Kovy

Co je to Mangan? Jak se to používá?



Upraveno z informačního listu USGS 2014-3087, srpen 2014, William F. Cannon.

Mangan: Mangan má atomové číslo 25 a chemický symbol Mn.

Co je to Mangan?

Mangan je kovový stříbrný prvek s atomovým číslem 25 a chemickým symbolem Mn. Nenajde se jako prvek v přírodě. Vyskytuje se v mnoha minerálech, jako je manganit, purpurit, rodonit, rodochrosite a pyrolusit. To je také nalezené v mnoha mineraloids takový jako psilomelane a chomáč.

Ocelárny používají mangan: Nejdůležitější použití manganu je ve výrobě oceli. Mangan dává oceli pevnost a tvrdost. Bez manganu by ocel, která se používala na výrobu pancíře, drticích čelistí a nárazových nástrojů, nebyla tak trvanlivá.

Z čeho je ocel vyrobena?

Mnoho lidí by správně odpovědělo, že ocel je vyrobena ze železa. Mnohem méně ví, že je také vyrobeno z manganu. Přestože množství manganu, které se používá k výrobě tuny oceli, je malé, je stejně důležité jako železo pro výrobu tohoto základního stavebního kamene moderních společností.

Zjednodušeně řečeno - bez manganu nemůžete vyrobit ocel. Domácí spotřeba manganu je asi 500 000 metrických tun ročně, převážně ocelářským průmyslem. Spojené státy se zcela spoléhají na dovoz tohoto množství manganu.

Mangan představuje zhruba 0,1 procenta zemské kůry, díky čemuž je 12. nejhojnějším prvkem. Jeho první použití bylo hlavně u pigmentů a oxidantů v chemických procesech. Význam manganu pro lidské společnosti explodoval s vývojem moderní technologie výroby oceli v 60. letech 20. století. Mangan je při výrobě oceli nezbytný a nenahraditelný a jeho globálnímu těžebnímu průmyslu dominuje jen několik národů. Proto se považuje za jednu z nejdůležitějších minerálních komodit pro Spojené státy americké.

Až 90 procent spotřeby manganu, jak ve Spojených státech, tak po celém světě, představuje ocelářský průmysl. Mangan odstraňuje kyslík a síru, když se železná ruda (sloučenina železa a kyslíku) přemění na železo. Je to také základní slitina, která pomáhá přeměňovat železo na ocel.

Jako slitina snižuje křehkost oceli a dodává pevnost. Množství manganu použitého na tunu oceli je poměrně malé a pohybuje se od 6 do 9 kilogramů. Asi 30 procent z toho se používá při rafinaci železné rudy a zbývajících 70 procent se používá jako slitina v konečném ocelovém produktu.

Barevná skla z manganového plechu: Starověcí Egypťané a Římané používali ke kontrole barvy skla pyrolusit, minerál oxidu manganičitého. Malé přísady odbarvené sklo odstraněním nazelenalého žlutého zabarvení způsobeného nečistotami ze železa, zatímco větší přísady zabarvily sklo růžové, fialové nebo černé. Oxid manganičitý se dodnes používá jako barvivo. Foto: Scott Jackson, United States Geological Survey.

Jiná použití manganu

Mangan se používá také jako slitina s kovy, jako je hliník a měď. Důležitá nemetalurgická použití zahrnují katody baterií, měkké ferity používané v elektronice, mikroživiny v hnojivech, mikronutrienty v krmivech pro zvířata, chemikálie pro úpravu vody, barviva pro automobilové spodní nátěry, cihly, frity, sklo, textil a dlaždice. Produkt „manganová fialová“ se používá k barvení plastů, práškových nátěrů, uměleckých glazur a kosmetiky.

Mangan v drahokamech: Řada drahokamů obsahuje značné množství manganu a často odvozuje jejich barvu z prvku. Zleva ve směru hodinových ručiček: rodochrosite (uhličitan manganu), rodonit (oxid manganu), purpurit (fosforečnan manganu), spessartin (granát hliníku z manganu).

Manganový pigment: Pohled dívající se dolů do sklenice pyrolusitového pigmentu. Práškový pyrolusit může být smíchán s olejem nebo různými jinými vehikulami pro použití jako permanentní černý pigment.

Pouštní lak: Černý „pouštní lak“ je tenký povlak z oxidu manganu, který pokrývá exponované tváře některých hornin ve vyprahlých oblastech. Má se za to, že mikroby koncentrující mangan usnadňují jeho tvorbu. Fotografie nahoře ukazuje petroglyfy vytvořené, když domorodí Američané pečlivě poškrábali pouštní lak, aby vytvořili své umělecké symboly. Tento výchoz se nazývá „Newspaper Rock“ a nachází se ve státním parku Newspaper Rock poblíž Monticello v Utahu.

Odkud pochází mangan?

Elementární mangan se snadno kombinuje s kyslíkem, uhlíkem a křemíkem a vytváří dlouhý seznam minerálů manganu. Manganové rudy obvykle obsahují 25 až 45 procent manganu, většinou v oxidových (nebo hydroxidových) a uhličitanových minerálech.

Manganové rudy jsou rozšířené, ale většina světové nabídky pochází z malého počtu těžařských oblastí manganu. Většina manganových rud pochází z rozsáhlých vrstev sedimentárních hornin bohatých na mangan, které se vytvářely ve starých oceánech za specializovaných podmínek. K tomu došlo, když změny v oxidačním stavu mořské vody způsobily nejprve vysoké koncentrace rozpuštěného manganu a později vysrážely různé minerály manganu, které se koncentrovaly na mořském dně. Tyto vrstvy se nyní nacházejí ve skalním podloží kontinentů.

