Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Зональность рудных пластов марганцевых осадочных месторождений и ее природа



Введение

месторождение марганец рудный пласт

Марганец был открыт в 1774 г. шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Этот элемент в чистом виде не встречается в природе. В рудах элемент присутствует в форме карбонатов, окислов и гидроокисей.

Основным минералом, содержащим марганец, является пиролюзит, представляющий собой относительно мягкий камень темно-серого цвета. Содержание марганца в нем составляет 63,2%. Существуют и другие руды марганца: манганит, псиломелан, браунит, гаусманит. Все это силикаты и окислы марганца.

Основным потребителем марганца является черная металлургия, она расходует в среднем 8-9 килограмм марганца на 1 тону выплавляемой стали. При введении в сталь марганца чаще всего применяют его сплавы с железом, например, ферромарганец (70 - 80% марганца, 0,5 - 7,0% углерода, остальное занимает железо и примеси). Выплавляется он в электрических и доменных печах. После железа марганец - самый распространенный из тяжелых металлов.

Еще в I веке Плиний Старший - естествоиспытатель Древнего Рима, погибший при извержении Везувия, писал о чудесной способности черного порошка (молодого пиролюзита) осветлять стекло. Плиний считал его разновидностью магнитного железняка, хотя пиролюзит не притягивается магнитом. В рукописях знаменитого алхимика Альберта Великого (XIII в.) этот минерал называется «магнезия». В XVI в. встречается уже название «манганезе», которое, возможно, дано стеклоделами и происходит от слова «манганидзейн» - чистить.

Позднее, в средние века, итальянский ученый и инженер Ванноччо Бирингуччо писал в своем энциклопедическом труде по горнорудному делу и металлургии «Пиротехния», вышедшем в 1540 году: «…пиролюзит бывает темно-коричневого цвета;… если прибавить к нему стекловидных веществ, то он окрашивает их в красивый фиолетовый цвет. Мастера-стеклоплавильщики окрашивают им стекла в изумительный фиолетовый цвет; мастера гончары также пользуются им для образования фиолетовых узоров на посуде.

Кроме того, пиролюзит обладает особым свойством - при сплавлении с литым стеклом очищать его и делать белым вместо зеленого или желтого».

Целью нашего реферата является сообщение о зональности рудных пластов марганцевых осадочных месторождений и их природы.

Задачами являются:

1. Передать общие сведения о марганце;

2. Изучить литературу по теме зональности рудных пластов марганцевых осадочных месторождений и их природы;

3. Систематизировать полученные сведения по теме зональности рудных пластов марганцевых осадочных месторождений и их природы;

4. Выделить особенности зональности рудных пластов марганцевых осадочных месторождений и их природы;

5. Предоставить данные по месторождению марганца в мире.



1. Общие сведения о марганце

Марганец - элемент побочной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 25.

Обозначается символом Mn (лат. Manganum, мамнганум, 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.

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.

2. Зональность рудных пластов марганцевых осадочных месторождений

Первичные марганцевые породы образуются в морях, реках, реже озерах. Скопления марганца могут образоваться и в коре выветривания. Но обычно крупные аккумуляции марганца с образованием руд генетически сопряжены с ионными и коллоидными химическими осадками кремнезема или песчано-глинистыми толщами прибрежной области моря. Марганцевые руды могут быть связаны с вулканами, с региональными зонами эксплозивного и эффузивного вулканизма, с хемогенными осадками, порожденными гидротермами.

Марганецсодержащие породы, обогащенные соединениями марганца, в качестве основных минералов содержат окислы четырех- и двухвалентного марганца, родохрозит. Оксиды и гидроксиды марганца представлены псиломеланом MnO₂·mMnO·nH₂O, пиролюзитом MnO₂·nH₂O, манганитом MnO·OH, реже браунитом Mn₂O₃. Кроме минералов марганца в манганолитах есть гидроксиды железа, глинистые минералы, опал, халцедон, кальцит, сидерит, песчано-алевритовый материал. Подвергнутые метаморфизму марганцевые породы содержат браунит Mn₂O₃, гаусманит Mn·Mn₂O₄ и родонит Mn₂(SiO₃)₂.

В осадочных породах, возникших за счет отложения первичного материала в водных бассейнах, манганолиты обычно представлены псиломелан-пиролюзитовыми породами, кремнисто-пиролюзитовыми породами и карбонатными рудами марганца.

Наиболее широко распространены псиломелан-пиролюзитовые образования, слагающие руды крупнейших месторождений мира.

