كل شىء عن المنجنيز

كل شىء عن المنجنيز

أعداد

د/ حسن بخيت

المنجنيز من العناصر الإنتقالية ويوجد فى الدوره الطويله الأولى من الجدول الدورى , حيث يقع بين الكروميوم والحديد . للمجنيز خواص مميزه مع كلا من هذه العناصر . على الرغم من محدودية ما عرف عنه وعن استخداماته وهو فى الحالة النقية فإن للمنجنيز أهمية عظمى من الناحية العملية وذلك فى صناعة الصلب .

أول من عرف المنجنيز الكيميائى السويدى Scheele عام 1774, وفى نفس العام قام زميله Gahn بفصل العنصر . ويعود إستخدامه فى صناعة الصلب إلى عام 1839ويرجع أول تطبيق تجارى للمنجنيز فى هذه الصناعة إلى عام 1856.

خواص المنجنيز :

ينصهر المنجنيز عند درجة الحرارة 1244 ± 3°م. ويغلى عند 2095 °م

المنجنيز قابل للتأكسد فى الهواء مكونا غطاء من اكسيد بنى اللون. أيضا قابل للتأكسد فى درجات الحرارة المتزايدة

معادن المنجنيز :

مانجانيت :

معدن تركيبه Mn O (OH) , يتبلور فى نظام orthorhombic system الصلابة 4 الكثاقة النوعية 4.3 , لونه اسود وله لمعان فلزى . يكون مع المانجانيت اكاسيد منجنيز اخرى . وجدت بلوراته واضحه فى Cornwall, England , المانجانيت خام قليل المحتوى من المنجنيز .

بيرولوسيت :

ثانى اكسيد المنجنيز حر , يحتوى عادة على قليل من الماء , ويتبلور فى نظام

orthorhombic system , غالبا ما يوجد فى حالة pseudomorph , يستفاد منه كخام للمنجنيز , يستجدم كعامل مؤكسد ومزيل للالوان .

بوليانيت :

ثانى اكسيد المنجنيز , يتبلور فى نظام tetragonal , يمكن تمييزه عن البيرولوسيت بصلابته وكونه anhydrous .

بسيلوميلان::

احد اكاسيد المنجنيز التى تحتوى على كميات متغيرة من اكاسيد الباريوم , بوتاسيوم , الصوديوم والماء ويعرف بثانى اكسيد المنجنيز الغروانى colloidal manganese dioxide , يستفاد منه كخام للمنجيز .

بيروكرويت :

هيدروكسيد المنجنيز , يتبلور فى نظام trigonal شبيه جدا لمعدن البروسيت brucite والذى هو هيدروكسيد المغنيسيوم .

هيوسمانيت :

شكل من اكسيد المنجنيز لونه بنى –اسود , يوجد (نادرا) مع خامات المنجنيز الاخرى كما فى منطقة Lake Superior .

رودونيت :

سيليكات المنجنيز المتحولة Mn Si O2 metasilicate of manganese يتبلور فى نظام triclinic لونه وردى يستخدم فى بعض الأحيان كحجر للزينة .

رودوكروزيت :

يطلق على كربونات المنجنيز التى تتبلور فى نظام trigonal , لونه وردى-قرمزى , وهو خام ذو محتوى قليل من المنجنيز ويسمى أيضا manganese spar .

تنجستات المنجنيز:

وهو يوجد في معدن الولفرامايتwolframite , تنجستات حديد ومنجنيز (Fe Mn)WO4 , لونه بنى-اسود بلوراته monoclinic , فى شكل قطع عمدانية columnar aggregates او كتل حبيبية granular masses , ويصاحب خامات القصدير وهو مصدر هام للتنجستن .

مانجانوفيلليت:

بيوتيت يحتوى منجنيز , يوجد على شكل تبر يتراوح لونه من النحاسى الى نحاسى احمر .