Nodulární manganová ruda: Nodulární psilomelane nalezený ve zbytkových jílech vytvořených z povětrnosti vápence a dolomitu v jižní západní Virginii. Tyto rudy byly těženy během druhé světové války, kdy nebyl možný dovoz manganových rud z území mimo USA.

Manganové rudy

Některé minerály manganu a mineraloidy se považují za „primární rudy“, protože jsou dostatečně bohaté na mangan, aby mohly být rudné. Ostatní jsou „sekundární rudy“. Vyskytují se v zónách, kde byl původní obsah manganu v sedimentech přirozeně obohacen mladšími geologickými procesy.

Téměř všechny rudy manganu jsou obohaceny v blízkosti důlních míst, aby se před dalším zpracováním zlepšil stupeň manganu. Většina z nich je také tavena za vzniku slitin ferromangan a silikomangan. Ve většině metalurgických aplikací se používají spíše tyto slitiny než samotná manganová ruda.

Manganová ruda na mořském dně: Manganový uzlík odebraný v roce 1982 z Tichého oceánu. Manganové uzlíky jsou často bohaté na mangan, železo, nikl, měď a kobalt. Uzel je napříč asi čtyři palce. Obrázek Creative Commons od Waltera Kölleho.

Manganové uzlíky

Dalším možným zdrojem manganu jsou feromanganské uzlíky a krusty, které se vyskytují na mořském dně v mnoha částech světových oceánů. Tyto uzlíky velikosti fazolí až brambor jsou v současné době cílem průzkumu a výzkumu, většinou zaměřeného na rovníkový Tichý oceán. Pokud se výroba těchto uzlů prokáže technicky, ekonomicky a právně životaschopně, mohou se stát hlavním zdrojem manganu.

Někteří vědci spekulují, že spiknutí mořského dna by mohlo být sklizeno, ponecháno ladem a poté sklizeno znovu desetiletí do budoucnosti. Části světového mořského dna by mohly produkovat udržitelný výnos ferromanganské rudy.

Manganový důl: Fotografie dolu mangánu Mamatwan v okrese Kalahari v Jižní Africe. Z této otevřené doly se těží silná vrstva manganové rudy. Důlní lavice následují sedimentární vrstvení těla rudy. Foto: William Cannon, Geologický průzkum Spojených států.

Nabídka a poptávka manganu

Většina světové manganové rudy je produkována několika zeměmi, mezi něž patří Jižní Afrika, Austrálie, Čína a Gabon. Devadesát procent prokázaných zásob manganu je také v těchto čtyřech zemích plus Brazílie a Ukrajina.

Spojené státy nemají žádné rezervy manganu, jako je tomu v mnoha jiných průmyslových zemích, zejména v Evropě. Veškerá manganová ruda spotřebovaná ve Spojených státech se dováží ze zdrojů, které zahrnují Gabon, Austrálii, Jižní Afriku a Brazílii.

Přestože ve Spojených státech existují výrobci feroslitin manganu a chemických látek manganu, země stále dováží velká množství slitin manganu, chemických látek a kovů, aby uspokojila své potřeby spotřeby.

Významná množství dovozů ferromanganu pocházejí z Jižní Afriky, Číny, Ukrajiny a Korejské republiky. Silicomanganese se dováží z Jižní Afriky, Gruzie, Norska a Austrálie. Poptávka po manganu historicky úzce sleduje výrobu oceli a očekává se, že tak učiní v budoucnosti.

Manganová ruda: Křemičitá manganová ruda se formovala jako brekcie v rámci poruchy St. Clair na jihu Západní Virginie. Tyto rudy byly těženy během druhé světové války, kdy nebyl možný dovoz manganových rud z území mimo USA. Známá ložiska manganu ve Spojených státech jsou malá a obsahují nízkou kvalitu rudy. Nejsou ekonomické v běžných cenách.

Zajištění domácí dodávky manganu

Ačkoli celkové zásoby světa jsou dostatečné k uspokojení předvídatelné poptávky, ve Spojených státech již dlouho panuje obava z důvodu jeho úplné závislosti na dovozu manganové rudy z pokračujícího přísunu manganu s ohledem na možné politické nebo vojenské narušení produkce. nebo dodavatelských řetězců.

Ačkoli ve Spojených státech, zejména v Maine a Minnesotě, existují velké zdroje manganem obohacené horniny, jejich obsah manganu je podstatně pod manganovými rudami, které jsou snadno dostupné z jiných částí světa, takže v současnosti jsou pro důl neekonomické.

Globálně neexistuje manganová ruda. Na pozemních ložiscích manganu dominuje velká manganská oblast Kalahari v Jižní Africe, která představuje zhruba 70 procent známých zdrojů manganu na světě (rezervy a identifikovaný materiál, který musí být ještě plně prokázán jako ekonomický). V důsledku toho se očekává, že Jižní Afrika bude i nadále hrát dominantní roli v celosvětovém zásobování manganem.

Manganové uzlíky na mořském dně: Fotografie železo-manganových uzlů na mořském dně severně od příkopu Portoriko. Uzly mají průměr asi 2 až 4 centimetry. Hloubka vody je 5339 metrů. Obrázek geologického průzkumu Spojených států.

Mořská těžba manganu

Pokud by se těžba hlubinného mořského dna stala ekonomickou, zdroje manganové rudy by se mohly významně přesunout z pevniny na oceán. Odhadovaný zdroj uzlů manganu zakrývá pozemní zdroje a mohl by značně diverzifikovat celosvětové zdroje manganu. Většina zdrojů je v mezinárodních vodách. Významné zdroje manganu z mořského dna se vyskytují také v exkluzivní ekonomické zóně USA a jsou zcela pod jurisdikcí Spojených států.