False

معدن ایرانیان

همه چیز درباره منگنز




١٣٩٧/١/١٢
منگنز (Mn) منگنز از کلمه لاتین (Magnes، Magnet ) گرفته شده است که به خـواص مغناطیسـی پیرولوزیت (کانه اصلی منگنز) اشاره می کند .منگنز فلزي اسـت خاکسـتري مایـل بـه صورتی که در گروه هفتم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته و با عدد اتمـی 25 داراي وزن اتمی برابر بـا 54/94 اسـت .نمـاد ایـن عنصـر Mn و وزن مخصـوص آن 7/4 مـی خالص تشکیل نمی شود و بیشتر به صورت اکسید ، کربنات و سـیلیکات وجـود دارد . باشدودماي ذوب آن به 1245 درجه سانتی گراد می رسد .این عنصر در طبیعت به صورت منگنز با فلز کرم در گروه ششم و با فلز آهن در گروه هشتم همسایه بوده و از نقطه نظـر شیمیایی شباهتهاي زیادي به آن دارد. با این وجود، از نظر خـواص متـالورژیکی منگنـز تفاوتهایی با آهن و فلزات نزدیک به آن دارد. چرا که آهن، کبالت و نیکل خـواص مفیـد فیزیکی خودرا به عنوان یک فلز حفظ کرده و در اکثر آلیاژها به عنوان عنصر پایه عمـل میکنند،در حالیکه منگنز چنین نیست. توضیح علت این عملکرد منگنز ایـن مـی توانـد باشد که در شرایط عادي ترتیب قرار گیري اتمهاي منگنز در ساختمان بلورین آن به گونه اي است که منگنز معمولاً فلزي شکننده و غیر قابل انعطاف و شکل گیري میباشـد . امـا وقتی که منگنز با آهن ( و همچنین با فولاد )، آلومینیوم و سایر فلزات غیر آهنی تشکیل آلیاژ میدهد، باعث بهبود خواص فیزیکی آلیاژ میشود. به خاطر همـین خـواص منگنـز است که اصلی ترین کاربرد منگنز به عنوان یک عنصر آلیاژي است. خواص فیزیکی: منگنز عنصري با عـدد اتمـی 25، وزن اتمـی 54/9380، دمـاي ذوب °1244C، دماي جوش °1962 Cو چگالی 7/2 g/cm است. این عنصر جزو فلزات واسطه 3 بوده و کانی اصلی آن پیرولوزیت است. ٔ مصرف عمده این عنصر در فولادسازي اسـت و در ٔ تهیه آلیاژها نیز بکار میرود. خواص شیمیایی: نمـاد شـ یمیایی Mn(II) ،Mn و (Mn(III کمـپلکس هـاي فراوانـی تشکیل میدهند. ترکیبات (Mn(II صورتی کمرنگ هستند. ترکیبات (Mn(III قهـوه اي رنگ می باشند. منگنز IV به MnF4 ،MnO2 و برخی دیگر از کمپلکسها محدود میشود.
خواص زیستی: منگنز فلزي است که به گونه گستردهاي در بافـت هـاي بـدن گیاهـان و جانوران هست. این فلز یک ماده معدنی کمیاب نامیده میشود زیرا به مقدار بسیار کم در بدن انسان یافت میشود. بدن ما کم وبیش نزدیک 20 میلی گرم منگنز، به گونه بزرگ در استخوان ها، اندوخته دارد. منگنـز در پایـه ریـزي بافـت همبنـد چربـی و کلسـترول، استخوان،عوامل لختگی خون و پروتئین نقش دارد. این مـاده همچنـین بـراي عملکـرد طبیعی مغز مفید است.
بررسی صادرات منگنز: تقاضاي جهانی براي منگنز مستقیماً به نیاز براي فولاد بستگی دارد. امروزه انواع مختلفی از فولادها تولید میشود که هر کدام به مقدار معینی از منگنز نیاز دارند. منابع تامین منگنز در فرآیند تولید فولاد متنوع بوده و شامل منگنـز در آهـن خام و سنگ منگنز نیز میشود. با این حال این دو منبع فقط سهم کوچکی از منگنز مورد نیاز را تامین میکنند و بیشتر منگنز مورد نیاز به شکل فرو آلیاژهاي منگنز دار در مرحله ذوب و شکل گیري فولاد به آن افزوده میشود . مقداري از منگنز ورودي به فرآیند تولید فولاد به دلیل اکسیداسیون تلف میشود. از دهه هاي 60 و 70 میلادي به دلیل جـایگزینی روشهاي موثرتر تولید فولاد نظیر دمش اکسیژن بـه جـاي روش بسـمروتوماس، میـزان مصرف منگنز رو به کاهش نهاد. چرا که فرآیندهاي جدیـد از نظـر جلـوگیري از تلفـات منگنز بسیار بهتر عمل میکنند . امروزه متوسط مصرف واحد منگنز در کشورهاي صنعتی در حدود 5/5 کیلوگرم بر تن فولاد تولیـدي اسـت ایـن مقـدار در سـالهاي 6/5 ،1980 کیلوگرم و در سال 1960 در حدود 7 کیلوگرم بوده است .به هر حال به طـور کلـی و بـا فرض ثابت بودن میزان مصرف واحد منگنز در تولید فولاد ، تقاضا براي منگنز به شدت بـه تقاضا براي فولاد بستگی دارد. مصرف منگنز در سایر کاربردهـایش در مقایسـه بـا ایـن کاربرد آن قابل توجه نبوده و عملاً تغییرات در سایر کاربردها تـاثیر چنـدانی بـر میـزا ن تقاضا براي منگنز ندارد . سالها تجارت منگنز به میزان تقاضا توسط شـرکتهاي صـنعتی اروپا ، آمریکاي شمالی ، ژاپن و کشورهاي جنوب شرقی آسیا وابسته بوده است در اوایـل دهه 80 میلادي وقفه در تولید فولاد منجر به کاهش شدید تقاضا بـراي منگنـز شـد . از تولید بیش از 20 میلیون تن کانسنگ منگنز در سال ، فقط 8 میلیون تن وارد بازار تجارت میشود. بیش از 85 درصد عرضه منگنز توسط 4 کشور استرالیا ، برزیل، گابن و آفریقاي جنوبی تامین میشود امروزه بیشتر کشورهاي صنعتی منگنز مورد نیاز براي خـود را بـه شکل فرو آلیاژ تامین میکنند. کشورهایی نظیر فرانسه ، نروژ و اسپانیا بزرگترین صـادر کنندگان فرو آلیاژهاي منگنزدار هستند . نوع خاصی از فولادهاي غیر مغناطیسی داراي منگنز بالا (بین 10 تا 12 درصد) به مقدار کم براي مصارف ویـژه اي نظیـر رینـگ آلترناتورهـاي و فولادهاي حافظه دار (memory) تولید میشوند. فولادهاي منگنز دار همچنین شـامل فولاد هد فیلد (Hadfield) میشود که بیش از 13 درصد منگنز دارد. ایـن فولادهـا در محلهایی که سختی بالا و مقاومت در برابر سایش مورد نیاز است مصرف دارند کاربردهاي این نوع فولادها در ساخت قطعات سنگ شکنها ، نقاط تلاقی و تعویض در خطوط راه آهن ، تیغه لودرها و سایر ماشین آلات حمل و نقل است. پس از فولاد ، آلومینیوم مهمترین فلز آلیاژي با منگنـز اسـت . تولیـد ٣ سالیانه آلومینیوم بالغ بر 23 میلیون تن میشود ولـی مقـدار کمـی از انـواع آلیاژهـاي آلومینیوم داراي منگنز هستند. افزودن منگنز به آلیاژهاي آلومینیوم باعث بهبود مقاومت سایشی و خوردگی این آلیاژها میشود. نقش منگنز در اینجا، جایگزینی ترکیبات آهن و سیلیس است که به دلیل اختلاف بار الکتریکی با آلومینیوم توسط آلومینیوم احاطه شده و نمی توانند در مقابل خـوردگی مقاومت کنند. در عوض ترکیب سیلیس ـ آهن و منگنز اختلاف بار الکتریکی کمی بـا آلومینیوم داشته و میتواند در سطح قرار بگیـرد و باعـث افـزایش مقاومـت سایشـی بشود. منگنز در آلیاژهاي آلومینیوم تا 1/5 درصد وزن آلیاژ را تشـکیل مـی دهـد . ایـن آلیاژها که انواع آلومینیوم ـ منگنز و یا آلومینیوم ـ منگنز ـ منیزیم را شامل میشـوند . تحت نامهاي تجارتی مختلفـی فروخته می شوند و کاربردهـایی در سـاخت وسـایل آشپزخانه ، سقفهاي فلزي ، رادیاتور اتومبیل و صنایع حمل و نقل دارند. بزرگتـرین بـازار مصرف آلیاهاي آلومینیوم ـ منگنز در تولید قوطی هاي فلزي نوشابه است که سـالیانه در حدود 100 میلیارد عدد از این قوطیها در جهان ساخته میشود. تولید این قوطیهـا بـه دلیل امکان بازیافت آنها رو به رشد است. نوع خاصی از آلیاژهاي آلومینیوم ـ منگنز کـه تا 9 درصد منگنز در ترکیب خود دارند داراي خواص ویژه اي هستند. این نوع آلیاژ هنوز بطور اقتصادي تولید نمی شود. ولی به دلیل خاصیت سرد شدن سریع آن مورد توجه قرار گرفته اند. فرآیند تولید این آلیاژ گران بوده و در حال حاضر فقـط داراي کاربردهـایی در تولید مواد ویژه در صنایع هوا فضا هستند. ذخایر منگنز کانسنگهاي منگنـز از نظـر عیار منگنز بصورت زیر تقسیم بندي مـی شـوند : -
هر چند ذخائر منگنز ممکن است در طیف وسیعی از شرایط و تشکیلات زمین شناسی از پر کامبرین تاسنوزوییک پیدا شوند، با این وجـود 70 درصـد ذخـائر شـناخته شـده در تشکیلات زمین شناسی سنوزوییک وجود دارنـد و 10 درصـد نیـز در سـنگهاي کـامبرین یافـت ٤ میشوند. وجود ذخائر مهم منگنز در سنگهاي دوران مزوزییک نادر است بجـز در مـورد ذخائر منطقه گروت آیلنت در کشور استرالیا و مولانگو در کشـور مکزیـک بزرگتـرین و اقتصادي ترین ذخائر منگنز از نوع رسوبی بوده و به شکل تقریبا لایـه اي و گسـترده در سطح یافت میشوند. مثالهاي این نوع ذخایر وجـود ذخـائر غنـی منگنـز در کشـورهاي مراکش ، نیکوپـال اوکـراین ، چیـاتورا گرجسـتان مـورودواروکم برزیـل و ماهاراشـتاي هندوستان هستند .انواع دیگري از ذخایر منگنز در ارتباط با تشکیلات رسـوبی آهنـی دوران پر کامبرین یافت شده اند. در این ذخائر منگنز بصورت کربنات و یا اکسید منگنز و معمولا با عیار کم تمرکز یافته است. مثالهاي معروف این نـوع ذخـائر پسـت مـازبورگ و کورومان در کشور آفریقاي جنوبی و ماتوگراس برزیل هستند. نظیر ذخایر لاتریتی آهـن ، بوکسیت و نیکل ، ذخائر بر جاي منگنز نیز تحت شرایط مناطق حاره دچار هوازدگی شده و این امر منجر به غنـی تر شدن کانسار و تبدیل کانیهاي منگنز دار کم عیار بـه کـانی هـاي پرعیـارتري نظیـر پیرولوزیت و کریپتوملان و مانگانیت میشود. مثالهاي بارز این نوع ذخـائر در کشـورهاي برزیل منطقه آماپا گابن منطقه مداندا ، غنا ، استرالیا و هندوستان وجود دارند . اداره زمین شناسی آمریکا (USGS) ذخـائر منگنـز را در گـروه ذخـائر اقتصـادي و پایـه منتشـر میکند. ذخائر اقتصادي شامل ذخائري میشوند که استخراج آنها در شرایط فعلی امکـان پذیر و اقتصادي میباشد. ذخائر پایه شامل مجموعه ذخـائر اقتصـا دي و غیـر اقتصـادي میشود که از نظر عیار ، ضخامت و عمق در شرایطی قرار دارنـد کـه از نظـر فنی قابل معدنکاري هستند. براساس گزارش USGS مجموع ذخایر پایه شناخته شـده جهـان در حدود 5000 میلیون تن است که براي سالها بدون تغییر باقی مانده است. و ذخیره عمـده جدیدي کشف نشده است. از این مقدار استخراج 680 میلیون تـن آن در شـرایط فعلـی اقتصادي میباشند. ندولهاي کف اقیانوسی با توجه به اینکـه ذخـائر منگنـز موجـود در خشکیها قادر به تامین نیاز صنایع براي سالهاي آتی هستند،به نظر نمـی رسـد کـه در آینده نزدیک استخراج ذخائر کف اقیانوسی جهت تامین منگنز اقتصادي بشوند. ولـی در صورتیکه این ذخائر به منظور دستیابی به مس و یا نیکل آن مورد استخراج قرار گیرنـد، منگنز و کبالت نیز به عنوان محصولات جانبی میتوانند تولید بشوند. با توجه به کفایـت ذخائر مس و نیکل در خشکیها مشخص نیست که دقیقا چه زمانی استخراج ازذخائر کف اقیانوسی اقتصادي بشود. با این حال کشورهاي آمریکا ، چین ، هندوستان ، ژاپن و روسـیه استخراج ذخائر کف اقیانوسی از آبهاي بین المللی و سواحل خودشان ادامه میدهند. به تحقیقات خود در قالب پروژههاي بلند مدت در خصـوص اکتشـاف و امکـان پـذیري ٥ کشورهاي افریقاي جنوبی ، اکراین ، هند ، گابون و چین بیشترین میزان ذخایر منگنز دنیـا را بخود اختصاص داده اند .
کشور افریقاي جنوبی با میانگین ذخیره پایه و اقتصادي منگنز 4000 و 18 میلیارد تن در رتبه اول قرار دارد. کشور اوکراین بـا میـانگین ذخیـره پایـه و اقتصادي منگنز 520 و 140 میلیارد تن در رتبه دوم قرار دارد.کشور گـابون بـا میـانگین ذخیـره پایـه و اقتصادي منگنز 160 و 20 میلیارد تن در رتبه سوم قرار دارد . مجموع ذخائر اقتصادي جهان 92 برابر مقدار تولید شده درسال 1998 است. بنـابراین در کوتاه مدت هیچ گونه کمبودي از نظر ذخائر منگنز وجود ندارد. منابع منگنـز موجـود در کشورهاي آفریقاي جنوبی و اوکراین مجموعا 74 درصـد ذخـائر اقتصـادي و 88 درصـد ذخائر پایه جهان را تشکیل میدهند. درعوض بزرگترین مصرف کنندگان که ژاپن ، آمریکا و اروپاي غربی هستند ، تقریبا هیچ ذخیره اقتصادي از منگنز ندارند. منابع منگنز موجود در کشور آفریقاي جنوبی بزرگترین منابع منگنز در جهان هستند و در حدود 54 درصـد ذخائر اقتصادي و 80 درصد ذخایر پایه جهان را در بر میگیرند به علاوه با در نظر گرفتن عیار بـالاي ذخـائر منگنـز در کشـور آفریقـاي جنوبی و عیار پایین ذخائر کشور اوکراین ، آفریقـاي جنـوبی بـیش از 80 درصـد ذخـائر اقتصادي با عیار بالاي جهان را داراست. بیشتر ذخائر آفریقاي جنـوبی در ایالـت کیـپ شمالی قرار دارد که در منطقه اي به طول 150 کیلومتر گسترده شده است. قسمت شمالی آن در منطقه کالاهاري یک ذخیره رسوبی اقیانوسی است که کانسنگ آن مناسب مصارف متالوژیکی است. بخش جنوبی این ذخیره درمنطقه پست ماسبرگ از نوع ذخیره ثانویـه غنی شده است که بخش پر عیار آن به دلیل استخراج در حال اتمام است. در حال حاضر تولید اصلی شامل کانسنگهاي منگنز آهندار است.مجموع ذخایر پایه کشورهاي عضـو اتحادیه شوروي سابق CIS توسط اداره زمین شناسی آمریکا در حدود 142 میلیون تـن (21 درصد کل ذخایر پایه) و ذخایر اقتصادي نیز برابر 570 میلیون (11 درصد کل ذخایر) گزارش شده است.
