5%。然而，这种大规模生产伴随着酸性固体废物——EMR的产生。目前，中国累积的EMR储存量已超过1.5亿吨，并以每年1000万吨的速度持续增长（Shu等人，2020年）。尽管EMR数量庞大，但其储存方法仍然相对简单，通常采用基本的水坝结构进行围堵。不幸的是，这种方法存在泄漏的重大风险。作为危险固体废物，EMR泄漏可能导致严重的环境污染，并可能威胁人类健康和财产（Yu等人，2019年）。

尽管EMR具有一定的危险性，但它也是一种具有利用潜力的二次资源，可以带来显著的经济和环境效益（Wang等人，2022a）。这为电解锰产业的发展提供了广阔前景。然而，当前的处理技术仍面临多重挑战，包括效率低下、泄漏风险高以及资源回收过程中的潜在二次污染。其中，Mn²⁺和NH₄⁺的共迁移是限制其安全处置和资源化利用的关键瓶颈。目前，EMR的主要管理方法仍限于现场储存或填埋。这种方法不仅带来重大环境风险，还促使整个行业积极寻求更安全、更可持续的发展路径。尽管当前在减排、无害化处理和资源化利用三个方向上取得了一定进展，但仍存在明显不足。大多数技术仍处于实验室阶段，面临流程长、能耗高和经济性差的瓶颈。因此，突破这些限制，开发高效、低成本、环境友好的集成技术，以实现EMR的协同处理和高价值利用，仍是该领域的核心焦点和关键挑战。

为应对上述挑战，本文对EMR处理技术的研究进展进行了全面系统的回顾和评估。与以往的综述不同，本文构建了一个分层分析框架，旨在指导EMR处理过程：从源头减排到无害化处理，最终到资源化利用。主要内容结构如下：第二章概述了EMR的特性和危害；第三章和第四章分别讨论了源头减排和无害化处理技术；第五章重点介绍了建筑材料和吸附剂等领域的资源化利用方法（Nie等人，2025；Qian等人，2009；Wang等人，2023）；第六章总结了EMR处理中的当前挑战；第七章展望了智能监测和跨行业生态链等创新路径，旨在支持产业的绿色转型。本研究为研究人员提供了参考，以确定新的目标、设定战略重点，并确定EMR利用的关键发展方向，从而减轻其对生态环境的不利影响，并探索创新的利用途径。

章节摘录

来源和生产效率

储存的EMR主要呈现板状结构，由浸出残渣、中和沉淀物和硫化沉淀物组成（Du等人，2024）。典型的EMR具有酸性，pH值介于4到6之间。这种酸性来源于硫酸浸出过程，其中碳酸锰矿的酸水解释放出重金属离子。这一特性是EMR被归类为危险固体废物的决定性因素。

EMR还原处理概述

随着中国对锰矿需求激增与高品位资源枯竭之间的矛盾加剧，高效利用低品位矿石变得日益紧迫。鉴于当前以低品位资源为主的现状，创新的选矿和冶炼技术对于解决这一紧迫问题至关重要。在这些技术途径中，还原技术旨在最小化

EMR无害化处理概述

基于前面的讨论，本章系统回顾了EMR的无害化处理技术。这些技术旨在解决阻碍EMR安全储存的关键环境风险因素，即可溶性锰和游离氨氮的耦合迁移。为实现EMR的无害化处理，采用了两种主要方法：一种是分离/提取（S/E），另一种是固化/稳定

EMR资源化利用概述

在无害化处理的基础上，EMR的资源化利用是促进锰产业可持续发展的关键环节。本章将概述EMR的资源化利用方法，主要包括有价值元素的提取、建筑材料的制备及其作为吸附剂和土壤改良剂等功能性材料的应用。

EMR资源利用的技术和经济瓶颈

目前，EMR的资源化利用主要仍处于实验室阶段，综合利用率低于10%，主要是由于技术和经济限制。核心技术瓶颈在于有效去除NH₄⁺和Mn²⁺，因为现有工艺无法满足工业要求。这一技术瓶颈加剧了安全储存风险，并带来了沉重的经济负担。据估计，每生产一吨EMR粉尘，大约

结论

本文系统地研究了EMR管理的现状，围绕包含源头减排、无害化处理和资源化利用的分层框架进行了讨论。除了总结技术进展外，该分析还揭示了塑造该领域的基本科学原理和系统约束。

主要的科学挑战在于锰离子和铵离子的耦合地球化学行为，它们的共迁移决定了

CRediT作者贡献声明

王亚光：撰写——初稿、软件、资源、项目管理、概念化。王浩：撰写——初稿、软件、方法论、调查、数据管理。赵世珍：撰写——初稿、验证、资源、正式分析。陈宇杰：撰写——初稿、软件、资源。刘晓明：撰写——初稿、资源、项目管理、方法论、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢国家自然科学基金（编号：52304420、U23A20557）、河南省科学技术协会青年精英科学家资助计划（2025HYTP052）、河南省高等学校重点科研项目（25A450001）和中国博士后科学基金（2023M741026）的财政支持。