Марганец

25 Хром ← Марганец → Темір Mn ↓ Tc Периодическая система элементов 25Mn
Жай заттың сыртқы бейнесі
Қатты, сынғыш металл күміс-ақ түсті
Атом қасиеті
Атауы, символ, нөмірі	Марганец, 25
Топ типі	Ауыр металдар
Топ, период, блок	7, 4, d
Атомдық масса (молярлық масса)	54.938043(2) м. а. б. (г/моль)
Электрондық конфигурация	[Ar] 3d5 4s2
Қабықшалар бойынша электрондар	2, 8, 13, 2
Атом радиусы	127 пм
Химиялық қасиеттері
Ковалентті радиус	Төмен айналу жылдамдығы: 139±5 Жоғары айналу жылдамдығы: 161±8 пм
Ион радиусы	(+7e) 46 (+2e) 80 пм
Электртерістілігі	1,55 (Полинг шкаласы)
Электродты потенциал	−1,180 В
Тотығу дәрежелері	−3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7
Иондалу энергиясы	1-ші: 717.3 кДж/моль (эВ) 2-ші: 1509.0 кДж/моль (эВ) 3-ші: 3248 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Термодинамикалық фаза	Қатты дене
Тығыздық (қ.ж.)	7,21 г/см³
Балқу температурасы	1 517 (1243 °C)
Қайнау температурасы	2 235 (1961 °C)
Балқу жылуы	13,4 кДж/моль
Булану жылуы	221 кДж/моль
Молярлық жылусыйымдылық	26,3 Дж/(K·моль)
Молярлық көлем	7,35 см³/моль
Қаныққан бу қысымы P (Па) 1 10 100 1000 10 000 100 000 T (К) 1228 1347 1493 1691 1955 2333
Жай заттың кристаллдық торы
Тор құрылымы	кубтық
Тор параметрлері	8,890 Å
Дебай температурасы	400 K
Басқа да қасиеттері
Магниттік құрылымы	парамагниттік
Жылуөткізгіштік	(300 K) 6,87 Вт/(м·К)
Юнг модульі	198 ГПа
Моос қаттылығы	6.0
Бринеллий қаттылығы	196 МПа

Марганец Mn

Марганец (лат. Manganum; Mn) — элементтердің периодты жүйесінің VII-тобындағы химиялық элемент, асыл металдардың бірі. Реттік нөмірі 25, атом массасы 54, 938.

Шығу тарихы

Марганецтің негізгі минералдарының бірі – пиролизит – ерте заманда қара магнезия ретінде белгілі болған және оны нақтылау үшін шыны балқытуда пайдаланылған. Бұл магнитті темір рудасының бір түрі болып саналды және оны магнитпен тартпайтындығы туралы Плиний Аға магнит «немқұрайлы» қара магнезияның әйел жынысымен түсіндірді. 1774 жылы швед химигі К.Шееле кеннің құрамында белгісіз металл бар екенін көрсетті. Ол өзінің досы химик Ю. Ганға кен үлгілерін жіберді, ол пиролюзитті пеште көмірмен қыздыру арқылы металдық марганец алды. 19 ғасырдың басында оған «манган» атауы қабылданды (неміс тілінен. Manganerz – марганец кені).

Табиғатта кездесуі

Марганец жер бетіндегі ең көп таралған 14-ші элемент, ал темірден кейін жер қыртысындағы екінші ауыр металл (жер қыртысындағы атомдардың жалпы санының 0,03%). Марганецтің массалық үлесі қышқылдан (600 г/т) негізгі жыныстарға (2,2 кг/т) дейін артады. Ол көптеген кендерде темірмен бірге жүреді, бірақ марганецтің тәуелсіз кен орындары да бар. Чиатура кен орнында (Кутаиси облысы) 40%-ға дейін марганец рудалары бар. Тау жыныстарында шашыраған марганец сумен шайылып, Дүниежүзілік мұхитқа тасымалданады. Бұл ретте оның теңіз суындағы мөлшері шамалы (10^-7-10^-6%), ал мұхиттың терең жерлерінде оның концентрациясы суда ерімейтін оттегінің пайда болуымен суда еріген оттегінің тотығуынан 0,3%-ға дейін артады, гидратталған күйде (MnO₂•H₂O) және мұхиттың төменгі қабаттарына сіңіп, түбінде ферромарганец деп аталатын түйіндерді түзетін марганец оксиді, онда марганец мөлшері 45% жетуі мүмкін (олардың құрамында мыс қоспалары да бар). Мұндай түйіндер болашақта өнеркәсіп үшін марганецтің көзіне айналуы мүмкін.

Периодтық жүйедегі орны және атом құрылысы

Марганец атомының ядросында 25 протон болады. Электрлік бейтарап атомның электрон саны да 25-ке тең.

Марганецтің негізгі күйдегі электрондық конфигурациясы:

$\mathrm {[Ar]\,3d^{5}\,4s^{2}}$

Электрондардың қабаттар бойынша таралуы:

2, 8, 13, 2.

3d-деңгейшесінің жартылай толуы марганецтің электрондық құрылысының маңызды ерекшелігі болып саналады.

Марганец атомының сыртқы және ішкі d-электрондары химиялық байланыс түзуге қатысып, әртүрлі тотығу дәрежелеріндегі қосылыстардың пайда болуына мүмкіндік береді.

Марганецтің негізгі атомдық сипаттамалары

Көрсеткіш	Мәні
Атомдық нөмірі	25
Салыстырмалы атомдық массасы	54,938
Период	4
Топ	7
Блок	d
Электрондық конфигурациясы	[Ar] 3d⁵ 4s²
Электртерістілігі, Полинг шкаласы	1,55
Бірінші иондану энергиясы	717,3 кДж/моль
Табиғи тұрақты изотопы	⁵⁵Mn
CAS тіркеу нөмірі	7439-96-5

Изотоптары

Табиғи марганецтің құрамында бір ғана тұрақты изотоп — ⁵⁵Mn болады. Оның ядросында 25 протон және 30 нейтрон бар.

