Metalle

Was ist Mangan? Wie wird es benutzt?



Nach USGS Fact Sheet 2014-3087, August 2014, von William F. Cannon.

Mangan: Mangan hat eine Ordnungszahl von 25 und ein chemisches Symbol für Mn.

Was ist Mangan?

Mangan ist ein silbermetallisches Element mit einer Ordnungszahl von 25 und einem chemischen Symbol für Mn. Es wird nicht als Element in der Natur gefunden. Es kommt in vielen Mineralien wie Manganit, Purpurit, Rhodonit, Rhodochrosit und Pyrolusit vor. Es kommt auch in vielen Mineraloiden wie Psilomelan und Wad vor.

Stahlwerke verwenden Mangan: Die wichtigste Verwendung von Mangan ist die Stahlherstellung. Mangan verleiht dem Stahl Festigkeit und Härte. Ohne Mangan wäre der Stahl für die Herstellung von Panzerplatten, Brechbacken und Schlagwerkzeugen nicht so langlebig.

Woraus besteht Stahl?

Viele Leute würden richtig antworten, dass Stahl aus Eisen besteht. Weitaus weniger wissen, dass es auch aus Mangan besteht. Obwohl die Menge an Mangan, die zur Herstellung einer Tonne Stahl verwendet wird, gering ist, ist es genauso wichtig wie Eisen, diesen grundlegenden Baustein der modernen Gesellschaften zu produzieren.

Einfach ausgedrückt: Ohne Mangan kann man keinen Stahl herstellen. Der Inlandsverbrauch von Mangan liegt bei etwa 500.000 Tonnen pro Jahr, vorwiegend in der Stahlindustrie. Die Vereinigten Staaten sind für diese Menge Mangan völlig auf Importe angewiesen.

Mangan macht ungefähr 0,1 Prozent der Erdkruste aus und ist damit das zwölfthäufigste Element. Der frühe Einsatz erfolgte hauptsächlich in Pigmenten und Oxidationsmitteln in chemischen Prozessen. Die Bedeutung von Mangan für die menschliche Gesellschaft explodierte mit der Entwicklung der modernen Stahlherstellungstechnologie in den 1860er Jahren. Mangan ist für die Stahlherstellung unverzichtbar und unersetzbar, und der weltweite Bergbau wird von nur wenigen Nationen beherrscht. Es wird daher als eines der kritischsten Mineralrohstoffe für die Vereinigten Staaten angesehen.

90 Prozent des Manganverbrauchs in den USA und weltweit entfallen auf die Stahlindustrie. Mangan entfernt Sauerstoff und Schwefel, wenn Eisenerz (eine Eisen- und Sauerstoffverbindung) in Eisen umgewandelt wird. Es ist auch eine wesentliche Legierung, die Eisen in Stahl umwandelt.

Als Legierung verringert es die Sprödigkeit von Stahl und verleiht ihm Festigkeit. Die Menge Mangan pro Tonne Stahl ist mit 6 bis 9 Kilogramm relativ gering. Etwa 30 Prozent davon werden für die Raffination von Eisenerz verwendet, die restlichen 70 Prozent werden als Legierung für das Stahlendprodukt verwendet.

Mangan kann Glas färben: Die alten Ägypter und Römer verwendeten Pyrolusit, ein Mineral aus Mangandioxid, um die Farbe des Glases zu kontrollieren. Kleine Zusätze entfärbten das Glas durch Entfernen der durch Eisenverunreinigungen verursachten grünlich-gelben Verfärbung, während größere Zusätze das Glas rosa, lila oder schwarz färbten. Mangandioxid wird heute noch als Farbmittel verwendet. Foto von Scott Jackson, United States Geological Survey.

Andere Verwendungen von Mangan

Mangan wird auch als Legierung mit Metallen wie Aluminium und Kupfer verwendet. Wichtige nichtmetallurgische Verwendungen umfassen Batteriekathoden, in der Elektronik verwendete Weichferrite, Mikronährstoffe in Düngemitteln, Mikronährstoffe in Tierfuttermitteln, Chemikalien zur Wasseraufbereitung, Farbmittel für Fahrzeuggrundierungen, Ziegel, Fritten, Glas, Textilien und Fliesen. Das Produkt „Manganviolett“ wird zum Einfärben von Kunststoffen, Pulverlacken, Künstlerlasuren und Kosmetika verwendet.

