Metāli

Kas ir mangāns? Kā tas tiek izmantots?



Pielāgots no USGS faktu lapas 2014-3087, 2014. gada augusts, autors Viljams F. Kanons.

Mangāns: Mangānam ir atomu skaits 25 un ķīmiskais simbols Mn.

Kas ir mangāns?

Mangāns ir sudraba metālisks elements ar atomu numuru 25 un ķīmisku simbolu Mn. Dabā tas nav atrasts. Tas sastopams daudzos minerālos, piemēram, manganītā, purpurītā, rodonītā, rododezītā un pirolusītā. Tas ir atrodams arī daudzos mineraloīdos, piemēram, psilomelanā un vate.

Tērauda dzirnavās izmanto mangānu: Mangāna svarīgākais pielietojums ir tērauda ražošanā. Mangāns piešķir tēraudam izturību un cietību. Bez mangāna tērauds, ko izmanto bruņu plātņu, drupinātāja spīļu un trieciena instrumentu izgatavošanai, nebūtu tik izturīgs.

No kā izgatavots tērauds?

Daudzi cilvēki pareizi atbildētu, ka tērauds ir izgatavots no dzelzs. Daudz mazāk zina, ka tas ir izgatavots arī no mangāna. Kaut arī mangāna daudzums, ko izmanto tonnas tērauda izgatavošanai, ir mazs, tas ir tikpat būtisks kā dzelzs, lai ražotu šo mūsdienu sabiedrības pamatlicēju.

Vienkāršāk sakot - jūs nevarat izgatavot tēraudu bez mangāna. Mangāna patēriņš vietējā tirgū ir aptuveni 500 000 tonnu gadā, galvenokārt tērauda rūpniecībā. Amerikas Savienotās Valstis ir pilnībā atkarīgas no šī mangāna daudzuma importa.

Mangāns veido aptuveni 0,1 procentus no Zemes garozas, padarot to par 12. visbagātāko elementu. Tā agrīna lietošana galvenokārt bija saistīta ar pigmentiem un oksidētājiem ķīmiskos procesos. Mangāna nozīme cilvēku sabiedrībā eksplodēja līdz ar mūsdienu tērauda ražošanas tehnoloģijas attīstību 1860. gados. Mangāns ir būtisks un neaizvietojams tērauda ražošanā, un tā globālajā ieguves rūpniecībā dominē tikai dažas valstis. Tādēļ to uzskata par vienu no viskritiskākajām minerālu precēm Amerikas Savienotajās Valstīs.

90 procentus no mangāna patēriņa gan Amerikas Savienotajās Valstīs, gan pasaulē veido tērauda rūpniecība. Mangāns noņem skābekli un sēru, kad dzelzsrūda (dzelzs un skābekļa savienojums) tiek pārveidota par dzelzi. Tas ir arī būtisks sakausējums, kas palīdz pārvērst dzelzi tēraudam.

Kā sakausējums tas samazina tērauda trauslumu un piešķir izturību. Mangāna daudzums tonnā tērauda ir diezgan mazs - no 6 līdz 9 kilogramiem. Apmēram 30 procenti no tā tiek izmantoti dzelzsrūdas rafinēšanas laikā, bet atlikušie 70 procenti tiek izmantoti kā sakausējums tērauda galaproduktā.

Mangāna kārbu stikls: Senie ēģiptieši un romieši stikla krāsas kontrolei izmantoja pirolītu, mangāna dioksīda minerālu. Mazie piedevas atkrāso stiklu, noņemot zaļgani dzelteno krāsu, ko izraisa dzelzs piemaisījumi, turpretī lielāki piedevas nokrāso stiklu rozā, purpursarkanā vai melnā krāsā. Mangāna dioksīds mūsdienās joprojām tiek izmantots kā krāsviela. Foto: Džeksons, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģiskais dienests.

Citi mangāna lietojumi

Mangānu izmanto arī kā sakausējumu ar metāliem, piemēram, alumīniju un varu. Svarīgi nemetalurģiski lietojumi ir akumulatoru katodi, mīkstie ferīti, ko izmanto elektronikā, mikroelementi mēslošanas līdzekļos, mikroelementi dzīvnieku barībā, ūdens attīrīšanas ķimikālijas, krāsviela automašīnu virskārtai, ķieģeļi, frīti, stikls, tekstilizstrādājumi un flīzes. Produkts “mangāna violets” tiek izmantots plastmasas, pulvera pārklājumu, mākslinieku glazūru un kosmētikas krāsošanai.

