Características del manganeso

El manganeso es un metal duro y quebradizo de color blanco grisáceo con el símbolo químico Mn. No se encuentra en la naturaleza como elemento libre, sino que se combina con otros elementos para formar óxidos, hidróxidos, silicatos y minerales de carbonato. Hay más de 460 minerales conocidos que contienen manganeso. El contenido promedio de manganeso de la corteza terrestre es de aproximadamente 950 mg / kg (0.095 por ciento). Los minerales minerales más comunes son los óxidos de manganeso, incluida la pirolusita (MnO₂), que a menudo se presenta como costras negras de color gris acerado y agregados fibrosos radiantes en rocas sedimentarias e hidrotermalmente alteradas, así como acumulaciones secundarias. Cuando se extrae como metal puro, el manganeso tiene propiedades similares al hierro, aunque no es magnético. Algunos de los minerales importantes enriquecidos con manganeso reportados en Virginia se enumeran en la Tabla 1.

Nombre del mineral	Fórmula química	Gravedad específica	Mn%
Pirolusita	MnO2	5.0 gm / cc	63 . 19
Criptomelana	KMn8O16	4.17-4.33 gm/cc	59 . 83
Psilomelano	Ba(Mn2+)(Mn4+)8O16(OH)4 o (Ba,H2O)Mn5O10	4.4-4.7 gm/cc	46 . 56
Manganita	MnOOH	4.3-4.4 gm/cc	62 . 47
Rodocrosita	MnCO3	3.3-3.6 gm/cc	47 . 79
Rhodonita	CaMn4Si5O15	3.57-3.76 gm/cc	38 . 29
Spessartina	Mn3Al2(SiO4 )3	4.12-4.32 gm/cc	33 . 29

Tabla 1: Minerales que contienen el elemento Manganeso

Usos del manganeso

El manganeso se considera un "mineral crítico" en aplicaciones metalúrgicas domésticas que sirven a las tecnologías aeroespaciales, de defensa, energéticas y de transporte (Fortier y otros, 2018). El manganeso es un ingrediente crucial en la producción de acero en virtud de sus propiedades fijadoras de azufre, desoxidantes y de aleación. La fabricación de acero representa el 85 del 90 por ciento de la demanda interna total de manganeso (Servicio Geológico de los Estados Unidos, 2020). Las ferroaleaciones de manganeso, que consisten en varios grados de ferromanganeso y silicomanganeso, se utilizan como ingrediente clave para la fabricación de acero. Los principales productos de uso final se utilizan en la construcción, la maquinaria y el transporte. El manganeso también es importante en la producción de aleaciones de aluminio y hierro fundido. El dióxido de manganeso es estratégicamente importante para la producción de baterías de celda seca. Los usos no metalúrgicos del manganeso incluyen: fertilizantes para plantas, alimentos para animales y colorantes para ladrillos. En 2019, el valor del consumo interno, estimado a partir de los datos de comercio exterior sobre la base del contenido de manganeso, fue de unos1dólares.2 mil millones (USGS, 2020).

Geología del manganeso

Los minerales de manganeso son relativamente comunes en la corteza terrestre. La mayor abundancia de manganeso se encuentra en forma de nódulos y costras de ferromanganeso a lo largo del fondo del océano. Los procesos químicos marinos y los microorganismos capturan el manganeso disuelto en el agua de mar, que se precipita en el fondo del océano. Aunque los depósitos del fondo marino constituyen un enorme recurso potencial, la viabilidad económica de la exploración y la recuperación no es viable en la actualidad.

Las concentraciones más altas de manganeso que se pueden obtener se pueden encontrar en rocas sedimentarias marinas muy antiguas (algunas tienen 2.5 mil millones de años) que ahora están expuestas en tierra. Inicialmente, el manganeso se concentra en ambientes marinos. En los márgenes continentales, el manganeso puede precipitar con hierro, formando capas de sedimentos ricos en hierro y manganeso a medida que la oxidación y la acidez del agua fluctúan, formando formaciones de hierro en bandas. Una vez que dichas rocas sedimentarias han sido levantadas o transportadas a un ambiente terrestre, la meteorización química puede resultar en un enriquecimiento supergénico y la formación de depósitos de manganeso residuales y de reemplazo.

Sistema Mineral	Tipo de depósito	Provincias Geológicas
Meteorización química	Mn residual con arcillas, reemplazo, y enriquecimiento supergénico	Valle y Cordillera, Piamonte
Quimioclina marina	Sedimentos químicos de Mn-Fe	Valle y Cordillera, Piamonte
Salmuera de la cuenca	Vetas de silicato de manganeso (modificadas por procesos estructurales y metamórficos)	Blue Ridge
Fondo marino volcanogénico	Mn Nódulos de óxido, costras	Marino en alta mar

Tabla 2: Prospectivos sistemas minerales de manganeso, tipos de depósitos (Hofstra y Kreiner, 2020) y provincias geológicas en Virginia

