מתכות

מה זה מנגן? איך משתמשים בזה?



עיבד מגיליון העובדות של USGS 2014-3087, אוגוסט 2014, על ידי ויליאם פ. תותח.

מנגן: למנגן מספר אטומי של 25 וסמל כימי של Mn.

מה זה מנגן?

מנגן הוא יסוד מתכתי כסוף עם מספר אטומי של 25 וסמל כימי של Mn. הוא לא נמצא כאלמנט בטבע. הוא מופיע במינרלים רבים כמו מנגניט, פוריטיט, רודוניט, רודוכרוזיט ופירולוזיט. זה נמצא גם במינרלים רבים כמו פסילומלן ואט.

טחנות פלדה השתמשו במנגן: השימוש החשוב ביותר במנגן הוא בייצור פלדה. המנגן מעניק לפלדה חוזק וקשיחות. ללא מנגן, הפלדה המשמשת לייצור צלחות שריון, לסתות מגרסה וכלי השפעה לא תהיה עמידה כל כך.

ממה עשוי פלדה?

אנשים רבים יגיבו נכון כי הפלדה עשויה מברזל. הרבה פחות יודעים שהוא עשוי גם ממנגן. למרות שכמות המנגן המשמשת לייצור טון פלדה קטנה, זה חיוני לא פחות מברזל לייצור אבן הבניין הבסיסית הזו של חברות מודרניות.

במילים פשוטות ביותר - אי אפשר לייצר פלדה בלי מנגן. הצריכה המקומית של מנגן עומדת על כ -500,000 טון מטרי מדי שנה, בעיקר על ידי תעשיית הפלדה. ארצות הברית סומכת לחלוטין על יבוא לכמות מנגן כזו.

המנגן מהווה בערך 0.1 אחוז מקרום כדור הארץ, מה שהופך אותו ליסוד ה -12 השופע ביותר. השימוש המוקדם שלה היה בעיקר בפיגמנטים וחמצון בתהליכים כימיים. משמעות המנגן לחברות אנושיות התפוצצה עם התפתחותה של טכנולוגית ייצור פלדה מודרנית בשנות ה -60 של המאה ה -19. המנגן הוא חיוני ובלתי ניתן להחלפה בייצור פלדה, ותעשיית הכרייה הגלובלית שלו נשלטת על ידי מעט מדינות. לכן זה נחשב לאחד המצרכים המינרליים הקריטיים ביותר עבור ארצות הברית.

תעשיית הפלדה אחראית עד 90 אחוז מצריכת המנגן, הן בארצות הברית והן בעולם. המנגן מסלק חמצן וגופרית כאשר עפרות ברזל (תרכובת ברזל וחמצן) מומרים לברזל. זהו גם סגסוגת חיונית המסייעת בהמרת ברזל לפלדה.

כסגסוגת, זה מוריד את שבירות הפלדה ומקנה כוח. כמות המנגן המשמשת לטון פלדה קטנה למדי, נע בין 6 ל 9 קילוגרמים. בערך 30 אחוז מזה משמש במהלך עידון עפרות ברזל, ו -70 האחוזים הנותרים משמשים כסגסוגת במוצר הפלדה הסופי.

זכוכית צבעונית מנגנית: מצרים ורומאים קדומים השתמשו בפירולוזיט, מינרל של דו תחמוצת המנגן, כדי לשלוט בצבע הזכוכית. תוספות קטנות של זכוכית צבעו על ידי הסרת הצבע הצהוב הירקרק שנגרם כתוצאה מזיהום ברזל, ואילו תוספות גדולות יותר צבעו את הזכוכית בוורוד, סגול או שחור. דו תחמוצת המנגן משמשת כיום כצבע צבע. צילום סקוט ג'קסון, סקר גיאולוגי של ארצות הברית.

שימושים אחרים של מנגן

המנגן משמש גם כסגסוגת עם מתכות כמו אלומיניום ונחושת. שימושים לא מתכותיים חשובים כוללים קתודות סוללות, ferrites רכים המשמשים באלקטרוניקה, מיקרו-תזונה בחומרים דשנים, מיקרו-תזונה במזון לבעלי חיים, כימיקלים לטיפול במים, צבע לציפוי לתחתית רכב, לבנים, פריטים, זכוכית, טקסטיל ואריחים. המוצר "סגול מנגן" משמש לצביעה של פלסטיקה, ציפוי אבקה, זיגוגי אמן וקוסמטיקה.