مانجانوزيت :

هو المنجنيز الذى يتبلور فى نظام المكعب .

الاستعمالات : Uses

يرتبط ألإستهلاك الهائل لخام المنجنيز بإنتاج الصلب وذلك يشمل صناعة الحديد الضخمة وصناعات السبائك الحديدية والسبائك السيليكية , ولمركبات المنجنيز إستخدامات عديدة فى الصناعة حيث يستخدم ثانى أكسيد المنجنيز كعامل مجفف , أو كعامل محفز فى ألأصباغ والورنيش , وكمزيل للألوان فى صناعة الزجاج , وفى البطاريات الجافة . ويستخدم برمنجانات البوتاسيوم للتبيض , ومزيل للألوان فى الزيوت, وكعامل محفز للاكسدة فى الكيمياء التحليلية ,كما يدخل المنجنيز ضمن مكونات السماد للزراعة ,وضمن مكونات ألأغذية الحيوانية .

خامات المنجنيز وتواجده :

خامات المنجنيز التى يغلب تواجدها هى ألأكاسيد فى الأشكال المائية واللامائية

.وتوجد السيليكات والكربونات بدرجة أقل, والخامات التى تناسب الأغراض الميتاللورجية هى التى تحتوى على أكثر من 40% منجنيز , وتكون على الاقل 9 اجزاء منجنيز الى 1 خام إلا أنه إستحدث عملية ألقوس ألكهربى عالى الشدة لإستغلال الخامات ذات المحتوى ألأقل من المنجنيز .

أهم البلدان المنتجة للمنجنيز فى ترتيب تنازلىللانتاج هى : روسيا – الصين – جنوب أفريقيا – الهند – عانا – إندونيسيا – المغرب .

التركيب الكيميائى للخام العالى الدرجة ومصدره روسيا كما يلى :-

Mn I 18.8 , Mn O2 62.4 , Fe2 O3 1.3 , Si O2 6.9 , P2 O5 0.33 , Al2 O31.1, Ca O 1.4 , H2 O 5.5 .

وهذا يعادل 53.97% Mn , 0.89% Fe , 0.15% P .

الإنتاج العالمى :

الانتاج العالمى من المنجنيز فى 1998.كان 7.4 مليون طن وكان أقل من إنتاج 1997 الذى كان 7.7 مليون طن وذلك بناءآ على تقديرات المساحة الجيولوجية الأمريكية . وسيستمر الطلب على المنجنيز فى العلم مرتبطا بإنتاج الصلب.

تشير التقديرات عام 2017 الى بلوغ الانتاج العالمى الى 18.5 مليون طن .

وتعد جنوب أفريقيا وأستراليا والصين أكبر ثلاث دول منتجة للمنجنيز في العالم، إذ يشكل الإنتاج الإجمالي للمنجنيز للدول الثلاث أكثر من 65.4% من الإنتاج الإجمالي العالمي.

م	الدولة	2016	2017	الاحتياطى
1	استراليا	2.240	2.200	94.000
2	البازيل	1.080	1.200	120.000
3	الصين	2.330	2.500	48.000
4	الجابون	1.620	1.600	20.000
5	غانا	553	550	13.000
6	الهند	745	790	34.000
7	كازخستان	212	230	5.000
8	ماليزيا	266	270
9	المكسيك	206	220	5.000
10	ج. افريقيا	5.300	5.300	200.000
11	اكرنيا	425	380	140.000
	اخرون	681	760	قليل

سعر الخام بدرجة 46 – 48 % ميتالليرجى , موانئى الولايات المتحدة الأمريكية 204 $ فى 1998 والذى يقل 1.6 % عن سعر 1997 , ويقل 5.9 % عن سعر 1996,لكنه يساوى أسعار 1995 . وقد إنخفض سعر السيليكون – منجنيز 20 % تقريبا على مدار سنة , بينما أسعار الفيرو- منجنيز التى ظلت ثابتة أغلب 1998 قد بدأت تتحرك مع بداية 1999 .

