Kovy

Čo je to Mangán? Ako sa používa?



Upravené na základe prehľadu USGS 2014-3087, august 2014, William F. Cannon.

mangán: Mangán má atómové číslo 25 a chemický symbol Mn.

Čo je to Mangán?

Mangán je kovový strieborný prvok s atómovým číslom 25 a chemickým symbolom Mn. Nepovažuje sa za prvok v prírode. Vyskytuje sa v mnohých mineráloch, ako sú manganit, purpurit, rodonit, rodochrosite a pyrolusite. Nachádza sa tiež v mnohých mineraloidoch, ako sú psilomelane a chumáčiky.

Ocele používajú mangán: Najdôležitejšie použitie mangánu je pri výrobe ocele. Mangán dáva oceli pevnosť a tvrdosť. Bez mangánu by oceľ použitá na výrobu pancierovej platne, drvičových čeľustí a nárazových nástrojov nebola taká trvanlivá.

Z čoho je oceľ vyrobená?

Mnoho ľudí by správne odpovedalo, že oceľ je vyrobená zo železa. Oveľa menej vie, že je tiež vyrobený z mangánu. Aj keď množstvo mangánu použité na výrobu ocele je malé, je rovnako dôležité ako železo vyrábať tento základný stavebný kameň moderných spoločností.

Zjednodušene povedané - bez mangánu nemôžete vyrobiť oceľ. Domáca spotreba mangánu je okolo 500 000 metrických ton ročne, najmä v oceliarskom priemysle. Spojené štáty sa úplne spoliehajú na dovoz tohto množstva mangánu.

Mangán predstavuje zhruba 0,1 percenta zemskej kôry, čím sa stáva 12. najhojnejším prvkom. Jeho skoré použitie bolo hlavne v pigmentoch a oxidantoch v chemických procesoch. Význam mangánu pre ľudské spoločnosti explodoval s vývojom moderných technológií výroby ocele v 60. rokoch 20. storočia. Mangán je pri výrobe ocele nevyhnutný a nenahraditeľný a jeho globálnemu ťažobnému priemyslu dominuje iba niekoľko krajín. Preto sa považuje za jednu z najdôležitejších minerálnych komodít Spojených štátov.

Až 90 percent spotreby mangánu v Spojených štátoch aj na celom svete predstavuje oceliarsky priemysel. Mangán odstraňuje kyslík a síru, keď sa železná ruda (zlúčenina železa a kyslíka) premieňa na železo. Je to tiež základná zliatina, ktorá pomáha premieňať železo na oceľ.

Ako zliatina znižuje krehkosť ocele a dodáva pevnosť. Množstvo mangánu použité na tonu ocele je pomerne malé a pohybuje sa od 6 do 9 kilogramov. Asi 30 percent z toho sa používa pri zušľachťovaní železnej rudy a zvyšných 70% sa používa ako zliatina vo finálnom oceľovom produkte.

Farebné sklo mangánového plechu: Starí Egypťania a Rimania používali na kontrolu farby skla pyrolusit, minerál oxidu manganičitého. Malé prísady odfarbené sklo odstránením zelenkavo žltého sfarbenia spôsobeného nečistotami zo železa, zatiaľ čo väčšie prísady zafarbili sklo ružové, fialové alebo čierne. Oxid manganičitý sa dodnes používa ako farbivo. Foto: Scott Jackson, Geologický prieskum Spojených štátov.

Iné použitia mangánu

Mangán sa používa tiež ako zliatina s kovmi, ako je hliník a meď. Medzi dôležité nemeturgické použitia patria katódy batérií, mäkké ferity používané v elektronike, mikroživiny v hnojivách, mikroživiny v krmive pre zvieratá, chemikálie na úpravu vody, farbivá pre automobilové spodné vrstvy, tehly, frity, sklo, textil a dlaždice. Produkt „mangánová fialová“ sa používa na farbenie plastov, práškových farieb, umeleckých glazúr a kozmetiky.

Mangán v drahokamoch: Mnoho drahých kameňov obsahuje značné množstvo mangánu a často odvodzuje svoju farbu z prvku. V smere hodinových ručičiek zľava hore: rodochrosite (uhličitan mangánu), rodonit (oxid mangánu), purpurit (fosforečnan mangánu), spessartín (granát hliníka mangánu).

