توليد فولاد و آلياژ:

مهمترين كاربرد منگنز در صنعت، تهيه آلياژهاي آهن و به عنوان ماده اساسي براي توليد چدن و فولاد مي باشد.منگنز بيشترين كاربرد را در توليد فولاد(فولادهاي كربن دار،مقاوم كم آلياژ HSLA،ضدزنگ ابزارآلات)،آلياژهاي غيرفولادي( آلياژهاي غيرآهني،فروآلياژهاوچدن)دارد. فولا بخصوص فولادهاي كربن دار بخش اصلي بازار منگنز را به خود را اختصاص مي‌دهد.

ميزان مصرف جهاني منگنز موجود در فرو آلياژها و به عنوان فلز در سال 1998 برابر 5 تن ميليون بوده است. تقاضا براي منگنز در توليد آهن و فولاد در حدود 88 درصد كل تقاضا را تشكيل مي‌دهد كه برابر 4/4 ميليون تن در سال است.

فولاد خام، محصول پايه اي است كه انواع فولادهاي كربن دار، ضد زنگ و مقاوم كم آلياژ (HLSA) از آن توليد مي‌شود. منگنز در اكثر فولادها حضور دارد. و مقدار آن معمولا در حدود 1% وزني است. در فولادهاي ضد زنگ درصد منگنز تا 2 درصد است،‌با اين وجود در بعضي از انواع خاص فولادها ممكن است تا 19 درصد افزايش يابد. برآورد ميزان واقعي منگنز مورد نياز در صنعت فولاد به دليل گستردگي انواع و متغير بودن ميزان منگنز مصرفي در هر نوع خاص فولاد مشكل است. با اين وجود فولادهاي كربن دار با در حدود 6/1 درصد منگنز در تركيب خود،اصلي ترين نوع فولاد و بزرگترين بازار منگنز هستند.

در حدود 95 – 90% از توليد جهاني ماده معدني منگنز در صنايع متالوژيكي توليد فولادي معمولي، ريخته گري ها و ساخت فرو آلياژهاي مختلف به كار مي رود و عرضه و تقاضاي اين فلز نيز به عرضه و تقاضاي فولاد و فروآلياژ بستگي زيادي دارد.

اگر چه منگنز ارزان ترين فلز مورد استفاده در ساخت فروآلياژها ماسيوسولفيد مي باشد، دلايل مهمتري نيز در كاربردهاي وسيع آن در صنايع وابسته به آهن و فولاد وجود دارد. در سال 1856 ميلادي توسعه فرآيند فولاد سازي بسمر سبب رونق اقتصادي منگنز گرديد، بعدها رابرت هادفيلد موفق به كشف مزاياي فولادهاي با محتواي منگنزي بالا شد و امروزه نوعي فولاد با محتواي منگنز بالا فولاد هادفيلد شهرت دارد.

مقدار منگنز در فولاد به طور ميانگين 7/0 % ( و در بسياري از انواع فولادها 5%) مي باشد وليكن انواع فولاد منگنزي كه در حدود 14 – 10% منگنز دارند، به فولادهاي هادفيلد Hadfield steels معروفند. اين گونه فولاد ها به مقدار ناچيزي توليد مي شوند.

امروزه منگنز به صورت كانسنگ و يا به صورت فروآلياژهاي مختلف در فولاد سازي به كار مي رود كه در اين زمينه نقش هاي عمده منگنز عبارت خواهد بود از:

1-احيا كننده و تميز كننده در فولاد مذاب

1.به منظور حذف گوگرد كه با تركيب شدن با گوگرد و بهبود خواص فولاد مورد نظرو كنترل ساختار سولفيدهاي موجود در فولاد (گوگرد زدايي)همراه است . در واقع گوگرد و عناصر مزاحم را به خود جذب نموده و آنها را وارد سرباره مي كند .

ايفاي نقش به عنوان يكي از اجزاي آلياژي براي افزايش مقاومت، افزايش سختي و كاهش شكنندگي ورفتار حرارتي فولادها.

فروآلياژهاي منگنز براي جدا كردن گوگرد و اكسيژن زائد در كوره فولاد سازي به كار مي روند زيرا غلظت زياد گوگرد در فولاد، همگني آن را كاهش داده، باعث سهولت شكست آن مي گردد. لذا منگنز با گوگرد تركيب مي شود تا سولفيد منگنز موجود در سرباره را تشكيل دهد.

در صنعت فولاد، منگنز در اشكال مختلف كانسنگ و فروآلياژهاي فرو منگنز، اسپيگل ايزن-سيليكو منگنز و سيليكو اسپيگل- ايزن استفاده مي شود.

كانسنگ هاي منگنز مورد استفاده داراي عيار منگنز 55-38% مي باشند، گرچه در مواردي سنگ هاي با عيار 30% نيز به كار مي روند. از آنجا كه عيار منگنز 48% براي توليد فرومنگنز مورد نياز مي باشند. اين عيار به عنوان مبناي قيمت گذاري كانسنگ هاي منگنز فرض شده است.