هناك عشر شركات هى المستهلك الرئيسى لخام المنجنيز فى شرق ووسط غرب الولايات المتحدة الأمريكية .

استخدامه فى صناعة الصلب :

المنجنيز مكون اساسى فى الصناعة الضخمة للصلب المطاوع ولايوجد بديل يعادله . فهو يساعد فى عدم أكسدة الصلب , وأيضا باتحاده مع الكبريت يدعم الخواص اللازمة للإستخدام الساخن للصلب. لهذا الغرض يستخدم المنجنيز فى شكل فيرو- منجنيز والذى يحتوى تقريبا على (80 % ) منجنيز . وهو يستخدم بدرجات الكربون العالية بنسبة 6-7 % والمنخفضة بنسبة 0.1 % كربون أو أقل . الفيرو-منجنيز العالى الكربون يجرى صنعه بواسطة الإختزال المباشر لخام المنجنيز بفحم الكوك فى افران الإحتراق. الخامات منخفضة السيليكون وتحتوى على الأقل40 % منجنيز بنسبة منجنيز الى حديد 9 :10 هي المطلوبة لهذا الغرض.

الفيرو منجنيز منخفض الكربون ينتج عادة بإختزال خام المنجنيز بواسطة السيليكو- منجنيز فى فرن القوس الكهربائى .

من الطبيعى أن يكون إنتاج الفرومنجنيز منخفض الكربون أكثر تكلفة من إنتاج السبائك عالية الكربون لكن إستخدامه الأساسى هو لإنتاج الصلب الذى يجب أن يكون الكربون فيه منخفض المستوى مثل بعض الصلب الفولاذى والمقاوم للحرارة .

إنتاج المنجنيز النقى :

المنجنيز بنقاوة 97 – 98 % يوجد على المستوى التجارى بواسطة إختزال خام الالومينيوم ذو درجة عالية من المنجنيز ومنخفض المحتوى من الحديد . وينتج المنجنيز العالى النقاء بالتبادل الاليكتروليتى بين محلول من كبريتات المنجنيز (II) وكبريتات الامونيوم فى خلية يستخدم فيها سبيكة رصاص أقطاب موجبة (أنود) , وسبيكة صلب أقطاب سالبة (كاثود) , وهذه الطريقة التى تستخدم حالياً على المستوى التجارى تنتج منجنيز به أقل من 0.1 % شوائب فلزية بتكلفة مقبولة عن طريقة إنتاج الفيرو- منجنيز منخفض الكربون . وقبل هذه الطريقة كان المنجنيز عالى النقاء نادراً ما كان يجرى انتاجه ميتالورجياً من المنجنيز الالومينى الحرارى تجارى النقاء بواسطة التقطير والتكثيف فى حيز مفرغ من الهواء .

السبائك :

يمكن تقسيم السبائك إلى حديدية ferrous , أو غير حديدية nonferrous .

السبائك الحديدية :

يستخدم المنجنيز كإضافة مانعة للأكسدة أو التحول إلى مركبات كبريتية

deoxidant and desulfurizing فى صناعة الصلب وبالتالى فإن جميع أنواع الصلب التجارى تحتوى منجنيز بدرجة صغيرة ولكن يكون أساسى وفى شكل سبيكة ويؤثر وجوده على جودة الصلب وقابليته للتشكيل بالحرارة . قليل من المنجنيز يعطى للصلب مقاومة عالية فى الإستخدام وخاصة تحت درجات الحرارة المنخفضة. يحتوى الصلب الحقيقى على 0.9 – 1.2 % منجنيز , وتحتوى أنواع أخرى من الصلب على 1.3 – 1.6 % منجنيز .لهذا الصلب قوة شد أعلى مقارنة بالصلب الذى يحتوى على كربون ومنجنيز فى الحدود المعتادة ويجرى إنتاجه بكميات ضخمة.