Обычно это землистые черные рыхлые породы, зернистые темно-серые, черные массы, часто пятнистые. Иногда псиломелан-пиролюзитовые скопления марганца имеют оолитовое строение, содержат включения зубов акул, беспозвоночных ископаемых. Кремнисто-пиролюзитовые породы сходны по составу с пиролюзит-псиломелановыми, но для них характерна тесная ассоциация с осадочным опалом, кварцем, халцедоном. Наконец, третий тип манганолитов связан с карбонатными осадками и представляет собой скопления карбонатов марганца - манганокальцита, родохрозита в карбонатных накоплениях морских бассейнов.

По А.Г. Бетехину руды марганца подчинены существенно кремнистым осадкам (опокам, яшмам, спонгонолитам), либо - существенно известковым отложениям. Четвертую группу относительно самостоятельных по генетически-фациальным условиям образования, морфологии и составу манганолитов представляют железо-марганцевые конкреции в отложениях морских и океанических бассейнов на глубинах от 0,1-0,2 км до 8-9 км. Их присутствие в морских отложениях, особенно в абиссальных регионах, известно со времен глубоководной экспедиции Челленджера. По морфологии среди них различают собственно конкреции, глыбы и корки. Конкреции разнообразны по форме - желваки, лепешковидные образования, усеченные пирамиды и пр. Размеры от 1 до 25 мм.

Часто это наслоение окислов марганца, глинистого вещества около центрального ядра, представленного кусками пемзы, реже зубами акул, кусочками ила. Минералогический состав конкреций - аморфные массы гидрогётита, железистого манганита, редко псиломелана. Отмечается присутствие значительного числа элементов, в том числе радиоактивных - хрома, иттрия, лантана, галлия, иония и др. Цвет конкреций серо- и желто-черный.

Скопления конкреций могут достигать существенных масштабов с образованием обширных полей. Суммарные оценки запасов конкреций на дне Мирового океана - 2-3 тыс. млрд. т по данным Ю.М. Пущаровского. Происхождение конкреций связывают с расколами земной коры (спрединг) и поступлением из подкоровых источников вулканогенного материала. По Н.М. Страхову они имеют седиментационно-диагенетическое происхождение и связаны с перераспределением хемогенного марганца в осадках.

До 75% мировых ресурсов Mn - руд заключено в морских собственно осадочных месторождениях, сложенных преимущественно терригенным материалом песчано-глинистого состава с глауконитом. На долю этих месторождений приходится 2/3 мировой добычи.

Месторождения размещаются на тектонически стабильных участках: на склонах кристаллического щита либо на платформах. Осадочные марганцевые месторождения формировались в протерозое, палеозое и кайнозое. Палеозойско-протерозойские марганценосные формации относятся в большинстве к вулканогенно-осадочному типу (Габон, ЮАР, Украина, Грузия, Австралия), а собственно осадочные месторождения палеогена образовались в обстановке платформенного тектонического режима.

К рассматриваемому типу относятся, олигоценовые месторождения: Никопольское, Большетокмакское на Украине, Мангышлакское, Лабинское на Северном Кавказе, Чиатурское в Грузии, Полуночное на Северном Урале. За рубежом - Варненское в Болгарии (олигоцен), Моанда в Габоне (докембрий), Грут-Айленд в Австралии (мел).

Рудные тела в этих месторождениях имеют форму пластов, пластообразных тел, линз, залегающих в нижней части трансгрессивно налегающих толщ осадочных пород. Размеры тел обычно большие. Мощность рудного горизонта на Чиатурском месторождении колеблется от 0 до 14 м, в среднем 4,2 м; на Никопольском месторождении до 4,5 м (в среднем 2-3,5 м).

Общая протяженность марганцеворудной полосы на Украине достигает 250 км; главные месторождения размещаются во впадинах основания докембрийского фундамента

Рудный пласт представлен относительно неравномерной перемежаемостью рудных слоев с вмещающей породой. В месторождениях типа Никопольского он сложен марганцевыми конкрециями, которые образуют линзы, скопления, прослеживаемые по простиранию на несколько десятков, иногда первые сотни метров.

Количество марганцеворудного вещества, заключенного в цементирующей нерудной массе, достигает 50% по объему. В среднем содержание марганца в массе пласта составляет 15-25%. Руды окисные и карбонатные, обычно оолитового или конкреционного сложения.

На Никопольском месторождении окисные руды представлены пиролюзитовыми, полиперманганитовыми, манганитовыми стяжениями, кусковатыми, неправильной формы образованиями, рыхлыми землистыми выделениями гидроксидов марганца. Карбонатные марганцевые руды также имеют конкреционное, желваковое строение. Конкреции имеют неправильно-округлую форму с бугристой, кавернозной, ноздреватой поверхностью, размером 1-25 см, погружены в глинисто-алевритовую массу.

