Марганец – химический элемент, металл серебристо-белого цвета 7-й группы периодической системы, атомный номер 25 по таблице Менделеева. Марганец расположен в четвертом периоде между хромом и железом; постоянным спутником последнего он является и в природе. Является только один устойчивый изотоп 55 Mn. Природный марганец в целом состоит из изотопа 55 Mn. Выявлено, что неустойчивые ядра с массовыми числами 51, 52, 54 и 57 получаются при бомбардировке соседних (по периоду) элементов дейтронами, нейтронами, протонами, альфа-частицами или фотонами. Например, радиоактивный изотоп 57 Mn был выделен путем химического разделения из продуктов бомбардировки и его период полураспада составляет 1,7±0,1 мин.
Марганец, в соответствии с номером группы, проявляет высшую степень окисления, равную +7, но может существовать также во всех более низких степенях окисления от 0 до +7. Самым главным из них – 2, 4 и 7.
Марганцевые руды Украины
Украина с сильно развивающийся чёрной металлургией и большой марганцево-рудной базой, является одним из лидеров в мире по добыче и потреблению марганцевой продукции (руда, ферромарганец, силикомарганец, металлический марганец и др.).
По добыче общих запасов марганцевых руд Украина занимает одно из первых мест в мире после ЮАР. Среди стран ближнего зарубежья и СНГ Украина имеет запасов марганцевого сырья более 80%, но они в основном представлены карбонатными рудами, в данный момент ещё не активно используется в промышленности. Запасы же ЮАР, Бразилии и в других стран состоят из более драгоценных руд с высоким содержанием марганца.
Наиболее большие запасы марганцевых руд Украины расположены в крупнейшем в мире Никопольском марганцеворудном бассейне (Днепропетровская, Запорожская и Херсонская области). Таких месторождений как: Марганецкое, Зеленодольское, Орджоникидзевское, Токмакское находятся в осадочных олигоценовых породах, покрывающих Украинский щит. Запасы составляют 2426,1 млн. тонн, при среднем содержании марганца в руде 23,9%.
Марганцевые месторождения Украины разрабатываются с 1883 г. За этот время проработана значительная часть начальных запасов марганцевых руд. За последние 50 лет в Никопольском бассейне было добыто более 500 млн. тонн руды.
Сейчас добыча марганцевых руд происходит в восточной части Никопольского бассейна (Марганецкий) и в западной части бассейна (Орджоникидзевский). Добывают приблизительно около 2 и 7,1 млн. тонн руды в год соответственно. Добыча марганцевых руд ведется на горно-обогатительных комбинатах (ГОК).
В данный момент в работе находятся 7 шахт и 10 карьеров. Руда обогащается на 4 обогатительных комбинатах с получением товарного марганцевого концентрата, который содержит 34% (Марганецкий ГОК) и 37,9% (Орджоникидзевский ГОК) металла. Данную продукцию поставляю на металлургические, ферросплавные и другие предприятия. Остальная часть руды и продукции экспортируются в страны СНГ и Европы.
Никопольский марганцево-рудный бассейн
Никопольский марганцеворудный бассейн протягивется с запада на восток на 250 км (шириной 25–50 км) от реки Ингулец (Днепропетровская область) вдоль северного берега Каховского водохранилища до села Нововасильевки (Запорожская область). Речка Днепр делит бассейн на правобережную и левобережную части. Месторождениям Никопольского бассейна принадлежат 100% всех учтённых в Государственном балансе Украины запасов марганцевых руд, которые составляют 2249,28 млн. тонн.
Марганценосность геологических комплексов этого региона была открыта в прошлом веке в бассейне реки Ингулец и реки Соленая, чуть позже началась разработка месторождений марганца. Сегодня работают Орджоникидзевский и Марганецкий горно-обогатительные комбинаты (ГОКи).
В 1939 г. в районе г. Токмак было выявлено Токмакское месторождение, а уже позже марганец нашли рядом с селами Щербак и Каменское. В результате чего был создан Таврический ГОК.
Бурштынское месторождение
В 1951 году нашли Бурштынское месторождение, расположено на территории Галичского и Рогатинского районов Ивано-Франковской области в бассейнах речек Гнилая Липа и Нараевка. Рудоносными здесь являются песчаные, песчано-известковые и известняковые породы миоценового возраста. Общие запасы металлического марганца Бурштынского месторождения оцениваются примерно в 2 млн. тонн, при среднем его содержании в рудной массе не более 9,5%.Здесь марганец находится глубоко впадинах. Одна из них шириной 3–4 км и длиной 13 км расположена на правом берегу речки Гнилая Липа, а другая шириной 4 км и длиной 8 км – на междуречье Гнилой Липа и Нараевки.
Керченский марганцево-железорудный бассейн
Керченские железные руды известны уже с 1930 года, в них было обнаружено повышенное содержание марганца, ванадия и фосфора. После исследований были найдены Азово-Черноморская марганцево-железорудная провинция.
Наиболее значимые концентрации марганца имеются в плиоценовых (киммерийских) железных рудах месторождений Керченского полуострова (Керченский железорудный бассейн). Они представляют собой бурые железняки, которые из-за относительно повышенного содержания марганца могут использоваться как природно-легированные марганцем железные руды. Для Керченского бассейна характерно увеличение содержания марганца в железных рудах с запада на восток от 2-3% до 22%.
Количество марганца, сосредоточенного в рудах провинции рассчитывается в 60 млн. тонн, большая часть в в Керченском бассейне – 40 млн. тонн. В Государственном балансе запасов Украины находятся 8 еще не разработанных месторождений железных руд Керченского бассейна – Яныш-Такыльское, Эльтиген-Ортельское, Камыш-Бурунское, Катерлезское, Баксинское, Кезенское, Оссовинское и Северное (Чегене-Салынское).
Марганцевые руды на Украинском щите
На кристаллических породах докембрия Украинского щита в мезозое и кайнозое интенсивно развивались коры выветривания. В ряде случаев были созданы марганценосные коры выветривания, которые при соответствующих содержаниях марганца может быть небольшими месторождениями. Наиболее значимым среди них является Хащеватское месторождение марганцевых руд, расположенное в Гайворонском районе Кировоградской области на левом берегу реки Южный Буг. Месторождение протягивается в широтном направлении на 10 км (при ширине около 1 км) и представляет серию (около 15 рудных пластов).
В мире нет недостатка в марганцевой руде: обеспеченность подтвержденными запасами марганцевых руд составляет 130-150 лет. Однако размещение их месторождений отличается крайней неравномерностью. Главными продуцентами товарных марганцевых руд в мире являются лишь семь стран, обладающих наибольшими запасами: КНР, ЮАР, Украина, Бразилия, Габон, Индия, Австралия. Ими было произведено около 89 % всего объема товарных марганцевых руд. Эти же страны, а также страны с развитой экономикой - Япония, Франция, Норвегия и др. - являются ведущими потребителями товарных марганцевых руд.
По разведанным запасам (3133 млн. т) и добыче в конце 80-х - начале 90-х годов Советский Союз занимал первое место в мире. Более 75 % запасов и свыше 86 % добычи было сосредоточено на Украине, соответственно 7 и 11,2 % - в Грузии и 13 и 2,7% - в Казахстане.
Марганцевые руды в России относятся сейчас к группе особо дефицитных видов полезных ископаемых. На территории страны к настоящему времени не выявлено крупных богатых месторождений марганца. Государственным балансом запасов по состоянию па 01.01.2000 г. учитываются 14 небольших и средних по запасам месторождений, расположенных на Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, Республике Коми. Самым крупным из них является Усинское месторождение в Кемеровской области с запасами 98,5 млн. т бедных, труднообогатимых карбонатных руд. Кроме того, в России имеются месторождения марганцевых руд, которые из-за недостаточной их изученности пока не учитываются Государственным балансом. Среди них наибольший интерес представляет Порожинское месторождение в Красноярском крае.
Разведанные запасы марганцевых руд в 1991-1999 гг. оставались практически неизменными, составив на 01.01.2000 г. 148,1 млн. т. Среди них преобладают (около 90 %) труднообогатимые карбонатные руды. Среднее содержание марганца в разведанных запасах России составляет 20 %, тогда как в месторождениях основных зарубежных продуцентов товарных марганцевых руд оно достигает 41-50 %. На начало 2000 г. пролицензировано 15,9 % фонда разведанных запасов марганцевых руд. Добыча марганцевых руд в опытно-производственном режиме периодически проводилась на ряде небольших месторождений с селективной выемкой оксидных руд более высокого качества. Объемы добычи в разные годы варьировали от 186 (1996 г.) до 48 тыс. т (1999 г.). Потребность России в марганцевых рудах (3,8-4,8 млн. т сырой руды в год) по-прежнему удовлетворялась за счет импорта ферромарганца и товарной марганцевой руды в основном из Украины, а также из Казахстана и Грузии.