En Virginia, los minerales primarios de manganeso (pirolusita, criptomelano, psilomelano, manganita) se encuentran en depósitos residuales y de reemplazo, y enriquecimientos supergénicos asociados con sistemas minerales de meteorización química (Tabla 2). En la provincia geológica de Valley and Ridge, se formaron depósitos de manganeso en rocas sedimentarias y carbonatadas del Paleozoico en dos cinturones mineralizados principales descritos como el 'West Foot of the Blue Ridge Manganese District' (cinturón oriental) y el 'Western Valley and Ridge District' (cinturón occidental) (Pegau, 1958). El cinturón oriental se extiende aproximadamente 100 millas desde Front Royal en el condado de Warren en el norte hasta justo al suroeste de Waynesboro en el condado de Augusta. Aquí, los depósitos de manganeso residuales y de reemplazo que consisten en nódulos de psilomelano, manganita, pirolusita y wad (mezclas de óxido de manganeso) se formaron en zonas arcillosas erosionadas en el contacto inferior de la Dolomita Sombreada de la edad Cámbrica con la Formación Erwin subyacente (Stose y otros, 1919). En el cinturón occidental, los depósitos de manganeso ampliamente dispersos se encuentran dispersos desde el condado de Frederick en el norte hasta el condado de Scott en el suroeste. En los condados de Shenandoah y Frederick, los depósitos de manganeso en el área de Mineral Ridge ocurren como cuerpos de reemplazo ligados a estratos en areniscas de la Formación Oriskany del Devónico inferior y calizas de la Formación Helderberg. En los condados de Tazewell, Bland y Giles (Maxwell-Narrows, Flat Top Mountain y Round Top Mountain), el manganeso se formó como reemplazos ligados a estratos dentro de las dolostones del Grupo Knox del Cámbrico-Ordovícico (Stose y Miser, 1922). Los minerales incluyen psilomelano, wad, pirolusita y manganita en arcillas residuales o en nódulos de chert cementados con manganeso.

Los depósitos residuales y de reemplazo de manganeso también ocurren en asociación con rocas metasedimentarias neoproterozoicas en la provincia geológica occidental de Piamonte, conocida como el 'Distrito de Manganeso del río James-río Roanoke' (Espenshade, 1954). En este caso, la fuente de manganeso para los depósitos alojados en brechas y vetas en las rocas de cuarcita puede haber sido una formación de mármol, donde los sedimentos calcáreos enriquecidos con manganeso se depositaron originalmente como parte de un sistema mineral de quimioclina marina (Tabla 2).

Pequeños depósitos de óxidos de manganeso en rocas de la era Proterozoica en la provincia geológica de Blue Ridge han sido descritos como enriquecimientos supergénicos asociados con vetas masivas de cuarzo granate-espesartina estructuralmente controladas (Jonas, 1942). La orientación noreste de estos depósitos de vetas y la proximidad a los depósitos masivos de sulfuro en el distrito minero de Gossan Lead sugieren un entorno geológico similar, donde los depósitos exhalativos sedimentarios marinos formados en un antiguo sistema mineral de salmuera de cuenca (Tabla 2) han sido intensamente modificados por deformación estructural y recristalización metamórfica.

El manganeso en la industria

Los minerales de manganeso de grado metalúrgico consumidos en la fabricación de acero generalmente contienen >44 por ciento de manganeso en peso. Aunque los depósitos de este grado son conocidos en los EE.UU., la mayoría de los recursos son pequeños en extensión y actualmente no son económicamente viables de explotar. En la actualidad, Estados Unidos produce pequeñas cantidades de minerales de manganeso de menor calidad, principalmente para aplicaciones no metalúrgicas, pero esencialmente depende en un 100 por ciento de las importaciones de manganeso. Las principales fuentes de manganeso importado provienen de depósitos extraídos en Sudáfrica, Australia, China y México.

Existe una extensa historia de minería de manganeso en Virginia, sin embargo, el potencial para nuevos descubrimientos de recursos económicos de este producto mineral crítico se considera relativamente bajo. Históricamente, el manganeso se ha extraído en numerosos lugares, y la minería económicamente más significativa se produce en la provincia de Valley and Ridge. El manganeso se extrajo por primera vez en 1834, aunque la producción comercial no comenzó hasta aproximadamente 1867 (Gooch, 1955). Los registros anuales de producción indican que entre 1867 y 1950 más de 378. Se produjeron3 mil toneladas de mineral con una ley de >35 por ciento de Mn, junto con unas 163.7 mil toneladas de mineral manganífero de menor calidad con una clasificación 10-35 por ciento Mn.

Aunque la mayor parte de la minería de manganeso terminó a finales de la década 1940, varias minas históricas reabrieron en la década de 1950debido al comienzo del Programa de Almacenamiento del Gobierno Federal. La producción anual alcanzó alrededor de 23 mil toneladas y se originó predominantemente en el distrito oriental de Valley and Ridge (Gooch, 1955). Sin embargo, toda la minería de manganeso en Virginia cesó en 1959, con el fin del programa de almacenamiento y sus subsidios en 1958.

