锰的特性

锰是一种硬而脆的灰白色金属，化学符号为 Mn。它不会以游离元素的形式出现在自然界中，而是与其他元素结合形成氧化物、氢氧化物、硅酸盐和碳酸盐矿物。含有锰的已知矿物质超过460 。地壳中锰的平均含量约为950 毫克/千克（0 。095%）。最常见的矿石矿物是锰氧化物，包括辉绿岩（MnO₂)，通常以钢灰色黑色结壳和辐射状纤维状聚集体的形式出现在沉积岩和热液蚀变岩以及次生堆积物中。在提取纯金属锰时，虽然锰没有磁性，但其性质与铁相似。表 1 中列出了 Virginia 报告的一些重要的富锰矿物。

矿物名称	化学式	比重	锰 %
软锰矿	二氧化锰2	5 . 0克/立方厘米	63 。 19
钾锰矿	高锰酸钾8氧16	4 . 17 - 4 . 33克/立方厘米	59 。 83
裸盖菇素	Ba(Mn 2 + )(Mn 4 + ) 8 O 16 (OH) 4或 (Ba,H 2 O)Mn 5 O 10	4 . 4 - 4 . 7克/立方厘米	46 。 56
锰氧化物	氢氧化锰	4 . 3 - 4 . 4克/立方厘米	62 。 47
菱锰矿	碳酸锰3	3 . 3 - 3 . 6克/立方厘米	47 。 79
蔷薇辉石	钙锰4硅5氧15	3 . 57 - 3 . 76克/立方厘米	38 。 29
锰铝榴石	锰3铝2 (硅4 ) 3	4 . 12 - 4 . 32克/立方厘米	33 。 29

表1 ：含锰元素的矿物

锰的用途

锰被视为国内冶金应用中的“关键矿物”，服务于航空航天、国防、能源和运输技术（Fortier 等人， 2018 ）。锰具有固硫、脱氧和合金特性，是钢铁生产中的关键成分。炼钢占国内锰总需求的85 - 90百分点（美国地质调查局， 2020 ）。锰铁合金由各种等级的锰铁和硅锰组成，是炼钢的关键原料。主要最终用途产品用于建筑、机械和运输。锰在铝合金和铸铁的生产中也发挥着重要作用。二氧化锰对于干电池的生产具有战略意义。锰的非冶金用途包括：植物肥料、动物饲料和砖的着色剂。2019年，根据锰含量的对外贸易数据估算，国内消费价值约为1美元。 2亿美元（美国地质调查局， 2020 ）。

锰地质学

锰矿物在地壳中比较常见。锰的最大储量形式是海底的铁锰结核和锰结壳。海洋化学过程和微生物捕获海水中溶解的锰，并将其沉淀在海底。尽管海底沉积物构成了巨大的潜在资源，但目前勘探和开采的经济可行性尚不强。

可获取的最高浓度的锰可以在非常古老的（有些已有2至5亿年历史）海洋沉积岩中找到，这些沉积岩现已暴露在陆地上。最初，锰在海洋环境中聚集。在大陆边缘，随着水的氧化和酸度波动，锰可能与铁一起沉淀，形成富含铁和锰的沉积层，形成带状铁建造。一旦这些沉积岩被抬升或搬运到陆地环境，化学风化作用就可能导致后生富集以及残留和替代锰矿床的形成。

矿物系统	存款类型	地质省
化学风化	残余锰与粘土、交代、 和后生富集	山谷和山脊，皮埃蒙特
海洋化学跃层	锰铁化学沉积物	山谷和山脊，皮埃蒙特
盆地卤水	锰硅酸盐脉（经构造和变质过程改造）	Blue Ridge
火山海底	氧化锰结核、结壳	近海海洋