Наиболее крупное из известных месторождений - Усинское в Кемеровской области - отнесено к группе резервных, остальные месторождения не намечаются к освоению. Преобладающим типом руд является трудно-обогатимый карбонатный, на долю которого приходится около 91 % балансовых запасов, остальная часть - легкообогатимые окисные и окисленные руды.
Вторым наиболее крупным объектом является Порожинское месторождение в Красноярском крае, в пределах которого в 2000 г. была завершена детальная разведка и выполнен подсчет запасов оксидных марганцевых руд по кат. С 1 + С 2 . в сумме 78 млн. т и карбонатных руд - 75 млн. т. В 2001 г. намечается утвердить их в ГКЗ МПР России. Кроме того, на этом месторождении подсчитаны прогнозные ресурсы марганцевых руд по кат. Р 2 - 108,3 млн. т, в том числе оксидных руд - 45,4 млн. т.
В результате геологоразведочных работ, проведенных на этом крупном объекте, прирост запасов марганцевых руд в стране составит в начале XXI в.153 млн. т (100 %), что позволит России подняться с девятого па четвертое место в мире. В то же время доля России в разведанных запасах и потреблении марганцевого сырья среди стран СНГ достигнет соответственно 10 и 22 %, и она сможет занять третье место после Казахстана.
При определении максимальной потребности России в марганцевой руде следует учитывать также то обстоятельство, что потребность черной металлургии и прочих потребителей (машиностроение, химия, электротехника и др.) в марганцевых сплавах удовлетворяется за счет собственного производства менее чем на 30 %. По данным Гипростали, дефицит оценивается в 570 тыс. т в год (в пересчете на 100 % марганца), в том числе 517 тыс. т в марганцевых сплавах, в основном в виде силикомарганца, и 53 тыс. т в форме металлического марганца и среднеуглеродистого ферромарганца.
Проблема разведки и освоения малых месторождений марганца приобретает особо большую значимость для России. В настоящее время МПР России выдано более 20 лицензий на доизучение мелких месторождений с последующей их отработкой. В соответствии с ними все рудники должны выйти в 2000-2005 гг. на проектную производительность по марганцевым рудам - 900 тыс. т в год. На данном этапе осваиваются только три месторождения: Тыньинское (Северный Урал), Николаевское (Иркутская область) и Громовское (Читинская область), а на других мелких месторождениях Урала, а также на Дурновском (Кемеровская область) добываются марганцевые руды в небольшом количестве (до 10 тыс. т). Разработка этих месторождений производится неэффективно из-за низкой технической оснащенности мелких добывающих компаний и акционерных обществ.
В результате проведения геологоразведочных работ на ряде мелких месторождений потребность российской экономики в марганцевых рудах для существующих мощностей, составляющая 3,8 млн. т или 1,45 млн. т марганцевых концентратов, может быть удовлетворена только на 25 %. При этом реальная обеспеченность промышленными запасами марганцевых руд мелких месторождений составляет 5-7 лет.
При условии ввода в эксплуатацию Усинского и Положненского месторождений в 2005 г. добыча марганцевых руд может составить 3,1 млн. т и производство концентратов - 1,37 млн. т, а вместе с добычей на мелких месторождениях может достигнуть 4 млн. т сырой руды или 1,8 млн. т марганцевого концентрата.
Строительство рудников и горно-обогатительных комбинатов на крупных месторождениях позволит практически полностью удовлетворить потребности металлургических предприятий Российской Федерации в марганцевом сырье в течение многих десятилетий XXI века.
Таким образом, решение проблемы российского марганца позволит снизить зависимость от других стран к 2010г. как минимум на 80 %, а в дальнейшем полностью перейти на отечественное сырье.
В настоящее время Россия импортирует товарные марганцевые руды с содержанием 32-36 % Мn и ферросплавы на сумму более 200 млн. долл. ежегодно.
Альтернативным источником марганца континентальных месторождений могут стать океанические залежи железомарганцевых конкреций (ЖМК) и корок. До недавнего времени они изучались в основном с позиций их кобальто- и никеленосности. Плотность конкреций на океаническом дне может достигать первых десятков кг/м 2 , а содержание марганца - многих десятков % (при попутных никеле, кобальте и других концентраций более 1 %). Доказана практическая возможность добычи ЖМК и извлечения из них всех ценных компонентов. По данным ВИЭМСа, себестоимость добычи океанического и континентального марганца будет соизмерима. В условиях острого дефицита марганца в РФ следует усилить работы по закреплению за нашей страной площади Тихого океана, где сосредоточены многомиллионные запасы ЖМК.
Марганцевые руды - природные образования, содержащие марганец и его соединения в нужном количестве и концентрации для промышленного их использования. Содержание его в руде должно быть достаточным для целесообразности разработки месторождений и его добычи.
Характеристики и виды марганцевых руд
В данных ископаемых марганец возможно обнаружить в виде оксидных, карбонатных, силикатных и смешанных соединений. Важнейшими рудами, которые используются в промышленности, являются оксидные, в которых наибольшее содержание оксидов и гидроксидов марганца: пиролюзиты, марганиты, брауниты, криптомеланы, тодорокиты, родохрозиты и другие.
Вместе с марганцем в рудах может содержатся и железо (иногда в больших количествах). Поэтому выделяют железомарганцевые и марганцовистые руды в зависимости от соотношения содержания в них марганца и железа.
Месторождения и добыча марганцевых руд
По генезису виды месторождений руды бывают:
- Осадочные (или вулканогенно - осадочные);
- Вулканогенные;
- Метаморфизованные;
- Коры выветривания.
80% залежей марганцевой руды припадает на осадочные. Данный тип месторождений представлен Никопольским, Чиатурским, Варненским, Марсятским, Тыньинским, Березовским разработками.
Добычу и обогащение руд марганца осуществляют открытым способом с помощью роторных комплексов, экскаваторов, ковшевых драглайнов. В настоящее время могут использоваться и подземные способы - комбайнами, а также очистными и щитовыми комплексами.
Для обогащения оксидных руд используют гравитационный, гравитационно-магнитный и комбинированный методы, флотацию.
Применение
Марганцевые руды применяют в химической, металлургической, керамической отраслях, соединения марганца - в фармации. Самыми распространенными изделиями являются: «марганцовка», стекло, керамика, минеральные красители.
Марганец встречается в природе в форме минералов. Более 300 наименований минералов содержат какое-то количество марганца, но лишь незначительное число минералов содержит его в большом количестве и эти минералы являются основным компонентом перспективных для разработки руд. Минералогия марганца сложна, поскольку марганец встречается в двухвалетной, трехвалетной и четырехвалентной форме. Наиболее часто встречающимися марганцевыми минералами являются оксиды, карбонаты, а также более редкие силикаты и сульфиды. Другие минералы также присутствуют в руде, например фосфаты, арсенаты, бораты и т.д. В связи с различной степенью окисления, часть оксидов марганца включает крупные щелочные и щелочноземельные ионы (K + , Ba 2+) в своей пространственной решетке. В результате этого, промышленные руды содержат большое количество примесей и нежелательных элементов. Некоторые элементы невозможно удалить при добыче и обогащении руды.
В большинстве руд марганец находится в четырехвалентном состоянии в качестве оксидов и гидроокисей. При их образовании происходит поглощение кислорода из воздуха и, в связи с этим, расположение месторождений этого типа руд привязано к определенным геологическим явлениям, которые происходят вблизи земной поверхности, такими как эрозия, осаждение и вулканизм. Пиролюзит (MnO 2) и криптомелан (KMn 8 O ie) являются наиболее важными из четырехвалентных марганцевых минералов. Далее следует псиломелан (=романешит). Это аморфный гидроксид со смешанной валентностью марганца, а также с варьируемым содержанием оксидов бария и калия.
Описание марганцевых минералов, залежи которых достаточны для промышленной разработки и пригодны к дальнейшей переработке представлены в таблице 3.1. Браунит и браунит II являются широко распространенными силикатными минералами, встречающимися вместе с биксбиитом, гаусманитом и пиролюзитом в таких месторождениях как Постмасбург (Postmasburg) и месторождение Калахари в Южной Африке, где браунит является основным марганцевым минералом. Родохрозит (марганцевый шпат) является типичным углеродосодержащим минералом в различных рудах.
