В начало Написать нам Карта сайта | RSS
Уральский рынок металлов


Предлагаем Вам разместить информацию в бегущую строку - 1000 рублей в месяц - за каждые 10 слов | Ежедневно посетители сайта смогут видеть информацию о Вашем предприятии. | Минимальные затраты - максимальный результат!!!
Новости Журнал О компании Статьи Аналитика Тендеры Рекламодателям Подписчикам Форумы Бизнес-навигатор Карта сайта Мероприятия Вопросы-ответы
В начало // Журнал / Все номера / УРМ №3 (март 2003) / Марганец: как и где его применяют
← оглавление номера

Цветные металлы:

Марганец: как и где его применяют

Даниил ВЫШЕГОРОДСКИЙ, обозреватель ГНЦ РФ ОАО ?Уральский институт металлов? 

 

Красная линия


В мировом потреблении металлов марганец за нимает четвертое место после железа, алюминия и меди. Ежегодно в мире производится около 7-7,5 млн. т этого металла. Как известно, основным потребителем марганцевых руд является черная металлургия, в которой используется до 90% производимого товарного марганца. Вместе с тем растут объемы потребления этого металла в других сферах его применения.

Марганец в черной металлургии

В черной металлургии марганец используется в качестве десульфуризатора для перевода серы в шлак. Также марганец способствует образованию жидких шлаков, что позволяет отделять металл в конце плавки, и восстанавливает окислы железа, связывая находящийся в расплаве кислород. В присутствии марганца повышается прочность стали, сохраняется ее пластичность и устойчивость к окислению в условиях высоких температур. Обычно содержание марганца в стальной продукции общего назначения колеблется от 0,25 до 0,8%. Некоторые сорта стали с повышенным (до 1%) содержанием марганца, обладающие особой прочностью и устойчивостью к стиранию, используются для изготовления деталей, подвергающихся высоким нагрузкам: дисков, поршней, шестерен и т.д. В марганцовистых сортах легированной стали содержание марганца колеблется от 1,2 до 1,8%, что дополнительно повышает сопротивляемость к стиранию и увеличивает свариваемость; из них изготавливаются оси транспортных средств, коленчатые и карданные валы, арматурные конструкции.

Марганцевое сырье

В табл. 1 приведена оценка резервов марганцевых руд в мире.

Таблица 1. Оценка запасов марганцевых руд в мире (млн. т, по содержанию металла)

Страна

Резервы

Резервная база

ЮАР

18

4000

Украина

140

520

Габон

20

160

Китай

40

100

Австралия

32

82

Бразилия

25

52

Индия

15

33

Мексика

4

9

Остальные

6

44

Всего

300

5000

Основными странами-продуцентами марганцевых руд являются Бразилия, ЮАР, Украина, Австралия и Габон, что подтверждают данные табл. 2. На эти страны приходится около 73% мировой добычи. Особенно высокосортными рудами обладают Австралия, Бразилия, Габон и ЮАР, в распоряжении остальных стран находятся руды среднего и низкого качества.

Таблица 2. Добыча марганцевых руд в мире (тыс. т, по содержанию металла)

Страна

Качество руд по содержанию марганца, %

1999

2000

2001

2002

Бразилия

30-65

1076

1424

1430

1500

ЮАР

30-48

1343

1578

1479

1300

Украина

30-35

675

930

930

960

Австралия

37-53

926

787

948

890

Габон

45-53

881

804

830

860

Индия

10-54

570

590

600

630

Китай

20-30

630

528

500

500

Казахстан

20-30

240

280

350

н.д.

Гана

32-34

204

287

260

н.д.

Мексика

27-50

169

156

100

100

Остальные

-

146

145

143

860

Всего

-

6860

7510

7570

7600

 Производство марганцевых ферросплавов

Как показано в табл. 3, производство марганцевых ферросплавов сосредоточено, в основном, в странах, где добывается марганцевая руда (Украина, ЮАР, Индия, Бразилия, Австралия, Казахстан), существуют дешевые энергоресурсы (Норвегия) или трудовые ресурсы (Китай, Индия).

Таблица 3. Выпуск ферросплавов в странах мира в 2001 г., тыс. т. 