اين كانسنگ داراي تركيب شيميايي زير مي باشد و به كانسنگ متالوژيكي منگنز معروفند.

Cu+pb+2n<0/3% ، p<0/19% ، As<0/18% ، Al2 O3 + Sio2 <11% ،

Al2o3 <7% , Fe<4%

منگنزاساساً براي كنترل ناخالصي هاي اكسيژن و سولفور در توليد فولاد به كار مي رود و باعث افزايش پايداري، سختي و استحكام فولاد مي شود.

منگنز در پوشش هاي مقاوم مانند ريل هاي راه آهن و تجهيزات معدني استفاده مي شود. اين فلز يك سازنده مهم در تركيب آلياژهاي غير آهني به ويژه آلياژ آلومينيوم مي باشد.

آلياژهاي مسي با افزوده شدن مقدار ناچيزي Mn پايدارتر مي شوند كه در اين صورت برنزهاي منگنز نام دارند و همچنين در آلياژهاي مس براي اكسيدزايي نيز از منگنز استفاده مي شود.

آلياژهاي مس، منگنز و نيكل به عنوان آلياژهاي مقاوم الكتريكي به كار مي روند و 10 % منگنز دارند و برخي آلياژها با منگنز بيشتر، داراي ضريب انبساط گرمايي بالايي هستند كه در ساختمان ترموستات به كار مي روند. انواع مختلف منگنز براي ساخت پوشش هاي ميله جوشكاري مصرف مي شوند.

در توليد آهن خام، منگنز به شكل سنگ خام و يا كلوخه ( سينترشده ) به كوره وارد مي‌شود. در توليد فولاد، منگنز به شكل كانسنگ، كنسانتره، فرو آلياژ و يا فلز خالص در خلال و يا در مرحله نهايي فرايند توليد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

افزودن منگنز در فرايند توليد آهن خام تا حد يك درصد، علاوه بر بهبود خواص فيزيكي آهن خام به دليل حذف گوگرد، باعث افزايش راندمان در مرحله بعدي توليد فولاد، كاهش مصرف كمك ذوب‌ها و افزايش عمر مصالح نسوز كوره مي‌شود. نقش منگنز در زودودن گوگرد به اين صورت است كه تركيب منگنز و گوگرد موجود در سنگ آهن توليد سولفيد منگنز مي‌كند كه به راحتي توسط سرباره از كوره خارج شود. بعلاوه سولفيد منگنز ـ آهن كه در تركيب آهن باقي مي‌ماند به مراتب اثرات مضر كمتري از سولفيد آهن دارد. نحوه و تا حدودي ميزان افزودن منگنز بستگي به فناوري استفاده شده در توليد آهن و فولاد دارد. يكي از روشهاي معمول افزودن مستقيم سنگ آهن منگنزدار، سنگ منگنز كم عيار آهن دار و يا سرباره‌هاي منگنزدار برگشتي به كوره بلند است.

ميزان مصرف منگنز در فرايند فولاد توليد آهن خام وفولاد، بستگي به موارد زير دارد :

ـ ميزان فسفر موجود در آهن خام

ـ ميزان گوگرد و درصد منگنز موجود در سنگ آهن ?

ـ‌راندمان فرآيند گوگرد زدايي

ـ عيار منگنز در كانسنگ منگنز

ـ مقدار منگنز در سرباره ??

فرو آلياژهاي منگنز

عيار منگنز در سنگ معدن مورد نياز براي توليد فرومنگنز كمتر از عيار مورد نياز در صنايع شيميايي مي باشد.

مشخصات كانسنگ منگنز براي ساخت فرومنگنز

مقادير مس، باريم و سرب در اين كانسنگ پائين باشند. نسبت منگنز به آهن Mn/Fe بين 7-6 باشد. فرومنگنز محصولي است كه در هر دوره كوره قوس الكتريكي و كوره ذوب قابل توليد است و از نظر عيار محتوي منگنز به دو گروه تقسيم مي شوند.

1- نوعي از فرومنگنز با عيار منگنز 95-90% براي مقاصد خاصي بكار مي رود.

2- نوعي ديگر از فرومنگنز با عيار 90-75% مي باشد و كاربردهاي متداولتري دارد. مقدار كربن محتواي منگنز بسته به نياز از 07/0 -7% مي باشد. فرومنگنز معمولاً بهترين محصول براي افزودن منگنز به فولاد دركنورتورهاي اكسيژني و براي توليد فولادهاي با محتواي منگنز بالا مي باشد. هر چه مصرف عمده منگنز در توليد فولادهاي معمولي است، مقاديري نيز در ساخت فولادهاي مخصوص با درصد منگز بالا كه داراي 15-11% منگنزهستند، مصرف مي شود. اين فولادها را فولاد هادفيلد مي نامند كه تا 5/1% كربن داشته و داراي سختي و مقاومت بالايي در برابر سايش و خوردگي هستند. اين فولادها درمواردي كه نياز به مقاومت بالا در مقابل سايش باشند (نظير سنگ شكن ها و خطوط راه آهن) مورد استفاده قرار مي گيرند.

