Псиломелан

Псиломелан - это барий. марганец оксидный минерал, обычно имеющий черный или темно-серый цвет с блеском от субметаллического до тусклого. Он часто образует ботриоидные или сталактитовые массы, что делает его визуально отличительным. Будучи важной марганцевой рудой, псиломелан незаменим в производстве стали, производстве аккумуляторов и различных промышленных применениях. Встречается в зонах окисления марганца. депозиты, гидротермальных жил и осадочных средах, его добывают по всему миру в таких местах, как США, Бразилия, Индия и Южная Африка.

Псиломелан известен и используется с древних времен, прежде всего из-за содержания в нем марганца. Название минерала происходит от греческих слов «псилос», что означает «гладкий», и «мелас», что означает «черный», что указывает на его типичный внешний вид. Исторически псиломелан использовался в доисторические времена в качестве пигмента, а также при производстве стекла и керамики. Признание его значения выросло в 19 веке, когда было обнаружено значение марганца в промышленных процессах, особенно в производстве стали.

Открытие месторождений псиломелана имело решающее значение во время промышленной революции, когда резко возрос спрос на марганец. Было обнаружено, что марганец повышает прочность и долговечность стали, что делает его незаменимым в производстве железных дорог, строительных материалов и машин. Значительные залежи псиломелана были обнаружены в таких регионах, как США, Бразилия, Индия и Южная Африка, что способствовало мировым поставкам марганца и стимулировало промышленный рост.

В области минералогияОткрытие псиломелана и последующие исследования позволили лучше понять геологические процессы, которые формируют месторождения марганца. Его уникальные закономерности формирования и химический состав заинтриговали ученых, что привело к обширным исследованиям его свойств и потенциальных применений. Сегодня, хотя синтетические альтернативы и другие марганцевые руды несколько затмили псиломелан, он остается важным минералом в геологических исследованиях и историческом контексте.

Химический состав и структура псиломелана

Химическая формула

Химическую формулу псиломелана часто представляют как BaMn2+Mn84+O16(OH)4BaMn^{2+}Mn^{4+}_8O_{16}(OH)_4BaMn2+Mn84+​O16​(OH)4​, что указывает на его состав как гидроксид бария-марганца. Однако эта формула может меняться из-за присутствия других элементов, таких как железо (Fe), магний (Mg) и алюминий (Al), который может замещаться в структуре, делая его сложным минералом переменного состава.

Минеральный состав и сопутствующие элементы

Псиломелан в основном состоит из марганца (Mn) и кислорода (O) со значительным количеством бария (Ba). Точный состав может быть несколько изменчивым из-за включения других металлических элементов. Обычно связанные элементы включают в себя:

• Железо (Fe): Часто встречается в значительных количествах, внося вклад в общий состав минерала и влияя на его свойства.
• Магний (Mg): Может заменять марганец в минеральной структуре.
• Алюминий (Al): Еще один возможный заместитель, хотя обычно в небольших количествах.
• Калий (K), натрий (Na) и кальций (Ca): Эти элементы также могут присутствовать в следовых количествах.

ассоциированный полезные ископаемые Содержащиеся в псиломелане обычно включают другие оксиды марганца, такие как пиролюзит (MnO₂) и манганит (MnO(OH)), а также различные оксиды железа, такие как гематит (Fe₂O₃) и гетитом (FeO(OH)).

