پایان نامه بررسي كانه آرايي كانسنگ منگنز

• مقدمه

با رشد فزآينده صنايع نوپاي كشورمان، نياز به تهيه مواد خام از منابع داخلي افزايش چشمگيري مي يابد. در اين راستا اكتشافات مواد معدني مي تواند نقش عمده اي در بازسازي و پيشرفت نوين صنايع ايران زمين داشته باشد.

منگنز از جمله فلزاتي است كه اكتشاف آن جزو طرحهاي اولويت دار قرار دارد. زيرا كاربرد وسيع آن در صنايع فولاد، شيميائي، باطري سازي، شيشه، سراميك، كود، رنگرزي و رنگسازي و موارد ديگر بر كسي پوشيده نمي باشد.

با اجراي طرحهاي اكتشافي كه توسط ارگانهاي ذيربط صورت گرفته، و كماكان نيز با شتاب و آهنگ بيشتري در حال انجام مي باشد. اخبار اميدوار كننده اي از پيدايش كانسارهاي متعدد منگنز تقريباً‌ در تمامي استانهاي كشورمان به گوش مي رسد با جمع بندي دانسته ها و مطالعات اكتشافي اخير كانسارهاي متعدد منگنز اما در مقياس كوچك در ايران شناسائي شده است.

عليرغم اينكه رخداد كانسارهاي منگنز نوع رسوبي با ذخائر عظيم مانند كانسارهاي منگنز تيپ چياتوري و نيكوپول روسيه و ديگر ذخائر مشابه تاكنون در كشورمان كشف نشده، اما خوشبختانه كانسارهاي كوچك و متعدد غني شده منگنز كه وجود آن در بسياري از مناطق ايران خصوصاً در زونهاي آميزه رنگين و در باريكه هاي تكتونيكي به اثبات رسيده كه مجموعاً مي تواند، حيات تازه اي به صنايع وابسته به اين فلز استراتژيك ببخشد.

منگنز

منگنز يكي از مهمترين فلزات براي فروآلياژها بحساب مي آيد. منگنز نه تنها براي ساخت فولادهاي با منگنز بالا ضروري مي باشد. بلكه اغلب يك فلز بدون جانشين و لازمه براي ساختن تمام فولادهاي كربن دار است. براي توليد هر تن فولاد مقدار 13 تا 20 پوند منگنز نياز مي باشد. حدود 95 درصد منگنز توليد شده در صنعت متالورژي بكار مي رود.

و مقدار كمي از آن براي ساخت ديگر آلياژها مانند بعضي از برنزها استفاده مي گردد.

مهمترين و اصلي ترين هدف كاربرد منگنز در ساخت فولاد، اكسيژن و گوگردزدائي از آن مي باشد. زيرا منگنز همانند يك فيلتر عمل مي كند بطوريكه محصول نهائي بصورت فلز بي عيب و سالم بدست مي آيد.

از كانسنگي كه شامل حداقل عيار 46 درصد منگنز است مي توان فرومنگنز با عيار 80 درصد منگنز و 15 تا 18 درصد آهن توليد نمود. همچنين منگنز در ساخت آلياژ اشپيلايزن (20 درصد منگنز، مابقي آهن) نقش اساسي را ايفاء مي كند.

كانسنگ منگنز با خلوص زياد به جهت ساخت باطري هاي خشك و ديگر صنايع از جمله شيشه سازي، رنگسازي، رنگ دانه ها، رنگرزي و كودها استفاده مي شود.

منگنز در صنعت فولاد به جهت سفتي و استحكام دادن به محصولات آن از جمله ورقه هاي فولادي، آرماتورها، چرخهاي ماشين، سوزنهاي راه آهن، صندوقهاي نسوز، سنگ شكن ها، دستگاههاي برش و آسياب، ماشين ابزار، چرخ دنده ها، اسكلت فلزي، پلهاي فلزي و خيلي موارد ديگر كاربرد دارد.

2-كاني شناسي منگنز (2 و 1)

منگنز در بسياري از كانيهاي موجود در پوسته زمين وجود دارد و تاكنون بيش از 300 كاني حاوي منگنز شناخته شده است، اما تعداد كانيهاي منگنزدار كه داراي ارزش اقتصادي مي باشد كمتر از 12 كاني است. جدول شماره 1 تركيب شيميايي Mn موجود در برخي از كاني هاي مهم منگنز را نشان مي دهد.