در حدود 83 درصد منگنز در توليد انواع فرو آلياژها مصرف مي‌شود وگرايش به سمت استفاده بيشتر از فرو آلياژهاي منگنز، ( مخصوصا فرو سيليكو منگنز كه ارزانتر است )‌به جاي استفاده مستقيم سنگ معدن و كنسانتره منگنز در توليد فولاد است. مصرف فروسيليكو منگنز بين سالهاي 1990 تا 1998 از 6/16 به 1/23 درصد افزايش يافته است.

نحوه و ميزان مصرف فرومنگنزدرچدن،بيش از98درصد فرومنگنز درتوليدانواع فولادها مصرف شده است ( جدول 18 ).

نحوه و ميزان مصرف فرومنگنز

در حدود 50 درصد منگنز جهان در توليد فرومنگنزها مصرف مي‌شود. تقاضا براي اين شاخه از 3/3 ميليون تن در سال 1993 افزايش يافت و از آن سال تاكنون تقريبا در همين حد باقي مانده است. فرومنگنزها بطور متوسط داراي 80 درصد منگنز هستند. جدول 19 ميزان مصرف فرومنگنز براي سالهاي 1993 تا 1998 توسط كشورهاي عمده مصرف كننده را نشان مي‌دهد. كشور چين در حدود يك چهارم فرومنگنز جهان را مصرف ميكند. ژاپن 15 درصد، آمريكا 12 درصد و فرانسه با 11 درصد در رديفهاي بعدي از نظر ميزان مصرف فرومنگنز قرار دارند.

مصرف فرومنگنز براي سالهاي 1993 تا 1998

مصرف ظاهري فروسيليكو منگنز در جهان

•اسپيكل-ايزن:

فروآلياژي به عنوان اكسيد كننده و تميز كننده در حين مرحله پالايش فولاد سازي به كار مي رود و عيارهاي مختلف معرفي شده براي اين محصول از سوي A.S.T.M به ترتيب 19-16%، 21-19%، 28- 25% منگنز مي باشد و در همه موارد مذكور حداكثر مقادير كربن 5/6 %، فسفر 25/0% و گوگرد 05/0% و مقدار سيليس %1<، 2-1% و يا 4-5/3 % مي باشد.

•سيليكو منگنز و سيليكو اسپيگل- ايزن:

اين مواد در مقايسه با فرومنگنز اسپيگل اهميت كمتري دارند و براي وارد كردن منگنز به فولاد به كار مي روند و همچنين از خاصيت تميز كنندگي آنان استفاده مي شود.

عيارهاي رايج سيليكو منگنز عبارتند از : 75-50% منگنز، 25-14% سيليس، 5/0-3/0% كربن و سيليكو-اسپيگل- ايزن مصرفي نيز عمدتاً 30-25% منگنز و 10-7% سيليس مي باشد.

منگنز در توليد آلياژهاي غيرآهني به ويژه آلياژهاي آلومينيوم نيز كاربرد دارد و باعث افزايش مقاومت آلومينيوم در برابر خوردگي مي شود. امروزه آلياژهاي آلومينيوم با بيش از يك درصد منگنز به طور وسيعي در ساخت قوطي هاي نوشابه و وسايل و ظروف نگهداري غذا بكار مي روند.

برنزهاي منگنزدار (تركيبات مس) كه حاوي تا 5/4% منگنز هستند نسبت به برنزها مقاومت بيشتري دارند. منگنز در ساخت پروانه زير دريايي و توليد ياتاقان، دنده ها و چرخ دنده هاي وسايل نقليه نيز به كار مي روند.

فلز منگنز :‌

بجز درمورد كشور آمريكا، اطلاعات كمي در مورد ميزان مصرف فاز منگنز در كشورهاي ديگر انتشار يافته است. ميزان مصرف ظاهري فلز منگنز توسط كشورهاي عمده مصرف كننده در جدول21 آمده است. آمريكا و ژاپن در حدود سه چهارم مصرف جهاني منگنز را به خود اختصاص داده اند و كشور آلمان از اين نظر در مقام سوم قراردارد.

كانسنگ هاي منيزيم:

كانسنگ هاي منگنز بسته به ميزان عيار منگنز موجود در آنها به 4 بخش تقسيم مي شوند :

كانسنگ منگنز ( بيش از 35% منگنز )، كانسنگ منگنز آهن دار ( 20- 35% منگنز )، كانسنگ منگنز آهني ( 20- 10% منگنز ) و كانسنگ آهن منگنز دار ( 10- 5% منگنز ).

