水錳礦

水錳礦

水錳礦,化學式為MnO(OH),晶體屬單斜晶系的氫氧化物礦物。是提取錳,製造錳鐵合金和非鐵合金的礦物原料。

水錳礦水錳礦
中文:水錳礦
拼音:huimengkuang
英文:raymanganeseore
說明:MnO2·Mn(OH)2含Mn62.4%。單斜晶系。晶體呈柱狀,柱面具縱紋。在晶洞中常成晶簇產出;沉積錳礦床中多為隱晶質塊體,或成鮞狀、鍾乳狀集合體。黑色。條痕褐色。半金屬光澤。硬度3-4。密度4.2-4.3。用於煉錳和制錳鐵、錳化合物。

簡介

水錳礦水錳礦
水錳礦化學組成為MnO(OH)、晶體屬單斜晶系的氫氧化物礦物。與斜方水錳礦、六方水錳礦成同質多象。通常呈假正交(斜方)對稱的柱狀晶體,柱面有明顯的縱紋,並常組成近於平行排列的束狀集合體;較少呈粒狀或鍾乳狀。暗鋼灰至鐵黑色,條痕暗棕色,有時接近黑色,半金屬光澤,具板面和柱面解理。摩斯硬度4,比重4.33。水錳礦是錳的主要礦石礦物之一。它常與重晶石、方解石、菱鐵礦等伴生而產於低溫熱液脈中,常具方解石的假象。外生成因的水錳礦經常與軟錳礦、硬錳礦等伴生產於沉積錳礦中。在氧化帶中水錳礦不穩定,易氧化為軟錳礦,後者常可保留水錳礦的假象。世界著名的水錳礦產地有德國的哈爾茨山脈和圖林根、英國的康沃爾,中國北京市昌平亦有產出。

分類

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錳是元素周期表中第四周期的第七族元素。在自然界中錳有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅶ價態,其中以Ⅱ和Ⅳ價態最為常見。錳在空氣中非常容易氧化。在加熱條件下,粉狀的錳與氯、溴、磷、硫、矽及碳元素都可以化合。錳在地球岩石圈中以及矽酸鹽相的隕石中表現有強烈的親石性質,但在岩石圈上部則有強烈的親氧性質,錳與鐵在岩石圈中以及隕石中雖有許多相似的化學性質,但錳並不親鐵。

在自然界中已知的含錳礦物約有150多種,分別屬氧化物類、碳酸鹽類、矽酸鹽類、硫化物類、硼酸鹽類、鎢酸鹽類、磷酸鹽類等。但含錳量較高的礦物則不多。現就幾種常見的錳礦物敘述如下。

(1)軟錳礦四方晶系,晶體呈細柱狀或針狀,通常呈塊狀、粉末狀集合體。顏色和條痕均為黑色。光澤和硬度視其結晶粗細和形態而異,結晶好者呈半金屬光澤,硬度較高,而隱晶質塊體和粉末狀者,光澤暗淡,硬度低,極易污手。比重在5左右。軟錳礦主要由沉積作用形成,為沉積錳礦的主要成分之一。在錳礦床的氧化帶部分,所有原生低價錳礦物也可氧化成軟錳礦。軟錳礦在錳礦石中是很常見的礦物,是煉錳的重要礦物原料。

(2)硬錳礦單斜晶,晶體少見,通常呈鍾乳狀、腎狀和葡萄狀集合體,亦有呈緻密塊狀和樹枝狀。顏色和條痕均為黑色。半金屬光澤。硬度4~6,比重4.4~4.7。硬錳礦主要是外生成因,見於錳礦床的氧化帶和沉積錳礦床中,亦是錳礦石中很常見的錳礦物,是煉錳的重要礦物原料。

(3)水錳礦單斜晶系,晶體呈柱狀,柱面具縱紋。在某些含錳熱液礦脈的晶洞中常呈晶簇產出,在沉積錳礦床中多呈隱晶塊體,或呈鮞狀、鍾乳狀集合體等。礦物顏色為黑色,條痕呈褐色。半金屬光澤。硬度3~4,比重4.2~4.3。水錳礦既見於內生成因的某些熱液礦床,也見於外生成因的沉積錳礦床,是煉錳的礦物原料之一。

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(4)黑錳礦四方晶系,晶體呈四方雙錐,通常為粒狀集合體。顏色為黑色,條痕呈棕橙或紅褐。半金屬光澤。硬度5.5,比重4.84。黑錳礦由內生作用或變質作用而形成,見於某些接觸交代礦床熱液礦床沉積變質錳礦床中,與褐錳礦等共生,亦是煉錳的礦物原料之一。