Осыған байланысты марганец моноизотопты элемент болып есептеледі.

Марганецтің жасанды жолмен алынатын радиоактивті изотоптары да белгілі. Олар ядролық физикада, радиохимияда, медициналық зерттеулерде және геохронологияда қолданылады.

Марганецтің кейбір изотоптары

Изотоп	Жартылай ыдырау кезеңі	Ерекшелігі
⁵²Mn	Шамамен 5,59 тәулік	Радиоактивті, зерттеу мақсатында қолданылады
⁵³Mn	Шамамен 3,7 млн жыл	Ұзақ өмір сүретін радионуклид, геохимиялық және ғарыштық зерттеулер үшін маңызды
⁵⁴Mn	Шамамен 312 тәулік	Гамма-сәуле шығаратын радионуклид
⁵⁵Mn	Тұрақты	Табиғи марганецтің негізгі және жалғыз тұрақты изотопы

⁵³Mn изотопы ғарыштық сәулелердің әсерінен түзілетін радионуклидтер қатарына жатады. Оның изотоптық жүйесі кейбір метеориттер мен Күн жүйесінің алғашқы қатты заттарын зерттеуде пайдаланылады.

Физикалық қасиеттері

Марганец қалыпты жағдайда күміс-сұр түсті, металдық жылтыры бар қатты зат.

Ол темірге сырттай ұқсас болғанымен, таза күйінде анағұрлым морт. Сондықтан таза марганец құрылымдық материал ретінде сирек қолданылады.

Марганецтің физикалық қасиеттері

Қасиет	Мәні
Агрегаттық күйі	Қатты
Түсі	Күміс-сұр
Тығыздығы (20 °C шамасында)	7,3 г/см³
Балқу температурасы	1246 °C
Қайнау температурасы	2061 °C
Меншікті жылу сыйымдылығы	Шамамен 479 Дж/(кг·К)
Металдық қасиеті	Қатты және морт
Магниттік қасиеті	Кристалдық түрі мен температурасына тәуелді

Марганец бірнеше кристалдық аллотропиялық түрге ие. Олардың ішінде α-, β-, γ- және δ-марганец ажыратылады.

Температура артқан сайын кристалдық құрылымы өзгереді. Бұл ауысулар металлдың механикалық, электрлік және магниттік қасиеттеріне әсер етеді.

Қалыпты жағдайда тұрақты α-марганецтің кристалдық құрылымы күрделі. Оның ерекше тор құрылысы марганецтің морттығы мен кейбір электрондық қасиеттерін түсіндіруге көмектеседі.

Магниттік қасиеттері

Марганецтің магниттік қасиеттері оның фазалық күйіне, температурасына, химиялық құрамына және кристалдық құрылымына тәуелді.

Таза α-марганец төмен температураларда антиферромагниттік реттелу көрсетеді.

Марганец бірқатар магниттік қорытпалардың құрамына кіреді. Мысалы, марганец, алюминий және кейбір басқа металдар негізіндегі қорытпалар ерекше магниттік сипаттамаларға ие болуы мүмкін.

Химиялық қасиеттері

Марганец химиялық белсенділігі бойынша көптеген асыл металдардан жоғары тұрады. Ол ауада біртіндеп тотығады, ал қыздырғанда оттегімен белсендірек әрекеттеседі.

Марганецтің химиясы тотығу дәрежелерінің көптүрлілігімен ерекшеленеді.

Тотығу дәрежелері

Марганец қосылыстарында −III-тен +VII-ге дейінгі тотығу дәрежелері белгілі. Алайда олардың тұрақтылығы бірдей емес.

Қарапайым бейорганикалық химияда +II, +III, +IV, +VI және +VII дәрежелері аса маңызды.

Марганецтің негізгі тотығу дәрежелері

Дәреже	Мысал	Ерекшелігі
0	Mn	Металл күйі
+II	MnO, MnCl₂, MnSO₄	Көптеген сулы ерітінділерде салыстырмалы тұрақты
+III	Mn₂O₃, MnF₃	Кейбір жағдайларда диспропорциялануға бейім
+IV	MnO₂	Тотығу-тотықсыздану реакцияларында маңызды
+VI	K₂MnO₄	Манганаттарда кездеседі
+VII	KMnO₄, Mn₂O₇	Күшті тотықтырғыш қасиет көрсетеді

Тотығу дәрежесі артқан сайын марганец қосылыстарының түсі, ерігіштігі және химиялық белсенділігі айтарлықтай өзгеруі мүмкін.

Оттегімен әрекеттесуі

Марганец қыздырғанда оттегімен әрекеттесіп, әртүрлі оксидтер түзеді.

Мысалы:

$\mathrm {3Mn+2O_{2}\rightarrow Mn_{3}O_{4}}$

Түзілетін өнім температураға, оттегінің парциалдық қысымына және реакция жағдайына байланысты өзгереді.

Қышқылдармен әрекеттесуі

Марганец сұйылтылған тотықтырмайтын қышқылдармен әрекеттесіп, екі валентті марганец тұздарын және сутекті түзе алады.

$\mathrm {Mn+2HCl\rightarrow MnCl_{2}+H_{2}\uparrow }$

$\mathrm {Mn+H_{2}SO_{4}\rightarrow MnSO_{4}+H_{2}\uparrow }$

Екінші реакция сұйылтылған күкірт қышқылы үшін тән. Концентрлі тотықтырғыш қышқылдармен әрекеттесу жолдары өзгеше болуы мүмкін.

Марганецтің тотығу-тотықсыздану химиясы

Марганецтің жоғары тотығу дәрежелеріндегі қосылыстары электрон қабылдап, төменгі тотығу дәрежелеріне ауыса алады.

