Марганцеві руди. Характеристика, поширення та генезис

Марганець є одним із ключових елементів у металургійній промисловості, відіграючи важливу роль у виробництві сталі та інших сплавів. Його руди відрізняються високою хімічною активністю та різноманітністю мінеральних утворень, що робить їх важливим ресурсом для промисловості. Марганцеві руди входять до переліку корисних копалин загальнодержавного значення затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 12 грудня 1994 р. № 827, як руди чорних металів.

Характеристика та властивості

Марганець – сріблясто-білий крихкий метал, твердість 5–6 (за шкалою Мооса), має парамагнітні властивості. Ступені окиснення від +2 до +7, найчастіші +2, +4, +7. У сухому повітрі окиснюється з поверхні, при нагріванні горить на повітрі. Легко розчиняється в кислотах, енергійно взаємодіє з галогенами, з воднем не реагує, але поглинає його з утворенням твердих розчинів.
Відомо близько 150 мінералів, що містять марганець, найпоширеніші серед яких піролюзит, гаусманіт, брауніт, манганіт, псиломелан (суміш оксидів і гідроксидів марганцю), родохрозит, вернадит. Завдяки кристалохімічній близькості до Fe, Mg, Са марганець широко представлений як ізоморфна домішка в породоутворювальних мінералах (олівіни, гранати, слюди, карбонати).

Марганцеві руди — це природні мінеральні утворення, що містять марганець у таких сполуках і концентраціях, за яких їх промислове використання є технічно можливим й економічно доцільним. Марганець у рудах присутній у вигляді різноманітних оксидних сполук, карбонатів, силікатів.

Найбільше промислове значення мають оксидні руди, у яких головними рудними мінералами виступають оксиди і гідроксиди марганцю: піролюзит, псиломелан, манганіт, брауніт, гаусманіт, криптомелан, голандит, коронадит, біксбіїт, інсутит, бернесит, тодоркіт тощо. Вони інтенсивно використовуються в промисловості, оскільки мають високий вміст марганцю (25–30%) та легко збагачуються. Концентрати оксидних руд є високоякісною сировиною, що придатна для виготовлення феромарганцю і для хімічної промисловості.

Серед оксидних руд виділяють пероксидні, що відрізняються переважно піролюзитовим мінеральним складом і містять, як правило, понад 40% марганцю. Як критерій віднесення руд марганцю до пероксидних використовують коефіцієнт пероксидності — відношення двооксиду марганцю до вмісту загального марганцю (К = MnO₂/Mn). Руди відносять до пероксидних, якщо коефіцієнт пероксидності ≥ 1,3 за вмісту МnО₂ ≥ 41,8. Другорядне значення мають карбонатні руди, складені переважно карбонатами марганцю: кальцієвим родохрозитом, манганокальцитом, олігонітом із вмістом марганцю 20–25%. Промисловістю ці руди використовуються в невеликих масштабах через низький вміст марганцю, важку збагачуваність і високу собівартість концентратів, однак їх частка у виробництві марганцю невпинно зростає.

Силікатні, переважно кварц-родоніт-бустамітові й спесартинові, руди утворюються при сильному метаморфізмі, а при слабкому виникають брауніто-гаусманітові руди. Вони, як правило, містять багато кремнезему, механічно важко збагачуються і тому видобуваються обмежено. Інколи ці руди застосовуються як виробні камені. Більше значення мають їх окиснені різновиди.

Оксидно-карбонатні руди (змішані) є перехідним типом між оксидними і карбонатними. Вони представлені як оксидами (манганітом, піролюзитом, псиломеланом), так і карбонатами (родохрозитом, манганокальцитом) марганцю, вміст якого становить близько 25%.

Окиснені руди утворюються в зонах окиснення родовищ оксидних, карбонатних, силікатних та інших типів руд. Вони складені оксидами і гідроксидами марганцю, стійкими в зонах окиснення. Вміст марганцю в них становить понад 40%. Видобуваються в значних кількостях.

Найбільшу промислову цінність мають оксидні та окиснені руди (псиломелан-піролюзитові і манганітові), які містять (%): Mn – 23,4–52,0; Fe₂O₃ — 0,9–2,3; FeO – 0,20–0,63; P₂O₅ – 0,321–0,686, а також карбонатні руди, переважно родохрозитові, із вмістом (%): Mn – 11,4–25,2; Fe₂O₃ 0,3–1,0; FeO — 0,5–1,2; P₂O₅ – 0,314–0,466. Карбонатні руди зазвичай формуються при діагенезі на відносно великих глибинах, в умовах сірководневого середовища і дефіциту кисню.

Головними промисловими компонентами марганцевих руд є марганець і залізо, до шлакоутворювальних компонентів належать SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, до шкідливих домішок — фосфор, вміст сірки при цьому не має значення, оскільки при плавці вона переходить у шлаки.

