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锰矿的成因、分布与分类  

2012-04-15 13:28:29|  分类: 冶金知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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锰矿的成因、分布与分类   

锰矿的成因、分布与分类 - 张佩辰 - 张佩辰之家

  

在现代工业中,锰及其化合物应用于国民经济的各个领域。其中钢铁工业是最重要的领域,用锰量占90%~95%,主要作为炼铁和炼钢过程中的脱氧剂和脱硫剂,以及用来制造合金。其余10%~5%的锰用于其他工业领域,如化学工业(制造各种含锰盐类)、轻工业(用于电池、火柴、印漆、制皂等)、建材工业(玻璃和陶瓷的着色剂和褪色剂)、国防工业、电子工业,以及环境保护和农牧业,等等。总之,锰在国民经济中具有十分重要的战略地位。  

  一、矿物原料特征 

  锰是元素周期表中第四周期的第七族元素。在自然界中锰有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅶ价态,其中以Ⅱ和Ⅳ价态最为常见。锰在空气中非常容易氧化。在加热条件下,粉状的锰与氯、溴、磷、硫、硅及碳元素都可以化合。锰在地球岩石圈中以及硅酸盐相的陨石中表现有强烈的亲石性质,但在岩石圈上部则有强烈的亲氧性质,锰与铁在岩石圈中以及陨石中虽有许多相似的化学性质,但锰并不亲铁。 

  在自然界中已知的含锰矿物约有150多种,分别属氧化物类、碳酸盐类、硅酸盐类、硫化物类、硼酸盐类、钨酸盐类、磷酸盐类等。但含锰量较高的矿物则不多。现就几种常见的锰矿物叙述如下。 

  (1)软锰矿 四方晶系,晶体呈细柱状或针状,通常呈块状、粉末状集合体。颜色和条痕均为黑色。光泽和硬度视其结晶粗细和形态而异,结晶好者呈半金属光泽,硬度较高,而隐晶质块体和粉末状者,光泽暗淡,硬度低,极易污手。比重在5左右。软锰矿主要由沉积作用形成,为沉积锰矿的主要成分之一。在锰矿床的氧化带部分,所有原生低价锰矿物也可氧化成软锰矿。软锰矿在锰矿石中是很常见的矿物,是炼锰的重要矿物原料。 

  (2)硬锰矿单斜晶系,晶体少见,通常呈钟乳状、肾状和葡萄状集合体,亦有呈致密块状和树枝状。颜色和条痕均为黑色。半金属光泽。硬度4~6,比重4.4~4.7。硬锰矿主要是外生成因,见于锰矿床的氧化带和沉积锰矿床中,亦是锰矿石中很常见的锰矿物,是炼锰的重要矿物原料。

  (3)水锰矿 单斜晶系,晶体呈柱状,柱面具纵纹。在某些含锰热液矿脉的晶洞中常呈晶簇产出,在沉积锰矿床中多呈隐晶块体,或呈鲕状、钟乳状集合体等。矿物颜色为黑色,条痕呈褐色。半金属光泽。硬度3~4,比重4.2~4.3。水锰矿既见于内生成因的某些热液矿床,也见于外生成因的沉积锰矿床,是炼锰的矿物原料之一。 

  (4)黑锰矿 四方晶系,晶体呈四方双锥,通常为粒状集合体。颜色为黑色,条痕呈棕橙或红褐。半金属光泽。硬度5.5,比重4.84。黑锰矿由内生作用或变质作用而形成,见于某些接触交代矿床、热液矿床和沉积变质锰矿床中,与褐锰矿等共生,亦是炼锰的矿物原料之一。 

  (5)褐锰矿 四方晶系,晶体呈双锥状,也呈粒状和块状集合体产出。矿物呈黑色,条痕为褐黑色。半金属光泽。硬度6,比重4.7~5.0。其他特征与黑锰矿相同。 

  (6)菱锰矿 三方晶系,晶体呈菱面体,通常为粒状、块状或结核状。矿物呈玫瑰色,容易氧化而转变成褐黑色。玻璃光泽。硬度3.5~4.5,比重3.6~3.7。由内生作用形成的菱锰矿多见于某些热液矿床和接触交代矿床;由外生作用形成的菱锰矿大量分布于沉积锰矿床中。菱锰矿是炼锰的重要矿物原料。

   (7)硫锰矿 等轴晶系,常见单形有立方体、八面体、菱形十二面体等,集合体为粒状或块状。颜色钢灰至铁黑色,风化后变为褐色,条痕呈暗绿色。半金属光泽。硬度3.5~4,比重3.9~4.1。硫锰矿大量出现在沉积变质锰矿床中,是炼锰的矿物原料之一。 

