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¿Qué es el manganeso? ¿Cómo se usa?



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

Manganeso: El manganeso tiene un número atómico de 25 y un símbolo químico de Mn.

¿Qué es el manganeso?

El manganeso es un elemento metálico plateado con un número atómico de 25 y un símbolo químico de Mn. No se encuentra como un elemento en la naturaleza. Ocurre en muchos minerales como manganita, purpurita, rodonita, rodocrosita y pirolusita. También se encuentra en muchos mineraloides como el psilomelano y el taco.

Los molinos de acero usan manganeso: El uso más importante del manganeso es en la fabricación de acero. El manganeso le da al acero resistencia y dureza. Sin manganeso, el acero utilizado para fabricar placas blindadas, mandíbulas trituradoras y herramientas de impacto no sería tan duradero.

¿De qué está hecho el acero?

Mucha gente respondería correctamente que el acero está hecho de hierro. Muchos menos saben que también está hecho de manganeso. Aunque la cantidad de manganeso utilizada para fabricar una tonelada de acero es pequeña, es tan esencial como el hierro para producir este componente fundamental de las sociedades modernas.

Dicho en términos simples: no se puede fabricar acero sin manganeso. El consumo interno de manganeso es de aproximadamente 500,000 toneladas métricas cada año, predominantemente por la industria del acero. Estados Unidos depende totalmente de las importaciones para esta cantidad de manganeso.

El manganeso constituye aproximadamente el 0.1 por ciento de la corteza terrestre, por lo que es el duodécimo elemento más abundante. Su uso temprano fue principalmente en pigmentos y oxidantes en procesos químicos. La importancia del manganeso para las sociedades humanas explotó con el desarrollo de la tecnología moderna de fabricación de acero en la década de 1860. El manganeso es esencial e insustituible en la fabricación de acero, y su industria minera global está dominada por unas pocas naciones. Por lo tanto, se considera uno de los productos minerales más críticos para los Estados Unidos.

Hasta el 90 por ciento del consumo de manganeso, tanto en los Estados Unidos como a nivel mundial, corresponde a la industria del acero. El manganeso elimina el oxígeno y el azufre cuando el mineral de hierro (un compuesto de hierro y oxígeno) se convierte en hierro. También es una aleación esencial que ayuda a convertir el hierro en acero.

Como aleación, disminuye la fragilidad del acero e imparte resistencia. La cantidad de manganeso utilizado por tonelada de acero es bastante pequeña, con un rango de 6 a 9 kilogramos. Alrededor del 30 por ciento de eso se usa durante el refinamiento del mineral de hierro, y el 70 por ciento restante se usa como una aleación en el producto de acero final.

Manganeso puede colorear vidrio: Los antiguos egipcios y romanos usaban pirolusita, un mineral de dióxido de manganeso, para controlar el color del vidrio. Las adiciones pequeñas decoloraron el vidrio al eliminar la decoloración amarilla verdosa causada por las impurezas de hierro, mientras que las adiciones más grandes colorearon el vidrio de rosa, púrpura o negro. El dióxido de manganeso todavía se usa hoy como colorante. Foto de Scott Jackson, Servicio Geológico de los Estados Unidos.

Otros usos del manganeso

El manganeso se usa también como aleación con metales como el aluminio y el cobre. Los usos no metalúrgicos importantes incluyen cátodos de batería, ferritas blandas utilizadas en electrónica, micronutrientes en fertilizantes, micronutrientes en alimentación animal, productos químicos para el tratamiento del agua, colorantes para revestimiento de automóviles, ladrillos, fritas, vidrio, textiles y azulejos. El producto "manganeso violeta" se utiliza para la coloración de plásticos, recubrimientos en polvo, esmaltes artísticos y cosméticos.

Manganeso en piedras preciosas: Varias piedras preciosas contienen cantidades significativas de manganeso y a menudo derivan su color del elemento. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda: rodocrosita (carbonato de manganeso), rodonita (óxido de manganeso), purpurita (fosfato de manganeso), spessartina (granate de manganeso y aluminio).

