Метали

Що таке марганець? Як він використовується?

Що таке марганець? Як він використовується?



Адаптовано з USGS Fact Sheet 2014-3087, серпень 2014 року, Вільям Ф. Кеннон.

Марганець: Марганець має атомне число 25 і хімічний символ Mn.

Що таке марганець?

Марганець - сріблястий металевий елемент з атомним числом 25 і хімічним символом Mn. Він не зустрічається як елемент у природі. Він зустрічається у багатьох мінералах, таких як манганіт, пурпурит, родоніт, родохрозит та піролузит. Він також міститься у багатьох мінералоїдів, таких як псиломелан і ват.

Металеві млини використовують марганець: Найважливіше використання марганцю у виробництві сталі. Марганець надає сталі міцність і твердість. Без марганцю сталь, яка використовується для виготовлення броньових плит, дробарок та щелепних інструментів, не була б такою міцною.

З чого виготовлена ​​сталь?

Багато людей правильно відповіли б, що сталь виготовлена ​​із заліза. Набагато менше людей знають, що він також виготовлений з марганцю. Хоча кількість марганцю, яке використовується для виготовлення тонни сталі, є невеликим, для виготовлення цього фундаментального будівельного блоку сучасних суспільств це так само важливо, як і залізо.

Простіше кажучи - не можна виготовити сталь без марганцю. Внутрішнє споживання марганцю становить близько 500 000 тонн щороку, переважно металургійної промисловості. США повністю покладаються на імпорт цієї кількості марганцю.

Марганець становить приблизно 0,1 відсотка земної кори, що робить його 12-м найпоширенішим елементом. Раннє його використання було в основному в пігментах і окислювачах в хімічних процесах. Значення марганцю для людського суспільства вибухнуло з розвитком сучасної технології виготовлення сталі в 1860-х роках. Марганець є важливим і незамінним у виробництві сталі, а його глобальна гірнича промисловість переважає лише кілька країн. Тому він вважається одним із найважливіших мінеральних товарів для Сполучених Штатів.

На 90 відсотків споживання марганцю, як у США, так і в усьому світі, припадає на металургійну промисловість. Марганець видаляє кисень і сірку, коли залізна руда (сполука заліза і кисню) перетворюється на залізо. Він також є важливим сплавом, який допомагає перетворювати залізо в сталь.

Як сплав, він зменшує крихкість сталі і надає міцність. Кількість марганцю, що використовується на тону сталі, досить невелика, коливається від 6 до 9 кілограмів. Близько 30 відсотків цього використовується під час рафінування залізної руди, а решта 70 відсотків використовується як сплав у кінцевому сталевому продукті.

Кольорове скло марганцю: Стародавні єгиптяни та римляни використовували піролузит, мінерал діоксиду марганцю, для контролю кольору скла. Невеликі доповнення знебарвленого скла, видаляючи зеленувато-жовтий колір, викликаний домішками заліза, тоді як більші доповнення забарвлювали скло рожевим, фіолетовим або чорним. Двоокис марганцю і досі використовується як барвник. Фото Скотта Джексона, Геологічна служба США.

Інші види використання марганцю

Марганець використовується також як сплав з металами, такими як алюміній та мідь. До важливих неметалургійних цілей належать катодні батареї, м'які ферити, які використовуються в електроніці, мікроелементи в добривах, мікроелементи в кормі для тварин, хімікати для очищення води, барвник для автомобільного підшерстя, цегла, фрити, скло, текстиль та плитка. Продукт "фіолетовий марганець" використовується для забарвлення пластмас, порошкових покриттів, художньої глазурі та косметики.

Марганець в дорогоцінних каменях: Ряд коштовних каменів містить значну кількість марганцю і часто виводить їх колір із стихії. За годинниковою стрілкою вгорі зліва: родохрозит (карбонат марганцю), родоніт (оксид марганцю), пурпурит (фосфат марганцю), спессартин (гранат марганцю з алюмінію).

Марганцевий пігмент: Вид, що дивиться в банку з піролузитовим пігментом. Порошкоподібний піролузит можна змішувати з олією або різними іншими носіями для використання в якості постійного чорного пігменту.

Пустельний лак: Чорний «пустельний лак» - це тонке покриття оксиду марганцю, яке покриває оголені обличчя деяких порід у посушливих районах. Вважається, що мікроби, що концентрують марганець, сприяють його утворенню. На фотографії вище показані петрогліфи, вироблені, коли корінні американці обережно вискоблювали лак для пустелі, щоб створити свої художні символи. Цей відплив називається "Газетний рок" і розташований у державному парку "Газета Рок" поблизу міста Монтічелло, штат Юта.

Звідки береться марганець?

Елементарний марганець легко поєднується з киснем, вуглецем і кремнієм, утворюючи довгий список мінералів марганцю. Марганцеві руди, як правило, містять від 25 до 45 відсотків марганцю, переважно в оксидних (або гідроксидних) і карбонатних мінералах.

Марганцеві руди широко поширені, але більша частина світового постачання відбувається з невеликої кількості марганцевих гірничих районів. Більшість марганцевих руд походять із великих прошарків багатих марганцем осадових порід, які утворилися в стародавніх океанах за спеціалізованих умов. Вони відбулися, коли зміни стану окиснення океанічної води спочатку спричинили високі концентрації розчиненого марганцю, а пізніше осадили різні мінерали марганцю, які зосередилися на морському дні. Ці шари зараз знаходяться в грунті материків.

