Марганцевые породы псиломелан

псиломеланом MnO2·mMnO·nH2O, пиролюзитом MnO2·nH2O, манганитом MnO·OH


Минеральный и химический состав

Марганцовистые породы обогащены соединениями марганца. Главными минералами, слагающими марганцовистые породы, являются следующие:

а) окислы четырехвалентного марганца—псиломелан (MnO2 •  mMnO x nH2O), образующий натечные формы и землистые массы, пиролюзит (MnO2), встречающийся обычно в виде порошковатых или кристаллических разновидностей, и вернадит (MnO2 • nH2O) — коллоидальный минерал, возникающий в результате окисления главным образом карбонатов и силикатов марганца;

б) окислы трехвалентного марганца; из этой группы главным является манганит — MnO2 • Mn(OH)2, образующий обычно лучистые агрегаты; реже встречается браунит — Mn2O3;

в) соединения двухвалентного марганца, представленные обычно солями угольной кислоты (родохрозит MnCO3 и другие минералы).

Химический состав марганцовых пород изучается в поле при помощи специальной походной лаборатории «ХАЛ-1», с помощью которой может быть произведен ряд качественных определений, некоторые специальные реакции (на высшие окислы марганца — реакции для отличия пиролюзита и манганита от псиломелана и браунита) и полуколичественное определение марганца и железа в рудах.

Для упрощенного качественного определения в поле светлоокраше-ных минералов марганца (например, родохрозита) П. М. Исаков рекомендует следующий способ.

Крупинка минерала тщательно растирается в фарфоровой кюветке с несколькими кристалликами KHSO4, к смеси добавляется 1—2 кристалла азотнокислого серебра и растирание повторяется: Затем смесь обрабатывается каплей разбавленного аммиака, после чего в присутствии марганца моментально появляется черная окраска.

Качественное определение марганца в минералах и рудах, окрашенных в черный цвет, производится следующим образом. Маленький кусочек минерала мелко растирается, всыпается в пробирку небольших размеров, добавляется 4—5-кратное количество хлоридно-нитратной смеси аммонийных солей, состоящей из двух частей хлорида и одной части нитрата аммония. Встряхиванием пробирки смесь хорошо перемешивается и затем нагревается на спиртовке в течение 4—5 мин. После охлаждения пробирки отбирается, желательно с ее дна, небольшая порция смеси, которую помещают в фарфоровую кюветку, к ней добавляется 2—3 кристаллика азотнокислого серебра, смесь растирается и обрабатывается каплей раствора аммиака. Почернение смеси при слабом нагревании указывает на присутствие марганца.

Большая часть осадочных месторождений марганца характеризуется тем, что марганцовые породы ассоциируются с кремнистыми отложениями. Поэтому кремнезем и окислы железа являются обычными примесями в марганцовых рудах и иногда образуют в них крупные скопления. Значительно реже марганцовые месторождения приурочены к карбонатным толщам. Наконец известны случаи, когда марганцовые породы содержат значительное количество обломочного материала, и соединения марганца играют в них роль цемента.

По рудообразующим минералам среди марганцовых руд Бетехтин выделяет следующие типы: первичноокисные, состоящие главным образом из пиролюзита и псиломелана; карбонатные (опалродохрозитовые), марганцовистые известняки и окисленные карбонатные (опалово-псиломеланово-вернадитовые), которые слагают зоны окисления осадочных карбонатных руд.

Главные типы пород

В водоосадочных отложениях марганцовистые породы представлены обычно псиломелано-пиролюзитовыми, кварцево-пиролюзитовыми и карбонатными опало-родохрозитовыми разновидностями. Псиломелано-пиролюзитовый тип является наиболее распространенным и сложен часто оолитами разной величины, от нескольких миллиметров до 10—20 см. Крупные конкреции обладают концентрическим строением. К несколько иному типу принадлежат ноздреватые пористые руды, образованные за счет слияния в одно целое множества оолитов. Наблюдаются также землистые массы.

Псиломелано-пиролюзитовые руды имеют широкое распространение. Их скоплениями образованы крупнейшие месторождения мира. Эти руды характеризуются темно-серым, иногда черным цветом, часто пятнистостью и зернистым или землистым изломом.

