Меню

Какого цвета марганцевая руда



Марганец: свойства, способы добычи и применение

Марганец: свойства, способы добычи и применение

Марганец представляет собой тяжёлый металл серебристо-белого цвета. Превосходящий железо по твёрдости и хрупкости, он состоит в одной с ним группе чёрных металлов, так как находит широкое применение при выплавке чугуна и стали.

  • Удельный вес – 7200 кг/м 3 .
  • Температура плавления составляет 1247 0 C.
  • Температура кипения равняется 2150 0 C.
  • Удельная теплоёмкость – 0,478 кДж.
  • Марганец является проводником электрического тока.
  • Окисляется кислородом воздуха, образуя оксидную плёнку.
  • В водном растворе впитывает водород, не вступая с ним в реакцию.
  • При нагревании горит, соединяясь с кислородом.
  • Вступает в реакции с серой и хлором, а при повышенной температуре и с азотом, бором, кремнием, фосфором.

Происхождение марганцевых руд

К марганцевым рудам относятся залежи полезных ископаемых, имеющих в своём составе от 10 до 70% искомого минерала, что является определяющим фактором экономической целесообразности их использования. Содержание серебристо-белого металла в земной коре не превышает 0,1%, причём сам он в свободном виде не встречается. Присутствует только в составе следующих химических видов руд:

  • Оксидных. Они представлены в природе манганитовыми и псиломелано-пиролюзитовымизалежами неглубокого месторасположения, что и даёт возможность их окисления растворённым в воде кислородом. Содержание марганца в этих рудах 19-36%.
  • Карбонатных.Олигонитовые, родохрозитовые, мангано-кальцитовые руды располагаются на значительных глубинах, где в отсутствие кислорода происходит их брожение и насыщение фосфором. Содержание в них марганца составляет 16-25%.
  • Оксидно-карбонатных, представляющих собой смесь тех и других.

Происхождение или генезис марганцевых руд достаточно разнообразен, как и других полезных ископаемых. Природно-физические процессы привели к возникновению следующих типов марганцевых руд:

  • Вулканогенных залежей, возникших в результате выброса магмы с последующей кристаллизацией.
  • Руд, формирующихся в процессе выветривания, представляющего собой результат воздействия влаги, газов, перепадов температур, а также – биосферы.
  • Метаморфизированных руд, пребывающих в толщах земной коры миллионы лет и при этом повергающихся усиленному давлению при высокой температуре.
  • Осадочных пород. Массы ископаемых, расположенных ближе всего к земной поверхности, постоянно находящихся в процессе термодинамических воздействий.
  • Донных залежей морей и океанов. Они представляют интерес в связи с огромными запасами, среди которых присутствуют марганцевые гидроксиды и целый ряд сопутствующих химических элементов.

Способы добычи

В зависимости от места и глубины расположения рудного тела, осуществляется выбор способа добычи марганцевых руд. Своё влияние оказывает и геология местности, а также экономические факторы.

Карьерный

Наиболее распространённый способ извлечения залеганий, размещающихся вблизи поверхности. Котлованы, подчас достигающие значительных размеров, роются с помощью роторных комплексов, производительность которых достигает 7000 м 3 /час, экскаваторов с ёмкостью захвата порядка 8 м 3 , драглайнов с объёмом ковша в 25 м 3 .

После вскрытия верхнего слоя, производимого экскаваторами с ковшом объёмом порядка 5 м 3 , порода забирается и дробиться. После измельчения, сырьё погружается на самосвалы и доставляется на перерабатывающие комплексы.

Дальнейшая судьба карьера может быть различной:

  • Его продолжают разрабатывать, захватывая новые слои.
  • Осуществляют переход на закрытый метод добычи, если имеются рудные тела более глубокого залегания.
  • Прекращают эксплуатацию, засыпая землей и проводя рекультивацию.

Открытый – карьерный метод достаточно производителен и отличается существенной безопасностью по сравнению с закрытым способом – шахтным.

