منگنزعنصری فلزی به رنگ خاکستری متمایل به صورتی که از لحاظ شیمیایی فعال است. این عنصردر سال ۱۷۷۴ توسط Johann Gann دانشمند سوئدی کشف گردید . این فلز شبیه به آهن اما سخت تر و شکننده تر است.این فلز آلوتروپیهای متفاوتی با خواص مختلفی دارد. منگنز به صورت وافر در طبیعت یافت می شود.پیرولوزیت (MnO2) سنگ اصلی این فلز است. فلز منگنز به صورت تجاری از طریق احیاء سنگهای معدنی اش با آلومینیوم و برای تهیه با خلوص بالا ازطریق الکترولیز محلول سولفات منگنز تهیه می شود.



کانی های منگنز به صورت گسترده پراکنده شده اند. ترکیبات معمول این عنصر شامل اکسیدها، سیلیکات ها و کربناتها هستند. این عنصر به صورت نودولها در کف اقیانوسها نیز کشف شده اند که این نودولها نیز جز منابع مهم منگنز هستند. این نودولها شامل ۲۴ درصد منگنز به علاوه عناصر دیگر که میزان آنها کمتر است نیز می باشد. بیشتر معادن منگنز امروزه در کشورهای روسیه، برزیل، استرالیا، جنوب آفریقا، گابن، هندوستان می باشد. مهمترین کانیهای گروه منگنز پیرولوزیت و رودوکروزیت هستند. این فلز همچنین از واکنش اکسید منگنز با سدیم، منگنز، آلومینیوم و همینطور از روش الکترولیز تولید می شود. این عنصر شبیه آهن است اما سختتر و شکننده تر از آهن می باشد. این فلز با واکنش پذیری بالا و با آب به آهستگی تجزیه می شود. منگنز برای آلیاژهای مهمی کاربرد دارد. در صنایع فولاد منگنز باعث نورد کردن فولاد و چکش خواری، استحکام ، دوام، مقاومت در برابر سایش و شکنندگی می شود.از ترکیب منگنز و آلومینیوم و آنتیموان و کمی مس آلیاژی با خاصیت فرومغناطیس قوی حاصل می شود. منگنز خالص دارای چهار آلوتروپی می باشد. فرم آلفا در درجه حرارت معمولی پایدار است . فرم گامای این عنصر دارای خصوصیات انعطاف پذیری بالا، نرم، راحت با چاقو بردیده می شود، و چکش خوار است. پیرولوزیت دی اکسید منگنز برای قطب زدایی کردن پیل های خشک به کار می رود که این ترکیب به رنگ سبز و دارای ناخالصی آهن می باشد. منگنز دارای رنگ بنفشی باشد که عمل رنگ کانی آمتیست نیز می باشد. پیرولوزیت همچنین بای تهیه عناصر کلر و اکسیژن است و در رنگهای سیاه بهکار می رود. پرمنگنات عامل اکسیداسیون قوی است و برای آنالیزهای کمی و علم پزشکی استفاده می شود. این عنصر عامل مهمی برای کاربرد ویتامین B1 می باشد. پرتودهی منگنز و ترکیبات آن از میزان ۵ mg/m3 تجاوز نمی کند بنابراین برای یک دوره باید برای یک دوره کوتاه از آن استفاده شود چون عنصر سمی است.  

