Марганец, универсальный металл, находит применение в различных отраслях, таких как металлургия (Сан и др., 2022), производство аккумуляторов (Сонг и др., 2023) и биомедицинские области (Сисахтнежад и др., 2023). В настоящее время растущий мировой спрос на электромобили стимулирует спрос на силовые батареи, тем самым повышая спрос на металлический марганец (Maisel et al., 2023). Данные о потреблении марганцевой руды в Китае за 2022 год свидетельствуют о заметном увеличении использования марганца в литий-ионных батареях, превысив отметку в 1 % (IMNI, 2023). Китай не только занимает четвертое место в мире-по величине производителя марганцевой руды после Южной Африки, Габона (USGS, 2023) и Австралии, но также занимает первое место в качестве крупнейшего производителя электролитического металлического марганца (ЭММ) (DJ He et al., 2021; Li et al., 2023). Текущая ситуация такова, что крупные-предприятия по производству EMM существуют только в Китае и Южной Африке. С 2008 года Китай стабильно обеспечивает более 98 % мирового производства EMM, зарекомендовав себя как ведущий производитель в мире (Han and Wu, 2019).
Электролизное производство металлического марганца представляет собой перерабатывающую отрасль, характеризующуюся повышенным потреблением ресурсов и энергии, значительным загрязнением окружающей среды, высокими затратами и относительно низкой прибылью (Ning et al., 2010). Большинство предприятий по производству ЭММ в Китае сосредоточено в знаменитом Марганцевом треугольнике, ограниченном Хунань, Гуйчжоу и Чунцином. Однако предприятиям в регионе не хватало экологической осведомленности, что приводило к значительному экологическому ущербу и загрязнению, причиняемому этими предприятиями (SC He et al., 2021). Загрязнения, образующиеся при промышленном производстве ЭММ, в том числе электролитические остатки марганца, выбросы Mn2+и аммиачный азот представляют серьезную угрозу для экосистем и здоровья человека (Chen et al., 2022). Таким образом, необходимо комплексно оценить воздействие производства ЭММ на окружающую среду в регионе Марганцевого треугольника, чтобы дать рекомендации по более чистому производству.
Оценка жизненного цикла (LCA) выступает в качестве мощного инструмента экологического анализа, систематически количественно определяющего воздействие продуктов, процессов или деятельности на окружающую среду (ISO 14040, 2006). LCA, широко применяемый в различных секторах, включая сельское хозяйство (ван дер Верф и др., 2020), строительство (Родригес и др., 2023) и горнодобывающую промышленность (Тао и др., 2022), обеспечивает всестороннее понимание экологических последствий. Что касается металлургической промышленности, Westfall et al. (2016) собрали первичные данные от 16 производителей марганцевых сплавов по всему миру и провели оценку жизненного цикла. Результаты исследования показывают, что общий GWP, AP и POCP для 1 кг среднего марганцевого сплава составил 6 кг CO.2экв, 45 г SO2экв. и 3 г C2H4экв соответственно. Нин и др. (2010) провели комплексный материальный баланс и анализ загрязняющих веществ в отрасли EMM в Китае, выявив источники и пункты назначения основных загрязняющих веществ. Однако их исследование не затронуло аспект изменения климата. Пэн и др. (2011) использовали LCA для сравнения воздействия производства EMM на окружающую среду в Китае и Южной Африке, уделяя особое внимание потенциалу глобального потепления и потенциалу окисления. Давури и др. (2017) провели оценку жизненного цикла для оценки выбросов твердых частиц при производстве марганцевых сплавов. Результаты показали, что 66 % выбросов твердых частиц,-связанных с производством, происходит за пределами предприятий по производству марганца, при этом прямые выбросы или выбросы на-площадке составляют 34 % от общего объема выбросов ТЧ. Однако он изучал только твердые частицы и не исследовал другие загрязнители. Фарджана и др. (2019) провели анализ LCA производства марганцевой руды на основе базы данных Ecoinvent, но не охватил последующую электролизную часть марганцевого концентрата. Чжан и др. (2020) провели подробный анализ LCA производства ЭММ в Китае, но выбранные данные о добыче и электролизе не были получены от одного и того же предприятия, что привело к пространственным расхождениям. Более того, большинство существующих исследований, касающихся ЭММ, преимущественно сосредоточены на анализе его загрязнителей. Например, Чжан и др. (2023) исследовали ситуацию с загрязнением тяжелыми металлами Mn, Zn, Pb и другими в промышленной зоне EMM на севере Китая и окружающей ее среде. Сан и др. (2020) использовали извлечение ресурсов серы в результате обжига остатков электролитического марганца и десульфурации марганцевой руды для чистого производства электролитического марганца. Сюй и др. (2014) предложили метод комплексной очистки сточных вод производства ЭММ путем исследования водного баланса предприятий ЭММ. В заключение отметим, что в Китае в настоящее время отсутствует высококачественное-всестороннее исследование LCA о влиянии производства EMM на окружающую среду. Чтобы решить эту проблему, в рамках данного исследования была выбрана наиболее репрезентативная компания по производству электролитического марганца в Марганцевом треугольнике, регионе с самыми богатыми месторождениями марганца в Китае. Была проведена ОЖЦ электролитического производства марганца от стадии добычи до стадии электролиза.
Целью данного исследования является (1) анализ экологического бремени производства ЭММ в регионе Марганцевого треугольника в Китае с использованием метода LCA; (2) получить количественные результаты оценки воздействия жизненного цикла (ОВЖЦ) вместе с информацией о неопределенности и определить основные категории воздействия на окружающую среду; (3) определить ключевые процессы и вещества, провести анализ чувствительности ключевых процессов и изучить степень изменения результатов LCIA; (4) смоделировать различные энергетические сценарии, сравнить их соответствующее воздействие на окружающую среду и предложить стратегии оптимизации для отрасли электролитического производства металлического марганца в Китае. После проведения количественного LCA проанализируйте с разных точек зрения, включая вклад, неопределенность и чувствительность, чтобы всесторонне оценить текущий статус и воздействие технологии производства EMM на окружающую среду в Китае. Этот анализ направлен на оптимизацию потребления ресурсов и энергии и снижение интенсивности выбросов загрязняющих веществ. Предложить технические меры для достижения чистого и эффективного производства ЭММ и построения зеленой и устойчивой энергетической системы.