Страна

Ферромарганец

Силикомарганец

Итого

 

Доменный

Электропечной

 

 

Китай

500

600

950

2050

Украина

85

250

685

1020

ЮАР

-

600

270

870

Франция

300

130

50

480

Норвегия

-

240

230

470

Япония

-

368

62

431

Индия

-

165

150

315

Бразилия

-

96

180

276

Респ. Корея

-

146

105

251

Австралия

-

115

135

250

Казахстан

-

5

141

147

Италия

-

40

90

130

Всего в мире

955

2920

3400

7270

Структура выпускаемых ферросплавов за последние годы претерпела некоторые изменения. В 1991-1993 гг. повысился спрос на низкоуглеродистый ферромарганец и силикомарганец. Причиной для этого стало стремление высокоразвитых стран перейти на более эффективные и экологически чистые технологии производства стали, в частности, на электрометаллургическую и кислородно-конвертерную выплавку. Производители марганцевого сырья, в свою очередь, переориентировали производство применительно к новым условиям. Некоторые страны начали сокращать экспорт марганцевых руд и расширять мощности по выпуску марганцевых сплавов как более дорогостоящих продуктов (Бразилия, ЮАР); другие стали снижать производство высокоуглеродистого ферромарганца и перепрофилировать предприятия на выпуск средне- и низкоуглеродистого ферромарганца и силикомарганца (Индия, Китай, Австралия). Исходя из данных табл. 4, если в 1997 г. доля силикомарганца в общем выпуске марганцевых ферросплавов составляла 20%, то в 2001 г. она достигла 47%. Китай наращивал выпуск ферросплавов, главным образом, за счет силикомарганца (в 1998 г. - 639 тыс. т, в 2001 г. - 950 тыс. т).

Таблица 4. Выпуск ферросплавов в мире, тыс. т

Продукция

1997

1998

1999

2000

2001

Ферромарганец

4000

3860

3740

3820

3880

доменный

1050

1100

1000

956

955

электропечной

2950

2760

2750

2860

2920

Силикомарганец

1370

2890

2970

3380

3400

Всего

7170

6750

6720

7200

7270

 Марганец в других отраслях промышленности

Около 700-800 тыс. т марганца потребляется в цветной металлургии, электротехнической, химической, керамической промышленности, производстве стекла и сельском хозяйстве. В табл. 5 указаны основные области потребления марганца и материалов на его основе за исключением черной металлургии.

Таблица 5 - Области применения марганца и его соединений

Продукт

Области применения

Mn металлический

Cплавы на основе цветных металлов, в основном алюминиевые и медные

Диоксид марганца (MnO2)

Производство химических источников тока, стекла, глазури, ванили; окрашивание кирпича и кафеля; получение концентрата диоксида урана

Перманганат калия (KMnO4)

Очистка питьевой воды, обработка сточных вод, деодоризация выбросов красильных и рыбозаготовительных фабрик; окислитель

Фосфат марганца (Mn3(PO4)2)

Защита стальной оболочки контейнеров с нефтью и воском; покрытие движущихся деталей

Феррит марганца (MnFeO4)

Производство телевизионных монтажных плат

Циклопентадиенилтрикарбонил марганца (ЦТМ)

Изготовление экологически чистой антидетонационной присадки к моторному топливу

Окись и сульфат марганца (MnO, MnSO4)

Удобрения

Сульфат марганца (MnSO4)

Пищевые добавки к корму домашних животных

Этиленбидитиокарбамат марганца («Maheb»)

Агрокультурный фунгицид

Металлический марганец обладает чрезмерной твердостью и хрупкостью, поэтому в чистом виде не используется. Мировое производство электролитического металлического марганца составляет 100 тыс. т в год. На рис. 1 показана структура потребления металлического марганца в мире.

Рисунок 1. Структура потребления электролитического металлического марганца в мире

Важной сферой применения марганца является производство сплавов на основе цветных металлов, главным образом алюминиевых и медных. В 2001 г. в США было потреблено 16,1 тыс. т металлического марганца для изготовления сплавов цветных металлов, причем 85% этого объема использовались при изготовлении алюминиевых сплавов.

Марганец в алюминиевых сплавах

Марганец добавляют в алюминиевые сплавы для повышения коррозионной стойкости. Эти сплавы содержат небольшие количества железа и кремния, которые имеют электролитический потенциал гораздо менее электроотрицательный, чем алюминий. Марганец связывает железо и кремний в интерметаллические соединения, имеющие электролитические потенциалы, близкие к алюминию, тем самым устраняя условия для появления коррозии. Для примера в табл. 6 указан химический состав сплавов, выпускаемых корпорацией Alcoa. Эти сплавы имеют прочность, близкую к стальной, обладают высокой коррозионной стойкостью. Их используют в производстве картерных двигателей, соединительных штоков для бензиновых моторов.