Вузлова марганцева руда: Нодулярний псиломелан знайдений у залишкових глинах, утворених від вивітрювання вапняку та доломіту на півдні Західної Вірджинії. Ці руди видобувалися під час Другої світової війни, коли імпорт марганцевих руд з-за меж США був неможливий.

Марганецькі руди

Деякі марганцеві мінерали і мінералоїди вважаються "первинними рудами", тому що вони достатньо багаті марганцем, щоб мати руду. Інші - «вторинні руди». Вони трапляються в зонах, де вихідний вміст марганцю в опадах природним шляхом збагачувався молодшими геологічними процесами.

Майже всі марганцеві руди беруть корисність біля мінних майданчиків для поліпшення сорту марганцю перед подальшою переробкою. Більшість також виплавляють до утворення сплавів феромарганцю та силікомарганцю. Саме ці сплави, а не сама марганцева руда, використовуються в більшості металургійних виробництв.

Марганцева руда з морського підлоги: Марганецький вузол, зібраний у 1982 році з Тихого океану. Вузли марганцю часто багаті марганцем, залізом, нікелем, міддю та кобальтом. Вузлик розміром близько чотирьох дюймів. Образ Creative Commons Walter Kölle.

Марганецькі вузлики

Додатковим потенційним джерелом марганцю є феромарганцеві вузлики та кірки, які трапляються на морському дні у багатьох частинах світового океану. Ці вузоли розміром з квасолі та картоплі в даний час є об’єктом розвідки та досліджень, здебільшого зосереджені на екваторіальному Тихому океані. Якщо виробництво цих вузликів виявиться технічно, економічно та юридично життєздатним, вони можуть стати головним джерелом марганцю.

Деякі дослідники припускають, що ділянки морського дна можуть бути заготовлені, залишені підлоги, а потім знову заготовлені десятиліттями у майбутнє. Частини світового морського дна можуть забезпечити стабільний вихід феромарганцевої руди.

Марганцева шахта: Фото шахти марганцю Mamatwan в районі Калахарі в Південній Африці. З цієї відкритої шахти видобувається товстий шар марганцевої руди. Шахтні лавки дотримуються осадового шару рудного тіла. Фото Вільяма Кеннона, Геологічна служба США.

Попит та пропозиція марганцю

Більшу частину марганцевої руди у світі виробляють декілька країн, до яких належать Південна Африка, Австралія, Китай та Габон. Дев'яносто відсотків перевірених запасів марганцю також є в цих чотирьох країнах, плюс Бразилія та Україна.

США не мають запасів марганцю, як це стосується багатьох інших індустріальних країн, особливо в Європі. Вся марганцева руда, яка споживається в США, імпортується з джерел, які включають Габон, Австралію, Південну Африку та Бразилію.

Хоча у Сполучених Штатах є виробники марганцевих феросплавів та хімічних речовин марганцю, країна все ще імпортує велику кількість сплавів марганцю, хімікатів та металу для задоволення потреб споживачів.

Важлива кількість імпорту феромарганцю - з Південної Африки, Китаю, України та Республіки Корея. Силікомарганець імпортується з Південної Африки, Грузії, Норвегії та Австралії. Попит на марганець історично ретельно слідкує за виробництвом сталі і, як очікується, це зробиться в майбутньому.

Марганцева руда: Кремнеподібна марганцева руда утворилася як бреккія в межах вини Сент-Клера на півдні Західної Вірджинії. Ці руди видобувалися під час Другої світової війни, коли імпорт марганцевих руд з-за меж США був неможливий. Відомі родовища марганцю в США невеликі і містять неякісну руду. Вони не є економічними за поточними цінами.

Забезпечення внутрішнього постачання марганцем

Незважаючи на те, що загальні запаси світу є достатніми для задоволення передбачуваного попиту, в США тривалий час існує стурбованість через повну залежність від імпорту марганцевої руди, щодо постійного постачання марганцю в світлі можливих політичних чи військових перебоїв у виробництві. або ланцюги живлення

Хоча в США є великі ресурси збагаченої марганцем гірської породи, в основному в штаті Мен та Міннесота, їх вміст марганцю значно нижче марганцевих руд, доступних в інших частинах світу, тому в даний час вони неекономічні для шахт.

У всьому світі нестача марганцевої руди не існує. Наземні родовища марганцю переважають у великому марганцевому районі Калахарі в Південній Африці, на який припадає приблизно 70 відсотків відомих світових ресурсів марганцю (запаси плюс ідентифікований матеріал, який ще не повністю доведений до економічного). Як результат, очікується, що Південна Африка продовжить відігравати домінуючу роль у глобальному постачанні марганцю в майбутньому.

Вузлики з марганцевого покриву: Фотографія залізо-марганцевих вузликів на морському дні північніше Пуерто-Рико. Вузлики мають діаметр приблизно 2-4 сантиметри. Глибина води - 5339 метрів. Зображення Геологічної служби США

Видобуток марганцю на морському дні

Якщо видобуток глибокого морського дна стане економічним, джерела марганцевої руди можуть суттєво переміститися з суходолу в океан. За підрахунками ресурсу вуглецю марганцю карликові наземні ресурси та можуть значно урізноманітнити джерела марганцю у всьому світі. Значна частина ресурсів знаходиться в міжнародних водах. Значні ресурси марганцю на морському дні також є в межах Ексклюзивної економічної зони США і повністю знаходяться під юрисдикцією Сполучених Штатів.