Pigmento de manganeso: Una vista mirando hacia abajo en un frasco de pigmento de pirolusita. La pirolusita en polvo se puede mezclar con aceite o una variedad de otros vehículos para usar como pigmento negro permanente.

Barniz del desierto: El "barniz del desierto" negro es una capa delgada de óxido de manganeso que cubre las caras expuestas de algunas rocas en áreas áridas. Se cree que los microbios concentradores de manganeso facilitan su formación. La foto de arriba muestra los petroglifos producidos cuando los nativos americanos rasparon cuidadosamente el barniz del desierto para producir sus símbolos artísticos. Este afloramiento se llama "Newspaper Rock" y se encuentra en el Newspaper Rock State Park, cerca de Monticello, Utah.

¿De dónde viene el manganeso?

El manganeso elemental se combina fácilmente con oxígeno, carbono y silicio para formar una larga lista de minerales de manganeso. Los minerales de manganeso generalmente contienen 25 a 45 por ciento de manganeso, principalmente en óxido (o hidróxido) y minerales de carbonato.

Los minerales de manganeso están muy extendidos, pero la mayor parte del suministro mundial proviene de un pequeño número de distritos mineros de manganeso. La mayoría de los minerales de manganeso provienen de extensas capas de rocas sedimentarias ricas en manganeso que se formaron en océanos antiguos en condiciones especializadas. Esto ocurrió cuando los cambios en el estado de oxidación del agua del océano primero causaron altas concentraciones de manganeso disuelto y luego precipitaron varios minerales de manganeso que se concentraron en el fondo marino. Estas capas ahora se encuentran dentro de la roca madre de los continentes.

Mineral de manganeso nodular: El psilomelano nodular se encuentra en arcillas residuales formadas por la meteorización de la piedra caliza y la dolomita en el sur de Virginia Occidental. Estos minerales se extrajeron durante la Segunda Guerra Mundial cuando no fue posible importar minerales de manganeso desde fuera de los Estados Unidos.

Minerales de manganeso

Algunos minerales y mineraloides de manganeso se consideran "minerales primarios", porque son lo suficientemente ricos en manganeso como para ser de grado mineral. Otros son "minerales secundarios". Estos ocurren en zonas donde el contenido original de manganeso de los sedimentos se ha enriquecido naturalmente por procesos geológicos más jóvenes.

Casi todos los minerales de manganeso se benefician cerca de los sitios de la mina para mejorar el grado de manganeso antes de su posterior procesamiento. La mayoría también se funden para formar las aleaciones ferromanganesa y silicomanganesa. Son estas aleaciones, en lugar del mineral de manganeso, las que se utilizan en la mayoría de las aplicaciones metalúrgicas.

Mineral de manganeso del fondo marino: Nódulo de manganeso recolectado en 1982 del Océano Pacífico. Los nódulos de manganeso a menudo son ricos en manganeso, hierro, níquel, cobre y cobalto. El nódulo mide aproximadamente cuatro pulgadas de ancho. Imagen de Creative Commons por Walter Kölle.

Nódulos de manganeso

Una fuente potencial adicional de manganeso son los nódulos y costras de ferromanganeso que se encuentran en el fondo marino en muchas partes de los océanos del mundo. Estos nódulos del tamaño de frijol a papa son actualmente objeto de exploración e investigación, principalmente enfocados en el Océano Pacífico ecuatorial. Si la producción de estos nódulos resulta técnica, económica y legalmente viable, podrían convertirse en una fuente importante de manganeso.

Algunos investigadores especulan que las parcelas del fondo marino podrían cosecharse, dejarse en barbecho y luego cosecharse nuevamente décadas después. Partes del fondo marino del mundo podrían producir un rendimiento sostenible de mineral de ferromanganeso.