Шахтный

Однако, иногда приходится извлекать руду на поверхность из глубины земных недр, роя шахты и прокладывая штольни. Способ достаточно затратный и требует наличия специальной техники: комбайнов, щитовых и очистных комплексов, конвейеров; а также значительного штата высококвалифицированных специалистов, постоянно подвергающих свою жизнь опасности вследствие вредных воздействий и возможных аварий и катастроф.

Тем не менее, он обеспечивает промышленность высококачественной рудой, не оказывает существенного влияние на окружающую местность и не зависит от погодных условий.

Методы обогащения

Современные методы обогащения марганцевых руд основаны на разнице плотности, смачиваемости, магнитных характеристик разнообразных химических элементов. Благодаря ей удаётся произвести очистку руды от посторонних примесей.

Гравитационный

Гравитационные методы обогащения занимают ведущее место среди способов повышения концентрации полезного компонента в исходном материале – руде. Суть метода состоит в использовании неодинаковых физических характеристик. В данном случае – скоростей движения минеральных частиц в воздушной (пневматические процессы) или водной (гидравлические процессы) среде под воздействием гравитации или центробежных сил. Существуют специальные аппараты и технологии, позволяющие существенно увеличить содержание марганца в исходном сырье.

Гравитационно-магнитный

Добытая из месторождений руда из-за наличия в ней посторонних веществ непригодна к металлургическому переделу и требует обогащения. После обязательной промывки сырьё подвергается серии воздействий (гравитационных, магнитных, флотационных), последовательность и необходимость которых, определяется его размерами и химическим составом. Магнитная сепарация – это разделение материалов в неоднородном магнитном поле постоянного или переменного характера. Впервые изобретённая в конце XIX-го столетия, она стала основным методом обогащения железных и марганцевых руд. Так как, и те и другие обладают хорошими магнитными свойствами.

Флотация

Происходящий в жидкой среде под воздействием воздуха или с помощью добавления капель масла, процесс основан на смачиваемости жидкостью мелких частиц нужного вещества – марганца, и – несмачиваемости частиц посторонних примесей. На поверхности жидкости плавающая смесь воздуха, масла и минерала собирается, чтобы затем быть очищенной, высушенной и готовой для дальнейшего употребления в качестве концентрата.

Существуют и другие методы обогащения. В частности – рентгенометрическая сепарация. Впрочем, уровень современного состояния экономики позволяет разрабатывать индивидуальные технологии и оборудование, привязанное к конкретным залежам добываемого полезного ископаемого.

Читайте также:  Какие цвета типа лица есть

Хранение и транспортировка

Так как марганцевые руды бывают окисные, окисленные, карбонатные и смешанные, то и хранить их следует отдельно друг от друга на расстоянии не менее 120 м от других пылеобразующих материалов, в случае размещения на открытых площадках. При этом поверхность, на которой они располагаются должна быть асфальтирована или бетонирована.

Перевозка сырья, как правило, осуществляется железнодорожным, иногда – судоходным транспортом. Руду размещают навалом, но с учётом возможного смещения в сторону естественного уклона. Грузовые параметры, на которые следует ориентироваться при транспортировке таковы:

  • Насыпная масса – 2 т/м 3 .
  • Погрузочный объём – 0,5 м 3 т.

Сфера применения

В металлургии

С тех пор, как в 1858 году Дэвид Мюшетт провёл свой удачный опыт легирования стали, марганец стал входить в состав всех видов сталей и чугуна. Ценность этой добавки заключается в связывании серы и удалении избытков кислорода. И не только. Благодаря введению марганца, удалось получить знаменитую сталь Гадфильда, обладающую высокой пластичностью и сопротивлению к износу. Этот металл способствует отбеливанию чугуна, повышает ковкость и свариваемость сталей, благотворно влияя на качество поверхности отливок и снижая риск красноломкости.

Хотя чёрная металлургия и потребляет до 9 кг на тонну выплавленной стали, но это не единственное направление использования столь ценного минерала. Его также применяют и в цветной металлургии при изготовлении бронзы и латуни. Металл значительно повышает прочность и коррозионную стойкость цветного литья.