Месторождения марганцевых руд
В мире существует ограниченное количество разрабатываемых месторождений марганцевых руд.
Осадочные отложения являются основным источником промышленно добываемого марганца. Минералы формируются в результате химических процессов, происходящими в процессе формирования морских отложений. Марганец откладывается в виде оксида, гидроокиси или карбоната марганца. Карбонатные отложения ассоциируются с углеродистыми и графитными скалами, которые формируются в восстановительной среде. Напротив, оксидные депозиты, в основном, ассоциируются с более грубыми кластическими (обломочными) отложениями, формирующимися под влиянием высококислотной среды в присутствии свободной циркуляции воды. Оксидные отложения обычно имеют более высокое качество руды, они встречаются чаще, чем карбонатные месторождения. Считается, что во многих оксидных и карбонатных залежах качество (сорт) руды повышается в зависимости от концентрации отложений.
Самыми крупными марганцевыми месторождениями осадочного типа являются Никопольский район в Украине, Чиатурский район в Грузии, район Калахари в Южной Африке и район Грут Эйланд в Австралии. В основном, это оксидные залежи, хотя некоторые из них имеют и карбонатные фации. Месторождение Моланго в Мексике является примером крупного карбонатного депозита.
Во влажных тропических регионах находят скопления отложений и латериты, в которых интенсивное выветривание очистило первичные марганцевые формирования от примесей, что способствовало образованию высококачественных оксидных отложений. Часто первичные отложения образуются в виде углеродистого марганца; примером таких месторождений являются Бразильское Серро до Навио района Амапа, Нсута в Гане и Моанда в Габоне.
Самые большие в мире марганцевые отложения были найдены на дне моря, которые залегают в виде марганцевых конкреций. Впервые они были обнаружены в 1870 году, но только в последнее время их стали рассматривать в качестве пригодных к разработке. Марганцевые конкреции имеют диаметр 0.5-20 cм, в них содержится приблизительно 15-30% Mn и 5-10% Fe. В дополнение, они содержат небольшое, но коммерчески привлекательное количество Ni, Cu и Co, а также другие элементы. Несколько организаций активно занялись разработкой этих ресурсов, однако им все еще предстоит разрешить ряд технологических и юридических проблем.
Самые крупные из наземных залежей марганцевой руды находятся в Южной Африке, Австралии, Габоне, Бразилии, Китае, Индии, Украине, Казахстане и Грузии.
Южная Африка : Месторождение Калахари содержит 78% мировых наземных запасов марганцевой руды. Основные залежи расположены в районах Постмасбург и Куруман-Калахар, в тысяче киллометров от ближайших портов. В многочисленных шахтах, таких как Маматван и Весселз добываются различные виды металлургических или железистых руд. Эти шахты управляются компанией Саманкор Манганиз (Samancor Manganese) (владельцы – компании BHP Billiton и Anglo American). У этих шахт разная минералогия. Руда Маматвана богата карбонатами, в основном, кальцитом и доломитом, в то время как основным марганецсодержащим минералом является браунит. Руда шахты Весселз состоит, главным образом, из оксидов, в основном браунита и браунита II, а также в ней присутствуют гаусманит, биксбиит, и гематит. Соотношение Mn/Fe в руде Маматванской шахты выше, частично по причине того, что браунит содержит значительно меньше железа чем браунит II. Шахты в Нозерн Кейп, Нчванинг и Глории (Northern Cape, Nchwaning, Gloria) управляются компанией Ассманг Манганиз Дивижн (Assmang Manganese Division) (владельцы — Anglowal и Assore). Руды в этих шахтах имеют высокую основность и высокое содержание углеродистых материалов.
Австралия : Грут Ейландское месторождение, находящееся в управлении компанией Джемко (Gemco), расположено на острове в заливе Карпентария на севере Австралии. Джемко, в свою очередь, подчиняется компании Саманкор Манганиз (Samancor Manganese), являющейся одним из подразделений компании BHP Billiton’s and Anglo American’s и ее глобального марганцевого бизнеса. Руда богата пиролюзитом и криптомеланом, встречаются также и другие четырехвалентные оксиды марганца, например псиломелан (=романешит) и голландит, что обуславливает присутствие бария. Содержание калия приблизительно пропорционально содержанию криптомелана. Руда также содержит глинистые минералы, в особенности каолинит (Al 2 Si 2 O 5 (OH)4), являющийся еще одним источником воды в руде помимо криптомелана. Значительное количество руды проходит обогащение.
Габон : Месторождение Моанда расположено в районе Франсвиля. Это очень значительное месторождение руды высокого качества. Минералогия сходна с минералогией Грут Ейландского месторождения, однако руда более пориста. Владелец шахты – Эрамет Манганиз (Eramet Manganese), торговая марка — Comilog.
Бразилия : В Бразилии несколько марганцевых месторождений, но основное производство было начато в 2001 году на шахтах Игарап Азул и Урукум. Обе шахты принадлежат компании Companhia Vale do Rio Doce (CVRD). Игарап Азул Igarape является шахтой открытой разработки, она расположена в тропическом лесу, в 25 км от Карахаса, штат Пара на северо-востоке Бразилии. Руда состоит из криптомелана, тодорокита и пиролюзита. Другая шахта, Урукум, расположенная вблизи Боливийской границы, является шахтой закрытого типа. Другая известная шахта – Амапа – была закрыта в конце 1997 года в результате полной выработки руды.
Китай : обладает самой большой добычей марганцевой руды в мире (Таблица 3.3 и Схема 3.2). Разведанные запасы составляют 13% общемировых. За последние 30 лет произошло существенное увеличение добычи марганцевой руды. Около 60 китайских месторождений имеют запасы в количестве 2 миллионов тонн каждое. В дополнение к этому, имеется некоторое количество месторождений меньшего размера. Рудные депозиты преимущественно располагаются в трех провинциях: Гуанкжи, Хунан, Гуижу. Из всех месторождений, только одно (Guangxi Xialei) имеет запасы превышающие 100 миллионов тонн, а на 6 других запасы превышают 20 мил. тонн. Среднее содержание марганца в китайских месторождениях 22%, высоким также является содержание фосфора и железа.
Индия : В индийских штатах Орисса, Карнатака, Мадхья Прадеж, Махараштра и других имеются многочисленные небольшие месторождения марганца. В 2000 эксплуатировалось 135 марганцевых шахт. Большая часть добываемой руды является низко и среднесортной с достаточно низким содержанием марганца. Когда-то Индия была одним из главных экспортеров марганцевой руды. В связи с выработкой месторождений, в настоящее время от 80 до 90% металлургических руд используется на внутреннем рынке производства ферросплавов. Остальная часть, в основном это руды со средним содержанием марганца, экспортируется за границу.
Украина : Никопольское месторождение является самым крупным на территории бывшего Советского Союза. В 2003 году на территории этого месторождения работало 11 шахт. Никопольские руды состоят на 75% из карбонатного типа с содержанием марганца 20%, около 17% оксидного типа, в которых содержится 28.5% марганца, и около 8% оксидных и карбонатных руд с содержанием марганца 25.1%.
Казахстан : располагает несколькими месторождениями. С середины 1990 годов добыча руды значительно возросла (Таблица 3.3). Приблизительно 70% руд карбонатно-силикатно-оксидного типа с содержанием марганца около 20% и около 20% руд являются оксидными с содержанием марганца порядка 23%. Хотя в Казахских рудах низкое содержание марганца, в них содержится мало таких вредных примесей как фосфор, сера и другие. Большинство добываемых руд используется для внутреннего производства силикомарганца.
Грузия : Чиатурское месторождение имело большое значение для бывшего Советского Союза, где добывалось 25% от общего количества марганца. В настоящий момент оно малорентабельно (Таблица 3.3). Содержание марганца низко и составляет 17-25%. Руды с высоким содержанием марганца почти полностью выработаны. В настоящее время руда добывается преимущественно для внутреннего производства ферросплавов.
Марганцевые руды пригодные для коммерческого использования
Марганцевые руды разделяются по содержанию марганца, железа и различных примесей. Основными типами являются:
- Металлургические руды – содержат более 35% марганца, некоторые до 50%. Руды высокого сорта содержат более 48% марганца.
- Железистые руды –содержат 15-35% марганца и большое количество железа.
- Марганцовистые руды –по сути, это железные руды с 5-10% содержанием Mn.
Металлургические руды чаще всего используются для производства высокоуглеродистого ферромарганца и силикомарганца., а остальные 2 типа руд, в основном, применяются в домнах для регулирования количества марганца при производстве чугуна.