Mangāns dārgakmeņos: Vairāki dārgakmeņi satur ievērojamu daudzumu mangāna un bieži to krāsu iegūst no elementa. Pulksteņa rādītāja virzienā no kreisās puses: rododezīts (mangāna karbonāts), rodonīts (mangāna oksīds), purpurīts (mangāna fosfāts), spessartīns (mangāna alumīnija granāts).

Mangāna pigments: Skats, kas izskatās lejā burkā ar pirolusīta pigmentu. Pirolīta pulveri var sajaukt ar eļļu vai dažādiem citiem transporta līdzekļiem, lai izmantotu kā pastāvīgu melnu pigmentu.

Tuksneša laka: Melnā "tuksneša laka" ir plāns mangāna oksīda pārklājums, kas noklāj dažu iežu atklātās sejas sausās vietās. Tiek uzskatīts, ka mangānu koncentrējošie mikrobi atvieglo tā veidošanos. Iepriekš redzamajā fotoattēlā parādīti petroglifi, kas iegūti, kad indiāņi uzmanīgi skrāpēja tuksneša laku, lai iegūtu savus mākslinieciskos simbolus. Šo atsegumu sauc par "Newspaper Rock" un tas atrodas Newspaper Rock State Park netālu no Monicello, Jūtā.

No kurienes nāk mangāns?

Elementārais mangāns viegli apvienojas ar skābekli, oglekli un silīciju, veidojot garu mangāna minerālu sarakstu. Mangāna rūdas parasti satur no 25 līdz 45 procentiem mangāna, galvenokārt oksīda (vai hidroksīda) un karbonātu minerālos.

Mangāna rūdas ir plaši izplatītas, taču lielāko daļu pasaules krājumu nodrošina neliels skaits mangāna ieguves rajonu. Lielākā daļa mangāna rūdu ir no plašiem mangānam bagātu nogulumiežu slāņiem, kas veidojās senajos okeānos īpašos apstākļos. Tās notika, kad okeāna ūdens oksidācijas stāvokļa izmaiņas vispirms izraisīja lielu izšķīdušā mangāna koncentrāciju un vēlāk izgulsnēja dažādus mangāna minerālus, kas koncentrējās jūras gultnē. Tagad šie slāņi ir sastopami kontinentu pamatiežos.

Mezglains mangāna rūda: Mezglains psilomelāns, kas atrodams atlikušajos mālos, kas veidojas no kaļķakmens un dolomīta izturības Rietumvirdžīnijas dienvidos. Šīs rūdas tika iegūtas Otrā pasaules kara laikā, kad nebija iespējams importēt mangāna rūdas no ārpus ASV.

Mangāna rūdas

Daži mangāna minerāli un mineraloīdi tiek uzskatīti par “primārajiem rūdiem”, jo tie ir pietiekami bagāti ar mangānu, lai tie būtu rūdas šķiras. Citas ir “sekundāras rūdas”. Tās rodas zonās, kur oriģinālo mangāna saturu nogulumos dabiski bagātina jaunāki ģeoloģiskie procesi.

Gandrīz visas mangāna rūdas tiek bagātinātas raktuvju tuvumā, lai pirms turpmākas apstrādes uzlabotu mangāna pakāpi. Lielākā daļa ir arī kausēta, lai veidotu feromomangāna un silomangāna sakausējumus. Tieši šos sakausējumus, nevis pašu mangāna rūdu, izmanto lielākajā daļā metalurģijas.

Mangāna rūda jūras grīdā: Mangāna mezgliņš, kas 1982. gadā savākts no Klusā okeāna. Mangāna mezgliņi bieži ir bagāti ar mangānu, dzelzi, niķeli, varu un kobaltu. Mezgliņš ir apmēram četras collas pāri. Valtera Kölle radošās kopienas attēls.

Mangāna mezgliņi

Papildu potenciālais mangāna avots ir ferromangāna mezgliņi un garozas, kas daudzās pasaules okeānos atrodas uz jūras grīdas. Šie pupiņu līdz kartupeļu lieluma mezgliņi pašlaik ir izpētes un izpētes mērķis, galvenokārt koncentrējoties uz ekvatoriālo Kluso okeānu. Ja šo mezgliņu ražošana izrādīsies tehniski, ekonomiski un juridiski dzīvotspējīga, tie varētu kļūt par galveno mangāna avotu.

Daži pētnieki spriež, ka jūras grīdas gabalus varētu novākt, atstāt papuvē, pēc tam tos novākt gadu desmitiem nākotnē. Dažas pasaules jūras grīdas daļas var radīt ilgtspējīgu feromomangāna rūdas ražu.