В промышленности

Понятно, что легированная сталь и чугун находят широкое применение в промышленности. Но, кроме того, существуют и другие направления использования марганца:

  • Производство реостатов на основе сплава марганца, меди и никеля.
  • Изготовление алюминиевых металлических ёмкостей для разлива напитков.
  • Производство труб, содержащих медь в сочетании с марганцем.
  • Выпуск стекла.
  • Изготовление керамики.
  • Технологии отбеливания натуральных материалов.
  • Проведение химических процессов, где металл служит в качестве катализатора.
  • Покрытие металлических поверхностей.
  • Производство минеральных удобрений, где находят применение отходы, содержащие в своём составе марганец.

В медицине

Окислительные свойства марганца широко востребованы в медицине. На его основе созданы антисептики и бактерицидные средства, позволяющие уничтожать инфекции, очищать организм, защищать кожные и слизистые покровы. Сам элемент оказывает влияние на рост человека, участвует в процессах обмена, крови образования и деятельности половых желез.

Месторождения в России и мире

На Государственном балансе Российской Федерации, по состоянию на начало 2017 года, числилось 29 месторождений, содержащих марганцевые руды. Крупнейшими среди них являются:

  • Усинское, Дурновское – Кемеровская область.
  • Порожинское – Красноярский край.
  • Южно-Хинганское – Еврейская АО.
  • Парнокское – республика Коми.
  • Североуральские – на Урале.
  • Новониколаевское в Иркутской области.

Среди иностранных государств значительными залежами марганцевых руд обладают:

  • Украина – Никопольский район.
  • Грузия – Чиатурский район.
  • Южная Африка – район Калахари.
  • Габон – месторождение Моанда.
  • Гана – месторождение Нсута.
  • Мексика – месторождение Моланго.
  • Бразилия – район Амапа, месторождение Серро де Навио.
  • Австралия – месторождение ГрутЭйланд.

Мировые запасы

Сведения о мировых запасах марганцевых руд крайне противоречивы и подчас представляют коммерческую тайну. Так, по данным геологической службы США в 2010 году они составляли 565,5 млн. тонн. По другим источникам мировые ресурсы установленных месторождений в 56 странах мира оцениваются в 21,3 млрд. тонн.

Больше всего запасов руд этого минерала размещается в Африке – 67,4 %. Далее идут:

  • Европа – 16,2 %.
  • Азия – 7,8 %.
  • Америка – 5,6 %.
  • Австралия и Океания – 3%.

Страны, добывающие марганец

В последнее время основными производителями марганца в мире выступают:

  • Китай – 18 млн. тонн/год.
  • ЮАР – 13,7 млн. тонн/год.
  • Австралия – 5,3 млн. тонн/год.
  • Габон – 3,4 млн. тонн.

Также в список стран-производителей входят: Бразилия, Мексика, Гана, Украина, Казахстан, Индия, Малайзия и Мьянма.

Источник

Марганцевая руда. [Все о добыче, переработке, потреблении и мировой торговле марганцевыми рудами до 1930 г.]

Марганцевая руда.

Общие понятия о марганцевой руде.

В чистом виде марганец (Mn) представляет блестящий металл, серо-стального цвета, большой твердости. Он гораздо тверже железа и царапает стекло и закаленную сталь. Удельный вес Mn — 7,4; температура плавления 1.260°С. По своим химическим свойствам марганец сходен с железом, никелем и кобальтом. В самородном виде марганец в природе не встречается. В земную кору марганец входит в виде соединений с кислородом (окислы), с углеродом (карбонаты) и кремнием (силикаты), По степени распространенности марганец занимает значительное место, хотя в земной коре его содержание в 56 раз ниже, чем содержание железа.