Mangánové pigmenty: Pohľad pozerajúci sa dole do pohára pyrolusitového pigmentu. Práškový pyrolusit sa môže zmiešať s olejom alebo rôznymi inými vehikulami na použitie ako permanentný čierny pigment.

Púštny lak: Čierny „púštny lak“ je tenký povlak z oxidu mangánu, ktorý pokrýva exponované tváre niektorých hornín v suchých oblastiach. Predpokladá sa, že mikroorganizmy koncentrujúce mangán uľahčujú jeho tvorbu. Na fotografii hore sú zobrazené petroglyfy, ktoré vznikli, keď pôvodní Američania opatrne zoškrabali púšťový lak, aby vytvorili svoje umelecké symboly. Tento východiskový bod sa nazýva „Newspaper Rock“ a nachádza sa v štátnom parku Newspaper Rock neďaleko Monticello v Utahu.

Odkiaľ pochádza mangán?

Elementárny mangán sa ľahko kombinuje s kyslíkom, uhlíkom a kremíkom a vytvára dlhý zoznam minerálov mangánu. Mangánové rudy obvykle obsahujú 25 až 45 percent mangánu, väčšinou v oxidových (alebo hydroxidových) a uhličitanových mineráloch.

Mangánové rudy sú rozšírené, ale väčšina svetovej ponuky pochádza z malého počtu ťažobných oblastí mangánu. Väčšina mangánových rúd pochádza z rozsiahlych vrstiev sedimentárnych hornín bohatých na mangán, ktoré sa formovali v antických oceánoch za špecializovaných podmienok. Tieto sa vyskytli, keď zmeny v oxidačnom stave morskej vody najprv spôsobili vysoké koncentrácie rozpusteného mangánu a neskôr vyzrážali rôzne minerály mangánu, ktoré sa sústredili na morské dno. Tieto vrstvy sa teraz nachádzajú v podloží kontinentov.

Nodulárna mangánová ruda: Nodulárny psilomelan nachádzajúci sa v zvyškových íloch vytvorených zvetrávaním vápenca a dolomitu v južnej Západnej Virgínii. Tieto rudy sa ťažili počas druhej svetovej vojny, keď nebol možný dovoz mangánových rúd z krajín mimo USA.

Mangánové rudy

Niektoré minerály mangánu a mineraloidy sa považujú za „primárne rudy“, pretože sú dostatočne bohaté na mangán na to, aby boli rudy. Iné sú „sekundárne rudy“. Vyskytujú sa v zónach, kde pôvodný obsah mangánu v sedimentoch bol prirodzene obohatený mladšími geologickými procesmi.

Takmer všetky rudy mangánu sú obohatené v blízkosti banských lokalít, aby sa zlepšil stupeň mangánu pred ďalším spracovaním. Väčšina z nich sa tiež taví za vzniku zliatin ferromangánu a silikomangánu. Vo väčšine hutníckych aplikácií sa používajú skôr tieto zliatiny ako samotné mangánové rudy.

Mangánová ruda na morskom dne: Mangánová uzlina získaná v roku 1982 z Tichého oceánu. Uzly mangánu sú často bohaté na mangán, železo, nikel, meď a kobalt. Uzol má priemer asi štyri palce. Obrázok Creative Commons od Walter Kölle.

Mangánové uzlíky

Ďalším potenciálnym zdrojom mangánu sú feromangánske uzlíky a kôry, ktoré sa vyskytujú na morskom dne v mnohých častiach svetových oceánov. Tieto uzlíky veľkosti fazule až zemiaku sú v súčasnosti cieľom prieskumu a výskumu, väčšinou zamerané na rovníkový Tichý oceán. Ak bude výroba týchto uzlov technicky, ekonomicky a právne životaschopná, mohli by sa stať hlavným zdrojom mangánu.

Niektorí vedci špekulujú o tom, že plochy morského dna by sa mohli zozbierať, nechať ležať ladom, a potom znova zbierať desaťročia do budúcnosti. Časti svetového morského dna môžu produkovať udržateľný výnos feromangánskej rudy.

