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O que é manganês? Como isso é usado?



Adaptado da USGS Fact Sheet 2014-3087, agosto de 2014, por William F. Cannon.

Manganês: O manganês tem um número atômico de 25 e um símbolo químico de Mn.

O que é manganês?

O manganês é um elemento metálico prateado com um número atômico de 25 e um símbolo químico de Mn. Não é encontrado como um elemento da natureza. Ocorre em muitos minerais, como manganita, purpurita, rodonita, rodocrosita e pirolusita. Também é encontrado em muitos mineralóides como psilomelano e maço.

As usinas de aço usam manganês: O uso mais importante do manganês é na fabricação de aço. O manganês fornece resistência e dureza ao aço. Sem manganês, o aço usado para fazer placas de blindagem, mandíbulas trituradoras e ferramentas de impacto não seria tão durável.

De que é feito o aço?

Muitas pessoas responderiam corretamente que o aço é feito de ferro. Muito menos sabem que também é feito de manganês. Embora a quantidade de manganês usada para fazer uma tonelada de aço seja pequena, é tão essencial quanto o ferro produzir esse bloco fundamental das sociedades modernas.

Simplificando - você não pode fabricar aço sem manganês. O consumo doméstico de manganês é de cerca de 500.000 toneladas por ano, predominantemente na indústria siderúrgica. Os Estados Unidos dependem totalmente das importações dessa quantidade de manganês.

O manganês constitui aproximadamente 0,1% da crosta terrestre, tornando-o o 12º elemento mais abundante. Seu uso precoce foi principalmente em pigmentos e oxidantes em processos químicos. A importância do manganês para as sociedades humanas explodiu com o desenvolvimento da moderna tecnologia siderúrgica na década de 1860. O manganês é essencial e insubstituível na siderurgia, e sua indústria de mineração global é dominada por apenas algumas nações. Portanto, é considerado um dos produtos minerais mais críticos para os Estados Unidos.

Cerca de 90% do consumo de manganês, nos Estados Unidos e no mundo, é responsável pela indústria siderúrgica. O manganês remove o oxigênio e o enxofre quando o minério de ferro (um composto de ferro e oxigênio) é convertido em ferro. Também é uma liga essencial que ajuda a converter ferro em aço.

Como liga, diminui a fragilidade do aço e confere resistência. A quantidade de manganês usada por tonelada de aço é bastante pequena, variando de 6 a 9 kg. Cerca de 30% disso é usado durante o refinamento de minério de ferro e os 70% restantes são usados ​​como liga no produto final de aço.

O manganês pode colorir o vidro: Antigos egípcios e romanos usavam pirolusita, um mineral de dióxido de manganês, para controlar a cor do vidro. As pequenas adições descoloraram o vidro removendo a descoloração amarela esverdeada causada pelas impurezas do ferro, enquanto as adições maiores coloriram o vidro rosa, roxo ou preto. O dióxido de manganês ainda é usado hoje como corante. Foto de Scott Jackson, Pesquisa Geológica dos Estados Unidos.

Outros usos do manganês

O manganês é usado também como uma liga com metais como alumínio e cobre. Os usos não metalúrgicos importantes incluem cátodos de bateria, ferritas moles usadas em eletrônicos, micronutrientes em fertilizantes, micronutrientes na alimentação animal, produtos químicos para tratamento de água, corante para revestimento de automóveis, tijolos, fritas, vidro, têxteis e ladrilhos. O produto “violeta de manganês” é usado para a coloração de plásticos, revestimentos em pó, esmaltes de artistas e cosméticos.

Manganês em Pedras Preciosas: Um número de pedras preciosas contém quantidades significativas de manganês e geralmente derivam sua cor do elemento. No sentido horário, do canto superior esquerdo: rodocrosita (carbonato de manganês), rodonita (óxido de manganês), purpurita (fosfato de manganês), espessartina (granada de alumínio e manganês).

Pigmento de manganês: Uma vista olhando para um pote de pigmento de pirolusita. A pirolusita em pó pode ser misturada com óleo ou uma variedade de outros veículos para uso como pigmento preto permanente.

Verniz do Deserto: O "verniz do deserto" preto é uma fina camada de óxido de manganês que cobre as faces expostas de algumas rochas em áreas áridas. Acredita-se que os micróbios concentradores de manganês facilitem sua formação. A foto acima mostra petroglifos produzidos quando os nativos americanos rasparam cuidadosamente o verniz do deserto para produzir seus símbolos artísticos. Esse afloramento é chamado de "Newspaper Rock" e está localizado no Newspaper Rock State Park, perto de Monticello, Utah.

De onde vem o manganês?

O manganês elementar combina-se facilmente com oxigênio, carbono e silício para formar uma longa lista de minerais de manganês. Os minérios de manganês geralmente contêm 25 a 45% de manganês, principalmente em minerais de óxido (ou hidróxido) e carbonato.

Os minérios de manganês são comuns, mas a maior parte do suprimento mundial é proveniente de um pequeno número de distritos de mineração de manganês. A maioria dos minérios de manganês é proveniente de extensas camadas de rochas sedimentares ricas em manganês, formadas em oceanos antigos sob condições especializadas. Isso ocorreu quando as mudanças no estado de oxidação da água do oceano primeiro causaram altas concentrações de manganês dissolvido e depois precipitaram vários minerais de manganês que se concentraram no fundo do mar. Essas camadas agora são encontradas dentro dos alicerces dos continentes.