جدول (1)

3- كاربردهاي منگنز (2)

منگنز از فلزاتي است كه به علت دارا بودن خواص فيزيكي و شيميايي مطلوب، كاربردهاي متنوعي در صنايع يافته است. حدود 90 تا 95 درصد از توليد جهاني اين ماده معدني در متالورژي فولادهاي معمولي ريخته گريها و ساخت فروآلياژهاي مختلف به كار مي رود 5 الي 10 درصد باقيمانده از توليد جهاني اين ماده معدني نيز در صنايع باتري سازي و در صنايع شيميايي (رنگ آميزي – صنايع شيشه، صنايع كشاورزي تصفيه آب) مورد استفاده قرار مي گيرد.

در ايران علاوه بر سنگ منگنز مور استفاده در صنايع فولادسازي، مقداري سنگ پرعيار نيز جهت ماده اوليه كارخانجات فروآلياژ سازي نياز مي باشد.

4– چرخة منگنز

ذخائر منگنز ممكن است بصورت فرعي به همراه ماده معدني آهن و يا بطور جداگانه از آهن ذخائر منگنز رسوبي را تشكيل دهند.

اكسيدهاي آهن در محيط PH پائين تري (در محيط احياء تر از محيط رسوبي منگنز) نسبت به اكسيدهاي منگنز رسوب مي كنند. بنابراين آهن و منگنز بدين ترتيب از يكديگر جدا مي گردند. (به احتمال زياد در محيطي با PH يكسان در حد اشباع رسوب مي كند) اما در پاره اي موارد نيز چنين نمي شود.

در محيط هاي خنثي رسوب گذاري آهن و منگنز بصورت كربنات همزمان صورت مي گيرد. همچنين جدايش منگنز و آهن تحت شرايط اكسيداسيون انجام مي پذيرد.

زيرا رسوب گذاري اكسيد و هيدروكسيدهاي آهن در درجه اكسيداسيون پايين تري (EH) در مقايسه با تركيبات منگنزدار در محيط هائي با PH يكسان رخ مي دهد.

ذخائر بزرگ منگنز رسوبي گزارش شده نسبتاً كم اما مهم تر از ديگر ذخائر منگنز اكتشاف شده مي باشد. ولي كانسارهاي فوق الذكر از لحاظ تعداد و ميزان ذخيره كم و كوچكتر از ذخائر آهن رسوبي است.

رسوب گذاري سنگ منگنز به اشكال كربنات يا اكسيدي مي تواند در درياچه ها،‌ باتلاقها و درياها رخ دهد. و آهن نيز به موازات منگنز تحت شرايط ياد شده تشكيل شود. اما تفاوت اين دو در دجه اكسيداسيون و شكل اكسيدهاي آن است. اگرچه اكسيدها و هيدروكسيدهاي آهن در طبيعت بطور كامل ناشناخته مي باشند. اما تركيبات هم ظرفيت منگنز بصورت كاني هاي مشخص بخوبي قابل شناسائي است.

منگانيت به فرمول شيميائي Mn₂O₃ , H₂O و هوسمانيت به فرمول شيميائي Mn₃O₄ نقطه مقابل گوتيت و منيتيت مي باشد. اما منگنز بصورت دي اكسيد (MnO₂) كه عمده ترين كاني منگنزدار است، مانند كانه هاي ياد شده نقطه مقابلي در تركيبات آهن دار ندارد.

كانسارهاي نوع دريائي منگنز عمدتاً بشكل دي اكسيد در داخل رسوبات عميق درياها و آبهاي كم عمق تشكيل مي گردند. اين كانسارها بصورت گرهك هائي بشكل مواد رنگي و پوشش هاي سطحي بر روي فسيل ها بطور گسترده پخش مي باشند.

به عقيده هوت (HEWETT) مقادير فراواني از اين گرهك ها در نواحي اقيانوسي غالباً در زير رسوبات كم ضخامت انباشته شده است.

گرهك هاي منگنزدار كه در آبهاي عميق تشكيل مي شوند، از نظر اقتصادي بسيار مهم مي باشند. هوت نتيجه گيري مي كند كه اغلب كانسارهاي منگنز استراتيفورم جهان حاصل از محلولهاي گرمابي با درجه حرارت كم هستند كه از اعماق زمين و كانونهاي فعال آتشفشاني نشأت مي گيرند. در اين ذخائر ميزان آهن بدليل هواخوردگي سنگهاي قاره اي بسيار ناچيز مي باشند.