Mina de manganeso: Foto de la mina de manganeso Mamatwan en el distrito de Kalahari en Sudáfrica. Se extrae una gruesa capa de mineral de manganeso de esta mina a cielo abierto. Los bancos de la mina siguen las capas sedimentarias del cuerpo mineral. Foto de William Cannon, Servicio Geológico de los Estados Unidos.

Oferta y demanda de manganeso

La mayoría del mineral de manganeso del mundo es producido por algunos países que incluyen Sudáfrica, Australia, China y Gabón. El noventa por ciento de las reservas probadas de manganeso también se encuentran en estos cuatro países, más Brasil y Ucrania.

Estados Unidos no tiene reservas de manganeso, como es el caso de muchos otros países industrializados, especialmente en Europa. Todo el mineral de manganeso que se consume en los Estados Unidos se importa de fuentes que incluyen Gabón, Australia, Sudáfrica y Brasil.

Aunque hay productores de ferroaleaciones de manganeso y químicos de manganeso en los Estados Unidos, el país todavía importa grandes cantidades de aleaciones de manganeso, químicos y metales para satisfacer sus necesidades de consumo.

Importaciones importantes de ferromanganeso son de Sudáfrica, China, Ucrania y la República de Corea. El silicomanganeso se importa de Sudáfrica, Georgia, Noruega y Australia. La demanda de manganeso históricamente sigue de cerca la producción de acero y se espera que lo haga en el futuro.

Mineral de manganeso: El mineral de manganeso silíceo se formó como una brecha dentro de la falla de St. Clair en el sur de Virginia Occidental. Estos minerales se extrajeron durante la Segunda Guerra Mundial cuando no fue posible importar minerales de manganeso desde fuera de los Estados Unidos. Los depósitos conocidos de manganeso en los Estados Unidos son pequeños y contienen minerales de baja calidad. No son económicos a precios corrientes.

Garantizar un suministro interno de manganeso

Aunque las reservas totales del mundo son adecuadas para satisfacer la demanda previsible, durante mucho tiempo ha habido una preocupación en los Estados Unidos, debido a su total dependencia de las importaciones de mineral de manganeso, para un suministro continuo de manganeso a la luz de posibles interrupciones políticas o militares de la producción. o cadenas de suministro.

Aunque hay grandes recursos de roca enriquecida con manganeso en los Estados Unidos, principalmente en Maine y Minnesota, su contenido de manganeso está sustancialmente por debajo de los minerales de manganeso fácilmente disponibles en otras partes del mundo, por lo que actualmente no son económicos para la mina.

A nivel mundial, no hay escasez de mineral de manganeso. Los depósitos terrestres de manganeso están dominados por el gran distrito de manganeso de Kalahari de Sudáfrica, que representa aproximadamente el 70 por ciento de los recursos de manganeso conocidos del mundo (reservas más material identificado que aún no se ha demostrado completamente que sea económico). Como resultado, se espera que Sudáfrica continúe desempeñando un papel dominante en el suministro mundial de manganeso en el futuro.

Nódulos de manganeso del fondo marino: Fotografía de nódulos de hierro-manganeso en el fondo marino al norte de la Fosa de Puerto Rico. Los nódulos tienen unos 2-4 centímetros de diámetro. La profundidad del agua es de 5339 metros. Imagen del Servicio Geológico de Estados Unidos.

Minería de manganeso de los fondos marinos

En caso de que la minería del fondo marino se vuelva económica, las fuentes de mineral de manganeso podrían cambiar significativamente de tierra a océano. El recurso estimado del nódulo de manganeso eclipsa los recursos terrestres y podría diversificar en gran medida las fuentes mundiales de manganeso. Gran parte del recurso está en aguas internacionales. Recursos sustanciales de manganeso en el fondo marino también ocurren dentro de la Zona Económica Exclusiva de los EE. UU. Y están completamente bajo la jurisdicción de los Estados Unidos.