表2 ：弗吉尼亚州的潜在锰矿物系统、矿床类型（Hofstra 和 Kreiner， 2020 ）和地质省

在弗吉尼亚州，锰的原生矿石（软锰矿、锰钾矿、硬锰矿、水锰矿）存在于残留矿床和交代矿床中，以及与化学风化矿物系统相关的后生富集矿中（表2 ）。在山谷和山脊地质省，锰矿床形成于古生代沉积岩和碳酸盐围岩中，主要分布在两个矿化带，即“蓝岭锰矿区西麓”（东带）和“西部山谷和山脊区”（西带）（佩高， 1958 ）。东部地带从北部沃伦县的弗兰特罗亚尔延伸至奥古斯塔县的韦恩斯伯勒西南部，约100英里。在这里，由硬锰矿、水锰矿、软锰矿和锰氧化物混合物组成的残留和替代锰矿床，形成于寒武纪阴影白云岩与下伏的 Erwin 组下部接触点的粘土风化带中（Stose 等人， 1919 ）。在西部地带，广泛分布的锰矿床从北部的弗雷德里克县到西南部的斯科特县。在谢南多厄县和弗雷德里克县，矿脊地区的锰矿床以地层控制的替代体形式出现在下泥盆纪奥里斯卡尼组砂岩和赫尔德伯格组石灰岩中。在塔兹韦尔 (Tazewell)、布兰德 (Bland) 和吉尔斯 (Giles) 县（麦克斯韦尔-纳罗斯 (Maxwell-Narrows)、平顶山 (Flat Top Mountain) 和圆顶山 (Round Top Mountain)），锰矿形成于寒武纪-奥陶纪诺克斯群白云岩中，为地层置换物 (Stose 和 Miser， 1922 )。矿石矿物包括残留粘土或锰胶结燧石结核中的硬锰矿、软锰矿、软锰矿和水锰矿。

锰残留矿床和替代矿床也与西皮埃蒙特地质省的新元古代变沉积岩有关，被称为“詹姆斯河-罗阿诺克河锰矿区”（埃斯彭谢德， 1954 ）。在这种情况下，石英岩中的角砾岩和脉状矿床的锰来源可能是大理石的形成，其中富含锰的钙质沉积物最初是作为海洋化学跃层矿物系统的一部分沉积的（表2 ）。

蓝岭地质区的元古代岩石中的小型氧化锰矿床被描述为与结构控制的块状锰铝榴石石榴石石英脉有关的次生富集物（Jonas， 1942 ）。这些脉状矿床呈东北走向，并且与 Gossan Lead 矿区的块状硫化物矿床非常接近，这表明它们具有相似的地质背景，在古老的盆地盐水矿物系统中形成的海洋沉积喷流矿床 (表2 ) 已经受到构造变形和变质重结晶的强烈改造。

工业用锰

炼钢所消耗的冶金级锰矿石通常含有 > 44重量百分比的锰。尽管美国已知有此等级的矿床，但大多数资源规模较小，目前开采不具备经济可行性。美国目前生产少量低品位锰矿石，主要用于非冶金用途，但基本上100依赖锰进口。进口锰的主要来源是南非、澳大利亚、中国和墨西哥的矿床。

弗吉尼亚州锰矿开采历史悠久，但发现这种关键矿产商品新经济资源的可能性相对较低。从历史上看，锰矿开采地点众多，其中最具经济意义的开采地点是山谷与山脊省。锰最早于1834被提取出来，但直到1867左右才开始商业化生产 (Gooch, 1955 )。年度生产记录表明，共生产出1867至1950吨锰品位 > 35 % 的锰矿石，超过378 . 3吨，同时还生产出约163 . 7吨锰品位10 - 35 % 的低品质锰矿石。

尽管大多数锰矿开采在1940年代末就结束了，但由于联邦政府储备计划的启动，一些历史悠久的矿山在1950年代重新开放。年产量达到约23千吨，主要来自东部山谷和山脊地区 (Gooch, 1955 )。然而，随着1958储备计划及其补贴的结束，弗吉尼亚州的所有锰矿开采也在1959停止。

 

弗雷德里克县

弗吉尼亚州第一个开采锰矿的地区是位于弗雷德里克县矿岭的西部山谷和山脊区。早在1834 ，当人们发现锰矿时，这里的开采就开始了。在矿岭地区有几处重要的矿山和矿藏，包括帕迪奔矿 (Paddy's Run)、纳尔逊矿藏和摩西奥恩多夫矿藏。