Металлургические руды добываются как в открытых, так и закрытых месторождениях при помощи обычных методов разработки. Поскольку количество высокосортных руд сократилось, степень переработки руд увеличилась. На практике все металлургические руды подвергаются обогащению. Руды дробятся,
просеиваются и промываются (в случае необходимости); иногда используется обогащение в тяжелой среде для руд с высоким содержанием кремния и алюминия. Среднее количество марганца, которое удается восстановить в результате этой операции составляет между 60% и 75%.
Металлургические руды содержат от 40% до 50% марганца. Другим важным параметром является соотношение марганца к железу. Для производства стандартного ферромарганцевого сплава с содержанием марганца 78% требуется весовое соотношение Mn/Fe=7.5. Также есть ограничения по количеству примесей кремния и алюминия, поскольку чрезмерное образование шлака в печи увеличивает потребление электроэнергии. Руды, содержащие более 10% SiO 2 пригодны для производства силикомарганца. Поскольку большая часть фосфора (P), содержащегося в руде, переходит в готовый продукт, количество фосфора в исходном материале является ключевым параметром при выборе марганцевой руды. Руде может быть присвоен высший сорт при содержании фосфора менее 0.1%. Марганцевые руды из Южной Африки отличаются низким содержанием фосфора. Важны и другие физические и химические свойства, такие как содержание летучих веществ и избыточного кислорода. Сера не представляет проблемы ни для металлургического процесса, ни для окружающей среды поскольку образует сульфид марганца, который выходит вместе со шлаком.
Большинство шахт имеют предприятия по агломерации руд, на которых мелкие фракции подвергаются агломерации. Такие материалы находят широкое применение в железномарганцевых печах, поскольку они механически прочны и термически устойчивы, что позволяет газу равномерно распределяться в зоне
предварительного нагрева и восстановления. Агломерация также способствует экономии электроэнергии в случае с карбонатными рудами. Если же агломерируются оксидные руды, большая часть полезного тепла, выделяющегося в результате экзотермического предвосстановления, теряется и потребление энергии возрастает.
В тех случаях, когда марганцевые ферросплавы производятся либо в электродуговых печах с погруженной дугой, либо в домнах, используется смесь разных типов руд. Выбор руд зависит как от хим и физического состава, так и от экономических соображений. Часто производители марганцевых ферросплавов используют компьютерные программы для определения оптимальной комбинации руд. Таблица 3.2 показывает усредненный анализ некоторых из используемых смесей металлургических руд. Из таблицы видно, что между рудами есть существенные различия в хим составе.
Торговля марганцевой рудой
В 1944 году производство марганцевой руды составляло всего 2.8 миллиона тонн. На протяжении последующих 40 лет производство увеличилось до 25 миллионов тонн в 1985 г. В среднем производство возрастало на 5.5% в год. В последующие годы производство несколько сократилось и составило 21.5 миллиона тонн в 2001 г.. В эти годы не происходил рост добычи марганцевых руд. Это было связано с тем, что были осуществлены технологические инновации в производстве стали. В последние годы опять наблюдается рост добычи руды. В 2004 производство достигло 29 млн. тонн. В таблице 3.3 представлены объемы добычи руды с 1970 по странам. Запасы высококачественных руд с содержанием марганца более 44%, в основном, сосредоточены в Австралии, Бразилии, Габоне и Южной Африке и составляют более 90% от общемировых. Значительное увеличение добычи произошло в Австралии начиная с 1970 г., в то время как добыча в Южной Африке, Бразилии и Габоне оставалось на одном уровне. Гана и Индия, в прошлом крупные поставщики руды в Западные страны, в настоящее время экспортируют ограниченное количество бедных руд и руд среднего качества. В Мексике руда добывается, в основном, для внутреннего пользования.
В 1970 г. Страны бывшего СССР поставляли одну треть от мирового производства марганцевых руд. В настоящее время в этих странах остались лишь месторождения низкомарочных руд, которые требуют обогащения перед коммерческим использованием.
Украина, Грузия и Казахстан производят меньше половины того количества, которое приходилось на СССР. Лишь ограниченное количество руды экспортируется и ожидается, что экспорт будет сокращаться. В Китае нет высококачественной руды, в результате чего ее приходится импортировать из Ганы, Габона и Австралии и смешивать с местной рудой.
В 2003 году мировая добыча марганцевой руды осуществлялась следующими странами: Южной Африкой, Австралией, Бразилией, Украиной, Габоном, Китаем, Индией, Казахстаном и, в меньшей степени, Ганой и Мексикой (рис 3.)
По добыче в марганцевом исчислении на первом месте находилась Южная Африка, по общему тоннажу добываемой породы – Китай.
Все развитые страны полностью зависят от импорта руды для удовлетворения спроса в марганце. Частично они импортируют руду и частично ферромарганец. Австралия, Бразилия, Габон и Южная Африка вместе поставляют 90% всего импорта марганцевой руды Западными странами.
Из всех крупных стран-потребителей ферромарганца только Франция имеет производственные мощности, превышающие нужды внутреннего рынка и имеет возможность продавать большое количество на экспорт. Норвегия, используя свои большие возможности по выработке гидроэнергии, создала одну из наиболее значительных в мире промышленностей по производству ферросплавов. Норвегия является одним из крупнейших экспортеров ферромарганца.
Сейчас наметилась тенденция по переносу ферросплавной промышленности в страны с рудными месторождениями. Это можно объяснить желанием рудодобывающих стран перерабатывать сырье самим и, таким образом, увеличивать его стоимость. В дополнение к этому, рудодобывающие страны хотели бы воспользоваться низкой стоимостью местной электроэнергии. Скорее всего, эта тенденция сохранится в ближайшие годы.
Ма́рганец - элемент побочной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 25. Обозначается символом Mn (лат. Manganum , ма́нганум , в составе формул по-русски читается как марганец , например, KMnO4 - калий марганец о четыре ; но нередко читают и как манган ). Простое вещество марганец (CAS-номер: 7439-96-5) - металл серебристо-белого цвета. Известны пять аллотропных модификаций марганца - четыре с кубической и одна с тетрагональной кристаллической решёткой.
Один из основных материалов марганца - пиролюзит - был известен в древности как черная магнезия и использовался при варке стекла для его осветления. Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом черной магнезии, к которому магнит «равнодушен». В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале XIX века для него было принято название «манганум» (от немецкого Manganerz - марганцевая руда).
Марганец твердый хрупкий металл. Известны четыре кубические модификации металлического марганца. При температурах от комнатной и до 710°C устойчив a-Mn, параметр решетки а = 0,89125 нм, плотность 7,44 кг/дм3. В интервале температур 710-1090°C существует b-Mn, параметр решетки а = 0,6300 нм; при температурах 1090-1137°C - g-Mn, параметр решетки а = 0,38550 нм. Наконец, при температуре от 1137°C и до температуры плавления (1244°C) устойчив d-Mn с параметром решетки а = 0,30750 нм. Модификации a, b, и d хрупкие, g-Mn пластичен. Температура кипения марганца около 2080°C.
На воздухе марганец окисляется, в результате чего его поверхность покрывается плотной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn3O4 и внутреннего слоя состава MnO.
Марганец образует несколько оксидов: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 и Mn2O7. Все они, кроме Mn2O7, представляющего собой при комнатной температуре маслянистую зеленую жидкость с температурой плавления 5,9°C, твердые кристаллические вещества.
Монооксид марганца MnO образуется при разложении солей двухвалентного марганца (карбоната и других) при температуре около 300°C в инертной атмосфере:
MnCO3 = MnO + CO2
Этот оксид обладает полупроводниковыми свойствами. При разложении MnOОН можно получить Mn2O3. Этот же оксид марганца образуется при нагревании MnO2 на воздухе при температуре примерно 600°C:
4MnO2 = 2Mn2O3 + O2
Оксид Mn2O3 восстанавливается водородом до MnO, а под действием разбавленных серной и азотной кислот переходит в диоксид марганца MnO2.
Если MnO2 прокаливать при температуре около 950°C, то наблюдается отщепление кислорода и образование оксида марганца состава Mn3O4:
3MnO2 = Mn3O4 + O2
Этот оксид можно представить как MnO·Mn2О3, и по свойствам Mn3О4 соответствует смеси этих оксидов.
Диоксид марганца MnO2 - наиболее распространенное природное соединение марганца в природе, существующее в нескольких полиморфных формах. Так называемая b-модификация MnO2 - это уже упоминавшийся минерал пиролюзит. Ромбическая модификация диоксида марганца, g-MnO2 также встречается в природе. Это - минерал рамсделит (другое название - полианит).
