Psilomelaan

Psilomelaan is een barium mangaan oxidemineraal, meestal weergegeven als zwart of donkergrijs met een submetallische tot doffe glans. Het vormt vaak botryoïdale of stalactietische massa's, waardoor het visueel onderscheidend is. Als belangrijk mangaanerts is psilomelaan een integraal onderdeel van de staalproductie, de productie van batterijen en diverse industriële toepassingen. Gevonden in oxidatiezones van mangaan deposito's, hydrothermale aderen en sedimentaire omgevingen, wordt het wereldwijd gewonnen op locaties zoals de Verenigde Staten, Brazilië, India en Zuid-Afrika.

Psilomelaan is al sinds de oudheid bekend en wordt gebruikt, voornamelijk vanwege het mangaangehalte. De naam van het mineraal is afgeleid van de Griekse woorden “psilos” wat glad betekent en “melas” wat zwart betekent, verwijzend naar het typische uiterlijk ervan. Historisch gezien werd psilomelaan in de prehistorie gebruikt als pigment en bij de productie van glas en aardewerk. De erkenning van de betekenis ervan groeide in de 19e eeuw toen het belang van mangaan in industriële processen, met name bij de staalproductie, werd ontdekt.

De ontdekking van psilomelaanafzettingen was cruciaal tijdens de industriële revolutie, toen de vraag naar mangaan enorm steeg. Mangaan bleek de sterkte en duurzaamheid van staal te vergroten, waardoor het onmisbaar werd bij de vervaardiging van spoorwegen, bouwmaterialen en machines. In regio’s als de Verenigde Staten, Brazilië, India en Zuid-Afrika werden aanzienlijke afzettingen van psilomelaan gevonden, die bijdroegen aan het mondiale aanbod van mangaan en de industriële groei stimuleerden.

Op het gebied van mineralogiehebben de ontdekking van psilomelaan en daaropvolgende studies inzicht gegeven in de geologische processen die mangaanafzettingen vormen. De unieke vormingspatronen en chemische samenstelling ervan hebben wetenschappers geïntrigeerd, wat heeft geleid tot uitgebreid onderzoek naar de eigenschappen en potentiële toepassingen ervan. Hoewel synthetische alternatieven en andere mangaanertsen psilomelaan enigszins hebben overschaduwd, blijft het tegenwoordig een belangrijk mineraal in geologische studies en historische contexten.

Chemische samenstelling en structuur van psilomelaan

Chemische formule

De chemische formule van psilomelaan wordt vaak weergegeven als BaMn2+Mn84+O16(OH)4BaMn^{2+}Mn^{4+}_8O_{16}(OH)_4BaMn2+Mn84+​O16​(OH)4​, wat de samenstelling aangeeft als een barium-mangaanhydroxide. Deze formule kan echter variëren vanwege de aanwezigheid van andere elementen zoals ijzer (Fe), magnesium (Mg), en aluminium (Al), dat in de structuur kan worden vervangen, waardoor het een complex mineraal met een variabele samenstelling wordt.

Minerale samenstelling en bijbehorende elementen

Psilomelaan bestaat voornamelijk uit mangaan (Mn) en zuurstof (O), met aanzienlijke hoeveelheden barium (Ba). De exacte samenstelling kan enigszins variabel zijn vanwege de toevoeging van andere metalen elementen. Vaak geassocieerde elementen zijn onder meer:

• IJzer (Fe): Vaak aangetroffen in aanzienlijke hoeveelheden, wat bijdraagt ​​aan de algehele samenstelling van het mineraal en de eigenschappen ervan beïnvloedt.
• Magnesium (Mg): Kan mangaan vervangen in de minerale structuur.
• Aluminium (Al): Een andere mogelijke substituent, zij het meestal in kleine hoeveelheden.
• Kalium (K), natrium (Na) en calcium (Ca): Deze elementen kunnen ook in sporenhoeveelheden aanwezig zijn.

