Марганец - вечный спутник железа (открытие, поиски и добыча металла)

Sep 16, 2011 22:08

Минералы, из которых добывают марганец


  
  

Пиролюзит - МnО2 (марганец - 63,2%, кислород - 36,8%)


 

Гаусманит - важная руда марганца (окись марганца (МnО) 62,0%, двуокись марганца (МnO2) 38%, (Мn 72%)



Псиломелан - MnO2


   
  

Манганит - Mn2O3·Н2О  (окись марганца (МnО) 40,4%, двуокись марганца (MnO2) 49,4%, вода (Н2O) 10,2%)


 
 

Браунит - 3(Мn, Fе)2O3·МnSiО3


 
 


  
  

Родохрозит - МnСО3


  
  

Родонит - MnSiO3, или MnO.SiO2


  Марганец


    
  На открытом воздухе марганец быстро окисляется

Колонны подземного дворца

Если вы бывали в московском метро, то, должно быть, обратили внима­ние на одну из его красивейших станций - «Маяковскую». Колонны этого подземного дворца украшены тонкой каемкой из розового камня. Это родонит - минерал, содержащий марганец. Нежный розовый цвет («родон» по-гречески - роза) и хорошая обрабатываемость делают камень прекрасным облицовочным и поделочным материалом. Изделия из родо­нита хранятся в Эрмитаже, в Петропавловском соборе и многих других музеях нашей страны. Большие залежи его встречаются на Урале, где была найдена глыба весом 47 тонн. Нигде в других местах нашей планеты нет таких значительных скоплений этого минерала, как здесь. Да и по красоте уральский родонит не имеет себе равных.


   

Чудесный черный порошок

Но главный промышленный минерал марганца - не родонит, а пиро­люзит, представляющий собой двуокись марганца. Этот черный минерал известен человеку с давних гор.
     Еще в I веке Плиний Старший - замечательный естествоиспытатель Древнего Рима, погибший при извержении Везувия, писал о чудесной способности черного порошка (молодого пиролюзита) осветлять стекло.

"Стекольное мыло"

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».
     Название «пиролюзит» пришло к минералу позже, а в те времена из-за способности обесцвечивать стекло его называли «стекольным мы­лом», или «марганцем» (от греческого «манганезе» - очищать). Было известно и другое название минерала - «чер­ная магнезия»: пиролюзит с древних времен добывали в Малой Азии близ города Магне­зии; кстати, там же добывалась и «белая маг­незия», или «магнезия альба», - окись магния.

Ган или Кайм?

История химии приписывает открытие марганца как металла шведскому химику Ю. Гану (1774 год). Однако есть основания пола­гать, что первым человеком, получившим кру­пицы металлического марганца, был Игнатий Готтфрид Кайм, который описал его в своей диссертации, изданной в 1770 году в Вене. Кайм не довел эти исследования до конца, и поэтому они остались неизвестными большинству хими­ков того времени. Тем не менее, в одном из химических словарей есть упоминание об от­крытии Кайма: «Нагревая смесь из одной части порошкообразного пиролюзита с двумя частями 70 черного плавня, Кайм получил синевато-белый хрупкий металл в виде кристалла с бесчисленными блестящими гранями различной формы, излом которого переливается всеми цветами от синего до желтого».
     Следующую попытку поближе познакомиться с марганцем сделал шведский ученый Торберн Бергман. «Минерал, который называют черной магнезией, - писал он, - представляет собой новую землю, которую не следует смешивать ни с обожженной известью, ни с магнезией альба». Но выделить марганец из пиролюзита ему так и не удалось.

Эстафету принимает Шееле

Изучение этого минерала продолжил друг Бергмана знаменитый химик Карл Шееле. В 1774 году он представил в Стокгольмскую Академию наук доклад «О марганце (т. е. о пиролюзите. - С. В.) и его свойствах», в котором сообщал об открытии нового элемента - газообразного хлора. Наряду с этим Шееле утверждал в докладе, что в состав пиролюзита входит новый металл, отличный от всех известных в то время. Но получить этот металл не сумел и он.
     То, что не смогли сделать Бергман и Шееле, удалось в том же 1774 году Гану. В тигель, внутренняя стенка которого была покрыта влажной древесноугольной пылью, ученый поместил смесь размолотого пиролюзита и мас­ла, а сверху насыпал порошок древесного угля. После сильного нагрева смеси в течение часа в тигле была обнаружена крупинка металлического марганца. Это открытие принесло Гану мировую славу, а семья металлов пополнилась новым, пятнадцатым по счету членом.