Мысалы, қышқыл ортада перманганат ионының тотықсыздануы:

$\mathrm {MnO_{4}^{-}+8H^{+}+5e^{-}\rightarrow Mn^{2+}+4H_{2}O}$

Бейтарап немесе әлсіз сілтілік ортада перманганаттың тотықсыздануы көбіне MnO₂ тұнбасын береді:

$\mathrm {MnO_{4}^{-}+2H_{2}O+3e^{-}\rightarrow MnO_{2}+4OH^{-}}$

Осы реакциялардың өнімдері ортаның қышқылдығына тәуелді болады.

Марганецтің маңызды қосылыстары

Марганец(II) оксиді

Марганец(II) оксиді — MnO.

Ол марганецтің +II тотығу дәрежесіндегі негізгі оксидтерінің бірі.

MnO керамика, шыны, ферриттер және марганец негізіндегі кейбір материалдарды өндіруде қолданылады.

Марганец(III) оксиді

Марганец(III) оксиді — Mn₂O₃.

Ол марганецтің +III тотығу дәрежесіндегі оксиді. Кейбір катализаторлар мен электрохимиялық материалдар құрамында кездеседі.

Марганец(IV) оксиді

Марганец(IV) оксиді — MnO₂, табиғатта негізінен пиролюзит минералы түрінде кездеседі.

Ол марганецтің өнеркәсіптік және технологиялық тұрғыдан аса маңызды қосылыстарының бірі.

MnO₂:

• құрғақ гальваникалық элементтердің катодтық материалдарының құрамына кіреді;
• кейбір реакцияларда катализатор қызметін атқарады;
• шыны және керамика өндірісінде қолданылады;
• бірқатар өндірістік процестерде тотықтырғыш қасиет көрсетеді.

Лабораториялық жағдайда MnO₂ сутек асқын тотығының айырылуын жылдамдатады:

$\mathrm {2H_{2}O_{2}\xrightarrow {MnO_{2}} 2H_{2}O+O_{2}\uparrow }$

Бұл реакцияда MnO₂ катализатор ретінде қызмет етеді.

Калий перманганаты

Калий перманганаты — KMnO₄, қою күлгін түсті кристалдық зат.

Ол күшті тотықтырғыш және аналитикалық химиядағы маңызды реагент.

Калий перманганатының қолданылуы:

• тотығу-тотықсыздану титрлеуі;
• кейбір су тазарту технологиялары;
• химиялық синтез;
• зертханалық талдау.

Калий перманганатын органикалық заттармен және тотықсыздандырғыштармен араластырғанда қауіпті реакциялар жүруі мүмкін.

Калий манганаты

Калий манганаты — K₂MnO₄.

Бұл марганецтің +VI тотығу дәрежесіндегі қосылысы. Манганат ионы MnO₄²⁻ жасыл түсті болады.

Ол сілтілік ортада салыстырмалы тұрақты, ал кейбір басқа жағдайларда диспропорциялануы мүмкін.

Марганец(II) сульфаты

Марганец(II) сульфаты — MnSO₄.

Бұл қосылыс:

• минералдық тыңайтқыштар өндіруде;
• мал азығына арналған микроэлементтік қоспаларда;
• марганецтің кейбір электролиттік өндірістік процестерінде;
• аккумулятор материалдары үшін жоғары тазалықтағы шикізат алуда қолданылады.

Марганец карбонилдері

Марганец органометалдық химияда да маңызды орын алады.

Мысалы, димарганец декакарбонилі Mn₂(CO)₁₀ — марганец пен көміртек монооксидінің белгілі органометалдық қосылысы.

Ол координациялық химияда, химиялық синтезде және металдардың электрондық құрылысын зерттеуде қолданылады.

Табиғатта таралуы

Марганец — жер қыртысында кең таралған химиялық элементтердің бірі. Оның жер қыртысындағы орташа массалық үлесі дереккөз бен есептеу әдісіне қарай шамамен 0,08–0,10% деңгейінде бағаланады.

Марганец жер қыртысында негізінен химиялық қосылыстар құрамында кездеседі.

Табиғи марганец минералдарының саны бірнеше жүзге жетеді.

Негізгі минералдары

Марганецтің маңызды минералдары

Минерал	Формуласы	Ерекшелігі
Пиролюзит	MnO₂	Қара түсті, марганецтің маңызды оксидтік кені
Родохрозит	MnCO₃	Қызғылт немесе қызыл түсті карбонат
Родонит	MnSiO₃	Қызғылт түсті силикат; табиғи құрамында басқа элементтер болуы мүмкін
Гаусманнит	Mn₃O₄	Аралас валентті марганец оксиді
Манганит	MnO(OH)	Марганец оксигидроксиді
Браунит	Mn²⁺Mn³⁺₆SiO₁₂	Марганецке бай силикатты-оксидтік минерал
Якобсит	MnFe₂O₄	Шпинель тобына жататын минерал

Марганец минералдары кенді қабаттарда, шөгінді жыныстарда, гидротермалдық түзілімдерде, метаморфтанған тау жыныстарында және мұхит түбіндегі минералдық конкрецияларда кездеседі.

Марганец кендерінің түзілуі

Марганец кен орындары бірнеше геологиялық процестің нәтижесінде қалыптасады:

1. Шөгінді кен түзілуі — марганецтің су бассейндерінде химиялық немесе биогеохимиялық жолмен шөгуі.
2. Гидротермалдық кен түзілуі — ыстық минералданған ерітінділердің әсерінен марганец минералдарының жиналуы.
3. Үгілу және тотығу процестері — бастапқы минералдардың жер бетіне жақын жағдайда өзгеріп, екінші реттік марганец оксидтерін түзуі.
4. Метаморфизм — температура мен қысым әсерінен бұрын түзілген марганец кендерінің минералдық құрамының өзгеруі.

Марганецтің суда еруі және тұнуы негізінен ортаның қышқылдығына, тотығу-тотықсыздану жағдайына, оттегінің мөлшеріне және микроорганизмдердің белсенділігіне байланысты.