Geassocieerd mineralen die bij psilomelaan worden aangetroffen, omvatten doorgaans andere mangaanoxiden zoals pyrolusiet (MnO₂) en manganiet (MnO(OH)), evenals verschillende ijzeroxiden zoals hematite (Fe₂O₃) en goethiet (FeO(OH)).

Kristallografie en fysische eigenschappen

• Crystal-systeem: Psilomelaan behoort tot het monokliene kristalsysteem, hoewel het zelden goed gedefinieerde kristallen vormt. Het komt vaak voor in botryoïdale (druifachtige) of stalactitische massa's.
• Kristal gewoonte: Psilomelaan ontstaat doorgaans in botryoïdale, reniforme (niervormige) of stalactitische gewoonten. Het kan ook voorkomen in massieve of korstachtige aggregaten.
• Hardheid: Op de schaal van Mohs heeft psilomelaan een hardheid van 5 tot 6, wat relatief gematigd is en waardoor het kan worden bekrast door hardere materialen zoals kwarts.
• Glans: Het mineraal vertoont een submetaalachtige tot doffe glans, die op vers gebroken oppervlakken enigszins vettig of zijdeachtig kan lijken.
• Kleur: Psilomelane is karakteristiek zwart of donkergrijs. De streep (de kleur van het poedervormige mineraal) is zwart of donkerbruin.
• Dichtheid: De dichtheid van psilomelaan ligt rond de 3.7 tot 4.7 g/cm³, wat relatief hoog is vanwege de aanwezigheid van zware elementen zoals barium en mangaan.
• Breuk en splitsing: Psilomelane heeft een ongelijkmatige tot subconchoïdale breuk, wat betekent dat het onregelmatig breekt, maar soms met gebogen oppervlakken. Het ontbreekt doorgaans aan een goed gedefinieerde splitsing.
• Optische eigenschappen: Omdat psilomelaan ondoorzichtig is, vertoont het geen significante optische eigenschappen onder doorvallend licht. Het kan enige reflectie vertonen onder gereflecteerd licht vanwege de submetallische glans.

Over het geheel genomen maken de unieke chemische samenstelling en fysische eigenschappen van psilomelaan het een interessant mineraal voor zowel industrieel gebruik als wetenschappelijk onderzoek. Zijn rol als mangaanerts is historisch gezien significant geweest, en zijn aanwezigheid in verschillende geologische omgevingen blijft waardevolle informatie verschaffen over de processen die mangaanmineralen vormen en concentreren.

Vorming en voorkomen van psilomelaan

Geologische processen die leiden tot de vorming van psilomelaan

Psilomelaan ontstaat door een combinatie van chemische en geologische processen, waarbij voornamelijk de oxidatie van mangaanrijke mineralen betrokken is rotsen. De belangrijkste processen omvatten:

1. Verwering en oxidatie: Psilomelaan vormt zich vaak in de oxidatiezones van mangaanafzettingen. Wanneer mangaanrijke rotsen worden blootgesteld aan atmosferische omstandigheden, ondergaan ze chemische verwering. Zuurstof uit de atmosfeer reageert met mangaanhoudende mineralen, wat leidt tot de vorming van mangaanoxiden en hydroxiden zoals psilomelaan.
2. Hydrothermische Activiteit: Hydrothermische vloeistoffen, dit zijn hete, mineraalrijke wateren die door de aardkorst circuleren, kunnen mangaanoxiden afzetten, waaronder psilomelaan. Deze vloeistoffen slaan mangaanoxiden neer wanneer ze lagere temperaturen tegenkomen of reageren met andere mineralen.
3. Sedimentaire processen: In mariene en lacustriene (meer)omgevingen kan mangaan onder specifieke omstandigheden uit water neerslaan. Dit proces omvat vaak de ophoping van mangaanknobbeltjes op de oceaanbodem, waaronder psilomelaan als hoofdbestanddeel.
4. Secundaire verrijking: Psilomelaan kan ontstaan ​​via het secundaire verrijkingsproces, waarbij bestaande mangaanmineralen worden uitgeloogd en opnieuw worden afgezet in meer geconcentreerde vormen.

