روژه پایانی جهت اخذ درجه کارشناسی
مقدمه
با رشد فزآینده صنایع نوپای کشورمان، نیاز به تهیه مواد خام از منابع داخلی افزایش چشمگیری می یابد. در این راستا اکتشافات مواد معدنی می تواند نقش عمده ای در بازسازی و پیشرفت نوین صنایع ایران زمین داشته باشد.
منگنز از جمله فلزاتی است که اکتشاف آن جزو طرحهای اولویت دار قرار دارد. زیرا کاربرد وسیع آن در صنایع فولاد، شیمیائی، باطری سازی، شیشه، سرامیک، کود، رنگرزی و رنگسازی و موارد دیگر بر کسی پوشیده نمی باشد.
با اجرای طرحهای اکتشافی که توسط ارگانهای ذیربط صورت گرفته، و کماکان نیز با شتاب و آهنگ بیشتری در حال انجام می باشد. اخبار امیدوار کننده ای از پیدایش کانسارهای متعدد منگنز تقریباً در تمامی استانهای کشورمان به گوش می رسد با جمع بندی دانسته ها و مطالعات اکتشافی اخیر کانسارهای متعدد منگنز اما در مقیاس کوچک در ایران شناسائی شده است.
علیرغم اینکه رخداد کانسارهای منگنز نوع رسوبی با ذخائر عظیم مانند کانسارهای منگنز تیپ چیاتوری و نیکوپول روسیه و دیگر ذخائر مشابه تاکنون در کشورمان کشف نشده، اما خوشبختانه کانسارهای کوچک و متعدد غنی شده منگنز که وجود آن در بسیاری از مناطق ایران خصوصاً در زونهای آمیزه رنگین و در باریکه های تکتونیکی به اثبات رسیده که مجموعاً می تواند، حیات تازه ای به صنایع وابسته به این فلز استراتژیک ببخشد.
منگنز
منگنز یکی از مهمترین فلزات برای فروآلیاژها بحساب می آید. منگنز نه تنها برای ساخت فولادهای با منگنز بالا ضروری می باشد. بلکه اغلب یک فلز بدون جانشین و لازمه برای ساختن تمام فولادهای کربن دار است. برای تولید هر تن فولاد مقدار 13 تا 20 پوند منگنز نیاز می باشد. حدود 95 درصد منگنز تولید شده در صنعت متالورژی بکار می رود.
و مقدار کمی از آن برای ساخت دیگر آلیاژها مانند بعضی از برنزها استفاده می گردد.
مهمترین و اصلی ترین هدف کاربرد منگنز در ساخت فولاد، اکسیژن و گوگردزدائی از آن می باشد. زیرا منگنز همانند یک فیلتر عمل می کند بطوریکه محصول نهائی بصورت فلز بی عیب و سالم بدست می آید.
از کانسنگی که شامل حداقل عیار 46 درصد منگنز است می توان فرومنگنز با عیار 80 درصد منگنز و 15 تا 18 درصد آهن تولید نمود. همچنین منگنز در ساخت آلیاژ اشپیلایزن (20 درصد منگنز، مابقی آهن) نقش اساسی را ایفاء می کند.
کانسنگ منگنز با خلوص زیاد به جهت ساخت باطری های خشک و دیگر صنایع از جمله شیشه سازی، رنگسازی، رنگ دانه ها، رنگرزی و کودها استفاده می شود.
منگنز در صنعت فولاد به جهت سفتی و استحکام دادن به محصولات آن از جمله ورقه های فولادی، آرماتورها، چرخهای ماشین، سوزنهای راه آهن، صندوقهای نسوز، سنگ شکن ها، دستگاههای برش و آسیاب، ماشین ابزار، چرخ دنده ها، اسکلت فلزی، پلهای فلزی و خیلی موارد دیگر کاربرد دارد.
2-کانی شناسی منگنز (2 و 1)
منگنز در بسیاری از کانیهای موجود در پوسته زمین وجود دارد و تاکنون بیش از 300 کانی حاوی منگنز شناخته شده است، اما تعداد کانیهای منگنزدار که دارای ارزش اقتصادی می باشد کمتر از 12 کانی است. جدول شماره 1 ترکیب شیمیایی Mn موجود در برخی از کانی های مهم منگنز را نشان می دهد.
کاربردهای منگنز (2)
منگنز از فلزاتی است که به علت دارا بودن خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوب، کاربردهای متنوعی در صنایع یافته است. حدود 90 تا 95 درصد از تولید جهانی این ماده معدنی در متالورژی فولادهای معمولی ریخته گریها و ساخت فروآلیاژهای مختلف به کار می رود 5 الی 10 درصد باقیمانده از تولید جهانی این ماده معدنی نیز در صنایع باتری سازی و در صنایع شیمیایی (رنگ آمیزی – صنایع شیشه، صنایع کشاورزی تصفیه آب) مورد استفاده قرار می گیرد.
در ایران علاوه بر سنگ منگنز مور استفاده در صنایع فولادسازی، مقداری سنگ پرعیار نیز جهت ماده اولیه کارخانجات فروآلیاژ سازی نیاز می باشد.
4- چرخه منگنز
ذخائر منگنز ممکن است بصورت فرعی به همراه ماده معدنی آهن و یا بطور جداگانه از آهن ذخائر منگنز رسوبی را تشکیل دهند.