  二、用途与技术经济指标

   锰矿产品包括冶金锰矿、碳酸锰矿粉、化工用二氧化锰矿粉和电池用二氧化锰矿粉等。使用锰矿产品的冶金部门、轻工部门和化工部门根据不同的用途对锰矿产品有不同的质量要求。

   (一)冶金工业对锰矿石的质量要求

   用于炼钢生铁、含锰生铁、镜铁的矿石,铁含量不受限制,矿石中锰和铁的总含量最好能达到40%~50%。 

 在冶炼各种牌号的锰系合金中,对矿石的含锰量和锰铁比值有一定的要求。冶炼中、低碳锰铁,矿石含锰量36%~40%,锰铁比6~8.5,磷锰比0.002~0.0036;冶炼碳素锰铁,矿石含锰量33%~40%,锰铁比3.8~7.8,磷锰比0.002~0.005;冶炼锰硅合金,矿石含锰量29%~35%,锰铁比3.3~7.5,磷锰比0.0016~0.0048;高炉锰铁,矿石含锰量30%,锰铁比2~7,磷锰比0.005。 

  (二)化工及轻工部门对锰矿石的质量要求 

  化学工业上主要用锰矿石制取二氧化锰、硫酸锰、高锰酸钾,其次用于制取碳酸锰、硝酸锰和氯化锰等。化工级二氧化锰矿粉要求MnO2含量大于50%(表3.3.3),制硫酸锰时,Fe≤3%、Al2O3≤3%、CaO≤0.5%、MgO≤0.1%;制高锰酸钾时,Fe≤5%、SiO2≤5%、Al2O3≤4%。 

  天然二氧化锰是制造干电池的原料,要求MnO2含量越高越好。对Ni、Cu、CO、Pb等有害元素一般厂定标准为:Cu<0.01%、Ni<0.03%、Co<0.02%、Pb<0.02%。矿粉的粒度要小于0.12mm。

  三、矿业简史

  锰矿物的利用历史十分悠久,据文献记载,世界上利用锰矿物最早的国家有埃及、古罗马、印度和中国。我国利用锰矿物的历史可追溯到距今约4500~7000年前后新石器时代的仰韶文化(彩陶文化)时期。由于软锰矿呈土状,它的颜色呈黑色,极易染手,在古人看来,这是一种奇妙的陶器着色颜料。

  可是锰元素的发现却比较晚,到1774年才由瑞典矿物学家甘恩(J.G.Gahn)从软锰矿中还原出了金属锰。

  锰在钢铁工业上的应用是各国冶金学家几十年不懈努力的结果。1875年以后,欧洲各国开始用高炉生产含锰15%~30%的镜铁和含锰达80%的锰铁。1890年用电炉生产锰铁,1898年用铝热法生产金属锰,并发展了电炉脱硅精炼法生产低碳锰铁。1939年开始用电解法生产金属锰。

  最早开采的锰矿山是美国田纳西州惠特福尔德(Whitifeld)锰矿,始采于1837年,到1884年锰矿石年产量已达4万t。印度也是开采锰矿较早的国家之一,始采于1892年。第一次世界大战前,印度出口锰矿石一直居世界首位。1928年以后其地位被原苏联所取代。从本世纪20年代末原苏联的锰矿石产量一直居世界领先地位。此外,开采锰矿石比较早的还有巴西、加纳、澳大利亚、南非和加蓬等国。

  我国锰矿的地质找矿工作开始得也比较早,据所见资料,从1886年开始,并于1890年首先在湖北兴国州(今阳新)发现锰矿,随后于1897年和1907年又先后在湖南发现安仁、攸县和常宁、耒阳锰矿;1910年发现广西防城大直、钦州黄屋屯锰矿;1913年和1918年,前后发现了湖南湘潭上五都锰矿(1937年改称为湘潭锰矿)和广西木圭、江西乐华锰矿。我国老一辈地质工作者,如朱庭祜、王晓青、田奇玲王隽、李殿臣、李四光等等对湖南、广东、广西、江苏、江西等地做了大量锰矿地质调查,初步了解了我国一些锰矿产地及其锰矿石质量,探讨了锰矿床的成因。

  大规模的锰矿地质勘查工作是在新中国成立以后。从1950年广西工业厅对桂平木圭锰矿、华东地测处对南京栖霞锰矿、西南工业厅对贵州遵义锰矿进行勘查开始,经过近50年广大地质工作者的努力,到1996年底,全国锰矿地质勘查投入约6.8亿元,机械岩心钻探工作量约190多万m,累计探明锰矿石6.48亿t。

  我国最早开采的锰矿山是湖北阳新锰矿,始采于1890年,后因质量不佳,不久即行停采。阳新锰矿停采后,汉冶萍煤铁厂矿公司为了解决锰矿原料,于1908年在湖南常宁曲潭设常耒锰矿采运局,开采常宁—耒阳一带锰矿。1913年在湖南湘潭上五都发现锰矿后,1914年即由新组建的裕矿业公司负责开采,到1917年已初具规模,日产锰矿石百余吨,最高年产达3万t,仅1916~1927年的12年间,运销日本八幡制铁所的锰矿石就达14.3万t(矿石品位不低于45%) 

  据查阅资料表明,1949年以前全国曾开采过锰矿的地区有:湖北、湖南、广西、广东、江苏、江西、福建、贵州、河北和辽宁。据不完全统计,从1912年到1945年的33年间,我国共开采锰矿石140万t(表3.3.5),年均产量4.2万t,最高年产7.43万t(1927年),主要集中于桂、湘、赣、辽、粤、苏6个省(区),合计135.8万t,约占全国总产量的96.8%,其中又以桂、湘两地为最多,占全国总产量的65.4%。

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