Мұхит түбіндегі марганец конкрециялары

Марганец мұхит түбінде полиметалдық конкрециялар түзеді.

Олардың құрамында марганецпен бірге темір, никель, мыс, кобальт және басқа элементтер кездеседі.

Конкрециялар көбінесе бірнеше километр тереңдікте орналасады. Олардың қалыптасуы өте баяу жүреді және миллиондаған жылдарға созылуы мүмкін.

Мұндай шикізатты өндіру технологиялық, экономикалық және экологиялық мәселелермен байланысты.

Әсіресе терең теңіз организмдерінің мекендеу ортасына, түптік шөгінділерге және теңіз экожүйелеріне ықтимал әсері халықаралық ғылыми талқылаулардың нысаны болып отыр.

Әлемдік кен орындары

Марганецтің ірі кенді аудандары Африкада, Австралияда, Азияда, Еуропада және Оңтүстік Америкада орналасқан.

Ең белгілі кенді провинциялардың қатарында:

• Оңтүстік Африкадағы Калахари марганец кенді алабы;
• Габондағы Моанда кенді ауданы;
• Австралиядағы Грут-Айленд кен орны;
• Украинадағы Никополь марганец алабы;
• Грузиядағы Чиатура кенді ауданы;
• Қазақстандағы Атасу, Жезді және Үшқатын кенді аудандары бар.

Оңтүстік Африкадағы Калахари кенді алабы құрлықтағы ең ірі марганец кендерінің бірі саналады. Оның кендері палеопротерозой дәуіріндегі шөгінді және кейінгі геологиялық өзгерістермен байланысты.

Әлемдік марганец өндірісі

АҚШ Геологиялық қызметінің (USGS) 2026 жылғы Mineral Commodity Summaries басылымы бойынша, 2025 жылы әлемде өндірілген марганецтің жалпы мөлшері, кен құрамындағы марганецке шаққанда, шамамен 20 миллион тонна болды.

Бұл көрсеткіш кеннің немесе концентраттың толық салмағын емес, ондағы Mn элементінің мөлшерін білдіреді.

2025 жылғы марганец өндірісі (USGS бағалауы)

Ел	Марганец мөлшері, мың тонна
Оңтүстік Африка Республикасы	7 600
Габон	5 000
Гана	2 000
Австралия	1 600
Бразилия	800
Үндістан	790
Қытай	700
Кот-д’Ивуар	350
Басқа елдер	1 300
Әлем бойынша (дөңгелектелген)	20 000

Ескерту: елдер бойынша көрсеткіштер бағалау мен дөңгелектеуге негізделген. Қазақстан USGS-тің осы жиынтық кестесінде жеке жолмен көрсетілмейді, бірақ «басқа елдер» тобына кіреді.

Марганецке сұраныс болат өндірісінің көлемімен тығыз байланысты. Сонымен қатар электр көлігі, аккумулятор өндірісі және энергияны жинақтау жүйелері оның кейбір жоғары тазалықтағы химиялық өнімдеріне сұранысты арттыруы мүмкін.

Қазақстандағы марганец

Кен орындарының географиялық таралуы

Қазақстанда марганец кендерінің негізгі бөлігі елдің орталық бөлігінде орналасқан.

2026 жылы жарияланған ғылыми шолуда Қазақстан аумағында марганецтің 100-ден астам кен орны мен кен білінімі анықталғаны көрсетілген. Шолуда келтірілген ұлттық есеп деректеріне сәйкес, өнеркәсіптік игеруге жарамды 38 кен орны есепке алынған, оның 16-сы пайдаланылатын, ал 22-сі барланған қор ретінде сипатталған. Бұл сандардың есептік мерзімі мен жіктелуі өндірістің нақты ағымдағы жағдайынан өзгеше болуы мүмкін.

Марганец шикізатының басты шоғырлану аймақтары:

• Атасу кенді ауданы — Орталық Қазақстанның маңызды темір-марганец минералдану аймақтарының бірі;
• Жезді кенді ауданы — Ұлытау өңіріндегі тарихи маңызы ерекше марганец кенді ауданы;
• Үшқатын кенді ауданы — марганецке бай кендерімен белгілі аудан;
• Қаражал кенді ауданы — темір және марганец кендері шоғырланған өңір.

Аталған ғылыми шолуда Батыс Қаражал мен Үшқатын-III кен орындары Қазақстанның марганец қорының едәуір бөлігін шоғырландыратыны атап көрсетілген.

Жезді марганец кен орны

Жезді кен орны Қазақстанның геологиялық және өнеркәсіптік тарихында ерекше орын алады.

Екінші дүниежүзілік соғыс кезеңінде марганецтің стратегиялық маңызы күрт артты. Өйткені металл болат пен әскери техника өндірісінде қажет болды.

1942 жылғы 25 сәуірде Жезді марганец кенін өндіруді ұйымдастыру туралы шешім қабылданды.

Құрылыс және кен өндіруге дайындық жұмыстары бір мезгілде жүргізілді. 1942 жылғы 12 маусымда Жезді марганец кеніші іске қосылды.

Қазақстандық тарихи деректерде кеніштің бар болғаны 38 күн ішінде салынғаны айтылады.

Жезді кенін игеру тарихы көрнекті қазақ геологы Қаныш Имантайұлы Сәтбаевтың ғылыми және ұйымдастырушылық қызметімен байланысты.

Соғыс жылдарында Жезді кенінен алынған марганец Орал мен басқа өнеркәсіп орталықтарының металлургиялық кәсіпорындарына жөнелтілді.

Жезді өңірінің өнеркәсіптік және геологиялық тарихы қазіргі Ұлытау облысындағы тау-кен және балқыту ісі тарихы музейінің экспозицияларында көрсетілген.