تقسيم بندي كانسارهاي منگنز (پارك و مك ديارميد 1975):

– كانسارهاي همراه با توف ها و رسوبات آواري مرتبط با مواد آتشفشاني (نوع آتش فشاني – رسوبي):

اين گروه از نظر اقتصادي ارزش بيشتري دارند به عنوان مثال مي توان كانسارهاي پونوپو دركوبا ، دره رودخانه الكي در شيلي و كانسار منگنز ونارچ قم نام برد.

كانسارهاي مستقل از فعاليت هاي آتش فشاني:

مانند كانسار نيكوپول در اكراين.

كانسارهاي همراه با كانسارهاي آهن لايه اي

در ذخاير منگنز، منگنز به دو صورت Mn+4 و Mn2+ واكنش مي دهد.چنانچه منگنزهاي موجود در منطقه هيپوژن اغلب دو ظرفيتي بوده و به صورت انواع كاني هاي كربناته و سيليكاته ظاهر مي شوند.

منگنز دو ظرفيتي نسبتاً محلول و به شدت متحرك است.

در منطقه سوپرژن، منگنزهاي منتقل شده از منطقه هيپوژن به صورت اكسيدهاي چهار ظرفيتي كه در منطقه سوپرژن پايدارترند، رسوب مي كنند .

بيشتر تمركزهاي اوليه منگنز كه تشكيل كانسارهاي مهم و اقتصادي منگنز را مي دهند و يا انواع ديگر كه حاصل فرآيندهاي ثانويه هستند، همگي منشأ رسوبي دارند و در اين ارتباط اكثر طبقه بندي ها مبتني بر شرايط منطقه رسوبگذاري و نحوه تمركز منگنز مي باشد.

رايج ترين طبقه بندي ها كانسارهاي منگنز را به گروه هاي رسوبي، گرمابي، دگرگوني و سوپرژن تقسيم بندي مي كنند:

تقسيم بندي كانسارهاي منگنز ( گيلبرت و پارك 1977 ):

كانسارهاي رسوبي منگنز:

قسمت اعظم منگنز دنيا از كانسارهاي منگنز رسوبي بدست مي آيد. شوروي سابق يكي از اصلي ترين توليد كنندگان منگنز جهان به شمار مي آيد كه با توليد 901 ميليون تن در سال 1989 نزديك به 41% از كل توليد جهان را به خود اختصاص داده است. در حدود 75% از منابع منگنز كشف شده (در خشكي) در شوروي سابق در حوضه نيكوپول Nikopol در اوكراين و مابقي در حوضه هاي چياتورا Chiatura در گرجستان واقع شده است.

كانسارهاي رسوبي براساس منشأ منگنز به 2 زير گروه تقسيم مي شوند:

الف – كانسارهاي رسوبي – آتش فشاني:

در اين نوع كانسارها منشأ منگنز دروني و عمدتاً آتش فشانهاي زير دريايي مي باشند. اين نوع كانسارها در مناطقي به وجود آمده اند كه فعاليت هاي شديد آتشفشاني زيردريايي وجود داشته باشد .

اين كانسارها يا همراه با سنگهاي تراكي ريوليت و يا همراه با گرينستون و مقاديري از سنگ ها و كانه هاي رسوبي باشند. معمولاً كانسارهاي آهن ـ منگنز محدود به كمپلكس هاي دياباز ـ پورفيري يا كوارتز ـ كراتوفيري هستند و در نزديكي مراكز فعاليت آتشفشاني و يا در فاصله اي از آن در بين لايه هايي از مواد آذر آواري قرار دارند. اين كانسارها از تغييرات كانسارهاي رسوبي با منشأ گرمابي در توده هاي نفوذي كم عمق تشكيل شده اند.

كانسارهاي اين گروه به وسيله تركيب براونيت، هوسمانيت و رودوكروسيت از كانه هاي اوليه منگنز و با حضور كاني هاي پسيلوملان ـ ونارديت در پوسته هاي هوازده، قابل تشخيص هستند و شكل كانسار به صورت لايه اي است. اين كانسارها در صورت لايه هايي با ضخامت 10-1 متر و 55 ـ 40% منگنز، كمتر از 10% سيليس و 06/0-03/0 % فسفر تشكيل مي شوند.

اين كانسارها در مناطقي كه فعاليت هاي آتشفشاني شديد است، ذخيره اي نسبتاً كوچك دارند. كانسار قزاقستان روسيه و كوست رينج در آمريكا نمونه اي از اين كانسار است.

ب- كانسارهاي رسوبي – غير آتش فشاني:

در اين كانسارها منشأ منگنز فرآيندهاي بيروني مانند هوازدگي سنگهاي سطحي تأثير دارد.

اين كانسارها مجموعه ذخاير منگنز و ديگر عناصري را كه عمدتاً به وسيله آبهاي سطحي و زير زميني از مناطق هوازده خشكي به حوضه هاي آبي حمل مي شوند را شامل مي شود. اين كانسارها يا همراه با رس و ماسه سنگ گلوكونيتي و يا همراه با كربنات ها مي باشد.