Окисные руды - оолитовые, сложены оолитами пиролюзитового и псиломеланового состава и черным пиролюзитовым или кремнистым цементом с примесью зерен кварца, остатков спикуль губок. Размеры оолитов от долей миллиметра до 20 мм, в среднем 2-5 мм. Карбонатные руды также образуют прослои до 0,5 м, чередующиеся с песчано-кремнистыми опаловыми породами. Руды оолитовые. Форма и строение оолитов карбонатных и окисных руд весьма близки. Главными минералами этих руд являются манганокальцит, кальциевый родохрозит, кальцит, опал.

На всех осадочных марганцевых месторождениях отчетливо выражена минеральная зональность руд, отражающая фациальную обстановку их формирования. В относительно приближенных к берегу марганцеворудных отложениях развиты окисные руды, представленные пиролюзитом и полиперманганитовыми минералами. При переходе к относительно глубоководным участкам в рудных прослоях увеличивается количество манганитовых руд, появляются карбонатные марганцевые руды в форме желваков, оолитов, цемента песчаников.

Формирование осадочных месторождений марганцевых руд происходило в морском бассейне при оптимальном сочетании следующих благоприятных факторов: теплого влажного климата, стабильного тектонического режима, способствующего длительному удержанию коры выветривания на щелочной стадии, благоприятствующей выносу из нее марганца и задержанию железа, наличие вблизи бассейна осадконакопления областей размыва пород с повышенным содержанием марганца, резко замедленного поступления в область отложения терригенного материала.

Марганцевые руды осадочных месторождений являются седиментационно-диагенетическими образованиями, частично переработанными гипергенными процессами. С процессами диагенеза связано возникновение внутри первичного рудоносного осадка богатых марганцевых линз. Формирование конкреций, кусковатых руд, оолитов сложного петельчато-линзового строения рудного горизонта также является результатом интенсивного перераспределения первоначально более равномерно распределенного в рудном горизонте марганцевого материала.

Родохрозит-псиломилан-пиролюзитовые месторождения среди прибрежно-морских и логунных олигоценовых отложений сосредоточены в южной части Паратетиса, в которой образовались Никольский марганцевый бассейн на Украине, Чиатурское месторождение в Грузии, Мангышлакское в Казахстане, Оброчище в Болгарии. Их накопление связывают с осадочными или вулканогенно-осадочными процессами.

Огромное количество марганцевых руд сосредоточено в железо-марганцевых конкрециях, выстилающих крупнее площади дна Тихого, Атлантичиского и Индийского океанов. Запасы их 2,5 трлн. тонн, что в сотни раз превышает суммарные запасы, учтённые во всех месторождениях суши. В связи с тем, что происходит непрерывное формирование конкреций, запасы этих руд ежегодно возрастают на 10 млн. тонн.

Источником железа, а так же сопутствующих кобальта, никеля, меди, цинка, свинца, золота, серебра и других элементов одни геологи считают донные вулканические эксгаляции, другие- инфильтрацию из донных базальтов океанической водой, третьи - снос с континентов.

3. Месторождения марганца в мире

По упрощенной классификации главные промышленные марганцевые месторождения суши подразделяются на:

1) пластовые месторождения железо-марганцевых и марганцевых руд в осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических породах;

2) месторождения коры выветривания метаморфических преимущественно докембрийских пород;

3) гидротермальные месторождения.

Именно из этих трёх типов в настоящее время и добывается основная масса марганцевого сырья. В пластовых месторождениях, расположенных в Австралии, Болгарии, Боливии, Габоне, Грузии, Казахстане, Китае, Мексике, Российской Федерации, Украине и ЮАР, заключено до 90% мировых подтверждённых запасов марганца. Около 8% месторождений находится в древних корах выветривания. Такие месторождения разведаны в Бразилии, Буркина-Фасо, Гане, Индии, Кот-д'Ивуаре, Мали и других странах. Оставшиеся 2% представлены мелкими гидротермальными месторождениями на территории Алжира, Аргентины, Боливии, Египта и Марокко.

Значительные прогнозные ресурсы марганцевых руд сосредоточены в скоплениях железо-марганцевых конкреций и кобальт-железо-марганцевых корок, на дне Тихого, Индийского и Атлантического океанов. Их ресурс оценивается в 100 млрд. тонн (при содержании марганца около 25%), что превышает прогнозные ресурсы суши почти в 5 раз.