اثرات منگنز بر سلامتی انسان

منگنز یک ترکیب شیمیایی معمول است که در تمام قسمتهای کره زمین یافت میشود. منگنز سومین عنصر شیمیایی از لحاظ سمی بودن میباشد. یعنی از طرفی مقدار اندک منگنز برای بقای انسان مورد نیاز است و از طرف دیگر زمانیکه غلظت منگنز از حد معمول خود تجاوز کرده و بالا میرود، برای بدن انسان بسیارسمی است. اگر انسان مقدار منگنز مورد نیاز بدن را مصرف نکند، سلامتی وی به خطر می افتد. اما اگر مصرف منگنز بسیار زیاد باشد، مشکلاتی در بدن انسان رخ میدهد. منگنز از طریق غذا وارد بدن انسان میشود. غذاهایی که حاوی منگنز هستند، اسفناج، چای و گیاهان دارویی میباشند. مواد غذایی که مقدار منگنز آنها بالا میباشد، عبارت هستند از برنج، سویا، تخم مرغ، آجیل، روغن زیتون، لوبیا سبز و صدف. پس از مصرف غذاهای حاوی منگنز و جذب آنها، منگنز از طریق خون به اندامهایی مانند کبد، کلیه ها، پانکراس و غدد درون ریز وارد میشود. مهمترین تاثیر منگنز بر دستگاه تنفس و مغز است. علائم مسمومیت با منگنز شامل توهم، فراموشی و آسیبهای عصبی است. همچنین منگنز باعث بیماری پارکینسون، آب آوردن ریه ها و برونشیت میشود. اگر مردان برای مدت زمان زیاد تحت تاثیر منگنز قرار گیرند، ممکن است توانایی جنسی خود را از دست دهند. سندرمی که بر اثر عملکرد منگنز در بدن انسان اتفاق می افتد دارای علائمی مانند شیزوفرنی، کسالت، ضعف عضلات، سردرد و کم خوابی است. بر اثر کمبود منگنز در بدن انسان بیماریهای زیر بروز میکند: چاقی عدم تحمل گلوکز خونمردگی مشکلات پوستی پایین آمدن کلسترول بدن ناهنجاریهای اسکلتی کاهش تولد تغییر رنگ مو علائم عصبی با تنفس طولانی مدت غبار یا بخار منگنز مسمومیت مزمن منگنز رخ میدهد. اولین قسمت بدن که آسیب میبیند، سیستم عصبی مرکزی است و ممکن به طور موقت دچار ناتوانی شود. علائم این مسمومیت عبارت هستند از ضعف، احساس خواب آلودگی، احساس کسالت، مشکلات روحی، اسپاسم پاها، گرفتگی عضلات پا و فلج. در کارگرانی که با ترکیبات، غبار و بخار منگنز کار میکنند، عوارضی مانند ذات الریه و عفونت دستگاه تنفسی مشاهده میشود. ترکیبات منگنز ممکن است سبب ایجاد تومور در بدن انسان شوند، اما تحقیقات آزمایشگاهی نتیجه ای مبهم را به دنبال داشته و هنوز این اثر منگنز به درستی تایید نشده است.

تاثیرات زیست محیطی منگنز

منگنز در طبیعت به صورت جامد در خاک و به صورت ذرات ریز در آب وجود دارد. ذرات منگنز در هوا به صورت غبار است. غبار منگنز طی چند روز و به آهستگی در سطح زمین ته نشین میشود. فعالیتهای انسانی مانند فعالیتهای صنعتی و استفاده از سوختهای فسیلی سبب افزایش غلظت منگنز در هوا میشود. منگنز حاصل از فعالیتهای انسانی میتواند وارد آبهای سطحی، آبهای زیرزمینی و فاضلاب شود. از طریق آفت کشهای منگنزکه در کشاورزی مورد استفاده قرار میگیرند، مقداری منگنز وارد خاک میشود. منگنز در بدن جانوران از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا بیش از ۳۶ آنزیمی که برای متابولیسم کربوهیدراتها، پروتئین و چربی در بدن جانوران به کار میرود، به منگنز نیاز دارند. در جانورانی که به اندازه کافی منگنز دریافت میکنند، رشد، تشکیل استخوان و تولید مثل به خوبی انجام میشود. مقدار بسیار اندک منگنز (در صورتی که از مقدار مجاز مورد نیاز برای جانوران افزایش یابد)، در برخی از جانوران کشنده است. منگنز در جانوران، مشکلات ریوی، کبدی و عضلانی، کاهش در فشار خون سبب میشود و به مغز و جنین جانور آسیب میرساند. بر اثر جذب منگنز از طریق پوست، مشکل تعادل و رعشه در بدن جانور اتفاق می افتد. تحقیقاتی که بر روی جانوران آزمایشگاهی انجام شده نشان میدهد، که مسمومیت شدید منگنز میتواند باعث تشکیل تومور در جانوران شود. یونهای منگنز پس از اینکه از خاک جذب گیاه میشوند، به برگهای گیاه منتقل میشوند. مقدار کمی از منگنز میتواند به مکانیسم گیاه لطمه وارد سازد. منگنز در بدن گیاه باعث تجزیه آب به دو عنصر هیدروژن و اکسیژن میشود و همین مسئله به گیاه آسیب میرساند. منگنز دو نوع اثر در گیاهان دارد. هم کمبود منگنز برای گیاه ضرر دارد و هم مقدار زیاد آن سبب مسمومیت گیاه میشود. با پایین آمدن pH خاک مقدار منگنز گیاه کاهش می یابد. مقدار زیاد و سمی منگنز در گیاهان، باعث تخریب دیواره های سلولی شده، پژمردگی برگها و ایجاد لکه های قهوه ای در برگ را باعث میشود. کمبود منگنز نیز این اثرات را به دنبال دارد. در واقع مقدار منگنز مورد نیاز گیاه، مقدار حدواسطی است که بین کمبود منگنز و حالت سمی برای گیاه در نظر گرفته میشود.