Таблица 6. Виды алюминиевых сплавов, выпускаемых корпорацией Alcoa 

Компоненты

Марки сплавов

 

1100

7072

3003

Кремний

0,95

0,7

0,6

Железо

 

 

0,7

Медь

0,05-0,20

0,10

0,05-0,20

Марганец

0,05

0,10

1,0-1,5

Магний

-

0,10

-

Цинк

0,10

0,8-1,3

0,10

Остальные компоненты

0,05

0,05

0,05

Всего добавок

0,15

0,15

0,15

Алюминий

99,00

остальное

остальное

Сплавы системы алюминий-марганец АМц (1,0-1,6% Mn) и АМц1 (2,0-4,5% Mn) отличаются от алюминия более высокой прочностью и сохраняют высокую пластичность. Их характерными свойствами являются высокая коррозионная стойкость и хорошая свариваемость. Теплопроводность и электропроводность этих сплавов значительно ниже, чем у алюминия. Из сплава АМц изготовляют сварные баки, бензо- и маслопроводы, радиаторы для тракторов и автомашин. Сплав АМц1 применяют в строительстве, транспорте, а также электротехнической промышленности для чувствительных элементов тахометров.

Самой значимой областью применения алюминиевых сплавов, легированных марганцем, является выпуск банок для напитков. Фирма Alcan производит сплавы, содержащие 0,3% марганца, которые используются при изготовлении банок для напитков, мягких трубок, бутылок, напорных баков, огнетушителей и упаковочной тары.

Известно, что алюминиевый сплав, содержащий до 9% марганца, обладает перспективными свойствами, полезными в космической промышленности, однако его производство пока очень дорого.

Использование марганца в медных сплавах

Марганец применяется в большом количестве медных сплавов. Небольшие добавки металла (0,1-0,3%) используются для деоксидизации сплавов, а также улучшения их литейных качеств и механической прочности. Многие сплавы содержат 1-2% марганца для улучшения прочности и повышения степени пригодности к горячей обработке. Иногда, с целью снижения себестоимости, марганцем заменяют никель в медно-никель-серебряных сплавах.

Сплав, содержащий 72% марганца, 18% меди и 10% никеля, имеет высокий коэффициент термического расширения, демпфирующую способность и используется в приборах температурного контроля автомобилей. Сплав, называемый «Manifor» и состоящий из 60% меди, 20% марганца и 20% никеля, применяется в часовой промышленности для производства миниатюрных частей. Он обладает высокой коррозионной стойкостью по отношению ко многим средам, однако недостаточной для изготовления часов высокого качества, где применяется дополнительная антикоррозионная защита деталей из этого сплава.

Марганец входит в состав таких реостатных сплавов, как сплав Терло, манганин, новоконстант и изабелин, из которых изготовляют прецизионные сопротивления, а также пусковые и регулирующие реостаты. Эти сплавы, содержащие 9,5-13% Mn, 80-85% Cu, обладают высоким удельным сопротивлением, а также низкими температурным коэффициентом сопротивления и термоЭДС.

В мировом производстве теплообменных труб используют четыре группы сплавов на основе меди, в том числе следующие, содержащие марганец:

а) медно-никелевые сплавы, например, МНЖМц 10-1-1 (10% Ni, 1% Fe, 1% Mn), МНЖМц 30-1-1 (30% Ni, 1% Fe, 1% Mn), МНЖМц 30-2-2 (30% Ni, 2% Fe, 2% Mn);

б) бронзы, например 1Т838 (16% Ni, 0,8% Fe, 0,5% Mn, 0,5% Cr).

Трубы из этих сплавов применяют при высоких скоростях циркуляции морской воды, загрязненной песком и шлаком.

Марганцовистая латунь (до 5% Mn) хорошо обрабатывается давлением как в горячем, так и в холодном состоянии, обладает повышенной теплопрочностью и стойкостью к хлоридам и морской воде. При добавке марганца значительно улучшаются свойства алюминиевых бронз. Например, в присутствии марганца в бронзе марки БрАМц 9-2 (1,5-2,5% Mn, 8-10% Al) значительно повышается пластичность, улучшаются холодная обрабатываемость давлением и вязкость. Алюминиевые бронзы с марганцем проявляют высокую морозостойкость и сопротивление износу от истирания.

Марганцевые бронзы, например БрМц 5 (5% Mn), характеризуются высокими механическими свойствами. Они отлично обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, допуская деформацию при холодной прокатке до 80%. Эти бронзы отличаются коррозионной стойкостью, повышенной жаропрочностью и поэтому применяются для изготовления деталей и изделий, работающих при повышенных температурах.