Кристаллография и физические свойства

• Кристальная система: Псиломелан принадлежит к моноклинной кристаллической системе, хотя он редко образует четко выраженные кристаллы. Он часто появляется в виде ботриоидных (виноградоподобных) или сталактитовых масс.
• Кристальная привычка: Псиломелан обычно образует ботриоидные, почковидные (почковидные) или сталактитовые формы. Он также может появляться в виде массивных или коркообразных агрегатов.
• Твердость: По шкале Мооса псиломелан имеет твердость от 5 до 6, что является относительно умеренным и позволяет царапать его более твердыми материалами, такими как кварц.
• Блеск: Минерал имеет блеск от почти металлического до тусклого, который может казаться жирным или шелковистым на свежеобработанных поверхностях.
• Цвет: Псиломелан имеет характерный черный или темно-серый цвет. Его полоска (цвет порошкообразного минерала) черная или темно-коричневая.
• Плотность: Плотность псиломелана составляет от 3.7 до 4.7 г/см³, что относительно высоко из-за присутствия тяжелых элементов, таких как барий и марганец.
• Перелом и расщепление: Псиломелан имеет неровный или субраковичный излом, что означает, что он ломается неравномерно, но иногда с изогнутыми поверхностями. Обычно у него отсутствует четко выраженное расщепление.
• Оптические свойства: Будучи непрозрачным, псиломелан не проявляет каких-либо существенных оптических свойств в проходящем свете. Он может проявлять некоторую отражательную способность в отраженном свете из-за своего субметаллического блеска.

В целом, уникальный химический состав и физические свойства псиломелана делают его интересным минералом как для промышленного использования, так и для научных исследований. Его роль как марганцевой руды исторически была значительной, а его присутствие в различных геологических средах продолжает предоставлять ценную информацию о процессах формирования и концентрации марганцевых минералов.

Образование и появление псиломелана

Геологические процессы, приводящие к образованию псиломелана

Псиломелан образуется в результате сочетания химических и геологических процессов, в первую очередь связанных с окислением минералов, богатых марганцем, и горные породы. К ключевым процессам относятся:

1. выветривание и окисление: Псиломелан часто образуется в зонах окисления марганцевых месторождений. Когда богатые марганцем породы подвергаются воздействию атмосферных условий, они подвергаются химическому выветриванию. Кислород из атмосферы вступает в реакцию с минералами, содержащими марганец, что приводит к образованию оксидов и гидроксидов марганца, таких как псиломелан.
2. Гидротермальная активность: Гидротермальные жидкости, которые представляют собой горячие, богатые минералами воды, циркулирующие в земной коре, могут откладывать оксиды марганца, в том числе псиломелан. Эти жидкости осаждают оксиды марганца, когда они подвергаются более низким температурам или реагируют с другими минералами.
3. Осадочные процессы: В морской и озерной (озерной) среде марганец может осаждаться из воды при определенных условиях. Этот процесс часто включает накопление марганцевых конкреций на дне океана, основным компонентом которых может быть псиломелан.
4. Вторичное обогащение: Псиломелан может образовываться в процессе вторичного обогащения, при котором существующие минералы марганца выщелачиваются и переотлагаются в более концентрированных формах.

Типичные среды и геологические условия, в которых встречается псиломелан

Псиломелан обычно встречается в следующих геологических условиях:

1. Зоны окисления марганцевых месторождений: Это области, где первичные минералы марганца подвергаются окислению. Псиломелан обычно встречается в верхних частях этих отложений.
2. Осадочные отложения: В морской среде на морском дне могут накапливаться марганцевые конкреции, содержащие псиломелан. Точно так же псиломелан может образовываться в озерных отложениях, где условия благоприятствуют осаждению оксидов марганца.
3. Гидротермальные жилы: Псиломелан можно найти в гидротермальных жилах, где горячие, богатые минералами воды откладывают оксиды марганца по мере охлаждения.
4. Остаточные депозиты: В регионах с интенсивным выветриванием псиломелан может образовываться в виде остаточного минерала, остающегося в почве после вымывания других компонентов.

Основные мировые месторождения и места добычи полезных ископаемых

Псиломелан добывают в первую очередь из-за содержания марганца, а значительные его запасы обнаружены в различных частях мира:

1. США: Известные месторождения находятся в округе Бейтсвилл в Арканзасе и округе Лейк-Вэлли в Нью-Мексико. Эти районы исторически были важными источниками марганца.
2. Бразилия: Бразилия является домом для значительных месторождений марганца, особенно в штатах Минас-Жерайс и Мату-Гросу. Эти месторождения имеют решающее значение как для внутреннего использования, так и для экспорта.
3. Индия: Районы Балагхат и Нагпур в штате Мадхья-Прадеш известны своими значительными месторождениями марганца, включая псиломелан.
4. ЮАР: Марганцевое месторождение Калахари в Северо-Капской провинции является одним из крупнейших месторождений марганца в мире. Он содержит значительное количество псиломелана наряду с другими минералами марганца.
5. Австралия: Месторождение Гроот-Эйландт на Северной территории является основным источником марганцевой руды, включая псиломелан.
6. Китай: Китай располагает многочисленными месторождениями марганца, значительная часть добычи которого приходится на такие регионы, как Гуанси и Хунань.