با این وجود اداره اطلاعات معدنی مسکو مجموع ذخائر پایه کشورهاي CISرا برابر 3100 میلیون تن برآورد کرده است. براساس این گزارش،کشور اوکـراین 75 درصد کل ذخائر این منطقه را داراست. و کشورهاي قزاقستان با 13 درصد، گرجستان بـا 7 درصد و روسیه با 5 درصد کل ذخائر جهان در ردیف هاي بعدي قرار میگیرند. ذخـائر منگنز کشورهاي عضو اتحاد شوروي سابق عموما کم عیار بوده و متوسط عیار منگنـز در حدود 20 تا 25 درصد میباشد. در کشور اوکراین 25 درصد ذخائر داراي عیـار بـالاتري بین 27 تا 31 درصد منگنز هستند .مجموع ذخائر منگنز موجود در کشور چین با حـدود 40 میلیون تن،6 درصد کل ذخائر جهان برآورد شده است. ذخائر کشور چین عمومـا کـم ٦ عیار بوده و بطور متوسط عیارمنگنز 20 تا 25 درصد است. با توجه بـه عیـ ار نسـبتا کـم منگنز و همچنین به دلیل بالا بودن فسفر موجود در سنگ، کشور چین سـالیانه مقـادیر متنابهی منگنز پر عیار جهت اختلاط و تهیه کانسـنگ خـام مـورد نیـاز بـراي صـنایع متالوژیکی خود وارد میکند.کانسنگ منگنز ذخائر منطقه مواندا در جنوب شرقی کشـور گابن از مرغوب ترین انواع ذخائر جهان از نظر عیار منگنز است. عیـار منگنـز در سـنگ بطور متوسط بین 50 تا 53 درصد است. ولی مقدار فسفر و آلومیناي آن نیز بیشتر از حد معمول است این ذخائر از نوع ذخائر بر جاي غنی شده هستند. مجموع ذخـائر اقتصـادي کشور گابن در حدود 45 میلیون تن و ذخایر پایه آن در حدود 150 میلیـون تـن بـرآورد شده است. این ذخائر با فرض ثابت ماندن تولیددر سطح فعلـی بـراي بـیش از 100 سـال کفایت میکنند.استرالیا با 26 میلیون تن، هند با 24 میلیون تن و برزیل با 21 میلیون تن ذخائر اقتصادي منگنز از دیگر کشورهاي داراي ذخائر مهم منگنز هستند. ذخائر منطقـه گروت آیلنت استرالیا از نوع رسوبی لاتریتی میباشد که کانیهاي اصلی تشکیل دهنـده آن کریپتوملان و پیرولوزیت هستند.ذخائر منگنز کشور برزیل در منطقه مارابا در ایالـت ارسیا، آندراپرداش، کارناتاکا و گوا قرار گرفته اند. پارا قرار دارد ذخائر مهم منگنز کشور هندوستان در منـاطق ماهـار اشـترا مـدهیاپراش ذخایر و پتانسیلهاي عمده منگنز در ایران: میزان ذخیره قطعی و احتمالی منگنز ایران در طی دوره ( 1376-1380) از 4/1 میلیـون تن در سال 1376 به 3/9 میلیون تن در سـال 1378 و 4/1 میلیـون تـن در سـال 1380 رسیده است . جدول9 - میزان ذخیره قطعی منگنز در ایران در سال هاي 1380-1376 میلیون تن اندیس ها و پتانسیل هاي متعددي از منگنز در کشور وجود دارد که در اکثر نقـاط ایـران پراکنده شده اند که از آن جمله می توان استان هاي آذربایجان شرقی ، اصفهان ، تهـران ، خراسان ، سمنان ، فارس ، قزوین ، قم ، مرکزي ، یزد و همدان را نام برد. بیش از 61 % از ایـن ذخایر در استان قم و بیش از 23 % در استان کرمان واقع شده است.
روشهاي عمده استخراج منگنز اکثر کانسارهاي با ارزش منگنز ، از غنی سازي ثانویه توسط آبهاي زیرزمینی و لیچینگ سنگ هاي رسوبی منگنزدار تشکیل می شـوند . بـه دلیـل تنـوع کانسـارهاي منگنـز و گستردگی ترکیبات و کانی هاي شناسایی شده در این کانسارها ، هیچ یـک از روشـهاي کانه آرایی به تنهایی کاربرد ندارد. در استخراج کانسنگ منگنز ، هم روش استخراج روباز و هم زیر زمینی مورد استفاده قرار میگیرد. در معادن روباز منگنـز ، معمـولا ًاز ماشـین آلاتی نظیر اسکریپرScripper جهت برداشتن روباره ، از بلدوزر جهت پاکسازي و انتقال سنگ شکسته شده در اثر آتشباري و از لودرهاي معدنی به منظور بارگیري ماده معدنی و از کامیون جهت حمل استفاده می شد.
کانسنگ هاي منگنز مورد استفاده در صنایع متـالورژیکی اکثـراً بـا روشـهاي مکـانیزه استخراج می شود. ولی معدنکاري در مقیاس کوچک به وسیله پیکور و شاول انجام مـی شـود . بـه عنوان مثال معدن موآندا
در گابن با تولید سالانه دو میلیون تـن بـا ایـن روش استخراج میشود .دراگ لاینها (Drogliner) لودرها ، بلدوزرها ، اکسـکاواتورهاي هیدرولیکی Hydraulic Excavators و شاولهاي بزرگ ، تجهیزات متحرك متـداولی هستند که به منظور برداشتن روباره و یا اندازه گیري کانسنگها استخراج در معادن روباز مورد استفاده قرار میگیرند. حوزه نیکوپول (Nikopol) در روسیه و معـدن مامـاتوان (Mamatwan)در آفریقاي جنوبی از اکساواتورهاي بیل چرخش (Bucket Wheel) براي برداشت روباره استفاده می شود . معادن زیر زمینی منگنز به روشهاي تخریب بزرگ بلـوکیBlock Caving ، اتـاق و پایه Room & Pillar ، کند و آکند اصلاح شده Modified Cut & Fill و یا جبهه کار بلندLong wall استخراج میشوند. به عنوان مثال معدن ایمنی در مـراکش و معـادن و سلز(Wessele) ، گلوریا (Gloria) و چوانیگ (Nchawaning) در آفریقاي جنـوبی به روش زیرزمینی استخراج میشوند .ندول هاي منگنز دار پوسته کف اقیانوسها ذخـایر عظیمی از منگنز را تشکیل می دهند ولی به علت مشکلات تکنیکی زیادي در اسـتخراج آنها وجود دارد . به منظور پر عیار سازي منگنز به دلیل تنوع کانسارهاي منگنز و گسـتردگی ترکیبـات و کانی هاي شناسایی شده در این کانسارها هیچ یکی از روشهاي کانه آرایی بـه تنهـایی و حتی به همراه ٨ مجموعه اي از سایر روشها ، در همه کانسارهاي منگنز کـاربرد نـدارد .کانـه هـاي مـورد استفاده در صنایع شیمیایی و باتري سازي به وسیله معدنکاري انتخابی قسمتهاي مناسب و یا از معادن نسبتاً کوچکی که فقط براي کانه هاي با کیفیت ویژه اي استخراج میشوند به دست میآیند. معادن آهن منگنز دار معمولا با روشهاي استخراج کانسارهاي آهـن بهـره برداري میشود. روشهاي عمده اکتشاف منگنز اکتشاف و ارزیابی ذخایر منگنز نسبت به بسیاري از مواد معدنی دیگر مشکل تر اسـت . این کانسارها معمولاً کوچک و به صورت پراکنده هستند و روشـهاي ژئـوفیزیکی گـران قیمت براي اکتشاف این توده هاي کانساري مقرون به صرفه نیسـت . بـرخلاف روشـهاي ژئوفیزیکی که در اکتشاف منگنز چندان موفق نیستند، روشهاي ژئوشیمیایی بـه دلیـل حلالیت بالاي منگنز به عنوان ابزاري مؤثر در پروژههاي اکتشاف میتوانند مورد استفاده قرار گیرند. یکی از مشکلات عمده در مراحل اکتشاف منگنـز، نگهـداري نمونـه معـرف کانسار براي مراحل ارزیابی و آنالیز است. در گذشته هاي دور بیشتر حفاري هاي ضربه اي براي اکتشاف منگنز استفاده می شد. امروزه بیشتر از حفاري هاي چرخشـی بـراي ایـن منظور استفاده می شود، اگر چه در این حالت هم باید براي حفظ نمونه معرف دقت کـافی شود.اندازه کانسار، غلظت منگنز در کانسار، ناخالصی هاي همراه و مناسب بودن کانسـار از نظر اقتصادي از جمله فاکتورهاي مهم در ارزیابی ذخایر منگنز می باشند. براي اکتشاف منگنز در خشکی روش منحصر به فردي وجود ندارد پـی جـویی و اکتشـاف منگنـز در خشکی بیشتر بر پایه تفسیرهاي زمین شناسی ناحیه اي، با علم به این که آهن و منگنـز اغلب با هم هستند انجام میشود .در گذشته بـراي نمونـه بـرداري بیشـتر از روشـهاي حفاري ضربه اي استفاده میشد که مستلزم دقت فوق العـاده اي بـراي حفـظ داده هـاي معتبر بودند و در بیشتر موارد داده ها صحیح نبوده اند. روشهاي دورانی تا اندازه اي بهترند ، ولی باز براي حفظ نمونه ها باید دقت زیادي کرد هر جا کانسارها داراي اکسیدهاي نرم داخل رس باشد میتوان از روشهاي نمونه برداري از خاك استفاده کرد. یکی از مشکلاتی که معمولا در ارزیابی کانسارهاي منگنز پیش میآید؛ مسئله اعتبار نمونه هاي برداشتی و امکان تعمیم مشخصات به تمـامی کانسـار اسـت بـه عنوان مثال در کانسارهایی که واد یا اکسیدهاي نرمتر منگنز حضـور دارنـد ابعـاد ذرات کانی سازي شده درسنگ بستر از قطعات بسیار درشت تا 40 میکرون ممکن است متغیـر باشد. در عمل هر چه کانسار از سنگهاي سخت تـري تشـکیل شـده باشـد و همچنـین عمیقتر باشد، از نقطه نظر تعمیم دهی نمونه گیري دقت بالاتري وجود دارد . در ارزیـابی ٩ اقتصــادي یــک کانســار منگنــز فاکتورهــاي نظیــر ابعــاد ذخیــره، تمرکــز ( عیار متوسط) در کانسار، ناخالصیهاي همراه ، نوع کانیهاي منگنز و قابلیت پر عیار سازي سنگ منگنز باید در نظر گرفته شـود بـراي اکتشـاف آزمایشـات کانسارهاي دریا یی تجهیزات و دستگاههاي ویژه اي مورد استفاده قرار میگیرد. روشهاي متداول فرآوري منگنز سنگ استخراجی از معادن ممکن است به علت تفاوت در خواص فیزیکی - شیمیایی کانه هاي منگنزدار و باطله ها ، نیاز به کانه آرایی و افزایش کیفیت داشته باشد. بدین منظـور، روشهاي مختلفی اعم از سنگجوري ، شستشو ، خردایش ، انواع روشـهاي پرعیـار سـازي ثقلی ، روشهاي جدایش مغناطیسی ، فلوتاسیون ، روشـهاي حرارتـی ، روشـهاي آرایـش شیمیایی(هیدرومتالورژي) وحتی بیوشیمیایی در پرعیار سازي سنگ هاي منگنز کـاربرد خواهد داشت. همچنین کلسیناسیون نیز در پرعیار سازي سنگهاي کربناته منگنز کاربرد دارد.