З фізичних характеристик марганцевих руд найважливіше значення мають розмірність матеріалу (найкращими є тверді грудкуваті руди), ступінь тріщинуватості руд, їх опір роздавлюванню (не менше 60 кг/см²), пористість і вологоємність та інші параметри.

Марганець отримують електролізом і відновленням його оксидів кремнієм або алюмінотермічним шляхом. Природні марганцеві руди зазвичай збагачують, отримуючи концентрати – товарні руди. Збагачення виконується шляхом початкового дроблення і промивки з наступним застосуванням гравітаційних, магнітних і флотаційних методів. Окиснені й оксидно-карбонатні руди вважаються кондиційними за вмісту марганцю в незбагаченій руді не менше 17%, виході митої руди не менше 25% і мінімальному вмісті марганцю в митій руді 25%. Кондиційні карбонатні руди повинні містити не менше 13% Mn за вмісту в митій руді 22% Mn і не більше 20 % кремнезему. Металургійна промисловість використовує товарні руди із вмістом марганцю 25–56 %.

Генетичні та геолого-промислові типи родовищ

Родовища марганцевих руд включають осадові, вулканогенно-осадові та метаморфогенні родовища, залізо-марганцеві конкреції океанічного дна і родовища вивітрювання.

Осадові родовища мають найбільше промислове значення, зосереджуючи близько 80% світових запасів марганцевих руд. Приклади: Нікопольське, Чіатурське, Великотокмацьке родовища. Вони пов’язані з узбережно-морськими і лагунними олігоценовими відкладами. Рудоносний горизонт складається з кількох рудних пластів, розділених безрудними шарами. Руди поділяються на оксидний, змішаний (оксидно-карбонатний), карбонатний та окисний типи.

Вулканогенно-осадові родовища утворюються в областях інтенсивного вулканізму, пов’язані з діабаз-порфіровими, андезитовими або кварц-кератофіровими комплексами. Основні рудні мінерали: брауніт, гаусманіт, псиломелан, вернадит. Приклад: Атасуйське родовище (Казахстан). Руди часто містять Cu, Ni, Co, Pb, Ba, Zn, Ag.

Метаморфогенні родовища включають марганцевмісні силікатні породи докембрію (гондити, кодурити). Найбільші родовища: Індія, Гана, ПАР, Бразилія. Пласти оксидних руд перемежовуються з марганцевими оксидно-силікатними породами, кристалічними сланцями і кварцитами.

Залізо-марганцеві утворення на дні океанів зустрічаються у вигляді конкрецій, плит і кірок на глибинах 3000–6000 м. Вміст: Mn — 25–30%, Fe — 10–12%, Ni — 1–2%, Co — 0,3–1,5%, Cu — 1–1,5%. Запаси Світового океану оцінюються в 100 млрд т, але їх промислова розробка — справа майбутнього.

Родовища вивітрювання (марганцеві шляпи) утворюються по метаморфізованих силікатних і карбонатних породах. Поширені в Індії, Бразилії, Росії, Казахстані. Включають серію невеликих пластів і лінз високоякісних руд. Залишкові родовища утворюються у зонах тропічного вивітрювання. Приклади: Західна Африка, Австралія, Бразилія. Вміст марганцю: 40,4–53,3%. Інфільтраційні родовища зосереджені у ПАР. Руди локалізуються у карстових порожнинах Трансваальської серії, з вмістом марганцю понад 44%.

Основні марганцеворудні формації України

Основні марганцеворудні формації України:

Марганцева теригенно-морська: піролюзит-псиломелан-манганітові оксидні руди, піролюзит-псиломелан-родохрозит-кальцитові змішані руди, родохрозит-кальцитові карбонатні руди. Приклади: Зеленодольське, Орджонікідзевське, Марганецьке, Великотокмацьке родовища;
Метаморфізована вулканогенно-осадова: родоніт-родохрозитові руди. Приклад: Прилуки;
Кори вивітрювання: піролюзит-псиломелан-гідрогетитові руди. Приклад: Хащуватське;
Інфільтраційна: псиломелан-піролюзитові руди. Прояви: Карпати, Крим.

Нікопольський (Придніпровський) басейн включає Великотокмацьке, Марганецьке, Нікопольське і Федорівське родовища, що структурно пов’язані і розташовані в дугоподібній смузі довжиною близько 250 км і шириною до 20 км на півдні Українського щита. Ці родовища належать до платформної піролюзит-гідрогетит-лептохлоритової формації. Марганцеворудний горизонт залягає в нижньоолігоценових піщано-глинистих осадках, перекриваючи алеврити, вуглисті глини і піски верхнього еоцену або кристалічні породи фундаменту. Він перекритий пліоценовими глинами, вапняками-черепашниками, мергелями та четвертинними суглинками загальною потужністю 15–80 м. Розробка західної частини басейну здійснюється АТ “Покровський ГЗК”, а східної — АТ “Марганецький ГЗК”.