 

Condado de Frederick

La primera área en ser extraída de manganeso en Virginia fue el valle occidental y el distrito de crestas, en Mineral Ridge en el condado de Frederick. Las operaciones aquí comenzaron ya en 1834, cuando se identificó el mineral de manganeso. En el área de Mineral Ridge había varias minas y prospectos importantes, incluidos Paddy's Run, los prospectos Nelson y el prospecto Moses Orndorff.

Condado de Augusta

La mina productora más grande de Virginia, y a veces la mayor productora de la nación, fue la mina Crimora, ubicada en el condado de Augusta, que operó casi continuamente de 1867 a 1958. Durante el período de siete años de 1885 a 1891, esta mina produjo más de 123 mil toneladas de mineral de manganeso de alta ley (Pegau, 1958; Watson, 1907; Stose y otros, 1919). Los minerales incluyen nódulos redondeados de psilomelano (óxidos de Mn mezclados), manganita (Mn³⁺O(OH)), pirolusita (MnO₂), wad y limonita. El mineral extraído en este depósito contenía aproximadamente un 46 por ciento de manganeso, un 2 por ciento de hierro y un 8 por ciento de sílice en promedio (Watson, 1907).

Condados de Tazewell, Bland y Giles

Otro lugar importante para la minería de manganeso en el oeste del valle y el distrito de Ridge es el área de Maxwell-Narrows, que se extiende desde Tazewell a través de Bland y en los condados de Giles (Stose y Miser, 1922). Los minerales en toda esta área incluyen psilomelano, wad, pirolusita y manganita en arcillas residuales o en nódulos de chert cementados con manganeso. Las minas de este distrito produjeron acumulativamente más de 30 mil toneladas de mineral de alta ley para 1942, con más en reserva (Ladd y Stead, 1944).

Varias minas y prospectos de manganeso operaron históricamente en el condado de Bland. Con una producción de más de 30 mil toneladas de manganeso de alta calidad a partir de los minerales psilomelano y pirolusita, las minas de estos distritos funcionaron durante la Primera Guerra Mundial hasta 1942 (Ladd y Stead, 1944). El psilomelano se origina a partir de fracturas, juntas y planos de lecho dentro de la arenisca devónica en el distrito de Flat Top Mountain (este del condado de Bland), y de la arcilla residual sobre la piedra caliza silúrica en el distrito de Round Mountain (oeste del condado de Bland) (Ladd y Stead, 1944).

La mayor parte del mineral de manganeso extraído en esta área se originó en las minas Stange y Arms del distrito de Flat Top Mountain en el condado de Bland (Ladd y Stead, 1944). Estas minas se trabajaron por primera vez en 1917 de varios pozos. El mineral se procesaba en plantas de lavado y jigging cercanas. Según Ladd and Stead (1944), se enviaron cinco vagones de mineral en el primer año de producción, seguidos de más de 16 mil toneladas de concentrado de manganeso del 35 por ciento entre 1918 y 1940. Aunque se consideraba que el sitio estaba en gran parte minado a principios de la década 1940, la Oficina de Minas de los Estados Unidos evaluó el sitio para determinar cuánto mineral recuperable quedaba en 1941. Las zanjas exploratorias y los pozos de perforación (de hasta 153 pies de profundidad) revelaron algo de mineral potencial en la arenisca, pero solo trazas dentro de la arcilla residual. Varias otras minas exitosas en el distrito de Flat Top Mountain operaron durante la primera mitad del siglo 20, pero recuperaron cantidades moderadas o mineral de menor calidad (Ladd y Stead, 1944).

En el distrito de Round Mountain, en el condado de Bland, varias minas operaron durante la primera mitad del siglo 20, incluida la mina Round Mountain, que produjo la mayor cantidad de manganeso en este distrito. Casi 2de 2014, se recuperaron400 toneladas de mineral de la serie de aberturas en este sitio con leyes de hasta 47 por ciento de Mn entre los años 1941 y 1942. El manganeso de la mina Round Mountain fue descubierto en ricas bolsas de arcilla residual (Ladd y Stead, 1944). Al igual que el Distrito de Flat Top Mountain, el Distrito de Round Mountain también fue evaluado por la Oficina de Minas de EE. UU. para determinar cuánto mineral recuperable permanecía en 1942. Los pozos exploratorios, pozos, zanjas y pozos de perforación revelaron rastros de manganeso en el 60 por ciento de los núcleos de perforación y en el 50 por ciento de los pozos, con solo unas pocas zanjas que contenían mineral prometedor (Ladd y Stead, 1944).

Río James-Río Roanoke Distrito de Manganeso

El manganeso también se ha extraído con hierro en la provincia de Piamonte. Varios condados tienen depósitos viables relacionados con la meteorización cercana a la superficie (descomposición residual) de piedra caliza y esquisto (Furcron, 1935). Muchas minas en el valle del río James produjeron con éxito durante un auge minero de hierro y manganeso en 1880 (Furcron, 1935). El cinturón de hierro y mármol del río James (al noreste de Lynchburg) produjo acumulativamente miles de toneladas de mineral de manganeso durante la segunda mitad del siglo 19.