Мировые запасы марганца

Для производства марганцевой продукции (ферромарганца, оксидов, различных солей и т.п.) используются марганцевые руды. Средние содержания металла в них составляют от 17 до 53%. Наиболее «вредной» примесью марганцевого сырья является фосфор. Желательно, чтобы его содержание в руде не превышало 0,2% от количества марганца. Уникальные марганцевые месторождения содержат запасы руды, превышающие один миллиард тонн, крупные - сотни миллионов, а средние и мелкие - десятки миллионов тонн.

Ресурсы марганцевых руд установлены в 56 странах мира и оцениваются в 21,3 млрд. тонн. В силу того, что достоверные оценки мировых прогнозных ресурсов марганца составляют коммерческую тайну, обнаружение среднемасштабных месторождений ещё возможно в пределах относительно слабо изученных территорий. К таковым можно отнести отдельные районы Австралии, Аргентины, Боливии, Бразилии, Ботсваны, Буркина-Фасо, Габона, Демократической Республики Конго, Индии, Ирана, Марокко, Перу, Турции и Чили. Суммарные прогнозные ресурсы этих стран оцениваются в 2500 млн. тонн.

В таблице 1 представлено распределение марганцевых руд в мире. В таблице 2 приведено распределение ресурсов марганцевых руд по отдельным странам.



Таблица 1. Распределение выявленных ресурсов марганцевых руд в мире

Материк	Млн. тонн	%
Африка	14330	67,4
Европа	3440	16,2
Азия	1650	7,8
Америка	1200	5,6
Австралия и Океания	650	3,0

Таблица 2. Распределение ресурсов марганцевых руд по отдельным странам

Страна	млн. тонн	%
ЮАР	13600	63,9
Украина	2500	11,8
Австралия	630	2,9
Габон	500	2,4
Казахстан	500	2,4
Бразилия	420	2,0



Заключение

Итак, итогом нашего реферата является то, что мы рассмотрели марганец, как элемент, узнав, кто первым открыл его, в каких сплавах он находится, каким способом его получают в промышленности и в каких производствах марганец используется.

Следующей частью нашей работы стало изучение и систематизация информации, выделение особенностей зональности рудных пластов марганцевых осадочных месторождений и их природы, а также предоставление данных по месторождению марганца в мире.

Мы узнали, что первичные марганцевые породы образуются в морях, реках, реже в озерах. Интересно отметить и то, что марганец не встречается в природе в чистом виде, поэтому представлен псиломелан-пролюзитовыми, кремнисто-пиролюзитовыми породами и карбонатными рудами марганца.

Важно подчеркнуть и то, что огромное количество марганцевых руд сосредоточено в железо-марганцевых конкрециях, выстилающих крупнее площади дна Тихого, Атлантичиского и Индийского океанов. Запасы их 2,5 трлн. тонн, что в сотни раз превышает суммарные запасы, учтённые во всех месторождениях суши. В связи с тем, что происходит непрерывное формирование конкреций, запасы этих руд ежегодно возрастают на 10 млн. тонн.

Рассматривая месторождения марганца в мире, стоит отметить, что Южная Африканская Республика обладает наибольшими запасами этой руды в мире, следом идет Украина, а Россия вообще не представлена в списке, так как испытывает недостаток в марганцовой руде. Небольшие запасы не обеспечивают полную экономическую потребность в марганце.

Марганец является одним из самых важных элементов на планете, обладая множеством свойств, получаемых в промышленном формате, например, покрытия из марганца на металлических поверхностях обеспечивают их антикоррозионную защиту, что очень важно для различных конструкций (мосты, фундаменты зданий, локомотивы).



Список литературы

1. Интересные факты о марганце. [Электронный источник]. Режим доступа: http://sitefaktov.ru/index.php/home/1962-o-margance

2. Марганцевые породы. [Электронный источник]. Режим доступа: http://www.geolib.net/lithology/margancevye-porody.html

3. Марганцевая руда. [Электронный источник]. Режим доступа: http://bibliofond.ru/view.aspx? id=484675

4. Марганцевые руды. [Электронный источник]. Режим доступа: http://www.kazedu.kz/referat/170497

5. Осадочные месторождения марганца. [Электронный источник]. Режим доступа: https://sites.google.com/site/952mpi/home/b9-osadocnye-mestorozdenia-marganca

6. Общая химия / Шилов Ю.М., Смушкевич Ю.И., Чукуров П.М., Тарасенко М.И. - М., 1993 г.

Размещено на Allbest.ru