Қазақстандағы қазіргі өндіріс

USGS-тің Қазақстанға арналған елдік шолуында 2024 жылы елде жалпы массасы 300 900 тонна марганец концентраты өндірілгені, оның құрамындағы марганец мөлшері шамамен 107 000 тонна болғаны көрсетілген.

Бұл көрсеткіштер 2023 жылмен салыстырғанда шамамен 30%-ға төмендеген.

Өндірістің азаюына кейбір кеніштердің тоқтатылуы, кен қорының сарқылуы және экономикалық жағдайлар әсер еткен.

Атап айтқанда:

• «Тұр» кенішінде кен өндіру 2023 жылдың соңында тоқтатылған;
• «Боғаш» кенішін пайдалану экономикалық себептермен тоқтатылған;
• «Жомарт» кенішінде 2024 жылы өндіру қайта басталғаны туралы хабарланған.

Марганец шикізатының қоры мен өндірістің нақты көлемі әртүрлі ұғымдар: ірі геологиялық қорлардың болуы жыл сайын бірдей көлемде кен өндірілетінін білдірмейді.

Қазақстандағы ғылыми зерттеулер

Қазақстандағы марганец кендерін зерттеу геология, минералогия, металлургия және материалтану салаларындағы ғылыми жұмыстармен байланысты.

Негізгі ғылыми бағыттар:

• төмен сапалы марганец кендерін байыту;
• темір-марганец шикізатын кешенді өңдеу;
• марганец ферроқорытпаларын өндіру;
• металлургиялық қалдықтарды қайта өңдеу;
• кен минералдарының тотығу-тотықсыздану қасиеттерін зерттеу;
• энергетикалық технологияларға арналған жоғары тазалықтағы марганец қосылыстарын алу.

Қазақстан кендеріне арналған 2026 жылғы ғылыми шолуда пирометаллургиялық өңдеу әдістері, кендердің минералдық құрамы, олардың технологиялық ерекшеліктері және ресурстарды тиімді пайдалану мәселелері қарастырылған.

Марганецті өндіру технологиялары

Марганец өндірісінің технологиясы шикізаттың химиялық құрамына және алынатын өнімнің түріне тәуелді.

Негізгі өндірістік өнімдер:

• марганец кендері мен концентраттары;
• ферромарганец;
• силикомарганец;
• техникалық марганец металы;
• электролиттік марганец;
• жоғары тазалықтағы марганец сульфаты;
• аккумуляторлық сападағы марганец диоксиді.

Кенді байыту

Кен құрамындағы пайдалы минералдарды бос жыныстан ажырату үшін бірнеше әдіс қолданылады.

Олардың қатарында:

• ұсату және ұнтақтау;
• елеу және жіктеу;
• гравитациялық байыту;
• магниттік сепарация;
• флотация;
• күйдіру және кейінгі өңдеу бар.

Таңдалатын технология кеннің минералогиялық құрамына, марганец мөлшеріне, темір мен кремний қосылыстарының үлесіне байланысты.

Пирометаллургиялық өңдеу

Марганец ферроқорытпалары негізінен жоғары температуралы пештерде өндіріледі.

Бұл процестерде марганец оксидтері көміртек арқылы тотықсызданады.

Жалпы реакциялардың бірі:

$\mathrm {MnO+C\rightarrow Mn+CO}$

Алайда өнеркәсіптік пештерде процестер бірнеше сатымен жүреді және олардың нақты механизмі температураға, шлак құрамына және тотықсыздандырғыш жағдайға тәуелді.

Ферромарганец өндірісінде темір мен марганец бірге қорытпа түзеді.

Силикомарганец өндірісінде кремний де маңызды рөл атқарады. Бұл қорытпа болат өндірісінде тотықсыздандырғыш әрі легірлеуші материал ретінде қолданылады.

Электролиттік өндіру

Жоғары тазалықтағы марганецті ерітінділерден электролиз әдісі арқылы алуға болады.

Бұл үшін марганецті шикізат алдымен ерітіледі, кейін ерітінді қоспалардан тазартылып, электролиттік өңдеуден өтеді.

Жоғары тазалықтағы марганец металы арнайы қорытпалар мен технологиялық материалдар өндіруге қажет.

Электрохимиялық және гидрометаллургиялық әдістер жоғары тазалықтағы марганец сульфатын алу үшін де қолданылады.

Металлургиядағы қолданылуы

Марганецтің экономикалық маңызы ең алдымен болат өнеркәсібімен байланысты.

Ол болаттың механикалық қасиеттеріне және өндіріс кезіндегі химиялық процестерге әсер етеді.

Болатты оттегіден тазарту

Сұйық болаттағы еріген оттегі металл сапасын нашарлатуы мүмкін.

Марганец оттегімен қосылып, оксид түзеді:

$\mathrm {Mn+O\rightarrow MnO}$

Бұл реакция металл балқымасындағы оттегі мөлшерін төмендетуге мүмкіндік береді.

Күкірттің зиянды әсерін азайту

Болат құрамындағы күкірт кейбір жағдайларда ыстықтай өңдеу кезінде морттықтың пайда болуына ықпал етеді.

Марганец күкіртпен әрекеттесіп, марганец сульфидін түзеді:

$\mathrm {Mn+S\rightarrow MnS}$

Марганец сульфидінің түзілуі күкірттің темірмен түзетін кейбір зиянды фазаларының мөлшерін азайтады.

Алайда MnS қосындыларының пішіні мен таралуы болаттың қасиеттеріне де әсер ететіндіктен, оларды бақылау металлургиялық технологияның маңызды бөлігі болып саналады.

Гадфильд болаты

Гадфильд болаты — марганец мөлшері жоғары, тозуға төзімді аустениттік болат.

Оның классикалық құрамында шамамен 11–14% марганец және 1% шамасында көміртек болады.

Бұл болат соққы жүктемесі кезінде беттік қабатының беріктенуімен ерекшеленеді.