طي فرآيندهاي غني سازي، دو عنصر Fe و Mn در مراحل مختلف مانند جدا شدن از سنگ هاي منبع، حمل و ته نشيني و مراحل دياژنز از يكديگر تفكيك مي شوند و بدين ترتيب منجر به تشكيل ذخايري با نسبت بالاي Fe و Mn مي گردند. با توجه بر اين كه حلاليت Mn در بعضي مقادير PH و Eh اسيدي به طور قابل توجهي از آهن و آلومينيوم بيشتر است، بسته به طبيعت فرآيند هوازدگي، Mn و Fe ممكن است به طور يكسان تا ترجيحاً منگنز، از سنگهاي منبع جدا شده باشند.

هوازدگي پوسته بازالتي اقيانوسي به وسيله آب دريا در درجه حرارت پائين ممكن است منجر به حل شدن و ته نشيني اكسيدهاي منگنز شود. اين كانسارها 75% ذخاير شناخته شده جهان را شامل مي شوند.

شكل كانسار به صورت لايه اي و عدسي مي باشد. و بزرگترين ذخيره منگنز جهان نيكوپول Nikopol در اوكراين را شامل مي شوند.

كانسارهاي مهم منگنز به طور عمده در محدوده زماني اي تشكيل شده اند كه ميزان اكسيژن آزاد كاهش داشته است. كانسارهاي كشف شده اكثراً متعلق به اوايل پالئوزوئيك، ژوراسيك و اواسط كرتاسه هستند. همراه كانسارهاي آهن رسوبي لايه اي، مقداري منگنز نيز يافت مي شود.

كانسار منگنز نيكوپول واقع در شوروي سابق بزرگترين ذخيره منگنز دنيا محسوب مي گردد. اين كانسار در اليگوسن تشكيل گرديده است. اين كانسار كه از نوع كانسارهاي رسوبي منگنز است ، در سنگ ميزبان كربناته قرار دارد.

استراتيگرافي منطقه از پايين به طرف بالا شامل : پي سنگ كريستالين، پي سنگ هوازده، ماسه سنگ و رس، سيلتستون، ماسه سنگ گلاكونيت، لايه منگنز دار، رس هاي سبز تا خاكستري، مارن و آهك است.

مقطعي از كانسارهاي نيكوبول

لايه منگنز شامل سه رخساره اكسيد، مخلوط اكسيد – كربنات و كربنات است، كه كربنات ها در حاشيه حوضه رسوبي تشكيل شده اند.

رنج Mn از ساحل به اعماق عبارتند از:

رخساره كربناته (رودوكروزيت – مانگانو كلسيت) اكسيدي (پيرولوزيت – پسيلوملان )

(محيط حاشيه حوضه رسوبي يا ساحلي) ( محيط عميق)

افق منگنزدار 2 تا 3 متر ضخامت، 25 كيلومتر عرض و 150 كيلومتر طول دارد. رخساره اكسيد حدود 25 درصد ذخيره را تشكيل مي دهد. عيار منگنز 15 تا 25 درصد است. منگنز از سنگهاي مافيكي اسپليتي كريستالين منشأ گرفته است. بافت ذخيره از نوع اُاليتي، پيزوليتي، لاميناسيون و جانشيني صدفها است. كانسارهاي منگنز در كربنات ها در هندوستان، برزيل و مراكش كشف شده است. منشأ منگنز به طور عمده سنگهاي آتشفشاني است. ميزان ذخيره منگنز دنيا در جدول 6 گزارش شده است.

ميزان ذخيره منگنز دنيا

كانسارهاي گرمابي منگنز:

اين كانسارها به صورت رگه اي مي باشد و كاني هاي اقتصادي آن عمدتاً رودوكروسيت و پيرولوسيت مي باشد. چشمه هاي آب گرم در كانسارهاي موجود در قاره ها و پيدايش آنها در مناطق فعال كف درياها مثالهاي جالبي از تشكيل كاني هاي اكسيد منگنز از سيالات هيپوژن هستند.

با مقايسه تركيب كانسارهاي منگنز در چشمه هاي آب گرم امروزي و كاني هاي منگنز رگه اي هيپوژن قديمي تشابه بين آنها به خوبي روشن مي شود.

در ذخاير گرمابي يك نوع پراكندگي ناحيه اي مربوط به كانيهاي منگنز و ساير فلزات مشاهده شده است.

چشمه‌هاي آبگرم در كانسارهاي موجود در خشكي‌ها و پيدايش آنهادر مناطق فعال كف درياها مثالهاي جالبي از تشكيل كانيهاي اكسيد منگنز از سيالات هيپوژن هستند. با مقايسه تركيب كانسارهاي منگنز در چشمه‌هاي آبگرم امروزي و كانيهاي منگنز رگه‌هاي هيپوژن قديمي، تشابه بين آنها بخوبي روشن مي‌شود. در ذخائر گرمايي يك نوع پراكندگي ناحيه اي مربوط به كانيهاي منگنز و ساير فلزات مشاهده شده است.