Typische omgevingen en geologische omgevingen waar psilomelaan wordt gevonden

Psilomelaan wordt doorgaans aangetroffen in de volgende geologische omgevingen:

1. Oxidatiezones van mangaanafzettingen: Dit zijn gebieden waar primaire mangaanmineralen worden blootgesteld aan oxidatie. Psilomelaan wordt vaak aangetroffen in de bovenste delen van deze afzettingen.
2. Sedimentaire afzettingen: In mariene omgevingen kunnen mangaanknollen die psilomelaan bevatten zich ophopen op de zeebodem. Op soortgelijke wijze kan psilomelaan zich vormen in sedimenten van meren, waar de omstandigheden de neerslag van mangaanoxiden bevorderen.
3. Hydrothermische aderen: Psilomelaan kan worden aangetroffen in hydrothermale aderen waar heet, mineraalrijk water mangaanoxide afzet als deze afkoelt.
4. Resterende deposito's: In gebieden met intense verwering kan psilomelaan zich vormen als een restmineraal, dat in de bodem achterblijft nadat andere componenten zijn weggespoeld.

Grote mondiale deposito's en mijnbouwlocaties

Psilomelaan wordt voornamelijk gewonnen vanwege het mangaangehalte, en er zijn aanzienlijke afzettingen te vinden in verschillende delen van de wereld:

1. Verenigde Staten: Opmerkelijke afzettingen zijn te vinden in het Batesville District van Arkansas en het Lake Valley District in New Mexico. Deze gebieden zijn van oudsher belangrijke bronnen van mangaan.
2. Brazilië: Brazilië herbergt aanzienlijke mangaanafzettingen, vooral in de staten Minas Gerais en Mato Grosso. Deze afzettingen zijn van cruciaal belang voor zowel binnenlands gebruik als export.
3. India: De districten Balaghat en Nagpur in de staat Madhya Pradesh staan ​​bekend om hun aanzienlijke mangaanafzettingen, waaronder psilomelaan.
4. Zuid-Afrika: Het Kalahari-mangaanveld in de provincie Noord-Kaap is een van de grootste mangaanafzettingen ter wereld. Het bevat aanzienlijke hoeveelheden psilomelaan samen met andere mangaanmineralen.
5. Australië: De Groote Eylandt-afzetting in het Northern Territory is een belangrijke bron van mangaanerts, waaronder psilomelaan.
6. China: China beschikt over talrijke mangaanvoorraden, met een aanzienlijke productie uit regio's als Guangxi en Hunan.

Deze locaties zijn cruciaal voor het mondiale aanbod van mangaan, en de winning van psilomelaan uit deze afzettingen speelt een belangrijke rol bij het voldoen aan de industriële vraag naar mangaan, wat essentieel is voor de staalproductie, de productie van batterijen en andere toepassingen.

Gebruik en toepassingen van psilomelaan

Psilomelaan, dat vooral gewaardeerd wordt vanwege zijn mangaangehalte, heeft verschillende belangrijke industriële en commerciële toepassingen. Hieronder vindt u de belangrijkste toepassingen en toepassingen van dit mineraal:

1. Staalproductie
   • Legeringsmiddel: Mangaan, afgeleid van psilomelaan, is een essentieel legeringsmiddel bij de staalproductie. Het verbetert de sterkte, taaiheid en slijtvastheid van staal. Mangaan werkt ook als deoxidatie- en ontzwavelingsmiddel, waardoor zuurstof wordt verwijderd zwavel onzuiverheden uit gesmolten staal.
   • Hoogwaardig staal: Mangaan is cruciaal bij de productie van hoogsterkte, laaggelegeerde staalsoorten (HSLA), die worden gebruikt in de bouw-, automobiel- en zware machine-industrie.
2. Productie van batterijen
   • Oplaadbare batterijen: Mangaandioxide, een derivaat van mangaan uit psilomelaan, is een sleutelcomponent bij de productie van drogecelbatterijen, zoals alkalische en zinkkoolstofbatterijen. Bovendien gebruiken lithium-ionbatterijen, die veel worden gebruikt in elektronica en elektrische voertuigen, vaak mangaanoxide in de kathodes.
3. Chemische Industrie
   • Oxidatiemiddel: Mangaanverbindingen, afgeleid van psilomelaan, worden gebruikt als oxidatiemiddelen bij verschillende chemische reacties. Ze zijn belangrijk bij de synthese van chemicaliën en bij de productie van zuurstof en chloorgas.
   • katalysatoren: Mangaanverbindingen worden ook gebruikt als katalysatoren in industriële processen, waaronder de productie van meststoffen en fijnchemicaliën.
4. Glas en Keramiek
   • Kleurstof: Mangaandioxide wordt gebruikt als kleurstof in de glas- en keramiekindustrie. Het geeft een violette of roze kleur aan glas en wordt gebruikt om de groenachtige tint te verwijderen die wordt veroorzaakt door ijzeronzuiverheden.
5. Pigmenten
   • Pigmenten van kunstenaars: Historisch gezien werd psilomelaan gebruikt om mangaanzwart te produceren, een pigment dat wordt gebruikt in kunst en decoratie. Hoewel moderne synthetische pigmenten dit grotendeels hebben vervangen, waarderen sommige kunstenaars en conservatoren nog steeds natuurlijke mangaanpigmenten voor restauratiewerkzaamheden.
6. Behandeling van het water
   • Filtratiemedia: Mangaangroenzand, dat mangaanoxiden bevat zoals die in psilomelaan, wordt gebruikt in waterbehandelingssystemen om ijzer, mangaan en waterstofsulfide uit drinkwater te verwijderen. Het fungeert als een filtermedium en oxideert en vangt deze verontreinigingen op.
7. Elektronica
   • IJzerlegeringen: Mangaan afgeleid van psilomelaan wordt gebruikt bij de productie van ferromangaan en silicomangaanlegeringen, die belangrijk zijn bij de vervaardiging van elektronische componenten, waaronder halfgeleiders en geïntegreerde schakelingen.
8. Onderzoek en onderwijs
   • Geologische studies: Psilomelaan en andere mangaanmineralen worden bestudeerd door geologen en mineralogen om de vorming en verspreiding van mangaanafzettingen te begrijpen. Ze dienen ook als referentiemonsters in onderwijsomgevingen.
9. Medicinaal gebruik
   • Voedingssupplementen: Mangaan is een essentieel sporenelement voor de menselijke gezondheid. Het wordt gebruikt in voedingssupplementen om de gezondheid van de botten, metabolische processen en antioxiderende functies te ondersteunen.

De veelzijdigheid van Psilomelane en de essentiële rol van mangaan in verschillende industrieën onderstrepen het belang ervan. De toepassingen van het mineraal, variërend van staalproductie tot waterbehandeling en batterijproductie, benadrukken de cruciale bijdrage ervan aan de moderne technologie en infrastructuur.

Gerelateerde mineralen en vergelijking

Psilomelaan behoort tot een groep mangaanoxidemineralen, die bepaalde overeenkomsten delen, maar ook duidelijke verschillen hebben in samenstelling, structuur en toepassingen. Hier is een vergelijking van psilomelaan met andere belangrijke mangaanoxiden en soortgelijke mineralen:

1. Pyrolusiet (MnO₂)

• Samenstelling:: Pyrolusiet bestaat voornamelijk uit mangaandioxide (MnO₂).
• het Uiterlijk: Het is doorgaans grijs tot zwart met een metaalachtige tot doffe glans.
• Structuur: Pyrolusiet heeft een tetragonaal kristalsysteem en vormt vaak vezelige of kolomvormige aggregaten.
• u gebruikt: Net als psilomelaan is pyrolusiet een belangrijk erts van mangaan. Het wordt veelvuldig gebruikt bij de staalproductie, de productie van batterijen en als pigment.
• Belangrijkste verschillen: Pyrolusiet is eenvoudiger van samenstelling en bestaat vrijwel geheel uit MnO₂, terwijl psilomelaan een complexer barium-mangaanhydroxide is. Pyrolusiet vormt over het algemeen beter gedefinieerde kristallen vergeleken met de botryoïdale gewoonte van psilomelaan.