奥古斯塔县

弗吉尼亚州最大的生产矿场，有时也是全国最大的生产矿场，是位于奥古斯塔县的克里莫拉矿场，该矿场从1867到1958几乎不间断地运营。从1885到1891的七年期间，该矿产出了超过123千吨高品位锰矿石（Pegau， 1958 ；Watson， 1907 ；Stose 等人， 1919 ）。矿石矿物包括圆形结核状的硬锰矿（混合锰氧化物）、水锰矿（Mn ^{3 +} O(OH)）、软锰矿（MnO ₂ ）、填料和褐铁矿。该矿床开采的矿石平均含有约46 % 的锰、 2 % 的铁和8 % 的二氧化硅 (Watson, 1907 )。

塔兹韦尔县、布兰德县和吉尔斯县

山谷与山脊地区西部另一个重要的锰矿开采地点是麦克斯韦尔-纳罗斯地区，从塔兹韦尔延伸至布兰德，一直延伸至吉尔斯县（斯托斯县和米泽县， 1922 ）。该地区的矿石矿物包括残留粘土或锰胶结燧石结核中的硬锰矿、软锰矿、软锰矿和水锰矿。截至1942 ，该地区的矿山累计生产了超过30千吨高品位矿石，且储量更多（Ladd 和 Stead， 1944 ）。

布兰德县历史上曾有数座锰矿和锰矿勘探区。这些地区的矿山从硬锰矿和软锰矿中生产出超过30吨的高品位锰，并在第一次世界大战期间一直运营到1942 (Ladd and Stead, 1944 )。硬镁铝石来源于平顶山区（布兰德县东部）泥盆纪砂岩内的裂缝、节理和层面，以及圆山区（布兰德县西部）志留纪石灰岩上的残余粘土（拉德和斯特德， 1944 ）。

该地区开采的大部分锰矿石均产自布兰德县平顶山区的斯坦格矿和阿姆斯矿（拉德和斯特德， 1944 ）。这些矿井最初是在1917由几个矿坑开采的。矿石在附近的洗矿厂和跳汰厂进行加工。根据 Ladd 和 Stead ( 1944 ) 的说法，在生产的第一年就运送了 5 车矿石，随后在1918到1940间运送了超过16吨含量为35 % 的锰精矿。尽管到1940世纪初该遗址的矿藏已基本开采殆尽，但美国矿业局还是对该遗址进行了评估，以确定1941中还剩余多少可回收矿石。勘探沟槽和钻孔（最深达153英尺）显示砂岩中存在一些潜在矿石，但残留粘土中仅含有微量矿石。20世纪上半叶，平顶山区还有其他几座成功的矿山投入运营，但回收的矿石数量有限或品质较低（Ladd and Stead， 1944 ）。

在布兰德县的圆山地区，有几座矿山在20世纪上半叶投入运营，其中包括圆山矿，该矿山是该地区锰矿产量最多的矿山。在1941年至1942年间，从该地点的一系列开口中回收了近2 、 400吨矿石，锰品位高达47 %。圆山矿的锰矿是在丰富的残留粘土袋中发现的（Ladd 和 Stead， 1944 ）。和平顶山区类似，美国矿业局也对圆山区进行了评估，以确定1942剩余可回收矿石量。勘探坑、竖井、沟槽和钻孔在60 % 的钻芯和50 % 的坑中发现了锰的痕迹，只有少数沟槽含有有希望的矿石 (Ladd 和 Stead， 1944 )。

詹姆斯河-罗阿诺克河锰矿区

皮埃蒙特省还开采锰矿和铁矿。多个县拥有与近地表风化（残余衰变）的石灰岩和片岩有关的可开采矿床（Furcron， 1935 ）。詹姆斯河流域的许多矿场在1880铁矿和锰矿开采热潮期间成功生产（Furcron， 1935 ）。詹姆斯河铁矿和大理石带（位于林奇堡东北部）在19世纪后半叶累计生产了数千吨锰矿石。