مواد ریزدانه تر کم عیار، توســــط فلوتاســــیون پر عیار میشوند و روشهاي هیدرومتالورژي نیز در مواردي که منگنز همراه دیگر فلـزات وجود دارد، مورد استفاده قرار می گیرند.به دلیل تنوع و پیچیدگی سـاختار کانسـارهاي منگنز ، ناخالصیهاي همراه منگنز از نظر تعداد زیاد و از نظـر خـواص متفـاوت و متغیـر هستند. انواع این ناخالصیها به شرح زیر است
ناخالصیهاي فلزي: کانیهاي آهن ، سرب ، روي ، نیکل ، کبالت ، مس ، آرسنیک و نقره.
ناخالصیهاي غیر فلزي: کانیهاي گوگرد و فسفر
باطله: سیلیس ، آلومینا ، آهک ، منیزیم و باریم
مواد فرار: آب ، روي ، دي اکسید منگنز و مواد آلی .
با توجه به کافی نبودن عیار منگنـز در اکثـر کانسـارهاي شناسـایی شـده در جهـان و همچنین نیاز به عیارهاي بسیار بالا در بیشتر صنایع مصـرف کننـده منگنـز، بکـارگیري روشهاي پر عیار سازي براي تغلـیظ سـنگ اسـتخراج شـده از معـدن امـري اجتنـاب ناپذیراست. به دلیل تنوع کانسارهاي منگنز و گستردگی ترکیبات و کانیهاي شناسـایی شده دراین کانسارها ، هیچ روش منحصر به فرد کانه آرایی و حتی مجموعه اي از ایـن روشها قابلیت کاربرد در همه کانسارهاي منگنز را ندارد .
سنگجوري: سنگجوري ساده ترین و ابتدایی ترین روش پرعیار سـازي سـنگ منگنـز است که هنوز در بعضی از معادن کاربرد دارد. کانه هاي منگنز اغلـب داراي رنـگ تیـره ١٠ مشخص با جلاي فلزي و چرب هستند که تا حد زیادي از کانیهاي غیرفلزي باطله همـراه که معمولا ًرنگهاي روشن تري دارند، قابل تشخیص هستند . این روش محدودیت کاربرد داشته و فقط دانه هاي درشت کانه با این روش قابل تفکیک هستند و این امر رانـدمان را به شدت کاهش داده و در مواردي عملاً بکارگیري این روش را غیر ممکـ ن مـی سـازد .
شستشوي سنگ استخراجی و یا همراه با خردایش: در مواردي میتواند عیار سنگ را تـا حد قابل ملاحظه اي افزایش دهد. قسمت عمده کانسنگ هاي منگنز از نـوع کانسـارهاي رسوبی و برجا که شامل کانیهاي اکسیدي هستند ، استخراج میشوند. با توجه به این کـه این کانسارها اکثر هوازده بوده و در مناطق لاتریتی یافت میشـوند ، اکسـیدهاي منگنـز اغلب به صورت نودول و به صورت متناوب با کانیهاي رسی تشکیل شده اند. امروزه نیـز در بسیاري از موارد، شستشو به عنوان یک فرآیند بـراي جداسـازي کانیهـاي رسـی و پرعیار سازي منگنز در مراحل اولیه تغلیظ کاربرد دارد. وجود کانیهاي رسـی و نرمـه هـا همچنین باعث اختلال در مراحل بعدي فرایند تغلیظ شده و باید درمراحل اولیه از چرخه خارج شوند. خردایش سنگ منگنز به طریق معمول انجام شده و شامل سنگ شکنهـاي اولیه و ثانویه است که به همراه سرندهاي مربوطه مدار خردایش را تشکیل میدهند. نکته قابل توجه در خردایش منگنز این است که باید سعی شود تا در تمام مراحل سنگ شکنی و آسیا کردن مواد خرد شده به محض رسیدن به ابعاد مورد نظر از چرخه خارج شوند. این مسئله در مورد کانه هاي منگنز اهمیت بیشتري دارد چرا کـه معمـولاً هنگـام خـردایش سنگ منگنز قابلیت تولید نرمه زیادي دارد. نمونه گیري و تعیین عیـار منگنـز در کلیـه مراحل خردایش و آسیا ضروري بوده و همچنین وجود مخازنی براي ذخیره سازي موقـت سنگ خرد شده میتواند به اختلاط و فراهم ساختن محصولی یکنواخـت بـراي مراحـل بعـدي کمک کند . همچنین با افزایش هزینه هاي مربوط به بکارگیري نیروي انسانی و همراه با خردایش در مواردي میتواند عیار سنگ را تا حد قابل ملاحظه اي افزایش دهد . در کشورهاي صـنعتی پیشرفته ، امروزه این روش تقریبا منسوخ شده است و شستشوي سنگ استخراجی و یـا در معدن نیکوپل در کشور اوکراین ، شستشو یکی از مراحل فرآیند فرآوري است. در این کارخانه سنگ شکن فکی و یا استوانه اي براي خرد کردن مواد تـا زیـر 10 سـانتی متـر مرحله اولیه فرایند را تشکیل میدهد. کانسنگ خرد شده سـپس همـراه وارد دسـتگاه همزن و شستشو که نوعی آسیاي تیغه اي است شده و در اینجا گلوله هاي رسـی همـراه منگنز خرد شده و تکه هاي مقاوم در برابر سـایش در انـدازه هـاي مختلف به وسیله سرندهاي دیگر از دوغاب رسی جدا می شوند .
پرعیار سازي سنگ منگنز به روشهاي ثقلی: تقریباً تمامی روشهاي جداسازي ثقلی اعم از انواع جیگها ، میزهاي لرزان ، کلاسیفایرها و مارپیچها ، واسطه سنگین و غیـره در فرآیند پرعیار سازي منگنز کاربرد دارند. با توجه به وزن مخصوص نسبتاً بالاي (بالاتر از 4) کانه هاي منگنز و تفاوت بارز آنها با کانیهاي همراه در صورتی که میزان آزاد بودن و ابعاد دانه هاي کانه و باطله به گونه اي باشد که درمحدوده کار دسـتگاههاي جـدا کننده ثقلی قرار گیرند ، میتوان بین 80 ـ50 درصد سنگ ورودي را پرعیار کرد. عیار منگنز در محصول خروجی تا 48 درصد نیز گزارش شده است .
جیگهـاي مـورد اسـتفاده از انـواع مختلف نظیر جیگ دنورDenver ، هارتزHartz و دیافراگمی Diaphragm بوده اند که در محدوده دانه هاي درشت تر کاربرد دارند. در یک مورد ، موادي با ابعاد 3-25 میلیمتـر توسط جیگ هایی با سرند متحرك با سطح مقطع سرند برابر 3-4 متر مربع بـا ظرفیـت 25 تن در روز پر عیار شده اند. عیار محصول ورودي ، 24 درصد و محصول پر عیار جیگ 44 درصد و همچنین محصول میانی 30 درصد منگنز داشته است .
سیکلونهاي واسـطه سنگین در محدوده دانه بندي 3-20 میلیمتر در پرعیار سازي سنگ منگنز کاربرد داشته و موارد زیادي از بکارگیري آنها گزارش شده است. واسطه سنگین مورد استفاده معمـولاً وزن مخصوصی در حدود 3/5 یا بالاتر داشته و با استفاده از منیتیـت و یـا فروسـیلیس ساخته میشود.
باطله و یا محصولات میانی جیگ و یا واسطه سـنگین پـس ازخـردایش مجدد (معمولا زیر 2 میلیمتر) و پس از نرمه گیري ممکن است به عنوان محصول ورودي میز لرزان مورد استفاده قرار گیرد. به منظور کاهش در هزینه هاي خردایش و مصرف محلـول ها در صورتی که فلوتاسیون نیز بخشی از فرآیند فـرآوري باشـد ضـروري اسـت کـه از قسمت جداسازي ثقلی حداکثر استفاده به عمل آید. بعلاوه روش کار در روش ثقلی ساده تر و قابل کنترل تر است.