2. Manganiet (MnO(OH))

• Samenstelling:: Manganiet is een mangaanoxide-hydroxide met de formule MnO(OH).
• het Uiterlijk: Het lijkt meestal donkergrijs tot zwart met een submetallische glans en vormt prismatische kristallen.
• Structuur: Manganiet kristalliseert in het monokliene systeem.
• u gebruikt: Het wordt gewonnen voor mangaan en gebruikt bij de staalproductie en als katalysator bij verschillende chemische reacties.
• Belangrijkste verschillen: Manganiet bevat hydroxylgroepen (OH) in zijn structuur, waardoor het zich onderscheidt van de oxidevormen van pyrolusiet en psilomelaan. De samenstelling van Psilomelane omvat barium, dat afwezig is in manganiet.

3. Braunite (Mn²⁺Mn³⁺₆[O₈|SiO₄])

• Samenstelling:: Braunite is een silicaatmineraal met de formule Mn²⁺Mn³⁺₆[O₈|SiO₄].
• het Uiterlijk: Het is bruinzwart met een submetaalachtige tot doffe glans.
• Structuur: Braunite heeft een tetragonaal kristalsysteem en vormt doorgaans korrelige tot massieve aggregaten.
• u gebruikt: Het wordt gewonnen voor mangaan en gebruikt bij de staalproductie en andere industriële toepassingen.
• Belangrijkste verschillen: Braunite bevat zowel mangaan als silicium en vormt een silicaatstructuur, in tegenstelling tot de puur oxide- of hydroxidestructuren van psilomelaan, pyrolusiet en manganiet.

4. Hausmanniet (Mn²⁺Mn³⁺₂O₄)

• Samenstelling:: Hausmanniet is een mangaanoxide met de formule Mn²⁺Mn³⁺₂O₄.
• het Uiterlijk: Het is zwart tot bruinzwart met een metaalachtige tot doffe glans.
• Structuur: Hausmanniet kristalliseert in het tetragonale systeem en vormt vaak octaëdrische kristallen.
• u gebruikt: Er wordt mangaan gewonnen, dat wordt gebruikt bij de staalproductie en als onderdeel van de batterijproductie.
• Belangrijkste verschillen: Hausmanniet heeft een spinel structuur, die verschilt van de structuren van de andere genoemde mangaanoxides. Het bevat ook zowel Mn²⁺ als Mn³⁺, terwijl psilomelaan voornamelijk Mn²⁺ en Mn⁴⁺ bevat.

Belangrijkste overeenkomsten tussen mangaanoxiden

• Mangaan bron: Al deze mineralen zijn belangrijke bronnen van mangaan, wat essentieel is voor de staalproductie en ander industrieel gebruik.
• het Uiterlijk: Ze zijn allemaal donker van kleur, variërend van grijs tot zwart of bruinzwart, en vertonen vaak metaalachtige tot doffe glans.
• Geologisch voorkomen: Deze mineralen komen vaak voor in vergelijkbare geologische omgevingen, zoals hydrothermale aderen, sedimentaire afzettingen en oxidatiezones van mangaanrijke rotsen.

Belangrijkste verschillen

• Samenstelling:: De belangrijkste verschillen liggen in hun chemische samenstelling, met name de aanwezigheid van aanvullende elementen zoals barium in psilomelaan of silicium in braunite.
• Structuur: Kristallografische verschillen zijn opmerkelijk, met variaties in kristalsystemen (monoklien, tetragonaal) en gewoonte (botryoïdaal, prismatisch, octaëdrisch).
• Fysieke eigenschappen: Verschillen in hardheid, soortelijk gewicht en kristalvorm kunnen helpen deze mineralen in het veld en in laboratoriumomgevingen te onderscheiden.

Het begrijpen van deze overeenkomsten en verschillen is van cruciaal belang voor mineralogen, geologen en industriële professionals die met mangaanertsen en aanverwante mineralen werken.