كما أن إضافة المنجنيز إلى الحديد يخفض درجة حرارة التحول γ ↔ α للحديد وبإضافة أكثر من 12 % منجنيز تنجفض درجة حرارة التحول إلىأقل من درجة حرارة الغرفة. هذا الصلب الفولاذى ، المنجنيزى غير المغناطيسى له خواص عظيمة الأهمية .

يدخل المنجنيز أيضا فى بعض انواع الصلب الفولاذى المحتوى على نيكل – كروم والذى له إستخدامات واسعة فى التطبيقات المقاومة للتآكل والحرارة . أنواع الصلب المعروفة جيدا تحتوى 18 % كروم , 8 % نيكل & 25 % كروم , 20 % نيكل . يمكن أن يحل المنجنيز محل بعض النيكل مع عدم فقدان الصلب لأى من خواص تركيبه الفولاذى وخواص المقاومة للحرارة والتآكل وتركيب هذه الأنوع كما يلى :-

Cr 17% , Mn 6% , Ni 4% & Cr 18% , Mn10% , Ni 4% and

. Cr 16% , Mn 6% , Ni 15% , Mo 6%

السبائك غير الحديدية :

للمنجنيز إستخدام محدود فى السبائك الغير حديدية فهو مؤثر فى منع ألأكسدة للسبائك التى تعتمد على النحاس وثبتت كفاءة خواصه الميكانيكية . عندما يضاف المنجنيز الى النحاس الاصفر المحتوى 40-45 % زنك فإنه يزيد قوة الشد بمعدل 0.7 طن/بوصة2 . وبإضافه 1 % منجنيز يزيد التمدد 5 % , مزيد من الإضافة يقلل من قابلية السحب لكنه يستمر فى زيادة القوة .

النحاس الأصفر المحتوى 39 % زنك , 1 % منجنيز مع كميات قليلة من الحديد حوالي 0.25 % والومينيوم يعرف ببرونز المنجنيز , وله قوة شد حوالى 26.5 طن/ بوصة2 , وتمدد 47 % , ولمقامته للتآكل يستخدم عادة فى صناعة ريش المحركات البحرية وريش التربينات البخارية .

كلا من سبائك النحاس والمنجنيز , وسبائك النحاس والمنجنيز والنيكل لها خواص مهمة حيث ان سبيكة من النوع الثانى تحتوى حوالى 84 % نحاس , 4 % نيكل , 12 % منجنيز معروفة جدا للأغراض الكهربائيه ( ماجانين ) حيث ان لها مقاومة 75 × 10-6 اوم . سم ومعامل حرارى 1× 10-5 عند 20°م ( 68°ف ).

هناك سبائك اخرى فى هذا النظام لها خواص اكثر تميزا مثل سبيكة من 60 % منجنيز , 20 % من كل من النحاس والنيكل , لها مقاومة كهربية 190× 10-6 اوم . سم ولها معامل حرارى للمقامة تكون منخفضة مثل تلك المميزه للمانجانين manganin على الأقل .

هذا النظام من السبائك يتضمن ايضا سبائك ذات معامل تمدد حرارى عالى جدا , حيث ان سبيكة تحتوى 72 % منجنيز , 10 % نيكل , 18 % نحاس يكون لها اقصى معامل تمدد ا 27× 10-6 / °م ويجرى طرحها تجاريا كعنصر مزدوج فلزيا عالى التمدد كثرموستات ( مجس حرارى لفصل وتوصيل التيار الكهربائ ) .

عقد المنجنيز :

توجد عقد تحتوى تركيزات من اكاسيد المنجنيز والحديد على قيعان عديد من المحيطات تأخذ شكل البطاطس (1-5سم) .

