«Принцы» и «нищие» в царстве минералов

Черный осветлитель

Землистый темно-серый минерал пиролюзит является основным источником ближайшего соседа железа но таблице Менделеева — марганца. Вместе с ним встречаются похожие на него псиломелан (в переводе с греческого — черпая стеклянная голова), манганит, название которого происходит от латинского названия марганца. Все это окислы марганца. В последнее время промышленное значение приобрел и карбонат марганца — родохрозит. Его второе название — роза инков (от греч. «родоп» — роза). Отполированные крупные штуфы малинового или темнорозового родохрозита — красивый поделочный камень. Самое известное месторождение находится в Аргентине, близ Сан-Луиса. Здесь в серебряных рудниках, оставленных инками в XIII в., встречаются родохрозитовые сталагмиты. Но в качестве ювелирного камня родохрозит стал применяться только с середины XX в.

На родохрозит внешне очень похож и силикат марганца — родонит. В Уральских горах он был известен под названием орлец. Примеси черных и темно-бурых окислов марганца создают неповторимые узоры орлеца. В Государственном Эрмитаже стоит огромная ваза из орлеца: ее эллипсовидная чаша размером 1,8 x 1,3 м выточена из монолита. Мастера трудились 30 лет, закончив работу в 1867 г.

Марганец — довольно распространенный элемент, особенно часто присутствующий в железных рудах. Но его месторождения достаточно редки. Самые крупные — Чиатурское и Никопольское месторождения — находятся на территории СССР, благодаря чему паша страна занимает первое место в мире по запасам и добыче марганцевой руды.

Оба месторождения имеют осадочное происхождение, образовались в прибрежных зонах третичного моря в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Чиатурское месторождение расположено в горах Кавказа на высоте 800 м над уровнем моря. Оно представляет собой серию прослоек толщиной от 2 до 5 м. Отработка его ведется уже более 100 лет, как и на Украине. Марганцевая руда — один из первых предметов экспорта молодой Советской республики. Марганцевые концентраты экспортируются и сейчас. Чиатурский рудник восстановили в 1923 г., и с тех пор у причалов Поти собирались десятки иностранных кораблей, вывозивших руду. В начале 30-х годов был построен Зестафонский ферросплавный завод, на котором из чиатурской руды получали ферромарганец.

Для обогащения марганцевых руд применяется главным образом гравитационный метод — отсадка. При этом топкие частицы хрупких марганцевых минералов практически терялись. Из-за этого горная речка Квирила, вытекающая из живописной долины Сачхере, ниже г. Чиатуры превращалась в темный грязный поток. Частицы пиролюзита плывут в воде реки на протяжении нескольких сот километров, поскольку все они одноименно (отрицательно) заряжены, не слипаются и не оседают; из Квирилы они попадают в Риопи, а оттуда в Черное море.

Часть марганцевых шламов извлекается на специально построенной флотационной фабрике методом пенной сепарации. Метод был предложен еще в 1940 г. В. А. Малиновским, но его промышленное освоение началось только в 60-х годах. В отличие от обычной флотации пульпа подается не в подпенную зону, а непосредственно на слой пены. Подобный метод обеспечивает резкое увеличение продолжительности контакта минералов с пузырьками воздуха, что создает наиболее благоприятные условия для минерализации воздушных пузырьков, в особенности крупными частицами. Поскольку после отсадки частицы крупнее флотационных все же теряются, этот метод впервые был использован для марганцевых руд.

В марганцевых минералах всегда присутствует железо, поэтому они обладают слабомагнитными свойствами. Поэтому извлечение марганцевых шламов возможно на полиградиептпых магнитных сепараторах. Пульпа прогоняется через слой железных шаров, находящихся в магнитном поле. При этом в точках соприкосновения шаров и вблизи них напряженность магнитного поля достаточно высока и слабомагнитные частицы там оседают, как на фильтре. Затем секция с шарами выходит из магнитного поля и марганцевый концентрат вымывается из слоя шаров.

Интересно отметить, что, хотя марганец немагнитен, сплав его с немагнитными медью и оловом обладает ферромагнитными свойствами. Олово можно заменить алюминием, мышьяком, сурьмой, бором или висмутом.

Марганцевый минерал пиролюзит под названием «черная магнезия» применялся при варке стекла. Поскольку зеленый и бурый цвет стеклу придает железо, его необходимо окислить. Пиролюзит окисляет сернистые соединения железа, «осветляя» стекло. Возможно, происхождение латинского названия марганца связано с его ролью в стекловарении: «манганидзейн» означает «чистить».

Заметим, что Плиний Старший (I век н. э.) считал пиролюзит разновидностью магнитного железняка. Отсутствие магнитных свойств у пиролюзита Плиний объяснял принадлежностью его к женскому полу, к которому магнит равнодушен.

Ту же роль окислителя играет марганец и в доменной плавке железа. Марганцевый концентрат добавляют в плавку для образования легкоплавкого сульфида марганца, который переходит в шлак. Марганец хорошо связывает и кислород. Еще в прошлом веке из марганцовистых железных руд выплавляли «зеркальный» чугун, который применяется для раскисления и науглероживания стали, т. е. для удаления из нее серы и кислорода. Теперь для этой цели применяют ферромарганец.

Для легирования стали марганец обычно вводят вместе с хромом, кремнием, вольфрамом. Однако есть сталь, в состав которой, кроме железа, марганца и углерода, ничего не входит. Это сталь Гадфилда, содержащая 1–1,5 % углерода и 11–15 % марганца, опа обладает огромной износостойкостью и твердостью. Ее применяют для изготовления дробилок, деталей экскаваторов и бульдозеров. Твердость этой стали такова, что она не поддается механической обработке, детали из нее можно только отливать.

Сплавы марганца с медью обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Из этих сплавов делают лопатки турбин, а из марганцовистых бронз — винты самолетов и другие авиадетали.

Относительно недавно стало известно о новом потенциальном источнике марганца. Это железомарганцевые конкреции — овальные комки, лежащие на дне океанов. Еще в 1969 г. при глубоководном погружении подводной лодки была добыта со дна гигантская конкреция массой около 90 кг. Ее состав, считая только главные компоненты: по 25 % марганца и кристаллизационной воды, 15 % железа. Предполагается, что запасы железомарганцевых конкреций на дне Тихого океана составляют около 2 млрд т, а поскольку конкреции образуются путем коагуляции и осаждения минеральных веществ из морской воды, их запасы растут в среднем на 90 млн т в год.

Конкреции содержат также кобальт, никель и медь. Но добыча и переработка их крайне трудны. Сбор конкреций на дне океана требует создания принципиально новых добычных устройств. Даже извлеченные на сушу, они долго сохраняют свою влажность. Раздробить их в обычных дробилках невозможно, они просто сминаются в блинообразные комки. Так что пока этот перспективный источник марганца еще не освоен.