Марганец входит в очень многие минеральные виды (свыше 100), на которых в качестве марганцевой руды наибольшее значение имеют пиролюзит, манганит, браунит в псиломелан, принадлежащие к окислам. Из карбонатов имеет значение родохрозит, из силикатов — родонит (орлец). Обычно месторождения марганца образуются из нескольких видов марганцевых руд. Содержание Mn в марганцевых рудах колеблется от 5% до 56%, содержание железа доходит до 40%, кремнезема — до 30%, содержание глинозема — до 10%. Содержание серы незначительно, меньше 0,03%. Фосфор встречается довольно часто; содержание его в рудах колеблется от 0,1 — до 1%. Марганцевые руды обычно содержат много влаги — 10% и более. В отношении физических свойств родонит и псиломелан представляют собой плотные твердые породы; пиролюзит обычно относят к мягким. Общепринятой классификации марганцевых руд нет. В основу классификации кладется содержание Mn и железа, при этом к марганцевым рудам относятся руды с содержанием Mn не менее 35% и с содержанием железа не болев 10%. К железо-марганцевьм рудам относятся руды с содержанием Mn от 10% до 30% и с содержанием железа не более 30%. К марганцево-железным обычно относят руды с содержанием Mn от 5% до 10% и с содержанием железа более 30%. Руды с содержанием железа более 30% и содержащие Mn менее 5% обычно относятся к категории железных руд.

Читайте также:  Как изменить цвет подсветки steelseries

Промышленное значение отдельных типов месторождений различно. Важнейшими являются осадочные месторождения. К ним относятся месторождения; Чиатурское и Никопольское. Из месторождений, образовавшихся путем выветривания, следует назвать месторождения Британской Индии, Бразилии и Западной Африки. К этой же группе относятся карстовые месторождения, часто образующие гнезда неправильных очертаний. Руды этих месторождений чаще всего железо-марганцевые либо марганцево-железные. К этому типу относятся Рейнские месторождения в Германии и некоторые месторождения в САСШ, Из месторождений, образовавшихся путем замещений марганцем других пород, нужно назвать месторождение Гуэльва в Испании и железо-марганцевые месторождения Синайского полуострова. Кроме того нужно отметить в САСШ месторождение цинково-марганцевых руд, которые во время войны получили промышленное значение.

Табл. 1. — Классификация марганцевых руд по странам (по Фермору).

Марганец применяется в металлургии, химической промышленности, стекольной, фарфоровой, красочной, электротехнической, фармацевтической, и наконец в самое последнее время, пока еще в виде опыта, марганец начинают применять в виде удобрения. Из всех вышеперечисленных областей применения марганца важнейшее место занимает черная металлургия: железоделательной и стальной промышленностью поглощается не менее 90% всего добываемого в мире марганца. Марганец применяется во всех стадиях производства железа. Образующаяся в доменном процессе закись марганца легко переходит в шлак, который делается от этого более жидким и легкоплавким. Далее марганец обладает способностью освобождать металл от серы (сульфит марганца), который также легко шлакуется, что происходит по реакции FeS + MnO = FeO + MnS. Этот процесс обычно происходит уже в миксере, где отстаивается чугун и где образующийся сернистый шлак, плавающий на поверхности, легко отделяется от основной массы чугуна. Кроме того присутствие марганца в готовом чугуне, как литейном, так и передельном, считается весьма полезным, в особенности в чугунах, предназначенных для передела основным процессом. Потребляется марганец в доменном процессе в виде руды. Обычно применяются бедные руды — железо-марганцевые или марганцево-железные. В странах, где собственных бедных марганцевых руд нет, в доменную шихту добавляется зачастую высокопроцентная руда (Франция, Бельгия). Однако применение собственно марганцевых руд (с содержанием марганца больше 35%) в доменном процессе вышеуказанным способом играет незначительную роль в мировом потреблении.