מנגן באבני חן: מספר אבני חן מכילות כמויות משמעותיות של מנגן ולעיתים קרובות שואבות את צבען מהיסוד. בכיוון השעון משמאל למעלה: רודוכרוזיט (מנגן קרבונט), רודוניט (תחמוצת מנגן), פורפוריט (פוספט מנגן), ספארטין (גרנט אלומיניום מנגן).

פיגמנט מנגן: מבט מבט אל צנצנת פיגמנט פירולוזיט. ניתן לערבב פירולוזיט אבקה בשמן או במגוון כלי רכב אחרים לשימוש כפיגמנט שחור קבוע.

לכה במדבר: "לכה מדברית" שחורה היא ציפוי דק של תחמוצת מנגן המכסה את פניהם החשופים של כמה סלעים באזורים צחיחים. הוא האמין כי חיידקים ריכוזי מנגן מקלים על היווצרותם. בתמונה למעלה נראה פטרוגליפים שהופקו כאשר ילידים אמריקאים גירקו בזהירות את לכה המדבר כדי לייצר את סמליהם האמנותיים. המתחם הזה נקרא "Rock Rock Newspaper" ונמצא בפארק State Newspaper Rock ליד מונטיסלו, יוטה.

מאיפה המנגן בא?

מנגן אלמנטרי משלב בקלות עם חמצן, פחמן וסיליקון ליצירת רשימה ארוכה של מינרלים במנגן. עפרות מנגן מכילים בדרך כלל 25 עד 45 אחוז מנגן, בעיקר בתחמוצת (או הידרוקסיד) ומינרלים קרבונטיים.

עפרות מנגן נפוצות, אך מרבית ההיצע בעולם הוא ממספר קטן של מחוזות כריית מנגן. עפרות המנגן רובם משכבות נרחבות של סלעי משקע עשירים במנגן, שנוצרו באוקיינוסים קדומים בתנאים מיוחדים. אלה התרחשו כאשר שינויים במצב החמצון של מי האוקיאנוס גרמו תחילה לריכוזים גבוהים של מנגן מומס ובהמשך הפילו מינרלים שונים של מנגן שהתרכזו בקרקעית הים. שכבות אלה נמצאות כעת בסלע היבשות.

עפרה מנגנית צמתית: פסילומלן Nodular שנמצא בחימרים שיוריים שנוצרו בגלל בליה של אבן גיר ודולומיט בדרום מערב וירג'יניה. עפרות אלה כרותו במהלך מלחמת העולם השנייה כאשר יבוא של עפרות מנגן מחוץ לארצות הברית לא היה אפשרי.

עפרות מנגן

יש מינרלים ומינרלים המנגניים הנחשבים ל"עפרות עיקריות ", מכיוון שהם עשירים מספיק במנגן כדי להיות בדרגת עפרות. אחרים הם "עפרות משניות". אלה מתרחשים באזורים שבהם תוכן המנגן המקורי של המשקעים הועשר באופן טבעי על ידי תהליכים גיאולוגיים צעירים יותר.

כמעט כל עפרות המנגן מועילות בסמוך לאתרי המכרות כדי לשפר את דרגת המנגן לפני העיבוד נוסף. רובן גם נמסות ליצירת סגסוגות פרומנגן וסיליקומנגן. סגסוגות אלו, ולא עפרות מנגן עצמו, משמשות ברוב היישומים המתכתיים.

עפרות ים מנגן: נודניק מנגני שנאסף בשנת 1982 מהאוקיאנוס השקט. נודולי מנגן עשירים לרוב במנגן, ברזל, ניקל, נחושת וקובלט. רוחב הגודל של הגודל של הגודל של הגודל. תמונת Creative Commons מאת וולטר קוללה.

צמתים של מנגן

מקור פוטנציאלי נוסף למנגן הוא נודולי הפרומנגן וקרום המתרחשים על קרקעית הים באזורים רבים באוקיינוסים בעולם. נודולים בגודל שעועית עד תפוח אדמה הם כיום יעד לחקר ולמחקר, ומתמקדים בעיקר באוקיאנוס השקט המשווני. אם ייצור של גושים אלה מוכיח טכנית, כלכלית ובת קיימא מבחינה חוקית, הם עלולים להפוך למקור עיקרי למנגן.

יש חוקרים המשערים כי ניתן לקצור חלקות רצפת ים, להשאיר ברכות ואז לקצור שוב עשרות שנים אל העתיד. חלקים מקומת הקרקע העולמית עשויים לייצר תשואה בת-קיימא של עפרות פרומנגניות.