Из бронз, содержащих от 1 до 20% марганца и 65-85% меди, за рубежом изготовляют морские гребные винты.

Марганец (1-13%) заметно повышает пластичность нейзильберов (сплавов системы Cu-Ni-Zn) в горячем состоянии, одновременно увеличивая их сопротивление деформации.

Характерной особенностью сплавов системы Cu-Mn является узкий интервал кристаллизации, что определяет применение сплавов этой системы как основы для припоев. Для пайки простых изделий применяют припои состава Cu85Mn15 и Cu55Mn45. При пайке конструкций сложных конфигураций двухкомпонентные припои используют редко из-за их низкой жидкотекучести и смачиваемости. Широкое распространение получили медно-марганцевые припои сложных композиций.

Марганец (0,1-0,2%) используется в некоторых цинковых сплавах. Марганец иногда добавляется в золото, серебро, висмут для получения специальных сплавов, применяемых в электронике.

Марганец в химических источниках тока

Самой важной неметаллургической областью применения марганца в форме его диоксида является производство химических источников тока, на которое приходится 200-250 тыс. т марганца в год. В 1996 г. доля щелочных батареек на потребительском рынке батареек США достигла 80%, а в Японии - 60%. С середины 90-х годов спрос на электролитический диоксид марганца (ЭДМ) со стороны продуцентов щелочных и литий-ионных батарей, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, ежегодно возрастал примерно на 5%. При этом сократилось использование природного диоксида марганца (ПДМ) в производстве цинк-углеродных и цинк-марганцевых аккумуляторных батарей. Химический диоксид марганца (ХДМ), хотя и в меньших масштабах, также потребляется на рынке аккумуляторных батарей, в основном для батарей с более низкими характеристиками.

В перспективе ожидается, что мировой спрос на ПДМ будет снижаться. Стабильно будет расти спрос на ЭДМ, в основном, со стороны китайских и других азиатских производителей из-за расширения использования портативного коммуникационного и компьютерного оборудования. Суммарный спрос на марганец для производства аккумуляторных батарей, по-видимому, будет повышаться в среднем на 3% в год. В результате к 2005 г. годовое потребление марганцевых материалов в химических источниках тока, по содержанию металла, увеличится до 260-300 тыс. т. Доля ЭДМ в суммарном потреблении диоксидов марганца разных сортов будет продолжать расти примерно до 60% ввиду высокой стоимости ПДМ и ХДМ.

Объем потребления марганца в источниках тока может значительно увеличиться за счет расширения использования электромобилей.

Области применения марганцевых соединений

Перманганат калия (KMnO4) используют в качестве окисляющего, отбеливающего и дезинфицирующего средства. Ему находится применение в очистке питьевой воды, обработке сточных вод, деодоризации выбросов красильных и рыбозаготовительных фабрик.

При изготовлении стекла марганец применяют для уменьшения вредного действия железа, обычно присутствующего в используемых песках. Вследствие наличия железа образуется силикат, который придает стеклу зеленый оттенок. Этот оттенок можно удалить, добавляя к стеклу двуокись марганца, который дешевле других материалов с аналогичными свойствами (соединения никеля, кобальта или селена). Количество двуокиси марганца, вводимой в стекло, зависит от содержания железа; обычно оно колеблется от 900 г до 6,7 кг на 450 кг стекла. Марганцевая руда, используемая при производстве стекла, содержит 85-90% двуокиси марганца и менее 1% железа. Для получения стекла высокого качества иногда требуется руда с содержанием больше 90% двуокиси марганца и меньше 0,5% железа. В случае, если двуокись марганца добавляют с избытком, стекло приобретает желтовато-зеленый цвет. При еще большем избытке двуокиси марганца стекло приобретает черный цвет, что используется для получения темных и непрозрачных стекол. Такие стекла содержат около 3% двуокиси марганца.

Циклопентадиенилтрикарбонил марганца (ЦТМ) используется для изготовления экологически чистой антидетонационной присадки, добавляемой к моторному топливу (бензину). За рубежом присадки на основе ЦТМ производят более 20 лет, и объем их выпуска имеет тенденцию к расширению. Присадка представляет собой 20%-ный раствор ЦТМ, 7% модификатора и 20% выносителя в толуоле. Такая присадка улучшает горение бензина, повышает октановое число. Потребность России в присадке ЦТМ оценивается в 8 тыс. т/год и сохранится, по меньшей мере, в течение 10-15 лет. В настоящее время производство присадки в России отсутствует.