В процессе передела чугуна в сталь или железо используется раскислительное свойство марганца. Процесс передела чугуна в сталь сводится к тому, что в течение его чугун, являющийся исходным сырьем, очищается от ряда примесей, являющихся посторонними для готового продукта — стали. Удалению подлежат прежде всего углерод, кремний, сера и фосфор. При этом освобождение от примесей происходит путем окисления их кислородом, который вводится в шихту в виде окалины железной или марганцевой руды (мартен-электрические печи), либо струей воздуха при работе в бессемеровском или томасовском конвертере. Процесс передела — окисление примесей — очень трудно поддается регулированию. Обычно не удается, окислив ненужные примеси, на этом остановиться. Автоматически всегда вводится излишнее количество кислорода; последний, соединяясь с железом, образует закись железа, которая растворяется в ванне. От этой закиси и должен освободить ванну марганец, ибо сталь даже с незначительным содержанием кислорода является красноломкой, т. е. не поддается ковке и даже в холодном состоянии сохраняет ряд пороков. При введении в ванну марганца происходит реакция по формуле FeO + Mn = MnO + Fe, т. е. железо восстанавливается из закиси, а образующаяся окись марганца переходит в шлак. Кроме того присутствие марганца освобождает ванну от серы, оставшейся в результате доменного процесса или внесенной в ванну каменноугольным газом (мартеновский процесс). В процессе передела марганец вводится в ванну не в виде руды, как в доменном процессе, а в виде специальных сплавов с высоким содержанием Mn, из которых главными являются ферро-марганец, шпигель, или зеркальный чугун, силико-марганец и др. Обычный состав этих сплавов приводится в следующей таблице (табл. 2):

Табл. 2. — Химический состав главнейших марганцевых сплавов.

Выбор того или иного сплава определяется целым рядом условий: составом ванны, ходом процесса, а также заданным химическим составом конечного продукта.

Выплавка специальных марганцевых сплавов (чугунов) происходит либо доменным либо электрическим способом. Для выплавки высокомарганцевых чугунов требуется чрезвычайно высокая температура. При такой температуре марганец летуч и в значительной мере испаряется. Поэтому в готовый сплав переходит не более 80%, а чаще и меньше, взятого печью марганца. Условиями, благоприятствующими ходу плавки на высокомарганцевые чугуны, являются: высокий нагрев дутья, основные шлаки, усиленный расход горючего, богатство руды марганцем — не ниже 50%, низкое содержание железа и низкое содержание кремнезема. Кроме того чрезвычайно важно отсутствие в руде фосфора, ибо он во время доменного процесса почти целиком переходит в готовый сплав. Если учесть, что марганцевые сплавы присаживаются в уже очищенную ванну, станет понятым, что фосфор руды таким образом окажется введенным в готовую сталь, чем в значительной степени обессмысливается весь процесс передела, т. к. в готовой стали фосфор является едва ли не вреднейшей примесью.

Читайте также:  Что за код цвета fff

Марганец обладает также свойством придавать стали, при известном его содержании в готовом продукте, значительную твердость, а также вязкость и тягучесть. Сталь, содержащая свыше 2% Mn, слишком хрупка и к употреблению почти непригодна. Однако при дальнейшем увеличении содержания Mn от 7% до 20% (обычно 12‑14%) получается весьма ценный продукт, так называемая сталь Гадфильда. Благодаря большой твердости и вязкости такая сталь применяется для выделки железнодорожных колес, стрелок, дробилок, шариковых мельниц, гусеничных передач, экскаваторных ковшей и т. д. Сталь Гадфильда применяется всюду, где требуется большое сопротивление на изнашивание путем ударов, толчков и т. д. Изделия из такой стали выдерживают в 10 раз больший срок службы, чем изделия из обычной стали. Производство стали Гадфильда происходит обычно либо путем смешивания жидкой стали в ковше с жидким же ферро-марганцем либо ферро-марганец вводится в твердом состоянии непосредственно в печь. Кроме стали Гадфильда марганец в различных количествах входит в большинство специальных стальных составов, в частности в состав военных сортов стали, идущих на изготовление орудийных жерл, кожухов, броневых плит и т. д.

Применение марганцевой руды в цветной металлургии чрезвычайно ограничено. Наибольшее распространение имеет сплав с содержанием 70% меди, 25‑30% марганца и 5,1% железа, так называемый купро-марганец. Кроме того в незначительных количествах марганец входит в ряд специальных медных сплавов (дельта-металл), так как он увеличивает сопротивление меди на разрыв. В частности отметим марганцевистую бронзу, идущую на изготовление пароходных гребных винтов.