در عميق ترين بخشها تنها كاني هاي منگنز دو ظرفيتي (رودوكروزيت، رودونيت، تفروئيت و آلابانديت) همراه با سولفورهاي فلزات پايه (Pb, Zn, Cu) و كانسارهاي طلا – نقره تشكيل مي شود. با بالا آمدن محلول هاي هيپوژن به طرف سطح زمين در مناطق فوقاني و امتزاج آن با نزولات اكسيژن دار پائين رو، گيبسيت و براونيت كه اكسيدهاي با ظرفيت كم هستند و كريپتوملان، پسيلوملان، پيرولوزيت و كروناديت كه اكسيدهاي با ظرفيت زياد هستند، به صورت تابعي از ميزان اكسيژن و درجه حرارت تشكيل مي شوند. مانند كانسار منگنز بيوت ( آمريكا) .

كانسارهاي دگرگوني منگنز:

كانسارهاي دگرگوني حاوي كاني هاي فراوان منگنز به تعداد زيادي يافت مي شود اما تنها تعداد كمي از اين كانسارها و عمدتاً آنهايي كه داراي كانيهاي براونيت، هوسمانيت و بيگسبيت هستند، اهميت محلي دارند و نظر كانسار به صورت لايه اي است.

كانسارهاي دگرگوني منگنز در ارتباط با سنگ هاي سيليكاته حاوي منگنز در دوره پروتروزوئيك مانند گانديت ها و كودوريت ها مي باشند.

گانديت ها از كوارتز، اسپسارتين، براونيت، هوسمانيت و رودوكروزيت تشكيل شده اند و كودوريت ها از فلدسپات پتاسيك، اسپسارتين و آپاتيت تشكيل يافته اند.

اينها در بين لايه‌هاي از مرمرها، كوارتزيت‌ها و شيستها قرار دارند. گانديت‌ها و كوردوريت‌ها در مناطق زيادي با صدها كيلومتر مربع مساحت پراكنده هستند. طول ذخاير منگنزدار از 3 تا 8 كيلومتر و ضخامت آنها از 3 تا 60 متر متغيرمي باشد. متوسط ميزان منگنز در آنها 10 تا 20 درصد است. بزرگترين كانسارهاي شناخته شده از اين نوع در هند و برزيل وجود دارند. مانند كانسار منگنز پُست ماسبرگ در افريقاي جنوبي .

براونيت كاني مشخصه كانسارهاي دگرگوني ضعيف است، در دگرگوني شديد كاني بيگسبيت از تحول براونيت و هماتيت تشكيل مي گردد و همراه آن هولانديت، هوسمانيت و ژاكوبسيت نيز ظاهر مي شوند.

هولانديت يك كاني هيپوژن است و از طريق دگرگوني مجاورتي و ناحيه اي تشكيل مي گردد.

بسياري از كانسارهاي رسوبي منگنز، متعاقباً به وسيله دگرگوني حرارتي و مجاورتي با شدت هاي متفاوت تغيير پيدا مي كنند و اين امر باعث تغيير كاني شناسي و بافت كانسارهاي قبلي مي گردد، اما نقشي در تمركز آنها ايفا نمي كند.

در كانسنگهاي اكسيدي دگرگون شده منگنز، براونيت و بيگسبيت بسته به حضور سيليس، آهن و غيره و نيز حرارت و اكسيژن به تنهايي يا با هم تشكيل مي شوند. مطالعات آزمايشگاهي مربوط به حرارت دادن كانيها به تشريح چگونگي تشكيل كانيها در شرايط دگرگوني كمك مي كند.

كانسارهاي منگنز تجزيه اي يا سوپرژن:

فرآيند تشكيل اين كانسارها شامل تجزيه عناصر غير از Mn در سنگ مادر توسط آبهاي سطحي و زيرزميني است. اين فرآيند باعث متمركز شدن مواد باقيمانده و يا تجزيه و ته نشيني مجدد Mn در پوسته هوازده نزديك سطح مي‌گردد. اكسيداسيون سوپرژن برجا و غني سازي سنگهاي منگنز دار، به خصوص در سنگهاي كربناته، يا تحرك مجدد كانسارهاي منگنز قبلي در جريان هوازدگي منجر به تشكيل ذخاير پرعيار و اقتصادي مي‌گردد.