Кварцево-пиролюзитовые породы по минералогическому составу близки к предыдущему типу. Здесь марганцовые минералы находятся в тесном срастании с плотной кремнистой массой, представленной опалом, халцедоном и кварцем. Количество этих минералов может быть значительным.

Карбонатные руды марганца, в особенности марганцовистые известняки, часто по своему внешнему виду похожи на обыкновенные белые или светло-серые известняки, мергели или известковые песчаники. Различие между ними становится отчетливым лишь в выветрелых образцах, в которых марганцовистые породы приобретают темно-коричневый пли черный цвет.

Вторично окисленные руды марганца, свойственные коре выветривания, отличаются от первично-окисных (псиломелано-пиролюзитовых) марганцовых руд большей пористостью, а иногда и рыхлостью. Химический состав вторичных руд характеризуется часто повышенным содержанием окиси кальция и фосфора.

В метаморфических толщах за счет изменения осадочных марганцовых пород возникают браунитовые силикатные и силикатно-карбонатные руды. Браунитовые марганцовые руды встречаются, например, среди яшм и других кремнистых пород девонского возраста на Южном Урале.

По морфологическим признакам среди осадочных марганцовых месторождений Бетехтин выделяет две группы: пластовые рудные тела, занимающие большие площади, и пластообразные залежи, разбитые в результате тектонических движений. К этой же группе он относит месторождения, для которых характерна быстрая изменчивость состава, и рудные пласты, представленные тонкими прослойками и небольшими линзами. Пластовые скопления относятся к мелководным образованиям, тяготеющим к прибрежным зонам морских бассейнов.

Происхождение

Первичные марганцовистые породы образуются главным образом в морских, реже в озерных бассейнах. Вторичные месторождения марганца встречаются также и в коре выветривания (марганцовые шляпы и инфильтрационные месторождения).

Морские марганцовые отложения, в которых нередко бывают сосредоточены громадные запасы руд, как правило, генетически связаны с мелководными химическими (коллоидными) осадками кремнезема или песчано-глинистыми толщами, реже с карбонатными породами, и залегают в основании трансгрессивно лежащих комплексов.

На примере Чиатурского бассейна была установлена закономерность фациальной изменчивости в зависимости от положения береговой линии. В непосредственной близости от берега образуются пиролюзито-псиломелановые руды, представленные соединениями четырехвалентного марганца.

По мере удаления от береговой линии и углубления дна бассейна пиролюзито-псиломелановые отложения сменяются манганитовыми. Наряду с четырехвалентным марганцем присутствует и двухвалентный. Пластический материал тонкозернист, появляются отдельные зерна глауконита. Содержание фосфора повышается до 0,2%. По мере удаления от берега и дальнейшего углубления манганитовые руды сменяются фацией карбонатных руд, представленных родохрозитом и манганокальцитом со значительной примесью глауконита.

Ширина зоны накопления марганцовых руд меняется в зависимости от угла наклона шельфа. При малых углах наклона поперечник зоны в Чиатурском месторождении увеличивается от 8 до 10 км. В условиях более расчлененного рельефа ширина ее сокращается до нескольких сотен метров (Бетехтин, 1944).

В связи с накоплением марганцовых руд в мелководье трансгрессирующего моря они залегают иногда на неровной поверхности подстилающих пород, и их мощность меняется довольно значительно даже на небольших расстояниях (Никопольское месторождение). Тесная связь между глубиной бассейна и составом марганцовистых пород вызвана степенью насыщенности вод кислородом. При насыщенном содержании кислорода возникали окисные соединения марганца (пиролюзит, псиломелан, манганит). При недостатке кислорода образовывались соединения двухвалентного марганца (карбонаты).

Среди морских карбонатных толщ марганцовистые месторождения встречаются довольно редко (Улутелякское, Усинское, Буштымское).

Для месторождений, приуроченных к обломочным породам, характерно нахождение соединений марганца в виде цемента, который представлен колломорфным псиломеланом и пиролюзитом. Месторождения этого тина не имеют большого промышленного значения и изучены слабо.

Озерные и болотные марганцовые отложения известны лишь из новейших отложений, и, как правило, не имеют практического значения. Современные озерные марганцовые отложения широко распространены в лесной зоне (Карелия, Финляндия, Швеция, Канада).