Нікопольське родовище є найбільшим за площею і запасами. Воно розташоване у Дніпропетровській області на північному березі Каховського водосховища між гирлом річки Базавлук на заході і містом Нікополь на сході. Рудний пласт полого занурюється на південь і ускладнюється пологою складчастістю. Його потужність змінюється від кількох сантиметрів до 4–5 м на півдні і в центрі родовища (середня 2–3 м); глибина залягання – 20–80 м.

Великотокмацьке родовище, розташоване у східній частині Нікопольського басейну, має загальні запаси 1726,6 млн т, з яких підтверджені 1578,2 млн т. Середній вміст марганцю у рудах становить:
- оксидні: 31,0%
- оксидно-карбонатні: 27,2%
- карбонатні: 23,4%.

Рудні поклади включають жовна, кутасті грудки, округлі концентрично-шаруваті утворення, суцільні прошарки та землисту масу, що становлять до 50% товщі. Карбонатні руди бувають приховано‑, мікро- і крупнокристалічними. Оксидні руди складаються з оксидів і гідроксидів марганцю, і поділяються на грудкові, пізолітові, конкреційні, суцільні, піщані та землисті. Оксидно-карбонатні руди представлені шарами жовнових карбонатних руд, чергуванням прошарків карбонатної руди з включеннями манганітових пізолітів і глин, грудками гідроксидів марганцю та конкреціями марганцевих карбонатів. Карбонатні руди бувають грудковими і суцільними, часто з концентрично-шкаралупуватими конкреціями, складаються переважно з мінералів манганокальциту та кальцієвого родохрозиту.

Перспективи розвитку Нікопольського басейну пов’язані з освоєнням малофосфорних руд Федорівського родовища (концентрат з вмістом 49% марганцю), удосконаленням технологій збагачення карбонатних руд, утилізацією шламів збагачення (180 млн т) та шлаків феромарганцевого виробництва (20 млн т).

Осадові та гіпергенні родовища марганцю, зокрема Бурштинське в Івано-Франківській області, яке було відкрито в 1951 році та досліджувалося в 1952–1954 роках (М.П. Ковальова та ін.). Це родовище вивчали такі вчені, як Д.П. Бобровник, В.О. Хмелевський, Е.О. Янчук, Л.І. Куліш, Є.О. Куліш та інші.
Родовище складається з рудоносних міоценових марганцевих вапняків, глин та мергелів, потужність яких досягає 26 метрів. Ці відклади знаходяться в ангідритовій товщі, ширина якої може досягати 40%. Покрівля родовища варіює від 0,5 до 8–13 км, а вміст окисненого гіпсу досягає 40%. Однак, через невеликі розміри та відносну складність видобутку, це родовище не становить значного промислового інтересу. Крім того, Україна задовольняє свої потреби в марганці за рахунок олігоценових руд Нікопольського басейну.

Марганцево-залізні руди кімерійського віку зосереджені переважно в Керченському залізорудному басейні, де залізні руди збагачені марганцем. Вміст марганцю у різних типах руд становить: “тютюнові” — до 1,19%, “коричневі” — до 2,22%, “ікряні” — до 13,93%, оксидні конкреції — до 6,28%, карбонатні конкреції — до 22,02%. Загальні запаси марганцю в Керченському басейні оцінюються в 40 млн тонн. Державний баланс запасів корисних копалин України враховує вісім родовищ залізних руд Керченського басейну, які не розробляються.

Гіпергенні мезо-кайнозойські родовища залізо-марганцевих руд включають утворення латеритових, каолінових і гідрослюдистих кір вивітрювання, зокрема Хащуватське родовище, де на докембрійських товщах розвинені рудоносні кори вивітрювання, збагачені марганцем. Ці рудоносні горизонти простежуються до глибини 40 м і містять близько 30% марганцю. Запаси цього родовища не враховані Державним балансом.

Перспективи розвитку марганцевої промисловості України пов’язані з розробкою залізо-марганцевих руд у Середньому Побужжі, осадових карбонатних і оксидних гіпергенних руд міоцену Волино-Подільської плити та Карпатської складчастої системи, а також осадових марганцево-залізних руд Керченського басейну та залізо-марганцевих конкрецій і кір четвертинного віку на дні Чорного моря.

Висновки

Марганець є важливим промисловим металом, який використовується у виробництві феромарганцю, сплавів, хімічних сполук та інших продуктів. Він входить у склад багатьох мінералів і руд, які знаходяться у природі у вигляді оксидів, карбонатів, силікатів та інших сполук.

Марганцеві руди використовуються у металургії, хімічній промисловості та інших галузях завдяки їхнім унікальним фізико-хімічним властивостям та високому змісту марганцю. Розвиток технологій збагачення руд та вдосконалення методів видобутку є важливими напрямками для майбутнього промислового використання марганцевих ресурсів.