Mangánová baňa: Fotografie bane mangánu Mamatwan v okrese Kalahari v Južnej Afrike. Z tejto otvorenej bani sa ťaží hrubá vrstva mangánovej rudy. Bane na lanách nasledujú po sedimentárnom vrstvení rudného telesa. Foto: William Cannon, Geologický prieskum Spojených štátov.

Ponuka a dopyt mangánu

Väčšina svetovej mangánovej rudy produkuje niekoľko krajín, medzi ktoré patrí Južná Afrika, Austrália, Čína a Gabon. Deväťdesiat percent preukázaných rezerv mangánu sa nachádza aj v týchto štyroch krajinách plus Brazília a Ukrajina.

Spojené štáty nemajú žiadne zásoby mangánu, ako je to v prípade mnohých ďalších industrializovaných krajín, najmä v Európe. Všetka mangánová ruda spotrebovaná v Spojených štátoch sa dováža zo zdrojov, ktoré zahŕňajú Gabon, Austráliu, Južnú Afriku a Brazíliu.

Aj keď v Spojených štátoch existujú výrobcovia ferozliatiny mangánu a chemikálií mangánu, krajina stále dováža veľké množstvá zliatin mangánu, chemikálií a kovu, aby uspokojila svoje potreby spotreby.

Dôležité množstvá dovozu ferromangánu pochádzajú z Južnej Afriky, Číny, Ukrajiny a Kórejskej republiky. Kremík je dovážaný z Južnej Afriky, Gruzínska, Nórska a Austrálie. Dopyt po mangane historicky úzko súvisí s výrobou ocele a očakáva sa, že tak urobí v budúcnosti.

Mangánová ruda: Kremičitá mangánová ruda sa formovala ako brekcia v rámci poruchy sv. Tieto rudy sa ťažili počas druhej svetovej vojny, keď nebol možný dovoz mangánových rúd z krajín mimo USA. Známe ložiská mangánu v Spojených štátoch sú malé a obsahujú nízku kvalitu rudy. V súčasných cenách nie sú ekonomické.

Zabezpečenie domácej dodávky mangánu

Aj keď celkové zásoby sveta sú primerané na uspokojenie predvídateľného dopytu, v Spojených štátoch amerických už dlho pretrváva obava z dôvodu jeho úplnej závislosti na dovoze mangánovej rudy z dôvodu pokračujúcej ponuky mangánu vzhľadom na možné politické alebo vojenské prerušenie výroby. alebo dodávateľských reťazcov.

Aj keď v Spojených štátoch, najmä v Maine a Minnesote, existujú veľké zdroje horniny obohatenej o mangán, ich obsah mangánu je výrazne pod úrovňou mangánových rúd, ktoré sú bežne dostupné z iných častí sveta, takže v súčasnosti sú pre baňu neekonomické.

Globálne nie je nedostatok mangánovej rudy. Na ložiskách mangánu na pevnine dominuje veľká oblasť mangánu Kalahari v Južnej Afrike, ktorá predstavuje zhruba 70 percent známych svetových zdrojov mangánu (rezervy a identifikovaný materiál, ktorý sa ešte musí v plnej miere preukázať ako ekonomický). V dôsledku toho sa očakáva, že Južná Afrika bude aj naďalej zohrávať dominantnú úlohu v celosvetovom zásobovaní mangánom.

Uzly z mangánu na morskom dne: Fotografia železo-mangánových uzlov na morskom dne severne od priekopy Portoriko. Uzly majú priemer asi 2 až 4 centimetre. Hĺbka vody je 5339 metrov. Obrázok geologického prieskumu Spojených štátov.

Ťažba mangánu na morskom dne

Ak by sa ťažba morského dna stala ekonomickou, zdroje mangánovej rudy by sa mohli výrazne presunúť z pevniny na oceán. Odhadovaný zdroj uzlín mangánu trpaslí po pozemných zdrojoch a mohol by značne diverzifikovať svetové zdroje mangánu. Väčšina zdrojov sa nachádza v medzinárodných vodách. Významné zdroje mangánu z morského dna sa vyskytujú aj v rámci výhradnej hospodárskej zóny USA a sú úplne pod jurisdikciou Spojených štátov.