Les métaux

Qu'est-ce que le manganèse? Comment est-ce utilisé?



Adapté de l'USGS Fact Sheet 2014-3087, août 2014, par William F. Cannon.

Manganèse: Le manganèse a un numéro atomique de 25 et un symbole chimique du Mn.

Qu'est-ce que le manganèse?

Le manganèse est un élément métallique argenté avec un numéro atomique de 25 et un symbole chimique du Mn. Il ne se trouve pas comme élément de la nature. Il se trouve dans de nombreux minéraux tels que la manganite, la purpurite, la rhodonite, la rhodochrosite et la pyrolusite. On le trouve également dans de nombreux minéraloïdes tels que le psilomélane et la ouate.

Les aciéries utilisent du manganèse: L'utilisation la plus importante du manganèse est dans la fabrication de l'acier. Le manganèse donne la résistance et la dureté de l'acier. Sans manganèse, l'acier utilisé pour fabriquer des plaques de blindage, des mâchoires de broyeur et des outils d'impact ne serait pas aussi durable.

De quoi est fait l'acier?

Beaucoup de gens répondraient correctement que l'acier est en fer. Beaucoup moins savent qu'il est également fait de manganèse. Bien que la quantité de manganèse utilisée pour fabriquer une tonne d'acier soit petite, elle est tout aussi essentielle que le fer pour produire cet élément fondamental des sociétés modernes.

En termes simples, vous ne pouvez pas fabriquer d'acier sans manganèse. La consommation intérieure de manganèse est d'environ 500 000 tonnes métriques par an, principalement par l'industrie sidérurgique. Les États-Unis dépendent totalement des importations pour cette quantité de manganèse.

Le manganèse constitue environ 0,1 pour cent de la croûte terrestre, ce qui en fait le 12e élément le plus abondant. Son utilisation précoce a été principalement dans les pigments et les oxydants dans les processus chimiques. L'importance du manganèse pour les sociétés humaines a explosé avec le développement de la technologie sidérurgique moderne dans les années 1860. Le manganèse est essentiel et irremplaçable dans la sidérurgie, et son industrie minière mondiale n'est dominée que par quelques nations. Il est donc considéré comme l'un des produits minéraux les plus critiques pour les États-Unis.

Jusqu'à 90% de la consommation de manganèse, aux États-Unis et dans le monde, est imputable à l'industrie sidérurgique. Le manganèse élimine l'oxygène et le soufre lorsque le minerai de fer (un composé de fer et d'oxygène) est converti en fer. C'est également un alliage essentiel qui aide à convertir le fer en acier.

En tant qu'alliage, il diminue la fragilité de l'acier et confère de la résistance. La quantité de manganèse utilisée par tonne d'acier est plutôt faible, allant de 6 à 9 kilogrammes. Environ 30% de cette quantité est utilisée lors du raffinage du minerai de fer, et les 70% restants sont utilisés comme alliage dans le produit sidérurgique final.

Verre de couleur de manganèse: Les anciens Égyptiens et Romains utilisaient la pyrolusite, un minéral de dioxyde de manganèse, pour contrôler la couleur du verre. De petits ajouts ont décoloré le verre en éliminant la décoloration jaune verdâtre causée par les impuretés de fer, tandis que des ajouts plus importants ont coloré le verre en rose, violet ou noir. Le dioxyde de manganèse est encore utilisé aujourd'hui comme colorant. Photo de Scott Jackson, United States Geological Survey.

Autres utilisations du manganèse

Le manganèse est également utilisé comme alliage avec des métaux tels que l'aluminium et le cuivre. Les utilisations non métallurgiques importantes comprennent les cathodes de batterie, les ferrites mous utilisés en électronique, les micronutriments dans les engrais, les micronutriments dans l'alimentation animale, les produits chimiques de traitement de l'eau, le colorant pour les sous-revêtements automobiles, les briques, les frittes, le verre, les textiles et les carreaux. Le produit «violet de manganèse» est utilisé pour la coloration des plastiques, des revêtements en poudre, des glaçures d'artistes et des cosmétiques.