سنگ مادر اين نوع كانسارها بايد داراي درصدكاني منگنز ( 5 تا 10 درصد ) باشد. هوازدگي در مناطق گرمسيري معمولا منجر به افزايش عيار بيش از 5 الي 6 درصد نمي شود. اگراكسيداسون شديد و فراگير باشد، پيرولوزيت و ياكريپتوملان ( بسته به تمركز پتاسيم ) مستقيما از رودو كروزيت يا پيروكروزيت تشكيل مي‌شود. چناچه اكسيداسيون محدود و داراي تغييراتي از بالا به طرف پايين سطح باشد، فازهاي مختلف معرف حالتهاي اكسيداسيون متفاوت تقريبا به صورت زير مي‌باشد.

رودوكروزيت هوسمانيت منگانيت بيرنسيت نسوتيت پيرولوزيت و كريپتوملان

همان طوري كه تحرك Fe و Al به تشكيل لاتريت هاي آهن دار و بوكسيت منجر مي شود، Mn نيز مي تواند در طول هوازدگي شيميايي تشكيل ذخاير بازماندي منگنز با عيار بالا را بدهد.

در مرحله اصلي تبلور ماگما به دليل قرار گرفتن منگنز در كاني هاي آهن و منيزيم دار، هيچ كاني مستقلي از منگنز تشكيل نمي شود و كاني هاي منگنزدار هوا زده شده و باعث تشكيل ذخاير اقتصادي منگنز مي شوند كه به صورت پوشش بر روي سنگ هاي حاوي منگنز وجود دارد. كاني هاي اقتصادي اين نوع شامل پسيلوملان، پيرولوسيت و منگانيت مي باشد.

با توجه به اين كه حلاليت منگنز از آهن بيشتر است ، اين مسئله كه چرا Mn در منطقه هوازدگي باقي مي ماند مطرح مي شود.

احتمالا ًدليل آن اين است كه اكثركانسارهاي برجاي مانده منگنزي، بر روي آهك ها و يا دولوميت هاي حاوي منگنز كه عيارشان نيز پائين است ، حادث مي شوند . اين كربناتها به آساني حل مي شوند و PH بالائي كه احتمالا ً ضمن تشكيل اين كانسارها حكفرماست، باعث غير قابل انتقال شدن منگنز مي شود.

انحلال پذيري Mn نسبت به Fe و Al به ويژه در مناطقي كه فعاليت مواد آلي بالاست، بيشتر است . در نتيجه منگنز به اعماق بيشتري مي رود و در قاعده منطقه هوازده در سنگ هاي بازيك و اولترابازيك كه PH بالاتر دارند ، انباشته مي شود.

PH بالاتر منجر به عدم تحرك Mn مي شود و در سنگ هاي اسيدي كه PH كمتر است، Mn تحرك بيشتري در نيمرخ هوازدگي نشان مي دهد و تمايل به خروج از منطقه هوازده را دارد.

در مورد ذخاير بازماندي منگنز نيز مانند بوكسيت ها، آب و هوا ـ زهكشي ـ ماهيت سنگ مادر از عوامل تعيين كننده تمركز ذخيره مي باشند.

سنگ مادري كه منشأ ذخاير بازماندي هستند بايد به قدر كافي غني از Mn باشند (بعنوان مثال 10% Mn ). اين نوع كانسارهاي منگنز از هوازدگي شيميايي سنگ هاي كربنات منگنزدار و سنگ هاي سيليكات ـ كربنات حاوي منگنز تشكيل مي شوند.

مهمترين ذخاير منگنز بازماندي در غرب افريقا (گابون)، افريقاي جنوبي، برزيل، هند و ونزوئلا و كانادا شناخته شده اند.

گرهكهاي (ندول هاي) منگنز:

بزرگترين منابع منگنز در كف اقيانوسها و درياچه هاي عهد حاضر وجود دارد كه در آن كانسارهاي منگنز و آهن بصورت گرهك و كنكرسيون هاي نامنظم يافت مي شوند (شكل 2- 3 و 4).

اين ندول ها اولين بار 100 سال پيش كشف شد اما اطلاعات واقعي در مورد آنها در نيمه دوم اين قرن و با پيشرفت همزمان عكسبرداري زيردريايي و نمونه گيري از رسوبات آبهاي عميق (Bathymetric ) به دست آمد. قطر گرهكها از 1 ميلي متر تا 25 سانتيمتر متغير است و گاهي به يك متر مي رسد وليكن بيشترين پراكندگي مربوط به قطرهاي 7-3 سانتي متر است.

نودول ها معمولا ًبه شكل كروي، بيضوي، عدسي مانند و صفحه اي است.

گرهك ها حاوي 20 تا 30 درصد اكسيدهاي منگنز و مقداري آهن مي باشند و جمع مقادير كبالت، نيكل و مس در آنها 2 تا 3 درصد مي باشد. گرهكها حاوي مقاديري تيتانيوم، واناديوم و موليبدن نيز مي باشند. ميزان ذخيره گرهك هاي منگنز قابل بازيابي 50 بيليون تا يك تريليون تن تخمين زده شده است.