"Адский огонь" делает свое дело

16 мая 1774 года Шееле послал Гану очищенный пиролюзит вместе со следующей запиской: «Я с нетерпением жду сообщений о том, к каким результатам приведет этот чистый пиролюзит, когда Вы примените к нему Ваш «адский огонь», и я надеюсь, что Вы пришлете мне небольшой королек металла как можно скорей».
      «Адский огонь» сделал свое дело, и уже 27 июня Шееле благодарил Гана за полученный королек марганца. Шееле писал: «...считаю, что коро­лек, полученный из пиролюзита, представляет собой полуметалл, отличный от всех остальных полуметаллов и имеющий близкую связь с железом».
     В России марганец начали получать в первой четверти XIX века в виде сплава с железом - ферромарганца. «Горный журнал» в 1825 году упоми­нал о выплавке стали с применением марганца. С этого времени судьба элемента неразрывно связана с металлургией, которая является сейчас основным (95%) потребителем марганцевой руды. ...

Почему муравьи рыжие?

...Подобно многим элементам, марганец совершенно необходим для нор­мального развития животных и растительных организмов. Обычно содер­жание в них марганца не превышает нескольких тысячных долей процен­та, однако некоторые представители флоры и фауны проявляют к этому элементу повышенный интерес. В организме рыжих муравьев, например, содержится до 0,05% марганца. Еще богаче им ржавчинные грибы, мор­ская трава, водяной орех (до 1%). В некоторых же видах бактерий содер­жание марганца доходит до нескольких процентов. В крови человека присутствует 0,002-0,003% марганца. Суточная потребность в нем челове­ческого организма составляет 3-5 миллиграммов.


Лесной рыжий муравей  
Ржавчинные грибы


Морская трава  
Водяной орех - чилина (летом)

В зубах акулы

...Пора вспомнить и о рыбах - точнее, о той самой акуле, о которой уже говорилось выше. Ученые подвергли исследованию зуб этого морского хищника, пролежав­ший на дне океана несколько тысяч лет. И оказалось: зуб хорошо сохра­нился, но весь оброс соединениями железа и марганца. Какими путями они попали сюда?

По скромным подсчетам

Еще в прошлом веке, а точнее в 1876 году, британский трехмачтовый парусник «Челленджер», в течение трех лет бороздивший с научными целями моря и океаны, среди прочей «добычи» привез в Англию загадоч­ные шишковидные образования темного цвета, поднятые с различных участков морского дна. Поскольку главной составной частью «шишек» был марганец, их стали называть «марганцевыми почками», или, выражаясь более научно, железо-марганцевыми конкрециями. Последующие экспеди­ции показали, что громадные скопления «марганцевых почек» покоятся во многих местах океанского дна. Однако до середины XX века никто не проявлял к ним особого интереса. И лишь в последние годы в связи с относительным дефицитом марганцевой руды подводные богатства прико­вали к себе внимание ученых. Районы залегания этих конкреций были тщательно изучены - результаты оказались ошеломляющими. По предва­рительным (и, можно смело добавить, скромным) подсчетам, только в Тихом океане скопилось примерно 100 миллиардов (!) тонн прекрасной железно-марганцевой руды. Именно руды: ведь содержание марганца в ней доходит до 50%, а железа - до 27%. (Концентраты некоторых конкреций содержат 98% двуокиси марганца и могут быть использованы без дальней­шей переработки, например, в производстве электрических батарей).

"Витязь" бороздит океаны

Не меньшими богатствами располагает и Атлантический океан. А сов­сем недавно экспедицией советских ученых на «Витязе» железо-марган­цевые конкреции обнаружены и на дне Индийского океана. Расчеты пока­зывают, что и этот океан не беднее своих «коллег».


Научно-исследовательское судно "Витязь". С 1979 г. - музей (в г. Калининграде)

Без бактерий не обошлось

Как полагают океанологи, конкреции возникли в результате концент­рации минеральных веществ из водных растворов вокруг какого-либо тела. Некоторые ученые считают, что здесь дело не обошлось без участия морских бактерий - «микрообогатителей». Недавно ленинградские биологи обнаружили не известные ранее виды так называемых металлогенических бактерий, способных извлекать из воды и концентрировать марганец. В лабораторных условиях «подводные металлурги» проявили завидную работоспособность: за две-три недели они создавали марганцевые конкре­ции величиной со спичечную головку. Если учесть, что сами эти «труже­ники» едва различимы под микроскопом, то такую производительность нельзя не признать весьма высокой.
     Своей формой океанские конкреции напоминают клубеньки картофеля. Цвет их - от коричневого до черного - зависит от того, что в них преобладает - железо или марганец. При большом содержании марганца их окраска становится совершенно черной.