Эти места имеют решающее значение для мировых поставок марганца, а добыча псиломелана из этих месторождений играет важную роль в удовлетворении промышленного спроса на марганец, который необходим для производства стали, производства аккумуляторов и других применений.

Использование и применение псиломелана

Псиломелан, ценимый в первую очередь за содержание марганца, имеет несколько важных промышленных и коммерческих применений. Ниже приведены основные виды использования и применения этого минерала:

1. Производство стали
   • Легирующий агент: Марганец, полученный из псиломелана, является важным легирующим агентом при производстве стали. Повышает прочность, ударную вязкость и износостойкость стали. Марганец также действует как раскислитель и десульфуратор, удаляя кислород и сера примеси из расплавленной стали.
   • Высокопрочная сталь: Марганец имеет решающее значение в производстве высокопрочных низколегированных сталей (HSLA), которые используются в строительстве, автомобилестроении и тяжелом машиностроении.
2. Производство аккумуляторов
   • Аккумуляторы: Диоксид марганца, производное марганца из псиломелана, является ключевым компонентом при производстве сухих батарей, таких как щелочные и угольно-цинковые батареи. Кроме того, в катодах литий-ионных аккумуляторов, которые широко используются в электронике и электромобилях, часто используется оксид марганца.
3. Химическая индустрия
   • Окислитель: Соединения марганца, полученные из псиломелана, используются в качестве окислителей в различных химических реакциях. Они важны в синтезе химических веществ и в производстве кислорода и газообразного хлора.
   • Катализаторы: Соединения марганца также используются в качестве катализаторов в промышленных процессах, включая производство удобрений и продуктов тонкой химии.
4. Стекло и керамика
   • Краситель: Диоксид марганца используется в качестве красителя в стекольной и керамической промышленности. Он придает стеклу фиолетовый или розовый цвет и используется для удаления зеленоватого оттенка, вызванного примесями железа.
5. Пигменты
   • Художественные пигменты: Исторически псиломелан использовался для производства марганцевой черни, пигмента, используемого в искусстве и отделке. Хотя современные синтетические пигменты в значительной степени заменили его, некоторые художники и реставраторы по-прежнему ценят натуральные марганцевые пигменты для реставрационных работ.
6. Очистка воды
   • Фильтрация СМИ: Марганцевый зеленый песок, который содержит оксиды марганца, такие как псиломелан, используется в системах очистки воды для удаления железа, марганца и сероводорода из питьевой воды. Он действует как фильтрующий материал, окисляя и улавливая эти загрязнения.
7. Electronics
   • Ферросплавы: Марганец, полученный из псиломелана, используется в производстве ферромарганцевых и силикомарганцевых сплавов, которые важны при производстве электронных компонентов, включая полупроводники и интегральные схемы.
8. Исследования и образование
   • Геологические исследования: Псиломелан и другие минералы марганца изучаются геологами и минералогами, чтобы понять образование и распространение месторождений марганца. Они также служат эталонными образцами в образовательных учреждениях.
9. Лекарственное использование
   • Пищевые добавки: Марганец является важным микроэлементом для здоровья человека. Он используется в пищевых добавках для поддержания здоровья костей, метаболических процессов и антиоксидантных функций.

Универсальность псиломелана и важная роль марганца в различных отраслях промышленности подчеркивают его важность. Области применения минерала, начиная от производства стали и заканчивая очисткой воды и производством аккумуляторов, подчеркивают его важнейший вклад в современные технологии и инфраструктуру.