سرعت رشد گرهكها يك ميليمتر در هر يك ميليون سال است. گرهكهاي منگنز ، پوششي كه ضخامت آن به اندازه ضخامت يك گرهك مي باشد را در كف اقيانوس تشكيل مي دهند. در مورد منشأ گرهك ها نظريه هاي مختلفي وجود دارند.

امروزه در ايالات متحده آمريكا، آلمان و ژاپن كه فاقد ذخاير بزرگ منگنز در خشكي هستند، استخراج نودول هاي منگنز ـ آهن از كف اقيانوسهاي آرام و اطلس در اعماق بيش از 7 كيلومتري را توسط كشتي هاي عظيم اكتشافي كه عمل ليچينگ (هيدرومتالورژي) ، گرم كردن / ذوب (پيرومتالورژي) يا تركيبي از هر دو را انجام مي دهند، آغاز شده است .

نودول هاي استخراجي حاوي 30 – 25% منگنز، 12- 10% آهن، 2-1% نيكل، 5/1- 3/0 % كبالت و 5/1-1 % مس هستند. تمركز اين نودول ها بر حسب توليد در سطح، حدود 20 – 15 كيلوگرم بر متر مربع است.

طرح شماتيك يك گرهك همبرگري شكل

ناحيه بين مناطق شكستگي كلاريون Clarion و كليپرتون Clipperton در شرقي ترين بخش اقيانوس آرام يك جذابيت اقتصادي خاصي را ايجاد كرده است. ميزان ذخيره منگنز بين زون گسله كلاريون و كليپرتون در حدود 106×2 تن با عيار 25% منگنز، 3/1 % نيكل، 1% مس، 22% كبالت و 5% موليبدن تعيين شده است.

ميانگين منگنز در نودول ها 24% است كه در مقايسه با ميانگين منگنز توده هاي معدني كه 55% - 35 است، از نظر اقتصادي به عنوان منبع Mn پيشنهاد نمي شوند اما آنها حاوي 14%= Fe ، 1%= Cu ، 1% = Ni و 25/0%= Co هستند.

منگنز نقطه اي Spotty manganese :

دندريت ها يا شجره هاي پيرولوسيت (MnO2) بر روي سطح شكستگي بسياري از سنگ ها قابل مشاهده مي باشند. ليكن در سنگ هايي كه مقدار مس درصد چند صد PPm است، به جاي تشكيل (دندريت منگنز)، منگنز نقطه اي تشكيل مي شود.

چنانچه سنگ حاوي PPm 500 تا 1000 مس باشد، رنگ سبز مربوط به كاني هاي اكسيدي مس، بر روي سطح سنگ قابل مشاهده است و در صورتي كه اين كاني ها حضور نداشته باشند، منگنز نقطه اي مي تواند نشان گر عياري بين PPm 100 تا 500 مس باشد.

بناتي و نيدو (1956) گرهك ها را از نقطه نظر منشأ به چهار نوع تقسيم نموده اند:

•آنهايي كه از آب دريا ته نشين مي شوند :

طبق جدول 1 آب دريا حاوي مقداري منگنز است كه به صورت Mn+2 در محيط دريايي ( احيا ) با تحرك زياد وجود دارند زماني كه Eh , pH تغيير مي كند و شرايط اكسيدان فراهم مي شود ، منگنز Mn+2 به Mn4+ تبديل مي شود و رسوب مي كند .

•آنهايي كه از محلولهاي گرمابي ته نشين مي شوند :

طبق واكنش 4Fe2++6H2O+O2=4FeO(OH)+8H+ ضمن بالا آمدن سيالات گرمابي، آهن از منگنز جدا مي شود، لذا در نزديكي محل خروج سيالات گرمابي نسبت Fe/Mn بالاتر و با افزايش فاصله كمتر

مي باشد، چنين تغييراتي در رسوبات كف اقيانوس نيز مشاهده شده است ، لذا اين نوع طرز تشكيل امكان پذير است.

•آنهايي كه از دگرساني بازالت هاي كف اقيانوس در حرارت پائين حاصل مي شوند :

نظر به اينكه گرهكهاي منگنز بر روي بازالت هاي غير دگرسان و نيز در جاهائي كه پوسته بازالتي توسط يك لايه رسوبي جدا مي شود نيز يافت مي شوند، در نتيجه اين نوع طرز تشكيل مردود شناخته شده است.

•آنهايي كه از دياژنز رسوبات كف اقيانوس حاصل مي شوند :

تشكيل گرهك هاي منگنز در نتيجه دياژنز بدين نحو است كه با افزايش ضخامت رسوبات، محيط براي لايه هاي پائيني احيائي مي شود و تحت تاثير باكتريهاي بي هوازي از سولفات موجود در محيط ، HS توليد مي شود كه با آهن موجود در محيط تشكيل پيريت را مي دهد و بدين طريق آهن جدا مي شود.

HCO3- + HS + CO2 + H2O ? 2CH2O+SO2-4

نوشته شده توسط سيد علي اشرفي در ساعت | لینک ثابت |