Ол:

• тау-кен жабдықтарының бөлшектерінде;
• ұсатқыштардың жақтарында;
• теміржол және арнайы машина жасау бөлшектерінде;
• тозуға төзімді құймаларда қолданылады.

Алюминий және басқа қорытпалар

Марганец алюминий қорытпаларына аз мөлшерде қосылғанда беріктік, құрылымдық тұрақтылық және коррозияға төзімділік қасиеттерін өзгерте алады.

Мысалы, алюминий-марганец негізіндегі 3xxx сериялы қорытпалар жылуалмастырғыштарда, табақ материалдарда, ыдыстарда және қаптама өндірісінде кең қолданылады.

Марганец мыс негізіндегі кейбір қорытпаларда және арнайы магниттік материалдарда да пайдаланылады.

Электрохимиядағы және аккумуляторлардағы маңызы

Марганец қосылыстарының электрохимиялық белсенділігі оның тотығу дәрежелерінің өзгеруіне негізделген.

Мырыш-көміртекті батареялар

Классикалық мырыш-көміртекті элементтерде марганец диоксиді катодтық белсенді зат ретінде қолданылады.

Разряд кезінде MnO₂ тотықсыздану реакцияларына қатысады.

Сілтілік батареялар

Сілтілік марганецті элементтерде катод ретінде MnO₂, ал анод ретінде мырыш пайдаланылады.

Жалпы разряд реакциясын қарапайым түрде былай көрсетуге болады:

$\mathrm {Zn+2MnO_{2}+H_{2}O\rightarrow ZnO+2MnOOH}$

Нақты механизм катодтың құрылымына және электролит жағдайына байланысты күрделі болуы мүмкін.

Литий-иондық аккумуляторлар

Марганец литий-иондық аккумуляторлардағы бірнеше катодтық материалдың құрамына кіреді.

Олардың мысалдары:

• литий-марганец шпинелі — LiMn₂O₄;
• никель-марганец-кобальт негізіндегі қабатты оксидтер — NMC;
• литий-марганец-темір фосфаты — LiMnₓFe₁₋ₓPO₄ (LMFP).

Марганец қосу катодтың бағасын, жұмыс кернеуін, құрылымдық және электрохимиялық қасиеттерін өзгертуге мүмкіндік береді.

Натрий-иондық аккумуляторлар

2025–2026 жылдары жарияланған ғылыми зерттеулерде марганец негізіндегі натрий-иондық аккумуляторлардың катодтары перспективалы материалдар ретінде қарастырылды.

Марганец негізіндегі қабатты оксидтердің артықшылықтары:

• шикізатының салыстырмалы қолжетімділігі;
• марганецтің бірнеше тотығу дәрежесінде болуы;
• жеткілікті жоғары теориялық сыйымдылық мүмкіндігі;
• кобальт сияқты кейбір қымбат компоненттердің мөлшерін азайту әлеуеті.

Олардың маңызды кемшіліктерінің бірі — Mn³⁺ иондарының Ян–Теллер әсерімен байланысты кристалдық тордың бұрмалануы.

Мұндай бұрмалану зарядтау-разрядтау циклдері кезінде құрылымдық тұрақтылықтың төмендеуіне және сыйымдылықтың кемуіне әкелуі мүмкін.

2026 жылғы зерттеулерде бұл мәселені шешу үшін кристалдық құрылымды реттеу, элементтермен алмастыру, беттік модификациялау және электрод-электролит шекарасын тұрақтандыру тәсілдері қарастырылған.

Марганец негізіндегі аккумулятор материалдары қарқынды зерттеліп жатқанымен, олардың барлық түрі өнеркәсіптік тұрғыдан толық қалыптасқан технологияға жатпайды.

Катализдегі және химиялық өндірістегі қолданылуы

Марганец қосылыстары көптеген химиялық реакцияларда катализатор немесе тотықтырғыш ретінде қолданылады.

Маңызды бағыттар:

• органикалық синтез;
• тотығу реакциялары;
• су тазарту;
• газдарды тазарту;
• электрохимиялық катализ;
• оттегінің бөліну реакциясы.

Марганец оксидтерінің каталитикалық қасиеттері олардың кристалдық құрылымына, беткі ауданына, ақауларына және тотығу дәрежесіне байланысты.

Биологиялық маңызы

Марганец — адамға, жануарларға, өсімдіктерге және көптеген микроорганизмдерге қажет микроэлемент.

Ол түрлі ферменттердің кофакторы ретінде қызмет етеді.

Марганец қатысатын негізгі биологиялық процестер:

• аминқышқылдарының алмасуы;
• көмірсу және липид алмасуы;
• сүйек және дәнекер тіндердің қалыптасуы;
• антиоксиданттық қорғаныс;
• кейбір иммундық процестер;
• фотосинтез.

Ферменттердегі рөлі

Марганец митохондриялық марганец-супероксиддисмутаза ферментінің маңызды құрамдас бөлігі.

Бұл фермент супероксид радикалын сутек асқын тотығы мен оттегіге айналдыруға қатысады:

$\mathrm {2O_{2}^{\bullet -}+2H^{+}\rightarrow H_{2}O_{2}+O_{2}}$

Осылайша фермент жасушалардың тотығу стрессіне қарсы қорғаныс жүйесіне қатысады.

Марганец аргиназа мен пируваткарбоксилаза сияқты ферменттердің қызметі үшін де маңызды.

Фотосинтездегі рөлі

Марганец оттек түзетін фотосинтездің маңызды құрамдас бөлігі болып саналады.

Өсімдіктердің, балдырлардың және цианобактериялардың II фотожүйесіндегі суды тотықтыратын кешенде төрт марганец атомы мен бір кальций атомы бар Mn₄CaO₅ кластері орналасады.

Бұл кешен жарық энергиясын пайдаланып судан электрондар алуға қатысады.

