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干货 | 史上最全!七大类锰矿石详解

有色技术平台2018-06-26 22:09:53

一、概述

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,工业开采的锰矿主要有软锰矿、硬锰矿、水锰矿、黑锰矿、褐锰矿、菱锰矿和硫锰矿。

二、锰矿物总论

目前工业上利用的主要锰矿物为锰的氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐及锰的硅酸盐矿物,详见表。

表1 锰的工业矿物(红色为主要矿物,来源于地质勘查规范)

三、锰矿物各论

(一)软锰矿(Pyrolusite)

1、成分

成分叫二氧化锰,是不成盐氧化物,含锰为63.19%,是重要的锰矿石,常与硬锰矿共生。软锰矿非常软,还不及人的指甲硬。如果用手去摸,它会像煤一样弄黑你的手。

2、物化性质

晶形:呈细柱状或针状,通常呈块状、粉末状集合体。有趣的是有些软锰矿还呈现出一种树枝状附于岩石面上,人称假化石。

硬度:随形态和结晶程度而异。结晶好者呈半金属光泽,硬度较高(5~6);而隐晶质呈块体和粉末状者,光泽暗淡,硬度低(1~2),极易污手。

颜色:钢灰至黑色,表面常带浅蓝的金属锖色,条痕蓝黑至黑色。

3、化学性质

溶解性:不溶于水、硝酸、冷硫酸,溶于冷盐酸而产生氯;

危险性:强氧化剂,本身不燃烧,但助燃,不要和易燃物放置一起。

毒性:急性毒性、慢性中毒、诱变性、致癌性、致畸性。

加过氧化氢剧烈起泡放出大量氧气;缓慢溶于盐酸放出氯气,并使溶液呈淡绿色,MnO2+4HCl=MnCl2+ Cl2+2H2O。

4、成因

软锰矿主要由沉积作用形成,为沉积锰矿的主要成分之一,是炼锰的重要矿物原料。软锰矿是其他锰矿石变成的,在沼泽、湖海等形成的沉积物中也可以形成软锰矿。高价锰的氧化物主要见于沿岸相的沉积锰矿床和风化矿床中。在矿床氧化带和岩石风化壳,可形成风化成因的锰帽,最主要矿物是硬锰矿、软锰矿及锰铁矿等。在锰矿床的氧化带部分,原生低价锰矿物也可氧化形成稳定的软锰矿。

5、图片

(二)硬锰矿(Psilomelane)

1、成分

硬锰矿是钡和锰的氧化物,它是提炼锰的重要矿石。理想化学式一般表示为BaMn(MnO16(OH)4,硬锰矿的成份变化很大;有时70%的BaO可被CaO+K2O+Na2O+SrO所置换;其中所含的水,类似于沸石水的性质;硬锰矿的化学式目前尚未能最后确定下来。

2、物化性质

晶体形态:晶体少见,通常呈葡萄状、肾状、皮壳状、钟乳状或土状,此外还有致密块状和树脂状;


3、成因产状

主要为外生成因,见于锰矿床的氧化带。与很多在地下形成的矿物不同,硬锰矿是在地表条件下形成的次生矿物,也就是说它原来是另外一种矿物,后来在某种条件下又变成了现在这种东西。硬锰矿是褐锰矿、黑锰矿以及含锰碳酸岩和硅酸盐风化的产物;此外也常见于沉积锰矿床中。

4、鉴定特征

以其胶体形态,黑色条痕、较高的硬度和葡萄状的晶态当中,来和其它的氧化锰区别;亦可以从条痕的颜色,来和褐铁矿区别 。

5、图片

(三)水锰矿(Manganite)

1、成分

水锰矿是碱性的锰的氢氧化物矿物,是次于软锰矿和硬锰矿的可以用来提炼锰的矿石。化学组成MnOOH,属MnO(OH),其中MnO 40.4%、MnO2 49.4%、H2O 10.2%。常含SiO2、Fe2O3以及微量Al2O3、CaO等混入物。

2、晶体、形态

水锰矿晶体属单斜晶系的氢氧化物矿物。与斜方水锰矿、六方水锰矿成同质多象。晶体呈柱状,柱面有明显的纵纹。通常呈假正交(斜方)对称的柱状晶体,并常组成近于平行排列的束状集合体。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。

3、物化性质

水锰矿是锰的主要矿石矿物之一。


4、成因产状

水锰矿形成于氧化条件不够充分的环境。

在低温热液矿脉中,常呈晶簇与重晶石,方解石、菱铁矿共生,常具方解石的假象;外生成因的水锰矿经常与软锰矿、硬锰矿等共生,产于沉积锰矿中,为四价锰矿物(软锰矿)和二价锰矿物(菱锰矿)之间的过渡产物;在氧化带中水锰矿不稳定,易氧化为软锰矿,后者常可保留水锰矿的假象。

5、鉴定特征

以其晶形,柱面条纹和红棕色条痕为鉴定特征,予以鉴定它和软锰矿不同之处为硬度是4,条痕作红棕色。

6、图片

(四)黑锰矿(Hausmannite)

1、成分

黑锰矿是锰的氧化物矿物。化学组成:MnMn2O4,黑锰矿的化学组成中Mn2+和Mn3+呈有限类质同象代替;zn2+代替Mn2+达8.6%,称为锌黑锰矿;Fe3+代替Mn3+达4.3%,称为铁黑锰矿。