Mangan in Edelsteinen: Eine Reihe von Edelsteinen enthält erhebliche Mengen Mangan und leitet ihre Farbe oft vom Element ab. Im Uhrzeigersinn von oben links: Rhodochrosit (Mangancarbonat), Rhodonit (Manganoxid), Purpurit (Manganphosphat), Spessartin (Manganaluminiumgranat).

Manganpigment: Eine Ansicht, die unten in ein Glas Pyrolusitpigment untersucht. Pulverförmiger Pyrolusit kann mit Öl oder einer Vielzahl anderer Vehikel zur Verwendung als permanentes schwarzes Pigment gemischt werden.

Wüstenlack: Schwarzer "Wüstenlack" ist eine dünne Schicht aus Manganoxid, die die freiliegenden Flächen einiger Felsen in trockenen Gebieten bedeckt. Es wird angenommen, dass Mangan-konzentrierende Mikroben seine Bildung erleichtern. Das Foto oben zeigt Petroglyphen, die von amerikanischen Ureinwohnern hergestellt wurden, als sie sorgfältig durch den Wüstenlack kratzten, um ihre künstlerischen Symbole hervorzubringen. Dieser Aufschluss heißt "Newspaper Rock" und befindet sich im Newspaper Rock State Park in der Nähe von Monticello, Utah.

Woher kommt Mangan?

Elementares Mangan verbindet sich leicht mit Sauerstoff, Kohlenstoff und Silizium, um eine lange Liste von Manganmineralien zu bilden. Manganerze enthalten im Allgemeinen 25 bis 45 Prozent Mangan, hauptsächlich in Oxid- (oder Hydroxid-) und Carbonatmineralien.

Manganerze sind weit verbreitet, aber der größte Teil des weltweiten Angebots stammt aus einer kleinen Anzahl von Manganabbaugebieten. Die meisten Manganerze stammen aus ausgedehnten Schichten manganreicher Sedimentgesteine, die sich in alten Ozeanen unter speziellen Bedingungen gebildet haben. Diese traten auf, als Änderungen des Oxidationszustands des Meerwassers zuerst hohe Konzentrationen an gelöstem Mangan verursachten und später verschiedene Manganmineralien ausfielen, die sich auf dem Meeresboden konzentrierten. Diese Schichten befinden sich heute im Gestein der Kontinente.

Knotiges Manganerz: Nodulares Psilomelan, das in Resttonen gefunden wurde, die durch die Verwitterung von Kalkstein und Dolomit im südlichen West Virginia entstanden sind. Diese Erze wurden im Zweiten Weltkrieg abgebaut, als der Import von Manganerzen von außerhalb der USA nicht möglich war.

Manganerze

Einige Manganmineralien und Mineraloide gelten als „Primärerze“, da sie reich genug an Mangan sind, um Erz zu enthalten. Andere sind „sekundäre Erze“. Diese kommen in Gebieten vor, in denen der ursprüngliche Mangangehalt der Sedimente auf natürliche Weise durch jüngere geologische Prozesse angereichert wurde.

Nahezu alle Manganerze werden in der Nähe der Minenstandorte gefördert, um den Mangangehalt vor der Weiterverarbeitung zu verbessern. Die meisten werden auch geschmolzen, um die Legierungen Ferromangan und Silicomangan zu bilden. Es sind diese Legierungen, und nicht das Manganerz selbst, die in den meisten metallurgischen Anwendungen verwendet werden.

Meeresboden-Manganerz: Manganknollen, 1982 aus dem Pazifik gesammelt. Manganknollen sind oft reich an Mangan, Eisen, Nickel, Kupfer und Kobalt. Der Knoten ist etwa vier Zoll breit. Creative Commons-Bild von Walter Kölle.

Manganknollen

Eine weitere potenzielle Manganquelle sind die Ferromanganknollen und -krusten, die in vielen Teilen der Weltmeere auf dem Meeresboden vorkommen. Diese Knollen in der Größe von Bohnen bis Kartoffeln sind derzeit das Ziel von Explorations- und Forschungsarbeiten, die sich hauptsächlich auf den äquatorialen Pazifik konzentrieren. Wenn sich die Herstellung dieser Knollen als technisch, wirtschaftlich und rechtlich tragfähig erweist, könnten sie zu einer wichtigen Manganquelle werden.

Einige Forscher spekulieren, dass Parzellen am Meeresboden geerntet werden könnten, brach bleiben und dann in den nächsten Jahrzehnten erneut geerntet werden könnten. Teile des Meeresbodens der Welt könnten einen nachhaltigen Ertrag an Ferromanganerz produzieren.