Диоксид марганца нестехиометричен, в его решетке всегда наблюдается дефицит кислорода. Если оксиды марганца, отвечающие его более низким степеням окисления, чем +4, - основные, то диоксид марганца обладает амфотерными свойствами. При 170°C MnO2 можно восстановить водородом до MnO.
Если к перманганату калия KMnO4 добавить концентрированную серную кислоту, то образуется кислотный оксид Mn2O7, обладающий сильными окислительными свойствами:
2KMnO4 + 2H3SO4 = 2KHSO4 + Mn2O7 + H3O.
Mn2O7 - кислотный оксид, ему отвечает сильная, не существующая в свободном состоянии марганцовая кислота НMnO4.
При взаимодействии марганца с галогенами образуются дигалогениды MnHal2. В случае фтора возможно также образование фторидов состава MnF3 и MnF4, а в случае хлора - также трихлорида MnCl3. Реакции марганца с серой приводят к образованию сульфидов составов MnS (существует в трех полиморфных формах) и MnS2. Известна целая группа нитридов марганца: MnN6, Mn5N2, Mn4N, MnN, Mn6N5, Mn3N2.
С фосфором марганец образует фосфиды составов MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 и Mn4P. Известно несколько карбидов и силицидов марганца.
С холодной водой марганец реагирует очень медленно, но при нагревании скорость реакции значительно возрастает, образуется Mn(OH)2 и выделяется водород. При взаимодействии марганца с кислотами образуются соли марганца (II):
Mn + 2HCl = MnCl2 + H3.
Из растворов солей Mn2+ можно осадить плохо растворимое в воде основание средней силы Mn(OH)2:
Mn(NO3)2 + 2NaOH = Mn(OH)2 + 2NaNO3
Марганцу отвечает несколько кислот, из которых наиболее важны сильные неустойчивые марганцоватая кислота H3MnO4 и марганцовая кислота HMnO4, соли которых - соответственно, манганаты (например, манганат натрия Na2MnO4) и перманганаты (например, перманганат калия KMnO4).
Манганаты (известны манганаты только щелочных металлов и бария) могут проявлять свойства как окислителей (чаще)
2NaI + Na 2MnO 4 + 2H 2O = MnO 2 + I 2 + 4NaOH ,
так и восстановителей
2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.
В водных растворах манганаты диспропорционируют на соединения марганца (+4) и марганца (+7):
3K2MnO4 + 3Н2О = 2KMnO4 + MnO2·Н2О + 4КОН.
При этом окраска раствора из зеленой переходит в синюю, затем в фиолетовую и малиновую. За способность изменять окраску своих растворов К. Шееле назвал манганат калия минеральным хамелеоном.
Перманганаты - сильные окислители. Например, перманганат калия KMnO4 в кислой среде окисляет сернистый газ SO2 до сульфата:
2KMnO4 + 5SO2 +2H3O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H3SO4.
При давлении около 10 МПа безводный MnCl2 в присутствии металлоорганических соединений реагирует с оксидом углерода (II) CO с образованием биядерного карбонила Mn2(CO)10.
Промышленное получение марганца начинается с добычи и обогащения руд. Если используют карбонатную руду марганца, то ее предварительно подвергают обжигу. В некоторых случаях руду далее подвергают сернокислотному выщелачиванию. Затем обычно марганец в полученном концентрате восстанавливают с помощью кокса (карботермическое восстановление). Иногда в качестве восстановителя используют алюминий или кремний. Для практических целей чаще всего используют ферромарганец, полученный в доменном процессе при восстановлении руд железа и марганца коксом. В ферромарганце содержание углерода составляет 6-8 % по массе.
Чистый марганец получают электролизом водных растворов сульфата марганца MnSO4, который проводят в присутствии сульфата аммония (NH4)2SO4. более 90% производимого марганца идет в черную металлургию. Марганец используют как добавку к сталям для их раскисления, десульфурации (при этом происходит удаление из стали нежелательных примесей - кислорода, серы и других), а также для легирования сталей, т. е. улучшения их механических и коррозионных свойств. Марганец применяется также в медных, алюминиевых и магниевых сплавах. Покрытия из марганца на металлических поверхностях обеспечивают их антикоррозионную защиту. Для нанесения тонких покрытий из марганца используют легко летучий и термически нестабильный биядерный декакарбонил Mn2(CO)10.
Соединения марганца (карбонат, оксиды и другие) используют при производстве ферритных материалов, они служат катализаторами многих химических реакций, входят в состав микроудобрений. Перманганат калия применяют для отбеливания льна и шерсти, обесцвечивания технологических растворов, как окислитель органических веществ. В медицине применяют некоторые соли марганца. Например, перманганат калия используют как антисептическое средство в виде водного раствора, в некоторых случаях раствор применяют при отравлении алкалоидами и цианидами.
3. Марганец - 14-й элемент по распространенности на земле, а после железа второй тяжелый металл, содержащийся в земной коре (около 0.1% по массе или 0.03% от общего числа атомов земной коры). Весовое количество марганца увеличивается от кислых (600 г/т) к основным породам (2,2 кг/т). Сопутствует железу во многих его РУДАХ, однако встречаются и самостоятельные месторождения марганца. Общее число марганцевых минералов, встречающихся в природе, превышает 150. Однако широко распространенных и содержащих повышенное количество Мп минералов немного.
Наиболее распространенные минералы марганца:
пиролюзит MnO2 ·x H3O, самый распространённый минерал (содержит 63,2 % марганца);
манганит (бурая манганцевая руда) MnO(OH) (62,5 % марганца);
браунит 3Mn2O3·MnSi O3 (69,5 % марганца);
гаусманит (MnIIMn2III)O4
родохрозит (марганцевый шпат, малиновый шпат) MnCO3 (47,8 % марганца);
псиломелан m MnO MnO2 n H3O (45-60 % марганца);
пурпурит (Mn3+), 36,65 % марганца.
4. Ресурсы марганцевых руд выявлены в 56 странах мира и составляют 21,27 млрд. г, в том числе в Африке - 14,33 млрд. т (67,4 % мировых) и Европе - 3,44 млрд. т (16,2 %). Запасы марганцевых руд известны также в 56 странах. Подтвержденные запасы марганцевых руд составляют 5,4 млрд. т. До 90 % общемировых подтвержденных запасов марганца заключено в стратиформных месторождениях, около 8 % в корах выветривания и 2 % - в месторождениях гидротермального типа. Главными держателями запасов марганца являются 11 стран, владеющих примерно 95 % мировых подтвержденных запасов (5,1 млрд. т). Это Украина, ЮАР, Казахстан, Габон, Грузия, Австралия, Бразилия, Китай, Россия, Болгария, Индия. К уникальным относятся месторождения с запасами марганцевых руд более 1 миллиарда тонн, к крупным - с запасами в сотни миллионов тонн, и мелким - с запасами в десятки миллионов тонн.