در نزديكي سواحل، رسوبات آهن و ذرات ريزاكسيد منگنز يا ژلهاي بيوكربناتي و اكسيدهاي ديگر و كربناتها و يا هر دو فلز آهن و منگنز رسوب مي نمايد. شكل اين اكسيدها بصورت تخم ماهي يا االيتيك عمدتاً بصورت كانه هاي پيلوملان و پيرولوزيت است. به همراه كانه هاي ياد شده فسيل هاي دريائي نيز يافت مي شوند كه اين مطلب منشأ دريايي بودن منگنز را تأييد مي كند. سنگهاي دربرگيرنده ماده معدني عموماً شيل و آهك و مقدار كمي هم ماسه سنگ مي باشد.

1-5منشاء و انواع كانسارهاي منگنز

منگنز با چهار ظرفيت 2+ ، 3+ ، 4+ و 6+ در طبيعت وجود دارد. كه منگنز دو ظرفيتي آمادگي جايگزيني با عناصر كلسيم و آهن دو ظرفيتي را دارد. به همين علت عموماً منگنز به همراه اين عناصر ديده مي شود.

منگنز دو ظرفيتي در محيط هاي احياء يا نزديك به خنثي شرايط مساعدي براي محلول شدن را دارد. اما تمركز آن زماني صورت مي گيرد كه نيروي احياء كنندگي افزايش يابد. در محيط هاي فوق اكسيدان منگنز با ظرفيت بيشتر تشكيل مي شود و نسبتاً نامحلول است.

اكثر تركيبات محلول آهن كه در طبيعت يافت مي شوند از تركيبات منگنز دو ظرفيتي كم محلول تر مي باشند.

آهن عموماً قبل از منگنز رسوب گذاري مي نمايد. زيرا يون هاي آهن زودتر از يون هاي منگنز راسب مي گردند.

شرايط و مراحل رسوب گذاري نيز در جدايش آهن و منگنز مؤثر مي باشد. مگر اينكه نسبت آهن به منگنز بطور غيرعادي افزايش يابد.

هردو پارامترهاي رسوب گذاري و غني شدن در پيدايش كانسارهاي منگنز مؤثر مي باشد.

كانسارهاي منگنز اوليه ممكن است به سه گونه دسته بندي گردند:

• رسوبي (شامل گرهك هاي كف درياها)
• ولكانوژن (با منشاء آتشفشاني)
• گرمايي (هيدروترمالي)

حدود محوسازي بعضي از آنها تدريجي است. فرآيندهاي سوپرژني در تغيير كانسارهاي نزديك سطح زمين مؤثر است. بويژه نقاطي كه اكسيدهاي منگنز نسبتاً نامحلولند، در شكل گيري كانسارهاي نوع برجا، حائز اهميت مي باشد.

بيشترين توليد منگنز در دنيا از كانسارهاي رسوبي و برجا بدست مي آيد. كه قسم دوم مربوط مي شود به كانسارهاي سطح الارضي حاصل شده از هوازدگي كاني هاي منگنز در شيتها، پگماتيتها، لايه هاي رسوبي، رگه هاي پر شده در شكافها و مواد معدني حمل شده.

2-5گرهك هاي منگنز در اعماق درياها

گرهك هاي منگنز ممكن است يكي از بزرگترين منابع تأمين كننده منگنز، مس، نيكل، كبالت و فلزات ديگر به حساب آيند. ميزان واقعي اين ذخائر را ميلياردها تن تخمين زده اند. حتي پيش بيني مي شود كه اين منابع پايان ناپذير باشد.

عمده گرهك هاي مشخص شده در اقيانوس آرام از كانيهائي با عيار 20 درصد منگنز و 5/1 درصد مس و نيكل و در شرايطي تا 3/0 درصد كبالت و فلزات ديگر تشكيل و غني شده اند.

6– نحوه رسوب گذاري و جدايش منگنز و آهن از يكديگر

ارتباط توالي كانه هاي منگنز با آهن به هنگام رسوب گذاري آن مي باشد. در زمان رسوب گذاري آهن و منگنز بطريق شيميائي از محلولهاي كربناته، و بدليل با ثبات تر بودن كربنات منگنز نسبت به كربنات آهن، نتيجتاً منگنز در محلول كربناته بيشتر حل و نسبت به آهن ديرتر راسب مي شود. بنابراين عوامل فوق در تفكيك ايندو دخيل مي باشند.