Mangāna raktuves: Fotoattēls no Mamatwan mangāna raktuvēm Kalahari apgabalā Dienvidāfrikā. No šīs atklātās šahtas raktuves tiek iegūts biezs mangāna rūdas slānis. Raktuvju soliņi seko rūdas korpusa nogulumiežu slāņošanai. Foto: Viljams Kanons, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģiskais dienests.

Mangāna piedāvājums un pieprasījums

Lielāko daļu pasaules mangāna rūdas ražo dažas valstis, tostarp Dienvidāfrika, Austrālija, Ķīna un Gabona. Deviņdesmit procenti pierādīto mangāna rezervju ir arī šajās četrās valstīs, kā arī Brazīlijā un Ukrainā.

Amerikas Savienotajām Valstīm nav mangāna rezerves, kā tas ir daudzās citās rūpnieciski attīstītajās valstīs, it īpaši Eiropā. Visas Amerikas Savienotajās Valstīs patērētās mangāna rūdas tiek importētas no avotiem, kas ietver Gabonu, Austrāliju, Dienvidāfriku un Brazīliju.

Lai arī Amerikas Savienotajās Valstīs ir mangāna dzelzs sakausējumu un mangāna ķīmisko vielu ražotāji, valsts joprojām importē lielu daudzumu mangāna sakausējumu, ķīmisku vielu un metāla, lai apmierinātu savas patēriņa vajadzības.

Svarīgi feromomangāna importa apjomi ir no Dienvidāfrikas, Ķīnas, Ukrainas un Korejas Republikas. Silikomangāns tiek importēts no Dienvidāfrikas, Gruzijas, Norvēģijas un Austrālijas. Mangāna pieprasījums vēsturiski precīzi seko tērauda ražošanai, un ir paredzams, ka tas notiks arī nākotnē.

Mangāna rūda: Silikāta mangāna rūda, kas veidojas kā breccia St. Clair vainas dēļ Rietumvirdžīnijas dienvidos. Šīs rūdas tika iegūtas Otrā pasaules kara laikā, kad nebija iespējams importēt mangāna rūdas no ārpus ASV. Amerikas Savienotajās Valstīs zināmās mangāna atradnes ir mazas un satur zemas kvalitātes rūdu. Pašreizējās cenās tie nav ekonomiski.

Vietējā mangāna piegādes nodrošināšana

Lai arī pasaules kopējās rezerves ir pietiekamas, lai apmierinātu paredzamo pieprasījumu, Amerikas Savienotajās Valstīs ilgu laiku ir radušās bažas par mangāna rūdas pilnīgas importa atkarību no pastāvīgas mangāna piegādes, ņemot vērā iespējamos politiskos vai militāros ražošanas traucējumus vai piegādes ķēdes.

Lai arī Amerikas Savienotajās Valstīs ir lieli ar mangānu bagātinātu iežu resursi, galvenokārt Menā un Minesotā, to mangāna saturs ir ievērojami zemāks par mangāna rūdām, kuras viegli pieejamas no citām pasaules vietām, tāpēc šobrīd tās ir neekonomiskas raktuvju ziņā.

Visā pasaulē mangāna rūdas netrūkst. Sauszemes mangāna atradnēs dominē lielais Kalahari mangāna rajons Dienvidāfrikā, kas veido aptuveni 70 procentus no zināmajiem mangāna resursiem pasaulē (rezerves kopā ar identificētiem materiāliem, kuriem vēl pilnībā jāpierāda, ka tie ir ekonomiski). Tā rezultātā sagaidāms, ka Dienvidāfrika arī turpmāk ieņems dominējošo lomu globālā mangāna piegādē.

Jūras grīdas mangāna mezgliņi: Dzelzs-mangāna mezgliņu fotogrāfija uz jūras grīdas uz ziemeļiem no Puertoriko tranšejas. Mezgliņu diametrs ir apmēram 2–4 centimetri. Ūdens dziļums ir 5339 metri. Amerikas Savienoto Valstu Ģeoloģijas dienesta attēls.

Mangāna ieguve jūras gultnē

Ja dziļjūras ieguve jūrā kļūst ekonomiska, mangāna rūdas avoti varētu ievērojami pāriet no sauszemes uz okeānu. Paredzamie mangāna mezgliņu resursi samazina sauszemes resursus un varētu ievērojami dažādot mangāna avotus visā pasaulē. Liela daļa resursu atrodas starptautiskajos ūdeņos. Būtiski jūras mangāna resursi ir sastopami arī ASV ekskluzīvajā ekonomiskajā zonā, un tie pilnībā atrodas Amerikas Savienoto Valstu jurisdikcijā.


Skatīties video: Atdzelžošanas filtrs WATEX CMG. Filtra pirmā palaišana (Oktobris 2021).