Производство товарных марганцевых руд в 1996 г. составило 21,8 млн. т. В семерку главных продуцентов марганцевого сырья входят страны, являющиеся основными держателями запасов: Китай (21,6 % мирового производства), ЮАР (15 %), Украина (14 %), Бразилия (10,1 %), Австралия (9,7 %), Габон (9,2 %), Индия (7,8 %). Китай, не смотря на низкое качество природных руд, с 1993 г. удерживает лидерство по выпуску товарной руды. В производстве марганцевых сплавов используется смесь руд, добытых в Китае, с высококачественным сырьем, ввозимым из Австралии, Габона и ЮАР. В ЮАР эксплуатируются рудники Маматван, Весселс и Нчванинг. Почти вся продукция (98 %) относится к рудам металлургического сорта (40-52 % Мп). На Украине в 1992-1998 гг. наблюдалось падение производства товарных марганцевых руд. Основные причины спада - энергетические трудности и потеря традиционных рынков сбыта в странах СНГ и Восточной Европы. Разрабатываются месторождения Никопольского бассейна и месторождение Таврическое. Действует 12 рудников, три из которых подземные. Металлогения и эпохи рудообразования. В геосинклинальных условиях основная концентрация марганца происходила на ранней стадии, когда в прибрежных бассейнах накапливались осадочные руды. Средняя и поздняя стадии геосинклинального цикла для марганца не продуктивны. На платформенном этапе формировались марганцевые месторождения осадочной группы и выветривания. Фациальные условия образования осадочных марганцевых руд напоминают обстановки отложения руд железа. В распределении марганцевых руд намечается зональность: первично-оксидные руды отлагаются в прибрежной зоне среди осадков песчано-алеврито-глинистого состава; по мере удаления от берега оксидные руды постепенно сменяются карбонатными (родохрозит, манганокальцит, кальциевый родохрозит), ассоциирующими с глинами, кремнистыми глинами и опоками. Метаморфизованные месторождения возникли в результате многоэтапного регионального метаморфизма. Как известно, они широко распространены в Индии. При низкой ступени метаморфизма оксиды и, возможно карбонаты марганца были превращены в брауниты, а кремнистые породы - в кварциты. При средних ступенях метаморфизма возникали силикаты марганца, частично происходила перекристаллизация браунита. Марганцевые месторождения формировались в различные эпохи развития земной коры, от докембрийской вплоть до кайнозойской, а железо-марганцевые конкреции накапливаются на дне Мирового океана и в настоящее время. В докембрийскую металлогеническую эпоху сформировались мощные геосинклинальные образования, характеризующиеся в ряде случаев высокопродуктивными марганценосными толщами (гондиты в Индии, марганецсодержащие железистые кварциты в Бразилии и т. д.). Значительные по запасам месторождения марганца докембрийского возраста известны в Гане (месторождение Нсута-Дагвин), а крупные в ЮАР (юго-восточная часть пустыни Калахари). Для раннепалеозойской эпохи марганец мало характерен. Сравнительно небольшие промышленные месторождения марганца этого возраста известны в Китае, США и восточных районах России. В Китае наиболее крупным из них является месторождение Шаньвуту, расположенное в провинции Хунань. Марганцевые руды пластообразной формы согласно залегают среди известняков, песчаников и сланцев силурийского возраста. Мощность залежей около 1 м. Основные минералы псиломелан и пиролюзит. Наибольший интерес представляют участки вторично обогащенных руд, в которых среднее содержание марганца варьирует от 43,2 до 46,7% и кремнезема от 8,2 до 11,9%. В России месторождения марганца известны в Кузнецком Алатау, а также на Дальнем Востоке (Малый Хинган). Позднепалеозойская эпоха для марганца имеет сравнительно небольшое практическое значение. Удельный вес месторождений марганцевых руд этого возраста в мировых запасах и добыче невелик. Небольшие по масштабам месторождения известны в Западной Европе, Северной Африке, Юго-Восточной Азии, а также в СНГ. Наиболее крупные по запасам месторождения разведаны в Центральном Казахстане - Джездинское и Ушкатын-Ш. На месторождении Ушкатын-Ш выявлено 14 марганцевых и 8 железорудных тел. Запасы подсчитаны в четырех рудных телах. Среднее содержание Мп 26,5 %. Основные рудные минералы в первичных рудах - гаусманит, браунит и гематит, во вторичных - псиломелан, пироморфит и манганит. В мезозойскую эпоху сформировались рудопроявления марганца в связи с позднемеловым (Закавказье, Забайкалье) и юрским (береговые хребты Северной Америки, Новая Зеландия) вулканизмом. Месторождения марганца этого возраста имели также небольшое практическое значение. Ситуация резко изменилась в связи с открытием в конце 1960-х годов крупного месторождения Грут-Айленд в Австралии. Кайнозойская эпоха отличается уникальным накоплением марганцевых руд на южной окраине Восточно-Европейской платформы (Никопольский бассейн, Чиатурское, Мангышлакское и другие месторождения). В эту эпоху сформировалось крупное месторождение Оброчиште в Болгарии, а также Моанда в Габоне. Рудоносными на всех этих месторождениях являются песчано-глинистые отложения, в которых рудообразующие минералы присутствуют в форме конкреций, оолитов, стяжений и землистых скоплений. Сравнительно небольшие месторождения марганцевых руд третичного возраста образуют Уральский марганцеворудный бассейн, охватывающий восточный склон Уральского хребта. Он простирается в субмеридиональном направлении почти на 150 км. На этих месторождениях рудный горизонт приурочен к основанию третичной толщи и включает 1-2 пласта марганцевых руд мощностью 1-3 м. Генетические типы промышленных производств. Промышленные месторождения марганцевых руд представлены: 1) осадочными, 2) вулканогенно-осадочными, 3) выветривания и 4) метаморфогенными типами. Осадочные месторождения имеют большое экономическое значение. В них сосредоточено около 80 % всех мировых запасов марганцевых руд. Наиболее крупные месторождения сформировались в прибрежно-морских и лагунных олигоценовых бассейнах, сосредоточенных в основном в пределах Паратетиса. Это Никопольский бассейн на Украине, Чиатурское месторождение в Грузии, Мангышлакское в Казахстане, Оброчиште в Болгарии и др. Наиболее характерным представителем этого типа является Никольский марганцеворудный бассейн. Он включает Никопольское и Большетокмакское месторождения и ряд рудоносных площадей, вытянутых вдоль берегов Днепра и Ингульца в районе городов Никополя и Запорожья в виде полосы протяженностью 250 км и шириной до 5 км (рис. 8). Выдержанный рудный пласт средней мощностью 1,5-2,5 м залегает в основании терригеновой олигоценовой толщи на глубине от 10 до 100 м. Он представляет собой песчано-глинистую пачку с включением марганцевых конкреций, линз и стяжений, прослоев рудного вещества. Соотношение рудной и нерудной составляющей изменчиво по вертикали и латерали. Количество марганцевых руд, заключенных в глинисто-алевролитовой массе достигает 50 % по массе, а среднее содержание марганца 15-25 %. Марганцеворудные отложения залегают с размывом на подстилающих породах верхнего эоцена, представленных алевритами, углистыми глинами и песками, или на кристаллических породах фундамента и их корах выветривания. Надрудные отложения - плиоценовые глины, известняки-ракушечники, мергели и четвертичные суглинки общей мощностью от 15 до 80 м. В пределах этого бассейна выделяются оксидные, смешанные (оксидно-карбонатные) и карбонатные марганцевые руды. Среди разведанных запасов соотношение оксидных, смешанных и карбонатных руд равно 25:5:70. На собственно Никопольском месторождении сосредоточено 72 % общих запасов оксидных руд (пиролюзит, манганит, псиломелан, вернадит) Украины, а на Большетокмакском - доминируют карбонатные марганцевые руды (родохрозит, манганокальцит). Содержание марганца в карбонатных рудах составляет 10-30 % (среднее 21 %), СаО 3- 13 %, Si02 10-50 %. Руды труднообогатимые. В оксидных рудах среднее содержание Мп - 28,2 %, Fe - 2- 3 %, Р - 0,25 %, Si02 - около 30 %. Они легко обогащаются простыми гравитационными способами. Смешанные руды содержат в среднем около 25 % Мп. Преобладают фосфоридные руды. Малофосфористые разности, встречающиеся в зонах оксидных и смешанных руд в виде тел со сложными контурами, составляют около 4 % от общих запасов. Разработка отдельных участков в Никопольском бассейне осуществляется открытым и частично подземным способами. Железомарганцевые конкреции дна океанов. Впервые они были обнаружены на дне Тихого океана экспедицией на судне «Челенджер» 120 лет назад. Мощность железо-марганцевых корок на базальтах и туфобрекчиях изменяется от нескольких миллиметров до 10-15 см. Размеры конкреций от 1 мм до 1 м в диаметре, чаще всего встречаются конкреции 3-7 см в поперечнике. Морфологические типы «шкреций - сферические, лепешковидные, эллипсоидальные, плитчатые, желвакообразные, гроздьевидные. Япония и США, не имеющие крупных месторождений марганца, осуществляют добычу железо-марганцевых конкреций со дна Тихого и Атлантического океанов на глубинах до 5 км. В конкрециях содержится (%): Мп 25-30; Fe 10- 12; Ni 1-2; Со 0,3-1,5 и Си 1-1,5. Вулканогенно-осадочные месторождения приурочены к областям интенсивного проявления подводного вулканизма, характеризующимися накоплением лав и туфов с подчиненным количеством осадочных пород и руд. Для них характерна тесная связь с кремнистыми (яшмы, туфы), карбонатными (известняки, доломиты) и железистыми магнетит-гематитовыми) породами и рудами. Руды формировались на ранней стадии геосинклинального этапа в эвгеосинклинальных условиях. Поступление Fe, Мп, Si02, Си, Zn, Ва, РЬ и других компонентов осуществлялось поствулканическими подводными эксгаляциями и гидротермами. Вулканогенно-осадочные месторождения обычно характеризуются невысоким качеством руд и имеют небольшие масштабы. Рудные тела залегают в виде неправильных, быстро выклинивающихся пластов, линз, чечевиц. Они сложены преимущественно карбонатами марганца и железа. Месторождения этой группы отличаются браунит-гаусманитовым составом первичных руд и псиломелан-вернадитовыми рудами в корах выветривания. Мощность рудных тел обычно 1-10 м, содержание в них основных компонентов (%): Мп 40-55; Si02 менее 10; Р 0,03-0,06. К этому типу принадлежат месторождения Атасуйско-го и Джездинского районов Центрального Казахстана, а в России месторождения Примагнитогорской группы, Ир-Нилийское в Приохотье, связанные со спилиткератофир-кремнистой формацией, а также месторождения Салаирского кряжа, приуроченные к порфирово-кремнистой формации. Месторождения кор выветривания. В результате проявления процессов выветривания в зоне гипергенеза происходит интенсивное разложение марганцевых руд и марганепсодержащих пород с переходом двухвалентного марганца в четырехвалентную форму. Таким образом, формируются богатые скопления в виде марганцевых шляп. Месторождения данного генетического типа распространены в основном в Индии, Бразилии, Канаде, Венесуэле, Габоне. ЮАР, Австралии, а также России. При окислении родохрозита, манганокальцита, родонита и манганита образуются рыхлые богатые оксидные руды, состоящие из пиролюзита, псиломелана и вернадита. В Индии промышленное значение имеют богатые залежи марганцевых руд, образовавшиеся в корах выветривания (марганцевых шляпах) гондитов и кодуритов протерозойского возраста. В рудах содержание основных компонентов составляет (%): Мп 30-50; Si02 до 12; Fe до 14. Рдо 0,2, иногда до 2. Они распространены на глубинах 10-70 м. Наиболее крупные месторождения выявлены Е центральных и южных штатах Индии (Мадхья-Прадеш. Раджастан, Гуджарат, Орисса и др.). В гипергенных рудах, образовавшихся по марганецсо-держащим доломитам, концентрация Мп составляет 30-53 %, Si02 и Fe до 3 %, Р до 0,1 %. Они, в отличие от рул возникших по силикатным породам, характеризуются низким содержанием Si02 и Fe. Метаморфогенные месторождения образуются главным образом при региональном, реже при контактовом метаморфизме осадочных руд и марганецсодержащих пород. В процессе интенсивного регионального метаморфизма первичные оксиды и карбонаты марганца в дальнейшем целиком переходят в силикаты марганца - родонит, бустамит, марганцовистые гранаты в тесном срастании друг с другом. Примерами месторождений подобного типа могут служить Карсакпайская и Атасуйская группы месторожде ний Казахстана, а также некоторые месторождения Индии и Бразилии. Среди метаморфогенных месторождений по степени метаморфизма различают две формации: браунит-гаусманитовую и марганец-силикатную. Месторождения браунит-гаусманитовой формации образуются в результате относительно слабого прогрессивного метаморфизма первичных руд, сложенных гидроксидами н оксидами марганца. К этой группе относятся многочисленные месторождения Индии, приуроченные к отложениям нижнего и среднего палеозоя. Это пласты и линзы оксидных марганцевых руд, залегающих согласно со слабо метаморфизованными вмещающими породами. Нередко рудные залежи вместе с вмещающими породами дислоцированы. Протяженность рудных тел от нескольких десятков и сотен метров до 2-3 км, мощность их от 1 до 15 м и более. Главные рудные минералы: браунит, голландит, реже биксбиит и манганит. Наиболее важное значение имеют месторождения Панч-Махал, Барода, Уква, Кеопджари и Сингбхуме. Месторождения марганец-силикатной формации распространены в Индии и Бразилии. В Индии они связаны исключительно с образованиями архея - гондитами и кодуритами. Гондиты сложены спессартином, кварцем и родонитом, кондуриты состоят из калиевого полевого шпата, марганецсодержащего граната и апатита. Протяженность рудных тел 3-8 км и более, мощность от 3 до 60 м. Содержание марганца в них варьирует от 10 до 21 %, а в зоне выветривания (марганцевых шляпах) увеличивается до 30- 50 %. Наиболее крупные месторождения находятся в штатах Андхра-Прадеш (месторождения Кудур, Тарбхар), Мад-хья-Прадеш (Рамрара, Стапатар) и Махараштра (Бузург, Донгри и др.). Гондиты и кодуриты в настоящее время не отрабатываются.
Промышленные месторождения марганцевых руд на Урале относятся к двум генетическим типам: осадочному и вулканогенному гидротермально-осадочному.
Осадочные месторождения марганцевых руд располагаются на четырех стратиграфических уровнях: 1 – ордовикском, 2 – нижнекаменноугольном, 3 – верхнепермском, 4 – мел-палеогеновом (Е.С.Контарь, К.П.Савельева, 1998).
Марганцевые месторождения в ордовикских отложениях выявлены в Предуральской зоне Северного и Полярного Урала. К ним относятся Парнокское месторождение в Республике Коми и Чувальская группа месторождений в Пермской области.
Парнокское железо-марганцевое месторождение выявлено в 1987 г. Воркутинской геологической экспедицией. Оно расположено в 70 км к юго-востоку от города Инта, в предгорьях Полярного Урала, в среднем течении р.Парнока-Ю (восточного притока р.Лемвы).
Парнокское месторождение приурочено к толще ордовикских известняков, к границе между известняками и углисто-глинистыми сланцами. Пластообразные рудные тела залегают согласно с вмещающими породами, имея юго-восточное падение под углом 10–45%. Они распространены на площади 4,6х5,6 км, где выделяются несколько рудоносных участков: Магнитный 1, Магнитный 2, Пачвожский, Восточный, Дальний (М.А.Шишкин, Н.Н.Герасимов, 1995). Мощность отдельных рудных пластов изменяется от 0,5 до 5,8 м. Суммарная мощность нескольких сближенных пластов местами достигает 15 м.
На месторождении выделяются три типа руд: марганцевые карбонатные, марганцевые окисленные, магнетитовые. Марганцевые карбонатные руды бурого и кремового цвета являются первичными; они состоят в основном из родохрозита, манганокальцита, родонита. Среднее содержание марганца в них составляет 24%. На верхних горизонтах месторождения, до глубины 30–70 м, под действием процессов выветривания карбонатные руды преобразованы в черные окисленные руды, состоящие из псиломелана, гаусманита, пиролюзита. По категории С2 балансом учтены запасы окисленных руд в количестве 3885 тыс. т, а прогнозные ресурсы марганцевых руд Парнокского месторождения оцениваются в 20 млн т (Н.П.Юшкин, А.М.Пыстин, 1997). С 1993 г. на Парнокском месторождении начата опытная добыча окисленных марганцевых руд.
Верхне-Чувальские месторождения в Пермской области изучены только на верхних горизонтах в зоне окисления, где развиты черные и бурые железомарганцевые руды. Эти месторождения эксплуатировались ранее как железорудные. Предполагается, что на глубине залегают первичные карбонатные руды. Е.С.Контарь (устное сообщение) предполагает, что группа Чувальских марганцевых месторождений может иметь значительные размеры.
Осадочные марганцевые месторождения раннекаменноугольного возраста распространены в основном в Тагило-Магнитогорской зоне Восточного склона Урала. Здесь выявлены Кипчакское месторождение в Челябинской области и Аккермановское месторождение в Оренбургской области, а также ряд рудопроявлений (Клевакинское, Амамбайское, Орское и др.). Более крупное Аккермановское месторождение, расположенно в 20 км к юго-западу от г.Орска. На этом месторождении рудное тело мощностью 4–5 м залегает среди известняков и круто, под углом 70–80о, падает на запад. Оно прослежено по простиранию на 2 км. Руды состоят из пиролюзита, псиломелана, лимонита и гетита. Среднее содержание марганца в рудах составляет (в %) 16,3, железа – 6,0, кремнезема – около 50. Разведанные запасы руд оценены в 3793 тыс. т (Н.П.Варламов, Г.И.Водорезов, С.Х.Туманов, 1966). Во время Великой Отечественной войны месторождение разрабатывалось для нужд Магнитогорского металлургического комбината.