2、晶体、形态

晶体形态:主要单形有四方双锥;晶体结构:四方晶系。

3、物化性质

水锰矿是锰的主要矿石矿物之一。


4、成因产状

黑锰矿为典型的高温热液和接触交代矿物,与磁铁矿相似,系在较为还原条件下形成的;同富含Mn2+的矿物,锰橄榄石、方锰矿、菱锰矿、锰质石榴子石等矿物共生,脉石矿物重晶石而不是石英;石英常与褐锰矿、蔷薇辉石和钙蔷薇辉石等共生;黑锰矿亦产于区域变质的沉积锰矿矿床,与褐锰矿、磁铁矿、黑镁铁锰矿以及其他铁,锰的无水氧化物共生;在低级区域变质条件下,锰的氢氧化物经失水作用,软锰矿和褐锰矿经还原作用皆可形成黑锰矿。

5、鉴定特征

溶于盐酸,析出氯。

6、图片

(五) 褐锰矿(Braunite)

1、成分

褐锰矿的化学式:3 (Mn, Fe)2O3·(Mn, Mg, Ca)SiO3,其中Mn:55~60,SiO2:8.5~11。锰矿的主要矿物组分之一。

2、晶体、形态

四方晶系,晶体呈双锥状,通常呈粒状、隐晶质块状集合体。

3、物化性质

4、成因产状

产于热液矿床、接触交代矿床和沉积变质锰矿床中,与黑锰矿等共生。


5、鉴定特征

溶于盐酸,并析出氯气。


6、图片

(六)菱锰矿(rhodochrosite)

1、成分

菱锰矿是锰的碳酸盐矿物,成分为Mn[CO3],其中MnO 61.71%,CO2 38.29%。它常与FeCO3、CaCO3、ZnCO3可形成完全类质同像系列,含Fe(达26.18%)、Ca(达8%)、Zn(达14.88%)、Mg(达12.98%),形成铁菱锰矿、钙菱锰矿、菱锌锰矿等。有时含少量Cd、Co等。

2、晶体、形态

晶体属三方晶系,完整的菱面体晶形少见,通常呈粒状、块状、肾状等集合体。热液成因者多呈显晶质,粒状或柱状集合体。沉积成因者则多呈隐晶质,块状、鲕状、肾状、土状等集合体。

3、物化性质

菱锰矿晶体呈淡玫瑰色或淡紫红色,随含Ca量的增高,颜色变浅。致密块状体呈白、黄、灰白、褐黄色等,当有Fe代替Mn时,变为黄或褐色。氧化后表面变褐黑色。折射率随含Ca量的增高而降低,随含Fe量的增高而升高。

4、成因产状

菱锰矿在热液沉积及变质条件下均能形成,但以外生沉积为主,形成菱锰矿沉积层。 菱锰矿也是一些硫化物矿脉,热液交代及接触变质矿床的常见伴生矿物,常与蔷薇辉石共生。

5、鉴定特征

菱锰矿主要鉴别特征为粉红色,内常有白色物质呈波纹状分布,块状体折射率在 1.60左右,晶体具较大双折射率,折射仪上仅表现一条可以移动的阴影边界,高值1.84 为不动值,则超出折射仪的测定范围而得不到读数。

菱锰矿与酸反应强烈,故不能放入电 镀槽、超声波清洗器或珠宝清洗剂中淸洗,加之硬度较低,表面易刮伤。

6、图片

(七)硫锰矿(Alabandite)

1、成分

硫锰矿MnS。矿物理论成分Mn63.14%,S36.86%。成分中常混入有Fe,Mg等类质同象杂质。湖南宁乡硫锰矿含Mn55.69%,S37.56%,Fe2.95%。

2、晶体、形态

矿物属等轴晶系,六八面体晶类。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。

3、物化性质

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。


4、成因产状

硫锰矿多产富锰热液矿床中,特别是在低温的锰沉淀物中被大量发现。常与闪锌矿,方铅矿,黄铁矿,菱锰矿,蔷薇辉石,方解石等共生。硫锰矿常与螺状硫银矿 (acanthite)、方解石、黄铜矿、方铅矿、黄铁矿、石英、菱锰矿 (rhodochrosite)、蔷薇辉石 (rhodonite)、闪锌矿和碲一起出现。

5、图片

四、锰矿石类型

1、自然类型

根据矿石中主要锰矿物划分:氧化锰矿石;硅酸锰矿石;硼酸锰矿石;铁锰多金属矿石;及由述两种或两种以上类型的矿物构成的复合矿石。

根据矿石结构构造划分:块状矿石、条带状矿石、多孔状矿石、肾状矿石、豆状矿石、粉状矿石、钟乳状矿石等。

2、工业类型

(1)冶金用锰矿石:

a) 根据ω(P)/ω(Mn)比值分为:

b) 根据ω(CaO+MgO)/ω(SiO2+AI2O3)比值分为:

c) 根据ω(Mn)/ω(Fe)比值划分为:

(2)电池用锰矿石可根据其中MnO2内部晶结构划分为a、β、r、δ、ρ型等放电锰矿石。

(3)化工作锰矿石按用途可分为电解金属锰用、电解二氧化锰用及制锰盐用矿石。

五、锰矿床主要类型

锰矿床主要类型有4类(表2)。其中海相沉积锰矿床是锰矿床中最重要的类型。

产出层位有:中元古界长城系高于庄组和蓟县系铁岭组,新元古界震旦系下统南沱组(大塘坡组、湘锰组)、上统陡山沱组,奥陶系中统磨刀溪组、上统五峰组,泥盆系上统榴江组、五指山组,石炭系下统大塘阶阿克沙克组、中统黄龙群,二叠系下统孤峰组、上统龙潭组,三叠系下统菠茨沟组和北泗组、中统大茅组及上统松桂组等。按含矿岩系和锰矿层特征,分为五个亚类。

表2 锰矿床主要类型

(注:资料来源于矿业在线、矿业汇)

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