تفكيك منگنز و آهن در محيط اكسيدان صورت مي پذيرد زيرا رسوب اكسيدهاي آهن در شرايط اكسيداسيون پائين تري در مقايسه با تركيبات منگنزدار در هر درجه از PH رخ مي دهد.

در شرايط اكسيداسيون يكسان (EH) آهن بصورت اكسيد شروع به رسوبگذاري مي كند. كه رسوب گذاري منگنز در درجه PH پائين تري از آهن صورت مي گيرد. اما در محيط خنثي آهن و منگنز ممكن است به همراه هم و بصورت انواع كربناتها رسوب گذاري نمايند.

1-7شرايط رسوب گذاري

بخش اعظم شرايط رسوب گذاري بستگي به تركيب كاني شناسي كانسار از قبيل اندازه و ابعاد كاني ها، درجه خلوص، پراكندگي، وسعت و چينه شناسي كانسار دارد.

كانه هاي آهن و منگنز رسوبي مي توانند در محيط آبهاي شيرين و دريائي و لجن زارها، مرداب ها، گندآبها، درياچه ها، چشمه هاي آب گرم و اقيانوسها تشكيل شوند. فسفات و سولفورها غالباً در شرايط دريائي شكل مي گيرند.

2-7 درياچه ها و لجن زارها (آبهاي راكد)

كانسارهائي كه در لجن زارهاي محصور و درياچه هاي راكد تشكيل مي شوند. كوچك و محدود مي باشند. آهن بصورت هيدروكسيد يا كربنات آهن دو ظرفيتي بدليل عدم حضور مواد آلي فوراً با اكسيژن ايجاد واكنش مي كند و به اكسيدهاي آهن تبديل مي گردد. در اين كانسارها معمولاً ناخالصي هائي وجود دارند.

در كبك (QUEBEC) كانادا و كشور سوئد ماده معدني آهن موجود را از لايروبي كف درياچه ها بدست مي آورند. شرايط براي رسوب گذاري ماده معدني در لجن زارها به نواحي وسيع و پوشيده از برف و يخ بستگي دارد.

منگنز ممكن است به تنهائي و يا به همراه آهن با منشاء باتلاقي تشكيل كانسار بدهد. كانسارهاي منگنز ناخالص بصورت اخراي منگنز (WAD) مي باشند.

هوت اشاره نموده كه گرهك هاي اكسيد منگنز نيز در درياچه ها از جمله درياچه تين (TYNE LAKE) اسكاتلند و درياي سلر (SELLER SEA) اطريش پيدا شده است.

در هيل بوروق (HILLS BOROUGH) نيوبرونسويك (NEW BRUNSWICK) منگنز با منشاء ياد شده، 2 متر ضخامت و مساحتي به ميزان 17- جريب را در اشغال دارد.

3-7 حوضه هاي باتلاقي (مردابي)

در مناطق داراي آب شور و باتلاقي، دريائي و گندآبها، آهن در جوار درختان و گياهان ذخيره مي گردد. رسوب گذاري بيوكربناتهاي آهندار يا محلولهاي آلي بويژه در محيط هائي كه در آن تخليه دي اكسيدكربن صورت مي گيرد، بوقوع مي پيوندد.

با از بين رفتن گياهان ذخائر آهن در محيط اكسيدان بصورت كربنات آهن (سيدريت) و در غير اينصورت بصورت هيدروكسيد و در ميحط هاي احياء به كربنات تا كربنات آهن تغيير مي يابد.

مراحل انباشته شدن و تجمع آن همانند ذغال سنگ صورت مي گيرد. بنابراين سيدريت رسوبي مي تواند در اندازه هاي ذخائر ذغال سنگي بوجود آيد. اگر سيدريت در امتداد تجمع گياهان ذخيره شود، بصورت يك باند سياه از ماده معدني آهندار شكل مي گيرد و رخداد آن بشكل لايه هاي ذغالي مي باشد. اگر در اين ذخائر ذغالسنگ به همراه ماده معدني ديده شود، شكل ظاهري آن مانند ذغالسنگ است. و حتي در مواقعي آن را با ذغال سنگين اشتباه مي گيرند. اما مي توان بدليل وزنشان آنها را از يكديگر تميز داد. در صورتيكه كانسارهاي مزبور هم اندازه با كانسارهاي ذغالي و ماده معدني حاوي مقدار زيادي رس باشد. بدان سنگ آهن رس دار با ناخالصي كربنات اطلاق مي شود.