جداسازي مغناطیسی: به دلیل تفاوت در خواص مغناطیسی کانه هاي منگنز و باطله هاي همراه نظیر کوارتز ، کلسیت و رسها روش جداسازي مغناطیسی میتواند بـه طـور نسـبتاً مؤثري باعث جداسازي و تغلیظ سنگ منگنـز گـردد . میـزان تأثیرپـذیري مغناطیسـی کانیهاي مختلف نشان میدهد که اکثر کانیهـاي اکسـیده منگنـز از قبیـل پیرولوزیـت، براونیت و مانگانیت در خانواده کانیهاي پارامنیتیک قرار میگیرند .این کانیها داراي تأثیر پذیري مغناطیسی نسبتاً ضعیف هستند. از سوي دیگر کانیهایی نظیر سیلیس و کلسـیت در خانواده کانیهاي دیامنیتیک قرار میگیرنـد کـه شـامل کانیهـایی بـا تـأثیر پـذیري مغناطیسی خیلی ضعیف هستند. به عنوان مثال شدت میدان لازم براي مغناطیس کردن کوارتز 5 برابر براونیت و براي کلسیت 4 برابر است و البته شدت میدان لازم براي جدایش مـؤثر کانیهـاي منگنز از کــوارتز تـابعی از ابعاد ذرات نیز میباشد. براي کانیهاي کربناته با عیار متوسط 26 درصد منگنز، شدت میـدان لازم برابـر 4000 تـا 7000 ارستد Oersted است. با این وجود براي جدایش نرمه هاي مرحله شستشـو و محصول خرد شده میانی بخش جداسازي ثقلی تا 20000 ارستد شدت میدان لازم اسـت . به هر حال شدت میدان لازم براي یک سنگ به خصوص را حتماً باید توسط آزمایشـهاي مختلف تعیین کرد و نمی توان یک قاعـده کلـی بـراي تمـام کـانی هـاي منگنـز بیـان کرد. جداسازي مغناطیسی معمولاً به تنهایی کارآیی لازم را در مورد سنگ منگنز را نداشته و اغلب به عنوان تکمیل کننده بخش جداسازي ثقلی و یا حتی فلوتاسیون میتواند بکـار گرفته شود که باعث افزایش قابل توجهی در راندمان کل عملیات خواهد شـد .براسـاس مطالعات انجام شده در مورد سنگ معدن نیکوپل در کشـور اوکـراین ، بـراي جداسـازي کانیهاي اکسیده منگنز نظیر پیرولوزیت و مانگانیت از کوارتز در محدوده دانه بندي 5-15 میلیمتر شدت میدان لازم 12000 ارستد نیاز بوده است .
فلوتاسیون: روش فلوتاسیون سالهاست که به عنوان یک روش موفق در پرعیار سـازي مواد معدنی کاربرد داشته است. این روش براي کانیهـاي سـولفوره نظیـر سـرب و روي بسیار موفق عمل کرده است. فلوتاسیون کانیهاي اکسیده به راحتی صورت نمی گیـرد و بوده است. با این وجود زمانی که کانیهاي باطله و کانه در حد دانه ریز ( معمولاً کمتر از 0/1 اغلب یافتن کلکتور مناسب براي این کانیها و یا یافتن شرایط بهینه با مشکلاتی همـراه میلیمتر ) است و یا در طول فرآیند خردایش و سایر عملیات فرآوري نرمه نسبتاً زیـادي تولید می شود ، بکارگیري روش فلوتاسیون در مورد کانیهاي اکسیده نیز توجیه پذیر بوده و میتواند به عنوان بخش مهمی از فرآیند پر عیار سازي مطرح باشد. مطالعات انجام شده درمورد فلوتاسیون کانیهاي منگنز نشان داده است که کلکتورهاي آنیونی به ترتیب براي شناور سازي مانگانیت، براونیت، پیرولوزیت و پسیلوملان مؤثر هستند . افزایش زمان آماده سازي، نیروي مکانیکی ( بهم زدن پالپ با سـرعت بیشـتر ) و مصـرف معرف ها تا حد لازم معمولاً باعث بهبود شرایط و افزایش راندمان عملیات فلوتاسیون شـده اسـت . یکی از مشخصات کانیهاي منگنز دار ایجاد نرمه زیـاد در هنگـام اسـتخراج و فـرآوري آنهاست. نرمه گیري در اکثر موارد باعث افزایش عیار منگنز در خوراك اولیه فلوتاسیون نیز خواهد شد. با توجه به مقدار کلسیت و سیلیس همراه در سنگ منگنز معمولاً سه حالت ممکن است اتفاق بیفتد که این حالتها عبارتند از
•کانسنگ حاوي مقدار زیادي کلسیت و مقادیر ناچیز از سیلیس است
•کانسنگ حاوي مقادیر تقریبا ً قابل توجه کلسیت و سیلیس است
•کانسنگ حاوي مقدار بسیار کمی کلسیت و مقادیر متنابهی از سیلیس است
سنگهاي نوع اول و دوم نیاز به یک مرحله پیش فلوتاسـیون داشـته و در ایـن مرحلـه کلسیت به صورت کف گرفته میشود. دلیل اصلی براي جداسازي کلسیت در مرحله اول ، تداخل و اختلالی است که کلسیت در هنگام شناور سازي منگنز بوجود می آورد کـه در نهایت این امر منجر به کاهش عیار منگنز در محصول نهایی و کـاهش راندمان عملیات میشود . رودوکروزیت که یک کربنات منگنز است نیاز به فلوتاسیون پیچیـده اي نـدارد . در کارخانه آناکونداي آمریکا روش خاصی بکار گرفته شده که موفق بوده است در این روش ابتدا کانیهاي سولفیده توسط روشـهاي مرسوم شناور سازي جدا شده و سپس رودو کروزیت توسـط صـابونهاي قلیـایی شـناور میشود . طریقه دیگر که در مواردي ممکن است که بهتر عمل کند، بکارگیري فلوتاسیون معکوس است که در آن سیلیکاتها و سولفیدها توسط کلکتورهاي کاتیونی شناور شده و منگنز به عنوان ته نشین از مدار خارج میشود هزینـه فلوتاسـیون رودوکروزیـت تقریبـاً برابـر هزینه هاي فلوتاسیون سرب و روي در ظرفیتهاي برابر است. مطالعات انجام شده درمورد فلوتاسیون کانیهاي منگنز نشان داده است که کلکتورهاي آنیونی به ترتیب براي شـناور سازي مانگانیت ، بروانیت ، پیرولوزیت و پسیلوملان موثر هسـتند . افـزایش زمـان آمـاده سازي ، افزایش نیروي مکانیکی (بهم زدن پالپ با سرعت بیشتر) و افزایش مصرف معرفها تا حد لازم معمولا باعث بهبود شرایط و افزایش راندمان عملیات فلوتاسیون شده است .
دي اکسید منگنز و مواد آلی مصارف عمده منگنز به دلایل اقتصادي و داشتن خصوصیات فیزیکی- شیمیایی خاص به عنوان یکی از فلزات استراتژیک مورد استفاده در صنایع فولاد و ذوب آهن ، تولید فروآلیاژ ، باتري سازي و... مطرح شده است .در حدود 90 درصد منگنز مصرفی در جهان در صنایع متـالورژیکی سالیانه 40 الی 50 هزار تن ، معادل 5-7 درصد کل مصرف در مقام دوم قرار مـی گیرنـد . نظیر تولید فولاد و آلیاژهاي غیر آهنی مصرف می شود. صنایع باتري سـازي بـا مصـرف سنگ منگنز عمدتاً براي تولید فرومنگنز، چدن و فولاد به مصرف مـی رسـد . عـلاوه بـر مصارف متالورژیکی، منگنز کاربردهاي غیر متالورژیکی متعددي نیز دارد که عبارتنـد از دي اکسید طبیعی یا مصنوعی در باتریهاي خشک و شیمیایی، سولفات و اکسی سولفات هاي منگنز در خوراك دام و افزودنی هاي کودهاي گیاهی در کشاورزي ، پرمنگنـات ( بـه عنوان اکسید کننده) ، صنایع کبریت سازي ، سرامیک ، شیشه و آجر ، الکترود جوشکاري ، فروسیلیکومنگنز ، تولید فریتها ، تصفیه آب ، هیدرومتالوژي ، افزودنی هاي سوخت و سایر کاربردهاي فرعی.