В химической промышленности марганцевая руда раньше потреблялась для добывания хлора и кислорода, в настоящее время благодаря открытию других способов (электролиз) применение марганца в этой области потеряло свое значение. В настоящее время в химической промышленности марганец применяется для изготовления марганцево-калиевой соли KMnO₄, являющейся важным средством для дезинфекции. Кроме того большое значение имеет гидрат окиси марганца Mn(OH₂), который применяется в текстильной промышленности в качестве коричневой краски в ситцепечатании. В красочной промышленности марганец применяется как сикатиф в олифах. В фарфоро-фаянсовой промышленности он употребляется для цветной глазури и как коричневая краска при производстве глиняных изделий. В стекольной промышленности он употребляется для обесцвечивания зеленоватого стекла, а также для окрашивания.

Очень важное значение имеет марганец в электротехнической промышленности, где он употребляется для производства сухих батарей. Для этих целей потребляется весьма значительное количество марганца. Так например в одних только Соединенных Штатах было произведено в 1925 500 млн. сухих батарей, а в 1927 было потреблено 77 тысяч тонн химической руды. В батареи обычно идет смесь высокопроцентной руды (пиролюзит — Mn₂O₂) с очищенной окисью марганца (MnO₂).

Наконец должно указать новую область применения марганца как удобрителя, открывающую неограниченные возможности для его применения. Присутствие его очевидно усиливает процессы связывания азота. Опыты подобного рода в довольно широких размерах были произведены во Флориде (САСШ), где дали блестящие результаты. Марганец применялся в виде сульфата марганца как добавок (1‑4% по весу) к сложным азотно-фосфористым удобрениям на сильно известковых почвах.

Марганцевые руды, предназначенные для потребления металлургии, должны прежде всего быть достаточно крупнозернистыми (желательно кусковатыми). Руды, потребляемые в доменном процессе, не должны быть обязательно высокопроцентными. При сделках на железо-марганцевые и марганцево-железные руды обычно оплачивается как содержание Mn, так и содержание железа. Для выплавки специальных ферросплавов, в особенности высокопроцентного ферро-марганца, требуются высокопроцентные руды, которые носят даже специальное название — “ferro-grade” руд. Таковыми обычно считаются руды, содержащие не менее 50% Mn. Кроме того естественно марганцевая руда для металлургии должна быть свободна от всякого рода вредных примесей, в частности — фосфора. Максимально допустимый процент содержания отдельных примесей ориентировочно следующий: кремния не более 8%, железа не больше 5%, фосфора не более 0,2%.

В химической промышленности употребляются руды с особенно высоким содержанием перекиси марганца. Обычно процент содержания перекиси марганца не ниже 78‑80. Обязательно отсутствие закиси железа, глинозема, мышьяка и т. д. Чрезвычайно желательна для химической промышленности пористая руда. Те же качественные требования предъявляет к руде и электротехническая промышленность.

Мировые ресурсы и добыча марганцевых руд.

Залежей марганцевой руды, отвечающих вышеописанным качественным требованиям, сравнительно немного. Особенно редки месторождения “химических” в “металлургических” руд. Главные месторождения последних сосредоточены по существу в четырех странах: в СССР, Британской Индии, Бразилии и Западной Африке на Золотом берегу. Нужно еще отметить месторождения в Египте (Синай), имеющие экспортное значение, хотя качество руд невысокое и их нужно скорее отнести к категории железо-марганцевых, Остальные месторождения, разбросанные в разных странах, имеют либо чисто местное значение, либо вообще не имеют промышленного значения из-за своих качественных недостатков (бедности руд, вредных примесей), либо из-за недостаточной для промышленной разработки мощности залежей. В настоящее время общие запасы марганцевой руды промышленного значения оцениваются в 400 млн. тонн. Из них львиная доля приходится на СССР.

Табл. 3. — Мировые запасы марганцевых руд (вероятные и возможные) (в тыс. т)

Источник