(5)褐錳礦四方晶系,晶體呈雙錐狀,也呈粒狀和塊狀集合體產出。礦物呈黑色,條痕為褐黑色。半金屬光澤。硬度6,比重4.7~5.0。其他特徵與黑錳礦相同。

(6)菱錳礦三方晶系,晶體呈菱面體,通常為粒狀、塊狀或結核狀。礦物呈玫瑰色,容易氧化而轉變成褐黑色。玻璃光澤。硬度3.5~4.5,比重3.6~3.7。由內生作用形成的菱錳礦多見於某些熱液礦床和接觸交代礦床;由外生作用形成的菱錳礦大量分布於沉積錳礦床中。菱錳礦是煉錳的重要礦物原料。

(7)硫錳礦等軸晶系,常見單形有立方體、八面體、菱形十二面體等,集合體為粒狀或塊狀。顏色鋼灰至鐵黑色,風化後變為褐色,條痕呈暗綠色。半金屬光澤。硬度3.5~4,比重3.9~4.1。硫錳礦大量出現在沉積變質錳礦床中,是煉錳的礦物原料之一。

化學特性

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水錳礦是鹼性的錳氧化物礦物,是次於軟錳礦和硬錳礦的可以用來提煉錳的礦石。水錳礦呈暗灰色到黑色,它一般為一束束平行排列的晶束狀或纖維狀塊體,也有呈粒狀或鍾乳狀的。

化學組成:MnOOH,MnO40.4%,MnO249.4%,H2O10.2%。常含SiO2,Fe2O3以及微量Al2O3,CaO等混入物;

鑑定特徵:以其晶形,柱麵條紋和紅棕色條痕為鑑定特徵,予以鑑定它和軟錳礦不同之處為硬度是4,條痕作紅棕色;

成因產狀:水錳礦形成於氧化條件不夠充分的環境;在低溫熱液礦脈中常呈晶簇與重晶石,方解石共生;而外生沉積作用形成的水錳礦者常呈塊狀或鮞狀見於錳礦床中,為四價錳礦物(軟錳礦)和二價錳礦物(菱錳礦)之間的過渡產物;

著名產地:世界著名產地有英國Cornwall和Cumbria、美國Colorado、德國Harz山脈的IIfeld、Thuringia的Iimenau、英倫的Cornwall、加拿大的NovaScOtia以及美國Michigan州的Negaunee等地。
名稱來源:以其成分而命名;Manganite一字,是指一種含錳的礦物;

晶體形態:斜方柱晶類,晶體常呈板狀,沿c軸伸長。常見單形有平行雙面c、d、斜方柱m。
物理性質:硬度:3.5-4。比重:4.2-4.33g/cm3。解理:解理平行完全,平行和中等。斷口:參差狀斷口。顏色:深灰至黑色。條痕:紅棕色透明度:不透明。光澤:半金屬光澤。發光性:無。其他:性脆
光學性質:二軸晶(+),Np=2.25,Nm=2.25,Ng=2.53,雙反射率=0.2800

結構組成

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晶體結構:晶系和空間群:單斜晶系,B21/d;

晶胞參數:a0=8.88埃,b0=5.25埃,c0=5.71埃;β=90°;

粉晶數據:3.4(1)2.64(0.6)2.28(0.5)

晶體化學理論組成:(wB%):MnO40.4,MnO249.4,H2O10.2。混入物有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO等。

單斜晶系:a0=0.888nm,b0=0.525nm,c0=0.571nm,β=90;Z=8。結構中O2-、(OH)-共同成六方最緊密堆積,Mn3占據八面體空隙成強烈變形的八面體[Mn(O,OH)6],組成沿c軸方向延長的鏈。晶體結構的理想形式與硬水鋁石型結構在(100)面上的投影相似,但陽離子分布不同。

斜方柱晶類:C2h-2/m(L2PC)。晶體常呈柱狀,沿c軸延伸,柱面具縱紋。常見單形:平行雙面c、d,斜方柱m。雙晶面依呈接觸或穿插雙晶,並常成聚片雙晶。在沉積礦床中多呈隱晶質集合體,亦有呈鮞狀、鍾乳狀者。

物理性質:暗鋼灰至鐵黑色。條痕紅棕色。半金屬光澤,解理完全,及中等。斷口不平坦狀。性脆。硬度3.5~4。相對密度4.2~4.33。

偏光鏡下:二軸晶(),2V很小。Ng=2.53,Nm=2.25,Np=2.25(2.33)。

產狀與組合:形成於氧不足的條件下,以外生作用為主,呈鮞狀或緻密塊體大量出現於沉積錳礦床中,為四價錳礦物(軟錳礦、硬錳礦)和二價錳礦物(菱錳礦)之間的過渡礦物。在氧化帶不穩定,易於氧化變為軟錳礦。