تولید فولاد و آلیاژ: مهمترین کاربرد منگنز در صنعت ، تهیه آلیاژهاي آهن و به عنوان ماده اساسی براي تولید چدن و فولاد می باشد .منگنز بیشـترین کـاربرد را در تولیـد فـولاد ( فولادهاي کربن دار، آلیاژ کـم مقاومت ، ضدزنگ ابزارآلات ) ، آلیاژهاي غیرفولادي اصلی بازار منگنز را به خود اختصاص میدهد. (آلیاژهاي غیرآهنی، فروآلیاژها و چدن) دارد .فولاد بخصوص فولادهاي کربن دار بخـش میزان مصرف جهانی منگنز موجود در فرو آلیاژها و به عنوان فلز در سال 1998 برابـر 5 تن میلیون بوده است. تقاضا براي منگنز در تولید آهن و فولاد در حدود 88 درصـد کـل تقاضا را تشکیل میدهد که برابر 4/4 میلیون تن در سال است .فولاد خام، محصول پایه اي است که انواع فولادهاي کربن دار، ضد زنگ و آلیاژ کم مقاومت از آن تولید میشود. منگنز در اکثر فولادها حضور دارد. و مقدار آن معمولا در حدود 1 %وزنی است. در فولادهاي ضد زنگ درصد منگنز تا 2 درصد است، با این وجود در بعضی از انواع خاص فولادها ممکن است تا 19 درصد افزایش یابد. برآورد میزان واقعی منگنز مورد نیاز در صنعت فولاد به دلیل گسـتردگی انـواع و متنوع تر بـودن میزان منگنز مصرفی در هر نوع خاص فولاد مشکل است. با این وجود فولادهاي کربن دار با در حدود 1/6 درصد منگنز در ترکیب خود ، اصلی ترین نـوع فـولاد و بزرگترین بازار منگنز هستند.در حدود 95 % از تولید جهانی ماده معدنی منگنز در صنایع متـالوژیکی تولید فولادي معمولی، ریخته گري ها و ساخت فرو آلیاژهاي مختلف به کار می رود و عرضه و تقاضاي این فلز نیز بـه عرضـه و تقاضـاي فولاد و فروآلیاژ بستگی زیادي دارد. اگر چه منگنز ارزان ترین فلز مورد استفاده در ساخت فروآلیاژها ماسیوسولفید می باشد، دلایل مهم تري نیز در کاربردهاي وسیع آن در صنایع وابسته به آهن و فولاد وجود دارد. در سال 1856 میلادي توسـعه فرآینـد فـولاد سازي سبب رونق اقتصادي منگنز گردید، بعدها رابرت هادفیلد موفق به کشـف مزایـاي فولادهاي با محتواي منگنزي بالا شد و امروزه نوعی فولاد با محتواي منگنـز بـالا فـولاد هادفیلد شهرت دارد.مقدار منگنز در فولاد به طور میانگین 0/7 % و در بسیاري از انواع فولادها 5% می باشد ولیکن انواع فولاد منگنزي که در حدود 10-14% منگنز دارنـد ، بـه فولادهاي هادفیلد Hadfield steels معروفند. این گونه فولاد ها به مقدار ناچیزي تولید می شوند.امروزه منگنز به صورت کانسنگ و یا به صورت فروآلیاژهاي مختلـف در فولاد سازي به کار می رود که در این زمینه نقش هاي عمده منگنز عبارت خواهد بود از : منگنز به عنوان احیا کننده و تمیز کننده در فولاد مذاب به منظور حذف گوگرد و بهبـود ١٦ خواص فولاد مورد استفاده دارد و گوگرد و عناصر مزاحم را به خود جذب نموده و آنهـا را وارد سرباره می کند. منگنز به عنوان یکی از اجزاي آلیاژي براي افزایش مقاومت ، افـزایش سـختی و کاهش شکنندگی و رفتار حرارتی فولادها می باشد. فروآلیاژهاي منگنز براي جدا کـردن گوگرد و اکسیژن زائد در کوره فولاد سازي به کار می روند زیرا غلظت زیاد گوگرد در فولاد ، همگنی آن را کاهش داده و باعث سهولت شکست آن می گردد. لذا منگنز با گوگرد ترکیب می شود تا سولفید منگنز موجود در سرباره را تشکیل دهـد . در صـنعت فـولاد ، منگنز در اشکال مختلف کانسنگ و فروآلیاژهاي فرو منگنز ، اسـپیگل ایـزن - سـیلیکو منگنز و سیلیکو اسپیگل - ایزن استفاده می شود . کانسنگ هاي منگنز مورد استفاده داراي عیار منگنـز 38-55% مـی باشـند، گرچـه در مواردي سنگ هاي با عیار 30% نیز به کار می روند. از آنجا کـه عیـار منگنـز 48% بـراي تولیـد فرومنگنز مورد نیاز می باشند این عیار به عنوان مبناي قیمت گذاري کانسـنگ هـاي منگنز فرض شده است . این کانسنگ داراي ترکیب شیمیایی زیر می باشـد و بـه کانسـنگ متـالوژیکی منگنـز معروفند.
منگنز اساساً براي کنترل ناخالصی هاي اکسیژن و سولفور در تولید فولاد به کار می رود و باعث افزایش پایداري ، سختی و استحکام فولاد می شود. منگنز در پوشش هـاي مقـاوم مانند ریل هاي راه آهن و تجهیزات معدنی استفاده می شود. این فلز یک سازنده مهم در ترکیب آلیاژهاي غیر آهنی به ویژه آلیاژ آلومینیوم می باشد. آلیاژهاي مسی با افزوده شدن مقدار ناچیزي منگنز پایدارتر می شوند که در این صورت برنزهاي منگنز نام دارند و همچنین در آلیاژهاي مس براي اکسیدزایی نیز از منگنز استفاده می شود. آلیاژهاي مس ، منگنز و نیکل به عنوان آلیاژهاي مقاوم الکتریکی به کار می روند و 10 % منگنز دارند و برخی آلیاژها با منگنز بیشتر، داراي ضریب انبساط گرمایی بالایی هستند که در ساختمان ترموستات به کار می روند. انـواع مختلـف منگنز براي ساخت پوشش هاي میله جوشکاري مصرف می شوند. در تولید آهن خام ، منگنز به شکل سنگ خام و یا کلوخه (سینترشده) به کوره وارد میشود .در تولید فولاد، منگنز به شکل کانسنگ ، کنسانتره ، فرو آلیاژ و یا فلز خالص در خلال و یا در مرحله نهایی فرایند تولیـد مورد استفاده قرار می گیرد . افزودن منگنز در فرایند تولید آهن خام تا حد یک درصد، علاوه بر بهبود خواص فیزیکی آهن خام به دلیل حذف گوگرد، باعث افزایش راندمان در مرحله بعدي تولید فولاد، کاهش مصرف کمک ذوبها و افزایش عمر مصالح نسوز کوره میشـود . نقـش منگنـز در زدودن گوگرد به این صورت است که ترکیب منگنز و گوگرد موجود در سنگ آهن تولید سولفید منگنز میکند که به راحتی توسط سرباره از کوره خارج شود. بعلاوه سولفید منگنز ـ آهن که در ترکیب آهن باقی میماند به مراتب اثرات مضر کمتري از سولفید آهن دارد. نحوه و تا حدودي میزان افزودن منگنز بستگی به فناوري استفاده شده در تولید آهـن و فـولاد دارد. یکی از روشهاي معمول افزودن مستقیم سنگ آهن منگنزدار، سنگ منگنز کم عیار آهــن دار و یا سرباره هاي منگنزدار برگشتی به کوره بلند است . میزان مصرف منگنز در فرایند فولاد تولید آهن خام وفولاد ، بستگی به موارد زیر دارد :
٭ میزان فسفر موجود در آهن خام
٭ میزان گوگرد و درصد منگنز موجود در سنگ آهن
٭ راندمان فرآیند گوگرد زدایی
٭ عیار منگنز در کانسنگ منگنز
٭ مقدار منگنز در سرباره
فرو آلیاژهاي منگنز: عیار منگنز در سنگ معدن مورد نیاز براي تولید فرومنگنز کمتر از عیار مورد نیاز در صنایع شیمیایی می باشد
جدول 13 مشخصات کانسنگ منگنز براي ساخت فرومنگنز
ترکیب Mn Fe P SiO2 Al2O3 Zn
عیار درصد >48 <7 <.015 <8 <6 <1
 
مقادیر مس، باریم و سرب در این کانسنگ باید پائین باشند. نسبت منگنز به آهـن Mn/Fe بین 6-7 باشد. فرومنگنز محصولی است که در هر دوره کوره قوس الکتریکی و کوره ذوب قابل تولید است و از نظر عیار محتوي منگنز به دو گروه تقسیم می شوند
  1. نوعی از فرومنگنز با عیار منگنز 90-95% براي مقاصد خاصی بکار می رود .
  2. نوعی دیگر از فرومنگنز با عیار 75-90% می باشد و کاربردهاي متداولتري دارد .