В керамической промышленности двуокись марганца применяют для производства коричневых, темно-красных и черных глазурей, а также для изготовления цветного кафеля и кирпича.

Окислы марганца, его соли и органические соединения нашли значительное применение в красильной и полиграфической промышленности, где их используют в качестве маслопоглотителей.

Двуокись марганца применяется также в производстве ванили. Она также используется в качестве окислителя при получении концентрата оксида урана из руды.

Фосфатированный марганец применяется в производстве поверхностных пленок для защиты стальной оболочки контейнеров с нефтью или воском. Фосфат марганца улучшает сопротивление износу, предотвращает сваривание металлов под воздействием тяжести, увеличивает эффективность смазывания масел, гарантирует функционирование движущихся деталей.

Феррит марганца (MnFeO4) используется в электронике при производстве телевизионных монтажных плат.

Соединения марганца применяются в процессе изготовления электролитического цинка: двуокись марганца окисляет железо при очистке растворов выщелачивания, сульфат марганца добавляется в электролит для уменьшения коррозии свинцового анода.

Марганцевые соли органических кислот используются в дублении кожи и для закрепления в крашении.

Состояние сырьевой базы марганца в России

Несмотря на то, что марганец отнесен к группе полезных ископаемых, имеющих важное стратегическое значение, определяющих экономическую безопасность государства, Россия вынуждена импортировать товарную марганцевую руду, ферросплавы, ЭДМ, ХДМ, перманганат калия и металлический марганец. Импорт марганцевой руды и концентратов, в основном за счет поставок из Казахстана, в 1999 и 2000 гг. составил 738,4 и 621,1 тыс. т соответственно. В 2000 г. ферромарганца и силикомарганца было импортировано 162,1 и 190,0 тыс. т соответственно. Главным поставщиком этих сплавов является Украина.

К началу 2001 г. разведанные запасы марганцевых руд России составили 305 млн. т, в том числе подтвержденные - 149,2 млн. т. В структуре подтвержденных запасов преобладают (90,2%) бедные карбонатные руды со средним содержанием марганца 19,8%. Подтвержденные запасы оксидных руд, содержащих 23,5-26,0% металла, составляют около 6%. Крупными месторождениями являются Усинское (98,5 млн. т) в Кемеровской области, Порожинское месторождение (78 млн. т оксидных и 75 млн. т карбонатных) в Красноярском крае и Полуночная группа (41,5 млн. т) в Свердловской области.

Вследствие импортозависимости российской промышленности в сфере поставок марганца первоочередной задачей является организация добычи и обогащения руд отечественных месторождений, что требует больших финансовых вложений. В этой ситуации рационально осваивать месторождения очередями, учитывая их приоритетность. Специалистами Уралгипроруды и Уральского института металлов было проведено ранжирование месторождений с использованием критериев, учитывающих приближенность к мировым ценам, сроков отработки месторождений, удельных капитальных вложений, объемов производства по чистому марганцу, годовой производительности. По такой интегральной оценке месторождения по приоритетности расположились в следующей последовательности: 1 - Порожинское; 2 - Усинское; 3 - Парнокское (республика Коми); 4 - Полуночное; 5 - Николаевское (Иркутская область); 6 - Аккермановское (Оренбургская область).

Для полномасштабного решения задачи обеспечения страны собственным марганцем целесообразно осваивать месторождения с большими запасами, учитывая развитость инфраструктуры в соответствующих регионах и местах расположения месторождений, наличие предприятий-переработчиков и потребителей марганцевых продуктов, их удаленность от месторождений. В этой связи наиболее перспективными являются Усинское и Порожинское месторождения в Сибири, Полуночная группа месторождений и Парнокское месторождение на Урале.

Журнал

   
Ваше имя:  
Пароль:     
  запомнить меня
  Регистрация  Забыли пароль?

Бизнес-навигатор

   Меткомплекс
   Наука и образование
   Органы власти
   Отраслевые союзы
   Смежные отрасли


Атомстрой комплекс
ЛитМаш
ЗаводЭкоТехнологий
 
Отраслевая наука 


 
        ООО «УралИнфо»
   Телефон/факс: (343) 350 71 71
   г.Екатеринбург, ул.Мамина-Сибиряка, 58, офис 601        
            urm@urm.ru
пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
«РЎСѓРјРјР° технологий» «Сумма технологий»
продвижение сайта