錳礦歷史

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錳礦物的利用歷史十分悠久,世界上利用錳礦物最早的國家有埃及、古羅馬、印度和中國。我國利用錳礦物的歷史可追溯到距今約4500~7000年前後新石器時代的仰韶文化(彩陶文化)時期。由於軟錳礦呈土狀,它的顏色呈黑色,極易染手,在古人看來,這是一種奇妙的陶器著色顏料。

可是錳元素的發現卻比較晚,到1774年才由瑞典礦物學家甘恩(J.G.Gahn)從軟錳礦中還原出了金屬錳。

錳在鋼鐵工業上的套用是各國冶金學家幾十年不懈努力的結果。1875年以後,歐洲各國開始用高爐生產含錳15%~30%的鏡鐵和含錳達80%的錳鐵。1890年用電爐生產錳鐵,1898年用鋁熱法生產金屬錳,並發展了電爐脫矽精煉法生產低碳錳鐵。1939年開始用電解法生產金屬錳。

最早開採的錳礦山是美國田納西州惠特福爾德(Whitifeld)錳礦,始采於1837年,到1884年錳礦石年產量已達4萬t。印度也是開採錳礦較早的國家之一,始采於1892年。第一次世界大戰前,印度出口錳礦石一直居世界首位。1928年以後其地位被原蘇聯所取代。從本世紀20年代末原蘇聯的錳礦石產量一直居世界領先地位。此外,開採錳礦石比較早的還有巴西、加納、澳大利亞、南非和加彭等國。

我國錳礦的地質找礦工作開始得也比較早,從1886年開始,並於1890年首先在湖北興國州(今陽新)發現錳礦,隨後於1897年和1907年又先後在湖南發現安仁、攸縣和常寧、耒陽錳礦;1910年發現廣西防城大直、欽州黃屋屯錳礦;1913年和1918年,前後發現了湖南湘潭上五都錳礦(1937年改稱為湘潭錳礦)和廣西木圭、江西樂華錳礦。我國老一輩地質工作者,如朱庭祜、王曉青、田奇玲王雋、李殿臣、李四光等等對湖南、廣東、廣西、江蘇、江西等地做了大量錳礦地質調查,初步了解了我國一些錳礦產地及其錳礦石質量,探討了錳礦床的成因。

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大規模的錳礦地質勘查工作是在新中國成立以後。從1950年廣西工業廳對桂平木圭錳礦、華東地測處對南京棲霞錳礦、西南工業廳對貴州遵義錳礦進行勘查開始,經過近50年廣大地質工作者的努力,到1996年底,全國錳礦地質勘查投入約6.8億元,機械岩心鑽探工作量約190多萬m,累計探明錳礦石6.48億t。

我國最早開採的錳礦山是湖北陽新錳礦,始采於1890年,後因質量不佳,不久即行停采。陽新錳礦停采後,漢冶萍煤鐵廠礦公司為了解決錳礦原料,於1908年在湖南常寧曲潭設常耒錳礦採運局,開採常寧—耒陽一帶錳礦。1913年在湖南湘潭上五都發現錳礦後,1914年即由新組建的裕礦業公司負責開採,到1917年已初具規模,日產錳礦石百餘噸,最高年產達3萬t,僅1916~1927年的12年間,運銷日本八幡制鐵所的錳礦石就達14.3萬t(礦石品位不低於45%)。

1949年以前全國曾開採過錳礦的地區有:湖北、湖南、廣西、廣東、江蘇、江西、福建、貴州、河北和遼寧。據不完全統計,從1912年到1945年的33年間,我國共開採錳礦石140萬t(表3.3.5),年均產量4.2萬t,最高年產7.43萬t(1927年),主要集中於桂、湘、贛、遼、粵、蘇6個省(區),合計135.8萬t,約占全國總產量的96.8%,其中又以桂、湘兩地為最多,占全國總產量的65.4%。

工業套用

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水錳礦是重要的錳礦石礦物。在現代工業中,水錳礦及其化合物套用於國民經濟的各個領域。其中鋼鐵工業是最重要的領域,用錳量占90%~95%,主要作為煉鐵和煉鋼過程中的脫氧劑和脫硫劑,以及用來製造合金。其餘10%~5%的錳用於其他工業領域,如化學工業(製造各種含錳鹽類)、輕工業(用於電池、火柴、印漆、制皂等)、建材工業(玻璃和陶瓷的著色劑和褪色劑)、國防工業、電子工業,以及環境保護和農牧業,等等。總之,水錳礦在國民經濟中具有十分重要的戰略地位。

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