مقدار کربن محتواي منگنز بسته به نیاز از 0.7-7% می باشد. فرومنگنز معمولاً بهترین محصول براي افزودن منگنز به فولاد درکنورتورهاي اکسیژنی و براي تولید فولادهاي بـا محتواي منگنز بالا می باشد. هر چند مصرف عمده منگنز در تولید فولادهاي معمولی است ، مقادیري نیز در ساخت فولادهاي مخصوص با درصد منگنز بالا که داراي 11-15% منگنز هسـتند ، مصـرف می شود. این فولادها را فولاد هادفیلد می نامند که تا 1/5% کربن داشته و داراي سختی و مقاومت بالایی در برابر سایش و خوردگی هستند. این فولادهـا درمـواردي کـه نیـاز بـه مقاومت بالا در مقابل سایش باشند (نظیر سنگ شکن ها و خطوط راه آهن) مورد استفاده قرار می گیرند. در حدود 83 درصد منگنز در تولید انواع فرو آلیاژها مصرف میشود وگرایش بـه سـمت استفاده بیشتر از فرو آلیاژهاي منگنز (مخصوصا فروسیلیکومنگنز که ارزان تر است ) به جاي استفاده مستقیم سنگ معدن و کنسانتره منگنز در تولید فولاد است . مصرف فروسیلیکو منگنز بین سالهاي 1990 تا 1998 از 16/6 به 23/1 درصد افزایش یافته است . نحوه و میزان مصرف فرومنگنزدرچدن ، بیش از 98 درصد فرومنگنز درتولید انواع فولادها مصرف شده است.در حدود 50 درصد منگنز جهان در تولید فرومنگنزها مصرف میشود. تقاضا براي این شاخه از 3/3 میلیون تن در سال 1993 افزایش یافت و از آن سال تاکنون تقریبا در همین حد باقی مانده است. فرومنگنزها بطور متوسط داراي 80 درصـد منگنـز هستند. کشور چین در حدود یک چهارم فرومنگنز جهـان را مصرف میکند . ژاپـن 15 درصد ، آمریکا 12 درصد و فرانسه با 11 درصد در ردیف هاي بعدي از نظر میـزان مصـرف فرومنگنز قرار دارند .
میزان مصرف فلز منگنز: نحوه و میزان مصرف منگنز در مناطق مختلف جهان تا حدودي متفاوت است. آلیاژهاي آلومینیوم ، مخصوصاً نوعی از آن که در ساخت قوطیهاي نوشابه کاربرد دارد ، با حدود 65 درصد مصرف کل ، بزرگترین بازار مصرف براي فلز منگنز در کشور آمریکا هستند. در اروپا تولید ورقهاي آلومینیومی و در ژاپن صنایع فولاد سازي بزرگترین بازار مصرف براي فلز منگنز هستند .بجز درمورد کشور آمریکا ، اطلاعات کمی در مورد میزان مصرف فلز منگنز در کشورهاي دیگر انتشار یافته است. آمریکا و ژاپن در حدود سه چهارم مصرف جهانی منگنز را به خود اختصاص داده اند و کشور آلمان از ایـن نظر در مقام سوم قراردارد. با توجه به نقش احیاء کنندگی منگنز نسبت به آهن در سنگ خام بر عیار فرومنگنز تولیدي تاثیر میگذارد. مقدار کلسیم و سـیلیس را مـی تـوان بـا افزودن مواد کمک ذوب و با اختلاف سـنگ خـام ورودي کنترل کـرد . در تولید فرو منگنزهاي کربن دار نسبت منگنز به آهن باید در حدود 7/5 به یک باشد نحوه فرآینـد تولید فولاد و ناخالصیهاي همراه سنگ آهن وجود گوگرد در محصول نهـایی را اجتنـاب ناپذیر میکند . بدون استفاده از منگنز، وجود گوگرد باعث شکنندگی فـولاد در مرحلـه شکل گیري اولیه می شود. افزون منگنز به فرآیند موثرترین و ارزانترین روش حذف و یا کاهش گوگرد تا حد قابل قبول است. این خاصیت مهم منگنز در سال 1860 کشـف شـد . البته منگنز امروزه کاربردهاي دیگري نیز در فرآیند تولیـد فـولاد دارد . منگنـز تمایـل بیشتري براي ترکیب با اکسیژن نسبت به آهن دارد، بنابراین از آن به عنوان یک اکسـید کننده نیز میتوان استفاده کرد. بعلاوه منگنز باعث بهبود خواصی نظیر سختی ، شکنندگی ، شکل پذیري و نظایر آن در محصول نهایی می شـود . قسمت اعظـم تولیـد فولاد شامل فولادهاي معمولی چند منظوره و کم کربن میشود که در ترکیب خـود بـین 15% تا 0/8درصد منگنز دارند. قسمت عمده اي از این فولاد کمتر از 3% درصد منگنـز در ترکیب خود دارند. در حدود 3 الی 4 درصد فولادهاي تولید شده در جهان را فولادهـاي مقاوم که بیش از 500 مگاپاسکال مقاومت فشاري دارند شامل میشود. این نوع فولادهـا بیش از 1 درصد منگنز در ترکیب خـود دارنـد بخـش عمـده اي از فولادهـاي مقـاوم را فولادهاي HSLA تشکیل میدهند که بـ ین 1 تـا 1/8 درصـد منگنـز دارنـد .در تولیـد فولادهاي مخصوص که شامل HSLI و حرارت دیـده میشـوند، نیکـل، کرم،مولیبـدن و وانادیم مصرف میشود. میزان توسط مصرف منگنز دراین نوع فولادها اغلب بـین 0/6 تـا 0/8 درصد است و انواع خاصی از این فولادها که تا 1/5 درصد منگنـز دارنـد در صـ نایع اتومبیل سازي کاربرد دارند .فولادهاي ضد زنگ که کمتر از 2 درصد تولید جهانی فـولاد را شامل میشوند داراي کروم و نیکل و در حدود 1 درصد نیز منگنز هستند. در بعضـی از انواع این فولادها که به فولاد ضد زنگ منگنز معروف هستند منگنز را میتوان جـایگزین بخشی از نیکل مصرفی نمود. این امر باعث افزایش مقدار منگنز موجود در فولاد بین 4 تا 16 درصد میشوند. این جایگزین میتواند در آینده باعث افزایش تقاضا براي منگنز شـود ولی این امر تا حد زیادي بستگی به قیمت نیکل دارد . استفاده از منگنز در تولید محصولات شیمیایی با مصرف شیمیایی با مصرف سالیانه 450 هزار تن در حدود 7 درصد مصرف جهانی منگنز را شامل میشـود .
مهمتـرین محصـول ترکیبات شیمیایی منگنز دي اکسید الکترولیتی (EMD) است که در انواع باتريها از قبیل کربن ـ روي ، منیزیم ، دي اکسید منگنز و آلکالین و لیتیم ـ دي اکسـید منگنـز کاربرد دارد. تقاضاي جهانی براي EMD در حدود 200 هزار تن در سال برآورد میشودکه معادل مصرف سالیانه 120 هزار تن منگنز خالص است. این مقدار منگنز در حدود 2 درصد 20 مصرف منگنز جهان است. مصرف مستقیم دي اکسید منگنز طبیعی (NMD) در تولیـد باتريهاي کربن ـ روي است که مصرف در حدود 250 هزار تن منگنـز خـالص را شـامل میشود.این میزان مصرف معادل 4 درصد کل مصرف منگنز در جهان است. میزان مصـرف سالیانه EMD برخلاف NMD رو به رشد است . در تولید سایر ترکیبات شیمیایی منگنز سالیانه در حدود 200 هزار تـن منگنـز مصـرف میشود. که این در حدود 3 درصد مصرف کل منگنز اسـت . ترکیبـات شـیمیایی اصـلی منگنز دار عبارتند از کربور، کلراید، اکسید سولفات منگنز و پرمنگنات پتاسیم . غیر متالورژیکی: منگنز در صنایع باطري سازي به 3 صورت کانسنگ طبیعی فعـال، در اکسید منگنز شیمیایی و دي اکسید منگنز الکترونیکی طبیعی یـا مصـنوعی در بـاتري سازي استفاده می شود. 5 -10% کاربردهاي غیر متالورژیکی منگنز بـه صـورت در سـاخت باتریهـاي خشـک و شیمیایی،سولفورزدایی و اکسید زدایی می باشد. باتري اساساً براي ذخیره سازي انرژي و آزاد سازي آن در مواقع لزوم است و در انواع مصارف خانگی (رادیو، ماشین حساب، چراغ قوه و...) کاربرد دارد. دي اکسید منگنز به عنوان ماده دي پلاریزر در باتریها به کار می رود و بـه صـورت کانـه طبیعی منگنز، دي اکسید منگنز شیمیایی و دي اکسید منگنـز الکترولیتـی در سـاخت باتریها استفاده می شود. کانه منگنز مورد استفاده در این مورد باید داراي درصد دي اکسید منگنز بالا و مقدار آهن خیلی کم باشد. کانی مورد استفاده باید داراي سختی متوسط و درجه مشخص از تخلخل باشد کانه مورد نظر در این مورد معمولاً تا ابعاد 10-20 مش خـرد مـی شـود .از آنجا که فلز روي به عنوان آند این باتریها عمل می کند. نکته مهم در مورد کیفیـت کانـه مورد نیاز این است کانسار که ترکیبات الکترونگاتیوتر از روي نظیر ترکیبات مس، نیکـل، کبالت، آرسنیک، سرب و آنتیموان نبایـد در کانـه موجـود باشـند . دي اکسید منگنـز وزنــی رطوبــت و حــداکثر 1/3% ســولفات و کمتــر از 0/02 % آهن می باشد . الکترولیتی یک پودر سیاه رنگ است و به طور عمده شامل 91% وزنی3 – 5 ، MnO٢%
صنایع شیمیایی: دیگر کاربرد عمده منگنز در صنایع شیمیایی ( انواع مـواد شـیمیایی ، تهیه کودهاي شیمیایی ، انواع سولفات و اکسی سولفات هاي منگنز در خوراك دام و افزودنی هاي کودهاي گیاهی ، رنگ سازي و تهیه پرمنگنات سدیم و پتاسیم که به عنوان ٢١ ضدعفونی کننده و اکسید کننده به کار می روند می باشد .ترکیبات شـیمیایی مختلف حاوي منگنز در انواع کودها ، مواد خاکی ، صنایع شیشه ، انواع رنـگ، لعـاب، رنـگ جـلا ، آجرهاي رنگی ، سرامیک و اهداف شیمیایی و طبی بکار می روند. درصد مناسبی از MnO2 در سنگ معدن براي استفاده در متالورژي بیش از 35% معمولا (ً40 – 50%) و میزان فسفر آن از 0/15 – 0/2 می باشد. کانی هاي منگنز مورد استفاده در صنایع شیمیایی باید درجه خلوص بالاتري داشته باشند و حاوي MnO2 80 تا 85 درصد باشند.