Родственные минералы и сравнение

Псиломелан принадлежит к группе минералов оксида марганца, которые имеют определенные сходства, но также имеют явные различия в составе, структуре и применении. Вот сравнение псиломелана с другими ключевыми оксидами марганца и подобными минералами:

1. Пиролюзит (MnO₂)

• Состав: Пиролюзит состоит в основном из диоксида марганца (MnO₂).
• Внешний вид: Обычно имеет цвет от серого до черного с блеском от металлического до тусклого.
• Структура: Пиролюзит имеет тетрагональную кристаллическую систему и часто образует волокнистые или столбчатые агрегаты.
• Пользы: Как и псиломелан, пиролюзит является важной рудой марганца. Он широко используется в сталеплавильном производстве, производстве аккумуляторов и в качестве пигмента.
• Ключевые отличия: Пиролюзит более прост по составу и почти полностью состоит из MnO₂, тогда как псиломелан представляет собой более сложный гидроксид бария и марганца. Пиролюзит обычно образует более четко выраженные кристаллы по сравнению с ботриоидным псиломеланом.

2. Манганит (MnO(OH))

• Состав: Манганит представляет собой оксид-гидроксид марганца с формулой MnO(OH).
• Внешний вид: Обычно он выглядит от темно-серого до черного цвета с субметаллическим блеском и образует призматические кристаллы.
• Структура: Манганит кристаллизуется в моноклинной системе.
• Пользы: Его добывают для получения марганца, используют в производстве стали и в качестве катализатора в различных химических реакциях.
• Ключевые отличия: Манганит содержит в своей структуре гидроксильные группы (ОН), что отличает его от оксидных форм пиролюзита и псиломелана. В состав Псиломелана входит барий, которого нет в манганите.

3. Браунит (Mn²⁺Mn³⁺₆[O₈|SiO₄])

• Состав: Браунит — силикатный минерал с формулой Mn²⁺Mn³⁺₆[O₈|SiO₄].
• Внешний вид: Цвет коричневато-черный, с блеском от почти металлического до тусклого.
• Структура: Браунит имеет тетрагональную кристаллическую систему и обычно образует агрегаты от зернистых до массивных.
• Пользы: Добывается марганец и используется в производстве стали и других промышленных целях.
• Ключевые отличия: Браунит содержит как марганец, так и кремний, образуя силикатную структуру, в отличие от чисто оксидных или гидроксидных структур псиломелана, пиролюзита и манганита.

4. Гаусманнит (Mn²⁺Mn³⁺₂O₄)

• Состав: Хаусманнит представляет собой оксид марганца с формулой Mn²⁺Mn³⁺₂O₄.
• Внешний вид: Цвет от черного до коричневато-черного, с металлическим или тусклым блеском.
• Структура: Гаусманнит кристаллизуется в тетрагональной системе и часто образует октаэдрические кристаллы.
• Пользы: добывается марганец, который используется в производстве стали и в качестве компонента при производстве аккумуляторов.
• Ключевые отличия: Гаусманнит имеет шпинель структура, которая отличается от структур других упомянутых оксидов марганца. Он также содержит как Mn²⁺, так и Mn³⁺, тогда как псиломелан в основном содержит Mn²⁺ и Mn⁴⁺.

Ключевые сходства между оксидами марганца

• Источник марганца: Все эти минералы являются важными источниками марганца, который необходим для производства стали и других промышленных целей.
• Внешний вид: Все они имеют темный цвет, от серого до черного или коричневато-черного, и часто имеют металлический или тусклый блеск.
• Геологическое происхождение: Эти минералы обычно встречаются в аналогичных геологических условиях, таких как гидротермальные жилы, осадочные отложения и зоны окисления пород, богатых марганцем.

Ключевые отличия

• Состав: Основные различия заключаются в их химическом составе, в частности в присутствии дополнительных элементов, таких как барий в псиломелане или кремний в брауните.
• Структура: Заметны кристаллографические различия с вариациями кристаллических систем (моноклинная, тетрагональная) и габитуса (ботриоидная, призматическая, октаэдрическая).
• Физические свойства: Различия в твердости, удельном весе и габитусе кристаллов могут помочь отличить эти минералы в полевых и лабораторных условиях.

Понимание этих сходств и различий имеет решающее значение для минералогов, геологов и промышленных специалистов, работающих с марганцевыми рудами и родственными минералами.