اکسیدهای آهن در محیط PH پائین تری (در محیط احیاء تر از محیط رسوبی منگنز) نسبت به اکسیدهای منگنز رسوب می کنند. بنابراین آهن و منگنز بدین ترتیب از یکدیگر جدا می گردند. (به احتمال زیاد در محیطی با PH یکسان در حد اشباع رسوب می کند) اما در پاره ای موارد نیز چنین نمی شود.
در محیط های خنثی رسوب گذاری آهن و منگنز بصورت کربنات همزمان صورت می گیرد. همچنین جدایش منگنز و آهن تحت شرایط اکسیداسیون انجام می پذیرد.
زیرا رسوب گذاری اکسید و هیدروکسیدهای آهن در درجه اکسیداسیون پایین تری (EH) در مقایسه با ترکیبات منگنزدار در محیط هائی با PH یکسان رخ می دهد.
ذخائر بزرگ منگنز رسوبی گزارش شده نسبتاً کم اما مهم تر از دیگر ذخائر منگنز اکتشاف شده می باشد. ولی کانسارهای فوق الذکر از لحاظ تعداد و میزان ذخیره کم و کوچکتر از ذخائر آهن رسوبی است.
رسوب گذاری سنگ منگنز به اشکال کربنات یا اکسیدی می تواند در دریاچه ها، باتلاقها و دریاها رخ دهد. و آهن نیز به موازات منگنز تحت شرایط یاد شده تشکیل شود. اما تفاوت این دو در دجه اکسیداسیون و شکل اکسیدهای آن است. اگرچه اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن در طبیعت بطور کامل ناشناخته می باشند. اما ترکیبات هم ظرفیت منگنز بصورت کانی های مشخص بخوبی قابل شناسائی است.
منگانیت به فرمول شیمیائی Mn2O3 , H2O و هوسمانیت به فرمول شیمیائی Mn3O4 نقطه مقابل گوتیت و منیتیت می باشد. اما منگنز بصورت دی اکسید (MnO2) که عمده ترین کانی منگنزدار است، مانند کانه های یاد شده نقطه مقابلی در ترکیبات آهن دار ندارد.
کانسارهای نوع دریائی منگنز عمدتاً بشکل دی اکسید در داخل رسوبات عمیق دریاها و آبهای کم عمق تشکیل می گردند. این کانسارها بصورت گرهک هائی بشکل مواد رنگی و پوشش های سطحی بر روی فسیل ها بطور گسترده پخش می باشند.
به عقیده هوت (HEWETT) مقادیر فراوانی از این گرهک ها در نواحی اقیانوسی غالباً در زیر رسوبات کم ضخامت انباشته شده است.
گرهک های منگنزدار که در آبهای عمیق تشکیل می شوند، از نظر اقتصادی بسیار مهم می باشند. هوت نتیجه گیری می کند که اغلب کانسارهای منگنز استراتیفورم جهان حاصل از محلولهای گرمابی با درجه حرارت کم هستند که از اعماق زمین و کانونهای فعال آتشفشانی نشأت می گیرند. در این ذخائر میزان آهن بدلیل هواخوردگی سنگهای قاره ای بسیار ناچیز می باشند.
در نزدیکی سواحل، رسوبات آهن و ذرات ریزاکسید منگنز یا ژلهای بیوکربناتی و اکسیدهای دیگر و کربناتها و یا هر دو فلز آهن و منگنز رسوب می نماید. شکل این اکسیدها بصورت تخم ماهی یا االیتیک عمدتاً بصورت کانه های پیلوملان و پیرولوزیت است. به همراه کانه های یاد شده فسیل های دریائی نیز یافت می شوند که این مطلب منشأ دریایی بودن منگنز را تأیید می کند. سنگهای دربرگیرنده ماده معدنی عموماً شیل و آهک و مقدار کمی هم ماسه سنگ می باشد.
1-5منشاء و انواع کانسارهای منگنز
منگنز با چهار ظرفیت 2+ ، 3+ ، 4+ و 6+ در طبیعت وجود دارد. که منگنز دو ظرفیتی آمادگی جایگزینی با عناصر کلسیم و آهن دو ظرفیتی را دارد. به همین علت عموماً منگنز به همراه این عناصر دیده می شود.
منگنز دو ظرفیتی در محیط های احیاء یا نزدیک به خنثی شرایط مساعدی برای محلول شدن را دارد. اما تمرکز آن زمانی صورت می گیرد که نیروی احیاء کنندگی افزایش یابد. در محیط های فوق اکسیدان منگنز با ظرفیت بیشتر تشکیل می شود و نسبتاً نامحلول است.
اکثر ترکیبات محلول آهن که در طبیعت یافت می شوند از ترکیبات منگنز دو ظرفیتی کم محلول تر می باشند.
آهن عموماً قبل از منگنز رسوب گذاری می نماید. زیرا یون های آهن زودتر از یون های منگنز راسب می گردند.
شرایط و مراحل رسوب گذاری نیز در جدایش آهن و منگنز مؤثر می باشد. مگر اینکه نسبت آهن به منگنز بطور غیرعادی افزایش یابد.
هردو پارامترهای رسوب گذاری و غنی شدن در پیدایش کانسارهای منگنز مؤثر می باشد.