عنصر منگنز در طبیعت

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر منگنز :

منگنز فلزی است خاکستری مایل به صورتی که در گروه هفتم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته و با عدد اتمی ۲۵ دارای وزن اتمی برابر با ۹۴/۵۴ است.

نماد این عنصر Mn و وزن مخصوص آن ۴/۷ می باشدودمای ذوب آن به ۱۲۴۵ درجه سانتی گراد می رسد .این عنصر در طبیعت به صورت خالص تشکیل نمی شود و بیشتر به صورت اکسید ، کربنات و سیلیکات وجود دارد. منگنز با فلز کرم در گروه ششم و با فلز آهن در گروه هشتم همسایه بوده و از نقطه نظر شیمیایی شباهتهای زیادی به آن دارد. با این وجود، از نظر خواص متالورژیکی منگنز تفاوتهایی با آهن و فلزات نزدیک به آن دارد. چرا که آهن، کبالت و نیکل خواص مفید فیزیکی خودرا به عنوان یک فلز حفظ کرده و در اکثر آلیاژها به عنوان عنصر پایه عمل می‌کنند،در حالیکه منگنز چنین نیست. توضیح علت این عملکرد منگنز این می‌تواند باشد که در شرایط عادی ترتیب قرار گیری اتمهای منگنز در ساختمان بلورین آن به گونه ای است که منگنز معمولاً فلزی شکننده و غیر قابل انعطاف و شکل گیری می‌باشد. اما 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 همین خواص منگنز است که اصلی ترین کاربرد منگنز به عنوان یک عنصر آلیاژی است.

اکتشاف و ارزیابی ذخایر منگنز

برخلاف روشهای ژئوفیزیکی که در اکتشاف منگنز چندان موفق نیستند، روشهای ژئوشیمیایی به دلیل حلالیت بالای منگنز به عنوان ابزاری مؤثر در پروژه‌های اکتشاف می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. یکی از مشکلات عمده در مراحل اکتشاف منگنز، نگهداری نمونه معرف کانسار برای مراحل ارزیابی و آنالیز است. در گذشته های دور بیشتر حفاری های ضربه ای برای اکتشاف منگنز استفاده می شد. امروزه بیشتر از حفاری های چرخشی برای این منظور استفاده می شود، اگر چه در این حالت هم باید برای حفظ نمونه معرف دقت کافی شود. اندازه کانسار، غلظت منگنز در کانسار، ناخالصی های همراه و مناسب بودن کانسار از نظر اقتصادی از جمله برای اکتشاف منگنز در خشکی روش منحصر به فردی وجود ندارد پی جویی و اکتشاف منگنز در خشکی بیشتر بر پایه تفسیرهای زمین شناسی ناحیه ای، با علم به این که آهن و منگنز اغلب با هم هستند انجام می‌شود. در گذشته برای نمونه برداری بیشتر از روشهای حفاری ضربه ای استفاده می‌شد که مستلزم دقت فوق العاده ای برای حفظ داده‌های معتبر بودند و در بیشتر موارد داده‌ها صحیح نبوده اند. روشهای دورانی تا اندازه ای بهترند، ولی باز برای حفظ نمونه‌ها باید دقت زیادی کرد هر جا کانسارها دارای اکسیدهای نرم داخل رس باشد می‌توان از روشهای در ارزیابی اقتصادی یک کانسار منگنز فاکتورهای نظیر ابعاد ذخیره، تمرکز (عیار متوسط) در کانسار، ناخالصی‌های همراه، نوع کانیهای منگنز و قابلیت پر عیار سازی سنگ منگنز باید در نظر گرفته شود برای اکتشاف آزمایشات کانسارهای دریابی تجهیزات و دستگاههای ویژه ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روشهای عمده استخراج منگنز

اکثر کانسارهای با ارزش منگنز، از غنی سازی ثانویه توسط آبهای زیرزمینی و لیچینگ سنگ های رسوبی منگنزدار تشکیل می شوند. به دلیل تنوع کانسارهای منگنز و گستردگی ترکیبات و کانی های شناسایی شده در این کانسارها، هیچ یک از روشهای 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 منگنز، معمولا ًاز ماشین آلاتی نظیر اسکریپر Scripperجهت برداشتن روباره، از بلدوزر جهت پاکسازی و انتقال سنگ شکسته شده در اثر آتشباری و از لودرهای معدنی به منظور بارگیری ماده معدنی و از کامیون جهت حمل استفاده می‌شود.