ماده معدني كربناتي رسوبي عمدتاً حاوي ناخالصي هائي از قبيل مواد آلي رس، ماسه سنگ و ديگر كربناتها مي باشد. نحوه كاني سازي منگنز نيز همانند آهن صورت مي پذيرد.

به عقيده هوت كانسارهاي كربناته در رسوبات توسعه زيادتري نسبت به ذخائر مشابه ديگر دارند. اين ذخائر پس از طي مراحل غني شدن كانسارهاي اقتصادي منگنزدار تيپ اكسيدي برجا را بوجود مي آورند.

4–7 تشكيل كانسارهاي منگنز در محيط هاي دريائي

غالب ذخائر اقتصادي منگنز رسوبي در مناطق دريائي شكل مي گيرند. اكثراً تحت شرايط خاص آبهاي كم عمق و در آبهاي آزاد تشكيل مي گردند.

گرهك هاي منگنز كه از نظر اقتصادي بسيار ارزشمندند، مقادير مهمي از فلزات پايه و قيمتي را در داخل رسوبات قعر دريا برجاي مي گذارند. همچنين سيليكاتهاي آهن نيز در درياهاي آزاد به وفور انباشته شده اند. اين كانسارها بندرت ارزش اقتصادي دارند. اما بعضي از آنها جزو كانسارهاي اقتصادي به حساب مي آيند. برخي از كاوشگران دريافتند كه پاره اي از معادن اكسيدي آهن از اين تيپ نهشته ها مشتق شده اند.

مناطق كم عمق درياها و باتلاقها يا درياهاي وسيع خشك شده، و باريكه ها، مي توانند مكانهاي مناسبي براي رسوب گذاري و شكل گيري كانسارهاي بزرگ آهن و منگنز و سنگهاي فسفاته، گوگرد و سنگهاي كربناته اقتصادي و رسوبات رسي باشند.

8-تمركز كانسارهاي منگنز برجا

رخداد كاني سازي منگنز و آهن تحت شرايط يكساني صورت مي گيرد. منتها ميزان نهشته هاي منگنز نسبت به آهن بسيار كمتر است. اكسيدهاي منگنز نسبت به آهن كم محلول تر است. و يونهاي آن بصورت متمركز و انبوه در محلول باقي مي ماند. اين كانه ها در اثر هوازدگي سنگهاي آهن منگنزدار و بطور برجا به كانسارهاي منگنز تبديل مي گردند. شرايط تشكيل اين گونه ذخائر مشابه كانسارهاي آهن نوع برجا است. ذخائر آهن معمولاً مقاديري منگنز به همراه دارند. منتها شرايط ويژه مربوط به جدايش ايندو از يكديگر در ارتباط با درجه PH و EH (درجه اسيديته و درجه اكسيداسيون) آنها مي باشد. زيرا منگنز نسبت به آهن ثبات بيشتري دارد.

9-منابع تشكيل كانه هاي منگنز

منبع تأمين منگنز در ذخائر نوع برجا خيلي محدودتر از كانسارهاي مشابه آهندار آن مي باشد. منگنز هميشه در سنگهاي آتشفشاني وجود دارد اما مقدار آن كافي براي تشكيل كانسارهاي نوع برجا نمي باشد. همچنين اين مطلب نيز در مورد خيلي از شيستها صدق مي كند.

پاره اي از ذخائر نوع برجاي منگنز حاصل از هوازدگي داراي شرايط ذيل مي باشد:

• سنگ آهك و يا دولوميتي كه ميزان اكسيد آلومينيوم آن ناچيز، ولي كربنات و اكسيدهاي منگنز بصورت پراكنده و هم زايشي (سن ژنتيك) در داخل سنگهاي فوق وجود داشته باشد.
• آهكهائي كه داخل آن منگنز بصورت پراكنده باشد. سنگهاي كربناته منگنز تحت شرايط معين و خاصي رسوب مي كند.
• سنگهاي سيليكاته منگنز و آهندار، همچنين شيستهاي كريستالين و سنگهاي آتشفشاني آلتره.

شيستهاي كريستالين در برزيل حاوي رودوكروزيت، اسپسارتيت و تفروئيت در هندوستان و ساحل طلا (GOLD COAST) حاوي رودونيت و اسپسارتيت منابع بسيار بزرگي براي ذخائر منگنز نوع برجا به حساب مي آيند.

پایان نامه بررسي كانه آرايي كانسنگ منگنز