Manganmine: Foto der Mamatwan-Manganmine im südafrikanischen Kalahari-Distrikt. Aus dieser Tagebaumine wird eine dicke Schicht Manganerz abgebaut. Die Minenbänke folgen der Sedimentschichtung des Erzkörpers. Foto von William Cannon, United States Geological Survey.

Mangan Angebot und Nachfrage

Der größte Teil des weltweiten Manganerzes wird in einigen wenigen Ländern gefördert, darunter Südafrika, Australien, China und Gabun. Neunzig Prozent der nachgewiesenen Manganreserven befinden sich auch in diesen vier Ländern sowie in Brasilien und der Ukraine.

Die Vereinigten Staaten haben keine Manganreserven, wie dies in vielen anderen Industrieländern der Fall ist, insbesondere in Europa. Das gesamte in den USA verbrauchte Manganerz wird aus Quellen wie Gabun, Australien, Südafrika und Brasilien importiert.

Obwohl es in den USA Hersteller von Mangan-Ferrolegierungen und Manganchemikalien gibt, importiert das Land immer noch große Mengen von Manganlegierungen, Chemikalien und Metall, um seinen Verbrauchsbedarf zu decken.

Wichtige Mengen an Ferromanganimporten stammen aus Südafrika, China, der Ukraine und der Republik Korea. Silicomangan wird aus Südafrika, Georgia, Norwegen und Australien importiert. Die Nachfrage nach Mangan folgt historisch eng der Stahlproduktion und wird dies voraussichtlich in Zukunft tun.

Manganerz: Siliziumhaltiges Manganerz, das als Brekzie in der St. Clair-Verwerfung im Süden von West Virginia gebildet wurde. Diese Erze wurden im Zweiten Weltkrieg abgebaut, als der Import von Manganerzen von außerhalb der USA nicht möglich war. Bekannte Manganvorkommen in den USA sind gering und enthalten minderwertiges Erz. Sie sind zu aktuellen Preisen nicht wirtschaftlich.

Gewährleistung einer heimischen Manganversorgung

Obwohl die Gesamtreserven der Welt ausreichen, um die absehbare Nachfrage zu befriedigen, gab es in den Vereinigten Staaten aufgrund ihrer völligen Abhängigkeit von der Einfuhr von Manganerz angesichts möglicher politischer oder militärischer Produktionsstörungen seit langem Bedenken hinsichtlich einer fortgesetzten Manganversorgung oder Lieferketten.

Obwohl es in den Vereinigten Staaten, hauptsächlich in Maine und Minnesota, große Ressourcen an mit Mangan angereichertem Gestein gibt, liegt ihr Mangangehalt erheblich unter den Manganerzen, die in anderen Teilen der Welt leicht verfügbar sind, so dass sie derzeit für die Mine unwirtschaftlich sind.

Weltweit herrscht kein Mangel an Manganerz. Manganvorkommen an Land werden vom großen südafrikanischen Mangan-Distrikt der Kalahari dominiert, auf den rund 70 Prozent der weltweit bekannten Manganvorkommen entfallen (Reserven plus identifiziertes Material, dessen Wirtschaftlichkeit noch nicht vollständig nachgewiesen wurde). Infolgedessen wird erwartet, dass Südafrika auch in Zukunft eine dominierende Rolle bei der globalen Manganversorgung spielt.

Manganknollen am Meeresboden: Fotografie von Eisen-Mangan-Knollen auf dem Meeresboden nördlich des Puerto Rico-Grabens. Knötchen haben einen Durchmesser von etwa 2 bis 4 Zentimetern. Die Wassertiefe beträgt 5339 Meter. Geologisches Übersichtsbild der Vereinigten Staaten.

Meeresboden-Mangan-Bergbau

Sollte der Abbau des Tiefseebodens wirtschaftlich werden, könnten sich die Manganerzquellen erheblich von Land zu Meer verlagern. Die geschätzten Manganknollenressourcen stellen landgestützte Ressourcen in den Schatten und könnten die weltweiten Manganquellen stark diversifizieren. Ein Großteil der Ressource befindet sich in internationalen Gewässern. Erhebliche Manganressourcen auf dem Meeresboden kommen auch in der Ausschließlichen Wirtschaftszone der USA vor und unterliegen vollständig der Gerichtsbarkeit der USA.


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