Источником марганца при образовании осадочных толщ, в большинстве случаев, являются его соединения, возникающие в процессе выветривания материнских пород. Благодаря незначительному содержанию марганца в кристаллических толщах элювиальные месторождения марганцовых руд не встречаются, а присутствуют лишь в коре выветривания осадочных пород, уже ранее обогащенных соединениями марганца. Иногда окисные соединения марганца возникают в зоне окисления карбонатных марганцовистых пород (вторично-окисные руды).

Другим источником марганца является, по-видимому, вулканическая деятельность, в процессе которой гидротермами в морскую воду вносится известное количество соединений марганца. Этим путем образуются марганцовые породы, тесно связанные с эффузивными и некоторыми яшмово-кремнистыми толщами. Подобные эффузивно-осадочные марганцовые толщи присутствуют только в геосинклинальных районах.

Геологическое распространение

Крупные месторождения осадочных руд марганца связаны с докембрием (Индостан, Бразилия, Западная и Южная Африка). Вторая крупная эпоха образования марганцовых месторождений, наиболее важная для территории СНГ, совпадает с третичным периодом (Чиатуры, Никополь).

В России, кроме того, ряд месторождений известен в кембрийских, девонских, нижнекаменноугольных и верхнепермских породах. Все наиболее крупные месторождения марганца расположены в геосинклиналях или в прилежащих к ним зонах платформ.

Практическое применение

Подавляющая часть добываемых марганцовых руд используется для нужд металлургии и только 5—10% потребляется химической и другими видами промышленности.

Широкое потребление марганца в производстве стали объясняется тем, что он является активным раскислителем, извлекая из расплава кислород, освобождая сталь от окислов железа, и способствует получению болванок без пустот. Кроме того, марганец извлекает из расплава серу, и даже небольшая его примесь резко улучшает механические свойства стали.

В черной металлургии используется три типа марганцовых руд:

а) марганцовые руды, содержащие железо в ограниченных размерах (отношение Mn : Fe изменяется в пределах 30—15, реже 6—7);

б) железо-марганцовые руды, в которых оба металла содержатся примерно в равных долях (отношение Mn : Fe равно приблизительно единице или менее);

в) марганцовистые железные руды с резким подчиненным содержанием марганца (5—15%).

Общее содержание железа и марганца в промышленных марганцовых рудах, не требующих обогащения, колеблется от 40 до 50%. Благоприятным фактором является значительная плотность руды и отсутствие в ней пылеватых частиц.

Наиболее вредной примесью в марганцовых рудах является фосфор. Его содержание не должно превышать 0,003% на 1% содержания в руде марганца. Небольшая примесь серы в марганцовых рудах не снижает их качества, так как она переходит в шлаки.

Марганцовые руды используемые в черной металлургии, применяются для следующих целей:

а) из высокосортных марганцовых руд, бедных железом и фосфором (не выше 0,0035% на 1% Mn), выплавляются стандартные марки ферромарганца, используемого в качестве добавки при производстве специальных сортов стали;

б) железо-марганцовые руды идут для приготовления ферросплавов, являющихся заменителями высокосортного ферромарганца при производстве рядовых марок стали;

в) марганцовистые железные руды, содержащие мало фосфора, используются для выплавки марганцовистых чугунов (с содержанием марганца 5—10%);

г) марганцовистые известняки используются в качестве флюсов.

В химической промышленности марганцовые руды находят себе применение для самых разнообразных целей: в производстве сухих электрических батарей, при варке стекла для его обесцвечивания, для изготовления некоторых красок и пр. Для этих целей применяются, как правило, марганцовые руды, богатые двуокисью марганца (минералами групп псиломелана, пиролюзитом и вернадитом). Содержание кремнезема и фосфора не играет особой роли. Широко используются в химической промышленности и в сельском хозяйстве (как стимуляторы роста растений) порошковатые руды, не пригодные в металлургической промышленности.

Марганцовые руды перед использованием их в промышленности в большинстве случаев подвергаются обогащению. Наиболее легко поддаются простым видам обогащения конкреционно-оолитовые стяжения, располагающиеся в глинистых или рыхлых опаловых породах. Практически не поддаются механическому обогащению некоторые силикатные руды марганца, а также обогащенные марганцем черные песчаники, в которых марганцовые окислы заполняют пространство между обломочными частицами.

реклама

Mineralmarket