تم وصف عقد المنجنيز اول مرة وجرى تقسيمها بواسطة J. Murry اثناء الرحلة التاريخية للباحث H. M. S. Challenger( 1873- 1876 ). إلا أنه بعد 80 سنة لاحقا ظهرت القيمة ألإقتصادية لعقيدات المنجنيز البحرية .

تكون عقد المنجنيز من بعض المواقع غنية بدرجة ملحوظة بألنيكل, النحاس , الكوبلت , الزنك , الموليبدينيت , وعناصر اخرى ليتكون منها إحتياطيات هامة من هذه الفلزات الإستراتيجية وتشير كمياتها الى انها تمثل المصدر لهذه الفلزات فى المستقبل , ومن الناحية العملية الاقتصادية فإنه يمكن إستغلالها والحصول عليها من الأعماق تحت الماء والتى غالبا ما تزيد على 4كم Archer(1976). حددت أعمال المسح لقاع المحيطات الحديثة مناطق منها حيث توجد وفرة من العقد وإرتفاع فى تركيز الفلزات , بينما وفرت الأبحاث الجيوكيميائة معلومات عن ميكانيكية التواجد الوفير من Ni , Cu , Co. وكذلك عقد المنجنيز .

المناطق المحتوية عقد غنية فلزيا :

على الرغم من أخذ عينات من عقد المنجنيز –الحديدية manganiferrous nodules وطبقات القشرة من القيعان او انه قد لوحظ وجودها على اغلب قيعان البحار , فإن ألإنتباه قد تركز على العقيدات الغنية بالنيكل + النحاس ( 2-3 % فلزات ) الموجودة فى الباسفيك الإستوائى فى حزام يمتد من جنوب شرق هاواى ألى كاليفورنيا وكما فى العقيدات العالية المحتوى من الكوبلت والموجودة فى مرتفعات قاع الحيط الباسفيكى . وتحتوى عقيدات المنجنيز فى المحيط الأطلنطى وكذلك فى المناطق أعلى خطوط العرض فى الباسفيكى على تركيزات أقل من الفلزات الإستراتيجية الشحيحة . وقد أوضحت أعمال المساحة فى المحيط الهندى وجود تركيز فلزى عالى مقارنة مقارنة بالعقيدات الموجودة فى المحيط الباسفيكى . يوجد فى المناطق الإستوائية من المحيطات عقيدات ذات محتوى عالى من النيكل والنحاس .يجرى تعين معدل نمو عقيدات المنجنيز الموجودة فى المحيطات وذلك بقياس تناقص النظائر المشعة مثل 230Th , 231Pa , 10Be , 40K الموجودة فى العقيدات nodules والذى ىحدث ببطء شديد بمعدل يقدر بملليمترات قليلة / مليون سنة .

التسمم بالمنجنيز :

التسمم المزمن بالمنجنيز هو مرض بيئى يصيب عمال مناجم المنجنيز والعاملين فى طحن خام المنجنيز , ويحدث ذلك فى قرى مناجم المنجنيز فى روسيا - الهند – شمال افريقيا – يوغوسلافيا

كوبا – وشيلى , ويصيب حوالى 25 % من الأفراد المعرضين لإستنشاق أتربة الخام,فى بعض المناطق تقل النسبة الى 2-4 % كما فى شيلى . ويؤثر التسمم بالمنجنيز على المخ .

تواجد المنجنيز فى مصر

عمليات الاستكشاف التى تم حصرها سجلت تواجد للمنجنيز حتى الان ااالى ما يزيد عن 21 موقع بدأ من أم بجمة , جنوب غرب سيناء , على بعد 20كم شرق خليج السويس مرورا بعدد من المناطق بالصحراء الشرقية فى بوادى عربة وام مونجل وام بلد وعش الملاحة وابو طريف وابو شعر القبلي وابو حمر وفاطيرى والدوب وابو رماد وحلايب وجبل علبة...وجبل صول حامد جنوب الصحراء الشرقية وهناك دراسات عن تواجد المنجنيز فى الصحراء الغربية.