Le manganèse dans les pierres précieuses: Un certain nombre de pierres précieuses contiennent des quantités importantes de manganèse et tirent souvent leur couleur de l'élément. Dans le sens horaire à partir du haut à gauche: rhodochrosite (carbonate de manganèse), rhodonite (oxyde de manganèse), purpurite (phosphate de manganèse), spessartine (grenat aluminium manganèse).

Pigment de manganèse: Une vue plongeante dans un pot de pigment de pyrolusite. La pyrolusite en poudre peut être mélangée avec de l'huile ou une variété d'autres véhicules pour être utilisée comme pigment noir permanent.

Vernis du désert: Le "vernis du désert" noir est une fine couche d'oxyde de manganèse qui recouvre les faces exposées de certaines roches dans les zones arides. On pense que les microbes concentrant le manganèse facilitent sa formation. La photo ci-dessus montre des pétroglyphes produits lorsque les Amérindiens ont soigneusement gratté le vernis du désert pour produire leurs symboles artistiques. Cet affleurement est appelé "Newspaper Rock" et est situé dans le Newspaper Rock State Park près de Monticello, Utah.

D'où vient le manganèse?

Le manganèse élémentaire se combine facilement avec l'oxygène, le carbone et le silicium pour former une longue liste de minéraux de manganèse. Les minerais de manganèse contiennent généralement de 25 à 45 pour cent de manganèse, principalement en oxyde (ou hydroxyde) et en minéraux carbonatés.

Les minerais de manganèse sont répandus, mais la majeure partie de l'approvisionnement mondial provient d'un petit nombre de districts miniers de manganèse. La plupart des minerais de manganèse proviennent de vastes couches de roches sédimentaires riches en manganèse qui se sont formées dans les océans anciens dans des conditions spécialisées. Cela s'est produit lorsque des changements dans l'état d'oxydation de l'eau des océans ont provoqué pour la première fois de fortes concentrations de manganèse dissous et ont ensuite précipité divers minéraux de manganèse qui se sont concentrés sur le fond marin. Ces couches se trouvent maintenant dans le substratum rocheux des continents.

Minerai de manganèse nodulaire: Psilomélane nodulaire trouvé dans les argiles résiduelles formées par l'altération du calcaire et de la dolomite dans le sud de la Virginie-Occidentale. Ces minerais ont été extraits pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque les importations de minerais de manganèse de l'extérieur des États-Unis n'étaient pas possibles.

Minerais de manganèse

Certains minéraux et minéraux de manganèse sont considérés comme des «minerais primaires», car ils sont suffisamment riches en manganèse pour être de qualité minérale. D'autres sont des «minerais secondaires». Ils se produisent dans des zones où le contenu original en manganèse des sédiments a été naturellement enrichi par des processus géologiques plus jeunes.

Presque tous les minerais de manganèse sont valorisés à proximité des sites miniers pour améliorer la teneur en manganèse avant de poursuivre le traitement. La plupart sont également fondus pour former les alliages ferromanganèse et silicomanganèse. Ce sont ces alliages, plutôt que le minerai de manganèse lui-même, qui sont utilisés dans la plupart des applications métallurgiques.

Minerai de manganèse des fonds marins: Nodule de manganèse collecté en 1982 dans l'océan Pacifique. Les nodules de manganèse sont souvent riches en manganèse, en fer, en nickel, en cuivre et en cobalt. Le nodule mesure environ quatre pouces de diamètre. Image Creative Commons de Walter Kölle.

Nodules de manganèse

Une autre source potentielle de manganèse est les nodules et les croûtes de ferromanganèse qui se trouvent sur le fond marin dans de nombreuses parties des océans du monde. Ces nodules de la taille du haricot à la pomme de terre sont actuellement la cible d'exploration et de recherche, principalement concentrés sur l'océan Pacifique équatorial. Si la production de ces nodules s'avère techniquement, économiquement et juridiquement viable, ils pourraient devenir une source majeure de manganèse.

Certains chercheurs pensent que des parcelles du fond marin pourraient être récoltées, laissées en jachère, puis récoltées à nouveau des décennies dans le futur. Certaines parties du plancher océanique mondial pourraient produire un rendement durable de minerai de ferromanganèse.