מכרה מנגן: תצלום של מכרה מנגן ממטוואן במחוז קלאהרי בדרום אפריקה. מכרה בור פתוח זה מכורה שכבה עבה של עפרות מנגן. ספסלי המכרה עוקבים אחר שכבות המשקע של גוף העפרות. צילום: ויליאם קנון, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית.

היצע וביקוש של מנגן

מרבית עפרות המנגן בעולם מיוצרות על ידי כמה מדינות הכוללות דרום אפריקה, אוסטרליה, סין וגאבון. תשעים אחוז משמורות המנגן המוכחות נמצאות גם בארבע המדינות הללו, בתוספת ברזיל ואוקראינה.

לארצות הברית אין מאגרי מנגן, כמו שקורה במדינות מתועשות רבות אחרות, במיוחד באירופה. כל עפרות המנגן הנצרכות בארצות הברית מיובאות ממקורות הכוללים את גבון, אוסטרליה, דרום אפריקה וברזיל.

למרות שיש בארצות הברית יצרני כימי סגסוגת של מנגן וחומרים כימיים למנגן, המדינה עדיין מייבאת כמויות גדולות של סגסוגות, כימיקלים ומתכות מנגן כדי לענות על צורכי הצריכה שלה.

כמויות חשובות של יבוא פרומנגני הם מדרום אפריקה, סין, אוקראינה ורפובליקה של קוריאה. סיליקומנגן מיובא מדרום אפריקה, ג'ורג'יה, נורווגיה ואוסטרליה. הביקוש למנגן עוקב באופן היסטורי אחר ייצור הפלדה וצפוי לעשות זאת בעתיד.

עפרה מנגנית: עפרות מנגן סיליקון שנוצרו כברכיה בתוך תקלת סנט קלייר בדרום מערב וירג'יניה. עפרות אלה כרותו במהלך מלחמת העולם השנייה כאשר יבוא של עפרות מנגן מחוץ לארצות הברית לא היה אפשרי. משקעים ידועים של מנגן בארצות הברית הם קטנים ומכילים עפרות באיכות נמוכה. הם אינם כלכליים במחירים שוטפים.

הבטחת אספקת מנגן ביתית

אף כי סך כל עתודות העולם מספקות בכדי לעמוד בביקוש הנראה לעין, קיים מזמן דאגה בארצות הברית, בגלל הסתמכותה הייבוא ​​המוחלט של עפרות מנגן, להמשך אספקת המנגן לנוכח שיבושים פוליטיים או צבאיים אפשריים בייצור או שרשראות אספקה.

למרות שיש בארצות הברית משאבים גדולים של סלע מועשר במנגן, לרוב במיין ובמינסוטה, תוכן המנגן שלהם נמצא באופן משמעותי מתחת לעפרות מנגן הזמינים באזורים אחרים בעולם, ולכן הם כרגע לא כלכליים לשלי.

ברחבי העולם אין מחסור בעפרות מנגן. מרבצי המנגן על בסיס הארץ נשלטים על ידי מחוז המנגן הגדול של קלחרי בדרום אפריקה, המהווה בערך 70 אחוז ממשאבי המנגן הידועים בעולם (עתודות פלוס חומר מזוהה שטרם הוכח כלכלי כליל). כתוצאה מכך צפויה דרום אפריקה להמשיך ולמלא תפקיד דומיננטי באספקת המנגן העולמית גם אל העתיד.

Nodules Seafloor Manganese: תצלום של נודולי ברזל-מנגן על קרקעית הים מצפון לתעלת פוארטו ריקו. הקוטרים של הקוטלים הם 2-4 סנטימטרים. עומק המים 5339 מטר. תמונת הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית.

כריית מנגן קרקעית ים

אם כריית קרקעית עמוקה תהפוך לכלכלית, המקורות של עפרות מנגן עשויים לעבור משמעותית מאדמה לאוקיאנוס. משאב המשאבים של המנגן הנודד מגמד את המשאבים היבשתיים ועלול לגוון מאוד את מקורות המנגן העולמי. חלק גדול מהמשאב נמצא במים בינלאומיים. משאבי מנגן עם קרקעית ים משמעותית מופיעים גם באזור הכלכלי הבלעדי של ארצות הברית ונמצאים כולם תחת תחום השיפוט של ארצות הברית.