کانسنگ های منگنز مورد استفاده در صنایع متالورژیکی اکثراً با روشهای مکانیزه استخراج می شود. ولی معدنکاری در مقیاس کوچک به وسیله پیکور و شاول انجام می‌شود. به عنوان مثال معدن موآندا ( Moanda ) در گاین با تولید سالانه دو میلیون تن با این روش استخراج می‌شود. دراگ لاین‌ها (Drogliner) لودرها، بلدوزرها،‌اکسکاواتورهای هیدرولیکی (Hydrolic Excavators) و شاولهای بزرگ، تجهیزات متحرک متداولی هستند که به منظور برداشتن روباره و یا اندازه گیری کانسنگها استخراج در معادن روباز مورد استفاده قرار می‌گیرند. حوزه نیکوپول (Nikopol) در روسیه و معدن ماماتوان (Mamatwan) در آفریقای جنوبی از اکساواتورهای بیل چرخش (Bucket Wheel) برای برداشت روباره استفاده می‌شود.

 

معادن زیر زمینی منگنز به روشهای تخریب بزرگ ( بلوکی ) Block Caving، اتاق و پایه Room & Pillar ، کند و آکند اصلاح شده Modified Cut & Fill و یا جبهه کار بلند Long wallاستخراج می‌شوند. به عنوان مثال معدن ایمنی در مراکش و معادن و سلز (Wessele)، گلوریا (Gloria) و چوانیگ (Nchawaning) در آفریقای جنوبی به روش زیرزمینی استخراج می‌شوند.

ندول های منگنز دار پوسته کف اقیانوسها ذخایر عظیمی از منگنز را تشکیل می دهند ولی به علت مشکلات تکنیکی زیادی در استخراج آنها وجود دارد. به منظور پر عیار سازی منگنز به دلیل تنوع کانسارهای منگنز و گستردگی ترکیبات و کانی های شناسایی شده در این کانسارها هیچ یکی از روشهای کانه آرایی به تنهایی و حتی به همراه مجموعه ای از سایر روشها، در همه کانسارهای منگنز کاربرد ندارد.

کانه‌های مورد استفاده در صنایع شیمیایی و باتری سازی به وسیله معدنکاری انتخابی قسمتهای مناسب و یا از معادن نسبتاً کوچکی که فقط برای کانه‌های با کیفیت ویژه ای استخراج می‌شوند به دست می‌آیند. معادن آهن منگنز دار معمولا با روشهای استخراج کانسارهای آهن بهره برداری می‌شود.



روش های فرآوری منگنز

سنگ استخراجی از معادن ممکن است به علت تفاوت در خواص فیزیکی- شیمیایی کانه های منگنزدار و باطله ها، نیاز به کانه آرایی و افزایش کیفیت داشته باشد. بدین منظور، روشهای مختلفی اعم از سنگجوری، شستشو، خردایش، انواع روشهای پرعیار سازی ثقلی، روشهای جدایش مغناطیسی، فلوتاسیون، روشهای حرارتی، روشهای آرایش شیمیایی(هیدرومتالورژی) وحتی بیوشیمیایی در پرعیار سازی سنگ های منگنز کاربرد خواهد داشت. همچنین کلسیناسیون نیز در پرعیار سازی سنگهای کربناته منگنز کاربرد دارد. مواد ریزدانه تر کم عیار، توسط فلوتاسیون پر عیار می‌شوند و روشهای هیدرومتالورژی نیز در مواردی که منگنز همراه دیگر فلزات وجود دارد، مورد استفاده قرار می گیرند.


به دلیل تنوع و پیچیدگی ساختار کانسارهای منگنز، ناخالصی‌های همراه منگنز از نظر تعداد زیاد و از نظر خواص متفاوت و متغیر هستند. انواع این ناخالصی‌های به شرح زیر است :

1. ناخالصی‌های فلزی: کانیهای آهن، سرب، روی، نیکل،کبالت، مس، آرسنیک و نقره.
2. ناخالصی‌های غیر فلزی: کانیهای گوگرد و فسفر.
3. باطله: سیلیس، آلومینا، آهک، منیزیم و باریم.
4. مواد فرار: آب، روی، دی اکسید منگنز و مواد آلی. با توجه به کافی نبودن عیار منگنز در اکثر کانسارهای شناسایی شده در جهان و همچنین نیاز به عیارهای بسیار بالا در بیشتر صنایع مصرف کننده منگنز، بکارگیری روشهای پر عیار سازی برای تغلیظ سنگ استخراج شده از معدن امری اجتناب ناپذیراست.