Жалпы реакция:

$\mathrm {2H_{2}O\rightarrow O_{2}+4H^{+}+4e^{-}}$

Осы процестің нәтижесінде атмосфералық оттегінің негізгі табиғи көзі болып табылатын оттекті фотосинтез жүзеге асады.

Марганецтің аталған қызметі оның биосферадағы аса маңызды элементтердің бірі екенін көрсетеді.

Адам ағзасындағы марганец

Марганец тағам арқылы адам ағзасына түседі және көбінесе аш ішекте сіңіріледі.

Оның ағзадағы мөлшері мен таралуы сіңу, тасымалдану, тіндерде жиналу және шығарылу процестері арқылы реттеледі.

Марганецтің негізгі шығарылу жолдарының бірі — өт арқылы бөліну.

Тағамдағы көздері

Марганец көптеген өсімдік текті тағамдарда кездеседі.

Негізгі көздері:

• тұтас дәнді дақылдар;
• жаңғақтар;
• бұршақ тұқымдастар;
• жапырақты көкөністер;
• кейбір жемістер;
• шай.

Марганецтің тағамдағы мөлшері топырақ құрамына, өсімдік түріне және өңдеу тәсіліне байланысты өзгеріп отырады.

Тәуліктік қажеттілік

АҚШ Ұлттық денсаулық институттарының мәліметі бойынша, марганец үшін көптеген жас топтарында нақты ұсынылатын тәуліктік мөлшер (RDA) емес, жеткілікті тұтыну деңгейі (AI) белгіленген.

Марганецтің жеткілікті тәуліктік тұтыну мөлшері

Жас тобы	Ерлер, мг/тәулік	Әйелдер, мг/тәулік
1–3 жас	1,2	1,2
4–8 жас	1,5	1,5
9–13 жас	1,9	1,6
14–18 жас	2,2	1,6
19 жастан жоғары	2,3	1,8

Жүктілік кезеңінде 19 жастан асқан әйелдер үшін жеткілікті тұтыну деңгейі 2,0 мг/тәулік, ал бала емізу кезеңінде 2,6 мг/тәулік деп көрсетілген.

Бұл мөлшерлер медициналық емдеу нұсқаулығы емес, тамақтануды бағалауға арналған анықтамалық көрсеткіштер болып саналады.

Марганец тапшылығы

Адамдарда марганецтің айқын тапшылығы өте сирек байқалады.

Оның нақты клиникалық белгілері толық анықталмаған.

Ғылыми әдебиетте марганец тапшылығының сүйек түзілуіне, өсуге және кейбір зат алмасу процестеріне ықтимал әсері талқыланған.

Марганец тапшылығының болуы тек жекелеген белгілерге сүйеніп анықталмайды.

Уыттылығы және денсаулыққа әсері

Марганец ағзаға қажетті болғанымен, шамадан тыс әсер еткен жағдайда улы болуы мүмкін.

Уыттылық әсер ету жолына, химиялық түріне, концентрациясына және ұзақтығына байланысты.

Өндірістік әсері

Марганец қосылыстарының шаңы мен түтінін ұзақ уақыт тыныс алу жүйке жүйесіне әсер етуі мүмкін.

Қауіп тобына:

• кен өндіру жұмысшылары;
• ферроқорытпа өндірісінің қызметкерлері;
• дәнекерлеу түтініне ұшырайтын жұмысшылар;
• кейбір металлургиялық және химиялық өндіріс мамандары кіреді.

Ұзақ мерзімді шамадан тыс әсер марганецке байланысты нейроуыттылықты туындатуы мүмкін.

Ауыр созылмалы улану жағдайларында қозғалыстың баяулауы, бұлшықет сіресуі, жүрістің өзгеруі және басқа неврологиялық белгілер байқалуы ықтимал.

Бұл жағдай кейде манганизм деп аталады. Оның кейбір белгілері Паркинсон ауруына ұқсас болғанымен, екеуі бірдей ауру емес.

Марганец және ауыз су

Марганец табиғи жер асты және жер үсті суларында кездеседі.

Оның концентрациясы геологиялық жағдайға және су ортасының химиялық қасиеттеріне байланысты өзгеруі мүмкін.

Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымының ауыз су сапасына арналған нұсқаулығында марганецтің жалпы мөлшері үшін 0,08 мг/л деңгейіндегі уақытша нормативтік ұсыныс келтірілген.

Бұл мән әсіресе қоспамен тамақтанатын нәрестелердің неврологиялық қауіпсіздігін ескере отырып белгіленген.

Аталған көрсеткіш ұлттық заңнамамен белгіленетін міндетті шекті рұқсат етілген концентрациямен автоматты түрде бірдей емес.

Экологиялық маңызы

Марганец табиғи биогеохимиялық айналымдарға қатысады.

Оның топырақтағы және судағы күйі тотығу-тотықсыздану жағдайына тәуелді.

Оттегі аз ортада Mn(II) түрі салыстырмалы қозғалмалы және суда еритін болуы мүмкін.

Тотықтырғыш ортада марганецтің жоғары валентті оксидтері түзіліп, қатты фазаға ауыса алады.

Марганец оксидтері басқа металдар мен ластаушы заттардың сорбциясына және тотығу-тотықсыздану реакцияларына қатысады.

Сондықтан марганец:

• топырақ химиясында;
• су экожүйелерінде;
• шөгінді жыныстардың геохимиясында;
• табиғи және өндірістік су тазарту процестерінде маңызды.

Биогеохимиялық айналымы

Марганецтің табиғи айналымы геологиялық, химиялық және биологиялық процестерден тұрады.

Оған:

• тау жыныстарының үгілуі;
• минералдардың еруі;
• Mn(II) иондарының тотығуы;
• жоғары валентті оксидтердің тотықсыздануы;
• микроорганизмдердің қатысуымен жүретін реакциялар кіреді.

Кейбір бактериялар мен саңырауқұлақтар марганецтің тотығуын немесе тотықсыздануын жеделдете алады.