В петлях подводного кабеля. По недоразумению за борт

Обычно размеры конкреций колеблются от долей миллиметра до 15 сантиметров. Однако встречаются отдельные образования значительно больших размеров. В музее Скриппсовского океанографического института (США) хранится конкреция весом 57 килограммов, найденная в районе Гавайских островов. Еще крупнее оказалась конкреция, случайно запутав­шаяся в петлях подводного телеграфного кабеля при подъеме его на ре­монт - она весила 136 килограммов. К сожалению, этому уникальному образцу не суждено было стать музейным экспонатом: после изучения и зарисовки он был по недоразумению выброшен за борт.
     Однако все рекорды побила полутораметровая железо-марганцевая конкреция, поднятая на борт «Витязя» в Тихом океане: глыба весила почти тонну.

Многие страны уже всерьез заинтересовались проблемой разработки океанских складов. Разумеется, при этом ученым и инженерам придется решить немало сложнейших технических задач. Уже сейчас создаются специальные подводные лодки, тракторы-амфибии, экскаваторы на поплав­ках и другое оборудование для добычи сокровищ с океанского дна. «Океанорудная» промышленность будет иметь неоспоримое преимущество перед горнорудной: не нужно прокладывать дороги и коммуникации, как на суше. Суда доставят людей и оборудование в любую точку океана и смогут транспортировать добытые полезные ископаемые по какому угодно нужно­му маршруту. Голландские конструкторы, например, разработали проект подводного гусеничного экскаватора-автомата, предназначенного для добы­чи на морском дне марганцевых и других руд, причем этот автоматический «горняк» способен трудиться на глубине до 5 километров. Все его механиз­мы будут приводиться в действие электричеством. В роли «машиниста» предполагается использовать телевизионную камеру, которая позволит оператору, находящемуся на борту океанского рудовоза, добывать из пучины полезные ископаемые. Спиральный ротор экскаватора будет захва­тывать порцию руды и направлять ее в корпус машины.
     Проект батискафа, предназначенного для разведки подводных место­рождений нефти и газа, залежей марганцевого сырья на морском дне и для других поисковых целей, создается в Японии. Батискаф водоизмеще­нием 30 тонн, рассчитанный на трех человек, будет способен погружаться на глубину до двух километров и перемещаться в воде с довольно боль­шой скоростью и маневренностью. Аппарат сможет находиться в океан­ских пучинах, не поднимаясь на поверхность, более трех суток. В начале 80-х годов японские ученые и конструкторы намерены приступить к созданию исследовательского подводного судна, которое будет проводить разведку полезных ископаемых и изучение рыбных ресурсов океана на глубинах до шести километров.
     Большие работы, направленные на освоение подводных богатств, про­водятся и в нашей стране. Сотни экспедиций выходят ежегодно в океаны и моря, покрывающие свыше 70% поверхности Земли. Не за горами то время, когда начнется промышленное освоение ресурсов Мирового океана, а пока геологи и горняки заняты разработкой земных недр.
     По содержанию в земной коре (0,09%) марганец занимает 15-е место. Геологи определили, что почти все его месторождения имеют примерно одинаковый «возраст». По мнению ряда ученых, это свидетельствует о космическом происхождении марганцевых скоплений. Выдвинута гипотеза, что около двух миллиардов лет назад на поверхность Земли выпала бога­тая марганцем метеоритная пыль, которая образовала месторождения марганца на суше и на дне морей и океанов.

Нуждалась ли в нем Россия?

Руды этого элемента встречаются в Индии, Гане, Южно-Африканской Республике, Марокко, Бразилии, но ни одна из стран не может конкуриро­вать по запасам марганца с Советским Союзом. В нашей стране располо­жено и крупнейшее в мире месторождение - Чиатурское. Характерный факт: вместе с водами небольшой реки Риони, протекающей в этих краях, Черное море ежегодно «приобретает» свыше ста тысяч тонн марганца.
     Добыча чиатурских руд началась еще в 1879 году. Несколько позднее, в 1886 году, в России стали разрабатывать еще одно крупное месторожде­ние - в районе Никополя. Как это ни печально, но царская Россия «не нуждалась» в марганце: из 1245 тысяч тонн марганцевой руды, добытой в 1913 году, 1195 тысяч тонн было вывезено за границу. В годы Великой Отечественной войны начали усиленно разрабатывать месторождения мар­ганца на Урале, в Казахстане, Сибири.
     В настоящее время Советский Союз по добыче этой ценной руды проч­но занимает ведущее место в мире.

Путь лежит в мартен

Основной потребитель марганцевой руды - ферросплавные заводы. Здесь в результате различных технологических процессов получают спла­вы марганца (с железом, кремнием) или металл в чистом виде. Дальше путь марганца лежит в сталеплавильный цех.

С. Венецкий. Вечный спутник железа (начало) / Рассказы о металлах

ХИМИЯ, магнезия, * Венецкий С., металлы - марганец, Музеи естествознания и техники, ФИЗИКА, МИНЕРАЛОГИЯ

Previous post Next post
Up