Mine de manganèse: Photo de la mine de manganèse de Mamatwan dans le district du Kalahari en Afrique du Sud. Une épaisse couche de minerai de manganèse est extraite de cette mine à ciel ouvert. Les bancs de mines suivent la stratification sédimentaire du corps minéralisé. Photo de William Cannon, United States Geological Survey.

Offre et demande de manganèse

La plupart du minerai de manganèse du monde est produit par quelques pays, dont l'Afrique du Sud, l'Australie, la Chine et le Gabon. Quatre-vingt-dix pour cent des réserves prouvées de manganèse se trouvent également dans ces quatre pays, ainsi qu'au Brésil et en Ukraine.

Les États-Unis ne disposent pas de réserves de manganèse, comme c'est le cas pour de nombreux autres pays industrialisés, notamment en Europe. Tout le minerai de manganèse consommé aux États-Unis est importé de sources telles que le Gabon, l'Australie, l'Afrique du Sud et le Brésil.

Bien qu'il existe des producteurs de ferroalliages et de produits chimiques à base de manganèse aux États-Unis, le pays importe toujours de grandes quantités d'alliages de manganèse, de produits chimiques et de métal pour répondre à ses besoins de consommation.

Des quantités importantes d'importations de ferromanganèse proviennent d'Afrique du Sud, de Chine, d'Ukraine et de la République de Corée. Le silicomanganèse est importé d'Afrique du Sud, de Géorgie, de Norvège et d'Australie. Historiquement, la demande de manganèse suit de près la production d'acier et devrait le faire à l'avenir.

Minerai de manganèse: Minerai siliceux de manganèse formé sous forme de brèche dans la faille St. Clair du sud de la Virginie-Occidentale. Ces minerais ont été extraits pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque les importations de minerais de manganèse de l'extérieur des États-Unis n'étaient pas possibles. Les gisements connus de manganèse aux États-Unis sont petits et contiennent du minerai de mauvaise qualité. Ils ne sont pas économiques aux prix courants.

Assurer un approvisionnement national en manganèse

Bien que les réserves totales du monde soient suffisantes pour répondre à la demande prévisible, les États-Unis s'inquiètent depuis longtemps, en raison de leur dépendance totale à l'importation de minerai de manganèse, d'un approvisionnement continu en manganèse à la lumière d'éventuelles perturbations politiques ou militaires de la production. ou les chaînes d'approvisionnement.

Bien qu'il existe d'importantes ressources de roche enrichie en manganèse aux États-Unis, principalement dans le Maine et le Minnesota, leur teneur en manganèse est nettement inférieure aux minerais de manganèse facilement disponibles dans d'autres parties du monde, de sorte qu'elles ne sont actuellement pas rentables à exploiter.

À l'échelle mondiale, le minerai de manganèse ne manque pas. Les gisements de manganèse terrestre sont dominés par le grand district de manganèse du Kalahari en Afrique du Sud, qui représente environ 70 pour cent des ressources de manganèse connues dans le monde (réserves et matériel identifié qui n'ont pas encore été pleinement prouvés être économiques). En conséquence, l'Afrique du Sud devrait continuer à jouer un rôle dominant dans l'approvisionnement mondial en manganèse dans le futur.

Nodules de manganèse du fond marin: Photographie de nodules de fer et de manganèse sur le fond marin au nord de la fosse de Porto Rico. Les nodules ont un diamètre d'environ 2 à 4 centimètres. La profondeur de l'eau est de 5339 mètres. Image de la Commission géologique des États-Unis.

Extraction de manganèse sous-marin

Si l'exploitation minière des fonds marins devenait économique, les sources de minerai de manganèse pourraient se déplacer considérablement de la terre vers l'océan. Les ressources estimées en nodules de manganèse éclipsent les ressources terrestres et pourraient grandement diversifier les sources mondiales de manganèse. Une grande partie de la ressource se trouve dans les eaux internationales. Des ressources importantes en manganèse des fonds marins se trouvent également dans la zone économique exclusive des États-Unis et sont entièrement sous la juridiction des États-Unis.