ترکیبات شیمیایی نظیر پرمنگنات پتاسیم و سولفاتهاي منگنز محصولاتی هستند که بعد از صنایع متالوژیکی و باتري مهمترین کاربرد براي منگنز هسـتند . پتاسیم یکی از قویترین مواد اکسید کننده است که در موارد مختلفی مورد استفاده قرار سولفات منگنز یک محصول واسطه است و به دلیل حلالیت بالاي آن در تولید فلز منگنز و در ساخت سایر ترکیبات شیمیایی کاربرد دارد .کربنات منگنز از رسوب دادن سولفات منگنز یا یک کربنات قلیایی بدست میآید براي کاربردهایی که نیاز به کیفیت بالاتر است نظیر تولید فریتهاي مخصوص ، درصد اکسید کلسیم و اکسید سدیم در ترکیب کربنـات منگنز نباید بیشتر از 0/1 درصد باشد. در این کاربردها کربنات از ترکیبات فلز منگنز و بی کربنات آمونیم ساخته میشود که بعد از رسوب دادن کربنات منگنز فیلتر شده و به دقت خشک میشود. در این فرایند حرارت نباید از 120 درجه سانتیگراد تجاوز کنـد . ( کلرید منگنز Mn2Cl ) از حل کردن فلز، اکسید، کربنات و یا هیدروکسـید منگنـز بـا اکسـید کلریدریک بدست می آید در تولید کلرید منگنز مرغوبتر باید فقـط از فلـز منگنـز و یـا اکسید منگنز خیلی خالص استفاده شود . اکسید منگنز (MnO) یکی از ملزومات در ترکیب کودها و فرمول مواد غـذایی اسـت . و همچنین پایه اي براي ساخت سایر ترکیبات شـیمیایی منگنـز اسـ ت اکسـید منگنـز را میتوان از احیاء دي اکسید منگنز و یا از متلاشی کردن حرارتی کربنات یا اکسالات منگنز و در غیاب هوا تولید کرد .اکسید سه ظرفیتی منگنزMn2O3 از تجزیه حرارتی نیترات ، کربنـات ، اکسالات و یا کلرید منگنز در حرارتی بین 500 تا 800 درجه سانتیگراد تهیه میشود تهیه اکسید سه ظرفیتی منگنز با خلوص بالا از کلسیناسیون کربنات خـالص منگنـز صـورت میگیرد. اکسید سه ظرفیتی منگنز در تولید فریتهاي منگنز دار کاربرد دارد .سـولفات منگنز از حل کردن سنگ کربنات منگنز، ردو کروزیت در اسید سولفوریک بدست میآید سولفات منگنز ممکن است به عنوان یک محصول جانبی اسید شویی سایر فلـزات نیـز تولید شود. کاربرد اصلی سولفات منگنز در تهیه کودها و غذاي حیوانات است. بعضـی از ترکیب خود دارند . انواع کودها حداقل 74 تا 79 درصد سولفات منگنز ( معادل 27 تا 28 درصد منگنز ) در دي اکسید الکترولیتی منگنز( EMD ) : میزان مصرف سالیانه EMD در حدود 200 هزار تن است. کشور آمریکا بزرگترین متقاضی EMD با مصرف 80 هزار تن در سال اسـت . و پس از آن ژاپن با مصرفی سالیانه در حدود 25 هزار تن قرار دارد. برآورد مـی شـود کـه کشور چین مصرفی در حدود 20 الی 30 هزار تن در سال داشته باشد. ولی اطلاعات کافی از میزان مصرف این کشور در دسترس نیست. کاربرد هاي دیگر: استفاده از منگنز در رنگ آمیزي آجر، لبـاس، سـرامیک، شیشـه و سفال، ساخت کودهـاي شـیمیایی، تـأمین خـوراك دام و طیـور، سـاخت الکترودهـاي جوشکاري، ساخت عوامل خشک کننده، رنگها، تصـفیه آب و فاضـلاب ، افزودنـی هـاي سوختن و ساخت اکسید کننده هاي مورد نیـاز در فرآینـدهاي شـیمیایی از کاربردهـاي شیمیایی منگنز محسوب می شوند . اکسید منگنز (پیرولوسیت) به عنوان یک دپلایزر در سلولهاي خشک، به عنوان بی رنگ کننده شیشه، خشک کننده در رنگ و در چرم سازي استفاده می شود که وجود ناخالصی آهن به آن رنگ سبز می دهد. به علاوه اکسید منگنز در تهیـه اکسـیژن و کلریـت و در رنگ هاي تیره و خشک نیز استفاده می شود.پرمنگنات یک عامل معرف اکسیدي قـوي است و در تجزیه هاي کمی و پزشکی استفاده می شود. زیرا یافته ها و خـواص اکسـیدي آن در تشکیل یک داروي معمولی براي بیماریها استفاده می گردد.خصوصیات و کیفیـت کانسنگ منگنز بر حسب عیار منگنز به انواع مختلفی تقسیم میشـود .در عمـل سـنگ منگنز و کنسانتره طیف وسیعی از خصوصیات شیمیایی و فیزیکی را دارد و اغلب براساس کاربردي که براي آن در نظر گرفته شده نامگذاري می شود
•سنگ مناسب براي مصارف متالوژیکی
•سنگ مناسب براي مصارف شیمیایی
•سنگ مناسب براي باتري سازي
درصد MnO2 در حدود 70 تا 85 درصد که معادل 44 تا 54 درصد منگنز اسـت و بایـد کمتر از 5% درصد فلزاتی نظیر مس ، نیکـل ، کبالـت و آرسـنیک باشـد . بجـز ترکیبـات شیمیایی که در این کاربرد منگنز اهمیت دارد، دي اکسید منگنز مورد مصرف باید از نظر ساختمان بلورین، سطح ویژه توزیع و ابعاد خلـل و فـرج، ابعـاد و شـکل ذرات، هـدایت الکتریکی، شرایط سطحی و نقایص ساختمانی کنترل شود. در تولید غذاي حیوانات سنگ منگنز مورد استفاده باید از نظر مقدار فلزات سنگین کنترل شـود .مشخصـات و کیفیـت محصول فرآوري شده بستگی به عواملی نظیر کیفیت سنگ خام و فرایند مصرف بستگی دارد. سه نوع منگنز براساس عیار منگنز در بازار وجود دارد که عبارتنـد از متـالوژیکی، باتري و شیمیایی.نوع متالوژیکی سنگ منگنز که قسمت اعظم بازار مصرف را بـه خـود اختصاص داده است عیاري در حدود 48 درصد منگنز دارد نسبت به آهن و مقدار ناخالص هایی نظیر آلومینا،سیلیس، و آهک از دیگر عوامل تعیین کننده کیفیـت سـنگ منگنـز متالوژیکی هستند . از آنجا که فسفر در مرحله ذوب قابل حذف شدن نیست مقدار آن در کانسنگ متالوژیکی باید کمتر از 0/2 درصد باشد، کانسنگ منگنز نـوع شـیمیایی داراي حـداقل 35 درصـد منگنز است ولی علاوه بر این باید خصوصیات دیگري نیز از نظـر میـزان ناخالصـی هـا و قابلیت اکسید شوندگی داشته باشد . در کانسنگ مناسب براي باتري باید درصد MnO2 لااقل در حـدود 75 تـا 85 درصـد معادل منگنز 44 – 54 درصد باشد. علاوه بر این مقدار فلزات موجـود در سـنگ کـه از روي الکترونگاتیو تر هستند نباید از 0/5درصد بیشتر باشد .سنگ منگنز استخراجی بـه محصولات تجاري متنوعی تبدیل میشود که مهمترین آنها عبارتند از
•فرومنگنز داراي کربن بالا معمولا به عنوان فرومنگنز پـالایش نشـده معـروف اسـت
•فرومنگنز داراي کربن متوسط یا کم معمولا به عنوان فرومنگنز پالایش شده خوانـده میشود
•فرو ـ سیکلومنگنز
•فرو ـ منگنز ـ سیلیکون
•دي اکسید شیمیایی و یا الکترولیتی منگنز
CMD, EMD• ترکیبات شیمیایی منگنز
•فلز منگنز
فرو منگنزها معمولا توسط کورههاي قوس الکتریکی تولیدمیشوند،هر چند درکشورهاي عضو اتحاد شوروي سابق هنوز از کوره بلند براي این منظور استفاده میشود.