Minério de Manganês Nodular: Psilomelano nodular encontrado em argilas residuais formadas pelo intemperismo de calcário e dolomita no sul da Virgínia Ocidental. Esses minérios foram extraídos durante a Segunda Guerra Mundial, quando as importações de minérios de manganês de fora dos Estados Unidos não foram possíveis.

Minérios de manganês

Alguns minerais e mineralóides de manganês são considerados "minérios primários", porque são ricos o suficiente em manganês para serem de grau mineral. Outros são “minérios secundários”. Estes ocorrem em zonas onde o conteúdo original de manganês dos sedimentos foi naturalmente enriquecido por processos geológicos mais jovens.

Quase todos os minérios de manganês são beneficiados perto dos locais da mina para melhorar o teor de manganês antes do processamento. A maioria também é fundida para formar as ligas ferromanganês e silicomanganês. São essas ligas, e não o próprio minério de manganês, que são usadas na maioria das aplicações metalúrgicas.

Minério de manganês no fundo do mar: Nódulo de manganês coletado em 1982 no Oceano Pacífico. Nódulos de manganês são frequentemente ricos em manganês, ferro, níquel, cobre e cobalto. O nódulo tem cerca de dez centímetros de diâmetro. Imagem Creative Commons de Walter Kölle.

Nódulos de manganês

Uma fonte potencial adicional de manganês são os nódulos e crostas de ferromanganês que ocorrem no fundo do mar em muitas partes dos oceanos do mundo. Atualmente, esses nódulos do tamanho de feijão a batata são alvo de exploração e pesquisa, principalmente focados no Oceano Pacífico equatorial. Se a produção desses nódulos se provar técnica, econômica e legalmente viável, eles podem se tornar uma importante fonte de manganês.

Alguns pesquisadores especulam que parcelas do fundo do mar poderiam ser colhidas, deixadas em pousio e depois colhidas novamente décadas no futuro. Partes do fundo do mar do mundo podem produzir um rendimento sustentável de minério de ferromanganês.

Mina de manganês: Foto da mina de manganês de Mamatwan, no distrito de Kalahari, na África do Sul. Uma espessa camada de minério de manganês é extraída dessa mina a céu aberto. Os bancos da mina seguem as camadas sedimentares do corpo de minério. Foto de William Cannon, Pesquisa Geológica dos Estados Unidos.

Oferta e Demanda de Manganês

A maior parte do minério de manganês do mundo é produzida por alguns países que incluem África do Sul, Austrália, China e Gabão. Noventa por cento das reservas comprovadas de manganês também estão nesses quatro países, além do Brasil e da Ucrânia.

Os Estados Unidos não têm reservas de manganês, como é o caso de muitos outros países industrializados, especialmente na Europa. Todo o minério de manganês consumido nos Estados Unidos é importado de fontes que incluem Gabão, Austrália, África do Sul e Brasil.

Embora existam produtores de ferro ligas de manganês e produtos químicos de manganês nos Estados Unidos, o país ainda importa grandes quantidades de ligas de manganês, produtos químicos e metais para atender às suas necessidades de consumo.

Quantidades importantes de importações de ferromanganês são da África do Sul, China, Ucrânia e República da Coréia. O silicomanganês é importado da África do Sul, Geórgia, Noruega e Austrália. Historicamente, a demanda por manganês segue de perto a produção de aço e deve ocorrer no futuro.

Minério de Manganês: O minério silicioso de manganês se formou como brecha na falha St. Clair, no sul da Virgínia Ocidental. Esses minérios foram extraídos durante a Segunda Guerra Mundial, quando as importações de minérios de manganês de fora dos Estados Unidos não foram possíveis. Os depósitos conhecidos de manganês nos Estados Unidos são pequenos e contêm minério de baixa qualidade. Eles não são econômicos a preços atuais.

Garantir o suprimento doméstico de manganês

Embora as reservas totais do mundo sejam adequadas para atender à demanda previsível, existe uma preocupação nos Estados Unidos, devido à dependência total de importação de minério de manganês, ao fornecimento contínuo de manganês à luz de possíveis interrupções políticas ou militares da produção ou cadeias de suprimentos.

Embora existam grandes recursos de rocha enriquecida com manganês nos Estados Unidos, principalmente no Maine e Minnesota, seu conteúdo em manganês está substancialmente abaixo dos minérios de manganês prontamente disponíveis em outras partes do mundo, portanto, atualmente eles não são econômicos para os meus.

Globalmente, não há escassez de minério de manganês. Os depósitos de manganês em terra são dominados pelo grande distrito de manganês de Kalahari, na África do Sul, responsável por cerca de 70% dos recursos conhecidos de manganês do mundo (reservas e material identificado, que ainda não foi totalmente provado como econômico). Como resultado, espera-se que a África do Sul continue a desempenhar um papel dominante no fornecimento global de manganês no futuro.

Nódulos de manganês no fundo do mar: Fotografia de nódulos de ferro-manganês no fundo do mar ao norte da Fossa de Porto Rico. Os nódulos têm cerca de 2-4 centímetros de diâmetro. A profundidade da água é 5339 metros. Imagem de Pesquisa Geológica dos Estados Unidos.

Mineração de manganês no fundo do mar

Se a mineração no fundo do mar se tornar econômica, as fontes de minério de manganês podem mudar significativamente de terra para oceano. O recurso estimado de nódulos de manganês diminui os recursos terrestres e pode diversificar bastante as fontes mundiais de manganês. Grande parte do recurso está em águas internacionais. Recursos substanciais de manganês no fundo do mar também ocorrem dentro da Zona Econômica Exclusiva dos EUA e estão inteiramente sob a jurisdição dos Estados Unidos.