Осы процестер марганец кендерінің қалыптасуына және табиғи сулардағы марганец мөлшерінің өзгеруіне әсер етеді.

Аналитикалық химиядағы марганец

Марганецті анықтау үшін әртүрлі химиялық және аспаптық әдістер пайдаланылады.

Перманганатометрия

Перманганатометрия — калий перманганатының тотықтырғыш қасиеттеріне негізделген көлемдік талдау әдісі.

Қышқыл ортада MnO₄⁻ ионы Mn²⁺ ионына дейін тотықсызданады.

Перманганат ерітіндісінің күлгін түсі титрлеу кезінде реакцияның аяқталғанын бақылауға мүмкіндік береді.

Бұл әдіс кейбір тотықсыздандырғыш заттарды анықтауда қолданылады.

Аспаптық талдау

Марганецтің өте аз мөлшерін анықтауда:

• атомдық-абсорбциялық спектрометрия;
• индуктивті байланысқан плазмалы оптикалық эмиссиялық спектрометрия (ICP-OES);
• индуктивті байланысқан плазмалы масс-спектрометрия (ICP-MS);
• рентгенфлуоресценттік талдау (XRF);
• спектрофотометриялық әдістер пайдаланылады.

ICP-MS және ICP-OES әдістері ауыз су, табиғи су, биологиялық үлгілер және өндірістік материалдар құрамындағы марганецті анықтауға мүмкіндік береді.

Минералдық фазалар мен тотығу дәрежелерін зерттеуде рентгендік дифракция, электрондық микроскопия және рентгендік сіңіру спектроскопиясы қолданылады.

Заманауи ғылыми зерттеулер

2020-жылдарда марганецке қатысты зерттеулер бірнеше бағытта қарқынды дамуда.

Энергия сақтау жүйелері

Марганец негізіндегі литий-иондық және натрий-иондық катодтарды жетілдіру маңызды ғылыми бағыттардың бірі.

Зерттеулер катод материалдарының:

• құрылымдық тұрақтылығын;
• энергия сыйымдылығын;
• жұмыс кернеуін;
• циклдік төзімділігін;
• экономикалық тиімділігін арттыруға бағытталған.

2026 жылғы ғылыми шолулар марганец негізіндегі катодтардың болашағын олардың салыстырмалы қолжетімділігімен байланыстырады. Сонымен қатар құрылымдық деградация, марганецтің электролитке еруі және зарядтау-разрядтау кинетикасының шектеулері маңызды мәселелер ретінде қарастырылады.

Электрокатализ

Марганец оксидтері су электролизі, оттегінің бөлінуі және басқа электрохимиялық процестер үшін зерттеледі.

Олар кейбір бағалы металдарға тәуелділікті азайтуға мүмкіндік беретін материалдар қатарына жатады.

Алайда зертханалық каталитикалық белсенділіктің жоғары болуы өнеркәсіптік жүйеде ұзақ мерзімді тұрақтылыққа автоматты түрде кепілдік бермейді.

Экологиялық технологиялар

Марганец негізіндегі сорбенттер, катализаторлар және оксидтік материалдар ластаушы заттарды ыдырату, судан кейбір металдарды шығару және химиялық процестерді басқару үшін зерттелуде.

Экономикалық және стратегиялық маңызы

Марганец қазіргі өнеркәсіптің бірнеше іргелі саласы үшін маңызды.

Оның негізгі нарығы болат өндірісіне тәуелді.

Марганецтің стратегиялық маңызын анықтайтын факторлар:

• болат өндірісіндегі орны;
• кейбір технологияларда толыққанды баламасының болмауы;
• кен қорларының географиялық әркелкі таралуы;
• кеннің сапасы мен байыту шығындары;
• көлік инфрақұрылымы;
• жоғары тазалықтағы өнімдерге сұраныс.

Марганецке қатысты «қор», «ресурс», «кен өндіру», «концентрат өндіру» және «марганец металын өндіру» ұғымдарын ажырату қажет.

Геологиялық қордың үлкен болуы оны қазіргі бағамен экономикалық тұрғыдан тиімді өндіруге болатындығын әрқашан білдірмейді.

Қызықты деректер

• Марганецтің табиғаттағы жалғыз тұрақты изотопы — ⁵⁵Mn.
• Марганец пен магний атауларының тарихи шығу тегі өзара байланысты болғанымен, олар әртүрлі химиялық элементтер.
• Марганецтің қара оксидтері ежелгі дәуірде пигмент және шыны өндірісіне арналған материал ретінде қолданылған.
• Марганец фотосинтез кезінде молекулалық оттегінің бөлінуіне қатысатын негізгі элементтердің бірі.
• Марганец диоксиді дәстүрлі құрғақ батареялардың маңызды құрамдас бөлігі.
• Қазақстандағы Жезді кен орнының игерілуі Екінші дүниежүзілік соғыс тарихымен байланысты.
• Марганец кейбір қосылыстарында түссізге жуық немесе әлсіз қызғылт, басқаларында жасыл, қоңыр, қара не күлгін түстер көрсетеді.
• Мұхит түбіндегі марганец конкрецияларында никель, мыс және кобальт сияқты басқа да металдар кездеседі.

Қараңыз

• Пиролюзит
• Родохрозит
• Марганец(IV) оксиді
• Калий перманганаты
• Ферромарганец
• Силикомарганец
• Қорытпалар
• Электролиз
• Фотосинтез
• Қаныш Имантайұлы Сәтбаев
• Қазақстанның пайдалы қазбалары
• Литий-иондық аккумулятор
• Натрий-иондық аккумулятор

Сыртқы сілтемелер

• Royal Society of Chemistry — Manganese
• USGS — Mineral Commodity Summaries 2026
• USGS — Kazakhstan Minerals Information
• NIH — Manganese Fact Sheet
• Kazakhstan manganese ores — Applied Sciences, 2026