Верхнепермские осадочные марганцевые руды представлены месторождением Улу-Теляк, расположенным в 70 км к востоку от г.Уфы. На этом месторождении разведано субгоризонтально лежащее тело светло-коричневых марганцовистых из-вестняков мощностью от 1 до 18 м. Марганцовистые известняки сохранились на возвышенных местах, а на их склонах и в долинах распространены переотложенные руды, образовавшиеся в результате разрушения первичных руд - марганцовистых известняков и перемещения их в виде обломочного материала в пониженные участки рельефа. Первичные руды состоят из марганецсодержащего кальцита, а переотложенные руды сложены псиломеланом, вернадитом, опалом, халцедоном. Содержание марганца в марганцовистых известняках составляет 8-10%, в переотложенных рудах 11-17%. Разведанные запасы руды на Улутелякском месторождении составляют около 6, 5 млн т (Н. М. Благовещенская, 1966). В связи с низкими содержаниями марганца Улутелякское месторождение не эксплуатируется.
Мел-палеогеновые осадочные марганцевые месторождения расположены в Свердловской области, на Восточном склоне Северного Урала, где выделяется Северо-Уральский марганцеворудный бассейн. Он простирается на 300 км к северу от широты г. Серова вдоль западной границы мезозойско-кайнозойских отложений. В настоящее время этот бассейн обладает наибольшими запасами разведанных марганцевых руд и только здесь осуществляется промышленная добыча марганцеворудного сырья на Урале. На площади Северо-Уральского марганцеворудного бассейна выявлены более 15 промышленных месторождений, из которых 9 детально изучены: Березовское, Ново-Березовское, Южно-Березовское, Екатерининское, Марсятское, Юркинское, Лозьвинское, Ивдельское, Тыньинское; а одно месторождение -Полуночное - уже выработано.
Марганцевые руды Северо-Уральского бассейна залегают в виде пластов среди рыхлых и полусцементированных слоев глин, песков, галечников, алевролитов, песчаников. В восточной части бассейна рудные залежи имеют преимущественно субгоризонтальное залегание, а в западной его части, вблизи разломов, смяты в складки и разорваны. Пласты марганцевых руд имеют протяженность с юга на север от 1,5 до 7,5 км, при ширине 100-800 м и мощности 0,5-5,0 м. Они прослежены скважинами до глубины около 300 м. Первичные марганцевые руды имеют существенно карбонатный состав. Главными рудными минералами являются родохрозит и манганокальцит. На верхних горизонтах месторождений под воздействием процессов выветривания карбонатные руды превращены в окисленные, состоящие из пиролюзита, псиломелана, манганита и песчано-глинистого материала. Содержание марганца в первичных рудах составляет 15-20%, а в окисленных 25-30%.
Одним из более изученных объектов Северо-Уральского бассейна является Полуночное марганцевое месторождение, расположенное в 23 км к северу от г.Ивделя. Месторождение открыто в 1920 г., а в 1942 г. начата его эксплуатация, которая продолжалась до 1965 г.
Рудная залежь Полуночного месторождения залегает на размытой поверхности палеозойских порфиритов на палеогеновых кварц-глауконитовых песках. Она простирается на 1500 м с юга на север при ширине 600 м. Залежь наклонена на восток под углом 7-10°. На глубине около 100 м она выклинивается. В первичных карбонатных рудах Полуночного месторождения среднее содержание составляет (%): марганца 20,7, железа – 3,6, фосфора – 0,19. В окисленных рудах содержание марганца более высокое – в среднем 27,5%.
В настоящее время эксплуатируются Тыньинское, Ново-Березовское, Березовское и Южно-Березовское месторождения. Общие разведанные запасы марганцевых руд Северо-Уральского бассейна составляют 41,9 млн т (А.В.Сурганов и др., 1997). Объем добычи марганцевых руд пока небольшой, но, по расчетам проектных институтов, через 5 лет эксплуатации он может достичь 350 тыс. т в год.
Осадочные месторождения марганца сформировались в прибрежных зонах древних морей. При выветривании горных пород на прилегающей суше содержавшийся в них марганец растворялся в воде и выносился реками и ручьями в море. Смешение сравнительно кислых вод, принесенных с суши, с морскими щелочными водами вызывало осаждение марганца в прибрежных зонах, достигая в благоприятных условиях промышленных концентраций. Высказано также мнение об эндогенных источниках марганца. Так, для Парнокского месторождения предполагается привнос марганца с больших глубин по разломам в земной коре, т.е. гидротермально-осадочный генезис части марганцевых руд (М.А.Шишкин, Н.Н.Герасимов, 1995).
Вулканогенные гидротермально-осадочные месторождения марганцевых руд распространены в Тагило-Магнитогорской зоне, где в силурийском и девонском периодах, т.е. 354–434 млн лет назад, происходил активный вулканизм преимущественно в подводно-морских условиях. Горячие воды, выделяющиеся из вулканов и окружающих их фумаролл, содержали марганец, кремний, железо и другие химические элементы. Эти элементы в виде карбонатных, силикатных и оксидных соединений осаждались вблизи вулканов на дне морских бассейнов, образуя местами промышленные кремнисто-марганцевые месторождения.
На Южном Урале, в основном на территории Баймакского, Абзелиловского и Учалинского районов Республики Башкортостан, выявлены многочисленные кремнисто-марганцевые месторождения, приуроченные к горизонту сургучно-красных бугулыгырских яшм и другим слоям кремнистых пород. Более значительными объектами такого типа являются Файзуллинское, Янзигитовское, Алимбетовское, Ниазгуловское, Кусимовское, Кожаевское, Уразовское месторождения. Рудные тела этих месторождений имеют форму пластов и линз, переслаивающихся с яшмами и алевролитами. Руды сложены родонитом, бустамитом, браунитом, псиломеланом, пиролюзитом, кварцем. Содержание марганца в кремнисто-марганцевых рудах составляет 10–25%, кремнезема 20–50%. Добыча этих руд была начата еще в 1880 г. на Уразовском месторождении для нужд Златоустовского и Белорецкого металлургических заводов. Позднее, в связи со строительством Магнитогорского металлургического комбината, были разведаны многие близрасположенные марганцевые месторождения. Во время Великой Отечественной войны они эксплуатировались, а руды поставлялись на Магнитогорский металлургический комбинат. Разведанные запасы кремнисто-марганцевых руд Южного Урала составляют 2,8 млн т. Однако в связи с малыми размерами месторождений и низким качеством руд в настоящее время они не эксплуатируются.
На Среднем Урале вулканогенные гидротермально-осадочные марганцевые месторождения известны в Нижнетагильском рудном районе. Здесь изучались Сапальское, Липовское, Казанское месторождения. Рудные тела этих месторождений залегают обычно на границе известняков со сланцами и туфопесчаниками. Они имеют форму неправильных линз. В геологическом строении месторождений участвуют вулканические породы – трахиты и интрузивные породы – сиениты.
Сапальское месторождение, расположенное в 6 км к северу от г.Нижнего Тагила, открыто в 1867 г. Руды этого месторождения состоят из гаусманита, браунита, псиломелана, родохрозита, манганокальцита. Содержание марганца в рудах составляет 30–42%. К настоящему времени оно выработано. Липовское и Казанское месторождения обладают малыми размерами и низким качеством руд. Присутствие на марганцевых месторождениях Нижнетагильского района интрузивных пород позволяет предполагать также гидротермальный генезис руд, связанный с внедрением сиенитов.
Небольшие объемы добычи марганцевых руд на месторождениях Северо-Уральского бассейна не обеспечивают потребности Уральского экономического района. Новые промышленные осадочные месторождения марганцевых руд могут быть выявлены в ордовикских отложениях западного склона Северного и Приполярного Урала, в раннекаменноугольных осадочных породах западного и восточного склонов Южного Урала, в палеогеновых отложениях восточного склона Северного Урала. Обеспечение потребностей Урала в марганцевых рудах за счет разработки Парнокского месторождения в Республике Коми, будет возможно после проведения железной дороги в этот район.
5.Марганец – важный и, безусловно, необходимый элемент в жизни человека. Заменить его нечем. Сейчас в России ощущается нехватка добычи марганца. Поэтому сегодня наиболее актуальны и разработка новых месторождений, даже подводных, и тщательное изучение свойств этого металла и его соединений.
Марганцевые руды ; 5 – оксидно-карбонатные марганцевые руды ; 6 – карбонатные марганцевые руды . В осадочных морских месторождениях... были известны только окисные руды , а карбонатные марганцевые руды открыты сравнительно недавно. ...
Разработка мероприятий по повышению конкурентоспособности предприятия на примере ОАО ТНК Казхр
Дипломная работа >> МаркетингИмеются крупные разведанные запасы высококачественных марганцевых руд . Производство марганцевых ферросплавов в республике станет одной... Годовая добыча марганцевых руд в республике достигает 0,5 млн. тонн. Основная добыча марганцевой руды в Казахстане...